Ֆոտոակուստիկ պատկերավորման սկզբունքները

Ֆոտոակուստիկ պատկերավորման սկզբունքները

Photoacoustic Imaging (PAI) բժշկական պատկերավորման տեխնիկան է, որը համատեղում էօպտիկաև ակուստիկա՝ ուլտրաձայնային ազդանշաններ ստեղծելու համար՝ օգտագործելով փոխազդեցությունըլույսհյուսվածքով՝ բարձր լուծաչափով հյուսվածքների պատկերներ ստանալու համար: Այն լայնորեն կիրառվում է կենսաբժշկական ոլորտներում, հատկապես ուռուցքների հայտնաբերման, անոթների պատկերման, մաշկի պատկերման և այլ ոլորտներում։

Սկզբունք.
1. Լույսի կլանում և ջերմային ընդլայնում. – Ֆոտոակուստիկ պատկերացումն օգտագործում է լույսի կլանման արդյունքում առաջացած ջերմային էֆեկտը: Հյուսվածքի պիգմենտային մոլեկուլները (օրինակ՝ հեմոգլոբինը, մելանինը) կլանում են ֆոտոնները (սովորաբար մոտ ինֆրակարմիր լույսը), որոնք վերածվում են ջերմային էներգիայի՝ առաջացնելով տեղական ջերմաստիճանի բարձրացում։
2. Ջերմային ընդլայնումը առաջացնում է ուլտրաձայն. – Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է հյուսվածքի փոքր ջերմային ընդլայնման, որն առաջացնում է ճնշման ալիքներ (այսինքն՝ ուլտրաձայնային):
3. Ուլտրաձայնային հայտնաբերում. – առաջացած ուլտրաձայնային ալիքները տարածվում են հյուսվածքի ներսում, և այդ ազդանշանները հետագայում ստացվում և գրանցվում են ուլտրաձայնային սենսորների միջոցով (օրինակ՝ ուլտրաձայնային զոնդերը):
4. Պատկերի վերակառուցում. հավաքված ուլտրաձայնային ազդանշանը հաշվարկվում և մշակվում է հյուսվածքի կառուցվածքի և ֆունկցիայի պատկերը վերականգնելու համար, որը կարող է ապահովել հյուսվածքի օպտիկական կլանման բնութագրերը: Ֆոտոակուստիկ պատկերման առավելությունները. Բարձր հակադրություն. ֆոտոակուստիկ պատկերումը հիմնված է հյուսվածքների լույսի կլանման բնութագրերի վրա, և տարբեր հյուսվածքներ (օրինակ՝ արյունը, ճարպը, մկանները և այլն) լույս կլանելու տարբեր կարողություններ ունեն, ուստի այն կարող է ապահովել բարձր կոնտրաստ պատկերներ: Բարձր լուծաչափ. Օգտագործելով ուլտրաձայնի բարձր տարածական լուծաչափը, ֆոտոակուստիկ պատկերումը կարող է հասնել միլիմետր կամ նույնիսկ ենթամիլիմետրանոց պատկերի ճշգրտության: Ոչ ինվազիվ. Ֆոտոակուստիկ պատկերումը ոչ ինվազիվ է, լույսն ու ձայնը չեն վնասի հյուսվածքներին, շատ հարմար է մարդու բժշկական ախտորոշման համար: Խորության պատկերման հնարավորություն. Ավանդական օպտիկական պատկերման համեմատությամբ, ֆոտոակուստիկ պատկերը կարող է ներթափանցել մի քանի սանտիմետր մաշկի տակ, ինչը հարմար է խորը հյուսվածքների պատկերման համար:

Դիմում:
1. Անոթային պատկերացում. – Ֆոտոակուստիկ պատկերումը կարող է հայտնաբերել արյան մեջ հեմոգլոբինի լույսը կլանող հատկությունները, այնպես որ կարող է ճշգրիտ ցուցադրել արյան անոթների կառուցվածքը և թթվածնացման կարգավիճակը՝ միկրոշրջանառությունը վերահսկելու և հիվանդությունները դատելու համար:
2. Ուռուցքի հայտնաբերում. – Ուռուցքային հյուսվածքներում անգիոգենեզը սովորաբար չափազանց առատ է, և ֆոտոակուստիկ պատկերումը կարող է օգնել ուռուցքների վաղ հայտնաբերմանը` հայտնաբերելով անոթային կառուցվածքի անոմալիաները:
3. Ֆունկցիոնալ պատկերացում. – Ֆոտոակուստիկ պատկերացումը կարող է գնահատել հյուսվածքների թթվածնի մատակարարումը` հայտնաբերելով թթվածնի և դեզօքսիհեմոգլոբինի կոնցենտրացիան հյուսվածքներում, ինչը մեծ նշանակություն ունի այնպիսի հիվանդությունների ֆունկցիոնալ մոնիտորինգի համար, ինչպիսիք են քաղցկեղը և սրտանոթային հիվանդությունները:
4. Մաշկի պատկերացում. – Քանի որ ֆոտոակուստիկ պատկերումը շատ զգայուն է մակերեսային հյուսվածքների նկատմամբ, այն հարմար է մաշկի քաղցկեղի վաղ հայտնաբերման և մաշկային աննորմալությունների վերլուծության համար:
5. Ուղեղի պատկերացում. ֆոտոակուստիկ պատկերումը կարող է ուղեղի արյան հոսքի մասին տեղեկատվություն ստանալ ոչ ինվազիվ եղանակով՝ ուղեղի հիվանդությունների ուսումնասիրության համար, ինչպիսիք են ինսուլտը և էպիլեպսիան:

Ֆոտոակուստիկ պատկերավորման մարտահրավերները և զարգացման ուղղությունները.
Լույսի աղբյուրընտրություն. Տարբեր ալիքների երկարությունների լույսի ներթափանցումը տարբեր է, ալիքի երկարության հավասարակշռության ճիշտ լուծումը և ներթափանցման խորությունը ընտրելը մարտահրավեր է: Ազդանշանների մշակում. Ուլտրաձայնային ազդանշանների ձեռքբերումը և մշակումը պահանջում են բարձր արագությամբ և ճշգրիտ ալգորիթմներ, և պատկերի վերակառուցման տեխնոլոգիայի զարգացումը նույնպես կարևոր է: Մուլտիմոդալ պատկերացում. Ֆոտոակուստիկ պատկերումը կարող է համակցվել այլ պատկերավորման եղանակների հետ (օրինակ՝ MRI, CT, ուլտրաձայնային պատկերացում)՝ ապահովելու ավելի համապարփակ կենսաբժշկական տեղեկատվություն:

Ֆոտոակուստիկ պատկերումը նոր և բազմաֆունկցիոնալ կենսաբժշկական պատկերավորման տեխնոլոգիա է, որն ունի բարձր կոնտրաստի, բարձր լուծաչափի և ոչ ինվազիվ բնութագրեր: Տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ ֆոտոակուստիկ պատկերումը լայն կիրառման հեռանկարներ ունի բժշկական ախտորոշման, հիմնական կենսաբանական հետազոտությունների, դեղերի մշակման և այլ ոլորտներում: