Princípios de imagem fotoacústica

Princípios de imagem fotoacústica

A imagem fotoacústica (PAI) é uma técnica de imagem médica que combinaópticae acústica para gerar sinais ultrassônicos usando a interação deluzcom tecido para obter imagens de tecido de alta resolução. É amplamente utilizado nas áreas biomédicas, especialmente na detecção de tumores, imagens vasculares, imagens da pele e outras áreas.

Princípio:
1. Absorção de luz e expansão térmica: – A imagem fotoacústica utiliza o efeito térmico produzido pela absorção de luz. As moléculas de pigmento no tecido (por exemplo, hemoglobina, melanina) absorvem fótons (geralmente luz infravermelha próxima), que são convertidos em energia térmica, fazendo com que as temperaturas locais aumentem.
2. A expansão térmica causa ultrassom: – O aumento da temperatura leva a uma pequena expansão térmica do tecido, que produz ondas de pressão (ou seja, ultrassom).
3. Detecção ultrassônica: – As ondas ultrassônicas geradas se propagam dentro do tecido e esses sinais são posteriormente recebidos e registrados por sensores ultrassônicos (como sondas ultrassônicas).
4. Reconstrução de imagem: o sinal ultrassônico coletado é calculado e processado para reconstruir a estrutura e função da imagem do tecido, o que pode fornecer as características de absorção óptica do tecido. Vantagens da imagem fotoacústica: Alto contraste: A imagem fotoacústica depende das características de absorção de luz dos tecidos, e diferentes tecidos (como sangue, gordura, músculo, etc.) têm diferentes capacidades de absorver luz, para que possam fornecer imagens de alto contraste. Alta resolução: Usando a alta resolução espacial do ultrassom, a imagem fotoacústica pode atingir precisão de imagem milimétrica ou até submilimétrica. Não invasivo: A imagem fotoacústica não é invasiva, a luz e o som não causam danos aos tecidos, muito adequados para diagnóstico médico humano. Capacidade de imagem em profundidade: Em comparação com a imagem óptica tradicional, a imagem fotoacústica pode penetrar vários centímetros sob a pele, o que é adequado para imagens de tecidos profundos.

Aplicativo:
1. Imagem vascular: – A imagem fotoacústica pode detectar as propriedades de absorção de luz da hemoglobina no sangue, para que possa exibir com precisão a estrutura e o estado de oxigenação dos vasos sanguíneos para monitorar a microcirculação e julgar doenças.
2. Detecção de tumores: – A angiogênese em tecidos tumorais é geralmente extremamente abundante, e a imagem fotoacústica pode ajudar na detecção precoce de tumores, detectando anormalidades na estrutura vascular.
3. Imagem funcional: – A imagem fotoacústica pode avaliar o suprimento de oxigênio dos tecidos, detectando a concentração de oxigenação e desoxihemoglobina nos tecidos, o que é de grande importância para o monitoramento funcional de doenças como câncer e doenças cardiovasculares.
4. Imagens da pele: – Como a imagem fotoacústica é muito sensível ao tecido superficial, é adequada para detecção precoce de câncer de pele e análise de anormalidades cutâneas.
5. Imagens cerebrais: As imagens fotoacústicas podem obter informações sobre o fluxo sanguíneo cerebral de maneira não invasiva para o estudo de doenças cerebrais, como acidente vascular cerebral e epilepsia.

Desafios e direções de desenvolvimento da imagem fotoacústica:
Fonte de luzseleção: A penetração da luz de diferentes comprimentos de onda é diferente, como escolher a resolução correta do equilíbrio do comprimento de onda e a profundidade de penetração é um desafio. Processamento de sinal: A aquisição e processamento de sinais ultrassônicos requerem algoritmos precisos e de alta velocidade, e o desenvolvimento de tecnologia de reconstrução de imagem também é crucial. Imagem multimodal: A imagem fotoacústica pode ser combinada com outras modalidades de imagem (como ressonância magnética, tomografia computadorizada, ultrassonografia) para fornecer informações biomédicas mais abrangentes.

A imagem fotoacústica é uma tecnologia de imagem biomédica nova e multifuncional, que possui características de alto contraste, alta resolução e não invasiva. Com o desenvolvimento da tecnologia, a imagem fotoacústica tem amplas perspectivas de aplicação em diagnóstico médico, pesquisa básica em biologia, desenvolvimento de medicamentos e outros campos.