اصول تصویربرداری فوتوآکوستیک

اصول تصویربرداری فوتوآکوستیک

تصویربرداری فوتو آکوستیک (PAI) یک تکنیک تصویربرداری پزشکی است که ترکیبی استاپتیکو آکوستیک برای تولید سیگنال های اولتراسونیک با استفاده از تعاملنوربا بافت برای به دست آوردن تصاویر بافت با وضوح بالا. این به طور گسترده ای در زمینه های زیست پزشکی، به ویژه در تشخیص تومور، تصویربرداری عروق، تصویربرداری پوست و سایر زمینه ها استفاده می شود.

اصل:
1. جذب نور و انبساط حرارتی: - تصویربرداری فوتوآکوستیک از اثر حرارتی تولید شده توسط جذب نور استفاده می کند. مولکول های رنگدانه در بافت (به عنوان مثال، هموگلوبین، ملانین) فوتون ها (معمولاً نور مادون قرمز نزدیک) را جذب می کنند که به انرژی گرمایی تبدیل می شوند و باعث افزایش دمای محلی می شوند.
2. انبساط حرارتی باعث اولتراسوند می شود: - افزایش دما منجر به انبساط حرارتی کوچک بافت می شود که امواج فشار تولید می کند (یعنی اولتراسوند).
3. تشخیص اولتراسونیک: - امواج اولتراسونیک تولید شده در بافت منتشر می شود و این سیگنال ها متعاقبا توسط حسگرهای اولتراسونیک (مانند پروب های اولتراسونیک) دریافت و ثبت می شوند.
4. بازسازی تصویر: سیگنال اولتراسونیک جمع آوری شده برای بازسازی ساختار و تصویر عملکرد بافت محاسبه و پردازش می شود که می تواند ویژگی های جذب نوری بافت را فراهم کند. مزایای تصویربرداری فوتوآکوستیک: کنتراست بالا: تصویربرداری فوتو آکوستیک به ویژگی های جذب نور بافت ها متکی است و بافت های مختلف (مانند خون، چربی، ماهیچه و غیره) توانایی های متفاوتی برای جذب نور دارند، بنابراین می تواند تصاویری با کنتراست بالا ارائه دهد. وضوح بالا: با استفاده از وضوح فضایی بالای اولتراسوند، تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند به دقت تصویربرداری میلی‌متری یا حتی زیر میلی‌متری دست یابد. غیر تهاجمی: تصویربرداری فوتو آکوستیک غیر تهاجمی است، نور و صدا باعث آسیب بافتی نمی شود، برای تشخیص پزشکی انسان بسیار مناسب است. قابلیت تصویربرداری عمقی: در مقایسه با تصویربرداری نوری سنتی، تصویربرداری فوتو آکوستیک می تواند چندین سانتی متر به زیر پوست نفوذ کند که برای تصویربرداری بافت عمیق مناسب است.

کاربرد:
1. تصویربرداری عروق: - تصویربرداری فوتو آکوستیک می تواند خواص جذب نور هموگلوبین در خون را تشخیص دهد، بنابراین می تواند ساختار و وضعیت اکسیژن رگ های خونی را برای نظارت بر میکروسیرکولاسیون و قضاوت بیماری ها به طور دقیق نشان دهد.
2. تشخیص تومور: - رگ زایی در بافت های تومور معمولاً بسیار فراوان است و تصویربرداری فوتو آکوستیک می تواند با تشخیص ناهنجاری ها در ساختار عروقی به تشخیص زودهنگام تومورها کمک کند.
3. تصویربرداری عملکردی: - تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند تامین اکسیژن بافت‌ها را با تشخیص غلظت اکسیژن و دی‌اکسی هموگلوبین در بافت‌ها ارزیابی کند، که برای نظارت عملکردی بیماری‌هایی مانند سرطان و بیماری‌های قلبی عروقی اهمیت زیادی دارد.
4. تصویربرداری از پوست: – از آنجایی که تصویربرداری فوتو آکوستیک به بافت سطحی بسیار حساس است، برای تشخیص زودهنگام سرطان پوست و تجزیه و تحلیل ناهنجاری های پوستی مناسب است.
5. تصویربرداری از مغز: تصویربرداری فوتوآکوستیک می تواند اطلاعات جریان خون مغزی را به روشی غیرتهاجمی برای مطالعه بیماری های مغزی مانند سکته مغزی و صرع به دست آورد.

چالش ها و مسیرهای توسعه تصویربرداری فوتوآکوستیک:
منبع نورانتخاب: نفوذ نور در طول موج های مختلف متفاوت است، نحوه انتخاب وضوح تعادل طول موج مناسب و عمق نفوذ یک چالش است. پردازش سیگنال: کسب و پردازش سیگنال‌های اولتراسونیک نیازمند الگوریتم‌هایی با سرعت بالا و دقیق است و توسعه فناوری بازسازی تصویر نیز بسیار مهم است. تصویربرداری چندوجهی: تصویربرداری فوتوآکوستیک را می توان با سایر روش های تصویربرداری (مانند MRI، CT، تصویربرداری اولتراسوند) ترکیب کرد تا اطلاعات زیست پزشکی جامع تری ارائه دهد.

تصویربرداری فوتوآکوستیک یک فناوری جدید و چند عملکردی تصویربرداری زیست پزشکی است که دارای ویژگی های کنتراست بالا، وضوح بالا و غیر تهاجمی است. با توسعه فناوری، تصویربرداری فوتوآکوستیک دارای چشم انداز کاربردی گسترده ای در تشخیص پزشکی، تحقیقات زیست شناسی پایه، توسعه دارو و سایر زمینه ها است.