اصول تصویربرداری فوتوآکوستیک
تصویربرداری فوتوآکوستیک (PAI) یک تکنیک تصویربرداری پزشکی است که ترکیبی ازاپتیکو آکوستیک برای تولید سیگنال‌های فراصوت با استفاده از برهمکنشنوربا بافت برای به دست آوردن تصاویر بافتی با وضوح بالا. این روش به طور گسترده در زمینه‌های زیست پزشکی، به ویژه در تشخیص تومور، تصویربرداری عروقی، تصویربرداری پوست و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود.
اصل:
۱. جذب نور و انبساط حرارتی: – تصویربرداری فوتوآکوستیک از اثر حرارتی تولید شده توسط جذب نور استفاده می‌کند. مولکول‌های رنگدانه در بافت (مثلاً هموگلوبین، ملانین) فوتون‌ها (معمولاً نور نزدیک به مادون قرمز) را جذب می‌کنند که به انرژی گرمایی تبدیل می‌شوند و باعث افزایش دمای موضعی می‌شوند.
۲. انبساط حرارتی باعث ایجاد امواج فراصوت می‌شود: – افزایش دما منجر به انبساط حرارتی بسیار کمی در بافت می‌شود که امواج فشاری (یعنی فراصوت) تولید می‌کند.
۳. تشخیص اولتراسونیک: – امواج اولتراسونیک تولید شده در داخل بافت منتشر می‌شوند و این سیگنال‌ها متعاقباً توسط حسگرهای اولتراسونیک (مانند پروب‌های اولتراسونیک) دریافت و ثبت می‌شوند.
۴. بازسازی تصویر: سیگنال اولتراسونیک جمع‌آوری‌شده محاسبه و پردازش می‌شود تا تصویر ساختار و عملکرد بافت بازسازی شود، که می‌تواند ویژگی‌های جذب نوری بافت را ارائه دهد. مزایای تصویربرداری فوتوآکوستیک: کنتراست بالا: تصویربرداری فوتوآکوستیک به ویژگی‌های جذب نور بافت‌ها متکی است و بافت‌های مختلف (مانند خون، چربی، ماهیچه و غیره) توانایی‌های متفاوتی در جذب نور دارند، بنابراین می‌تواند تصاویر با کنتراست بالا ارائه دهد. وضوح بالا: با استفاده از وضوح مکانی بالای سونوگرافی، تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند به دقت تصویربرداری میلی‌متری یا حتی زیر میلی‌متری دست یابد. غیرتهاجمی: تصویربرداری فوتوآکوستیک غیرتهاجمی است، نور و صدا باعث آسیب بافتی نمی‌شوند، که برای تشخیص پزشکی انسان بسیار مناسب است. قابلیت تصویربرداری عمقی: در مقایسه با تصویربرداری نوری سنتی، تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند چندین سانتی‌متر زیر پوست نفوذ کند، که برای تصویربرداری بافت‌های عمیق مناسب است.
کاربرد:
۱. تصویربرداری عروقی: – تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند خواص جذب نور هموگلوبین در خون را تشخیص دهد، بنابراین می‌تواند ساختار و وضعیت اکسیژن‌رسانی رگ‌های خونی را برای نظارت بر ریزگردش خون و تشخیص بیماری‌ها به طور دقیق نمایش دهد.
۲. تشخیص تومور: – رگ‌زایی در بافت‌های تومور معمولاً بسیار فراوان است و تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند با تشخیص ناهنجاری‌ها در ساختار عروقی، به تشخیص زودهنگام تومورها کمک کند.
۳. تصویربرداری عملکردی: – تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند با تشخیص غلظت اکسیژن‌رسانی و دی‌اکسی هموگلوبین در بافت‌ها، میزان اکسیژن‌رسانی بافت‌ها را ارزیابی کند که این امر برای پایش عملکردی بیماری‌هایی مانند سرطان و بیماری‌های قلبی عروقی از اهمیت بالایی برخوردار است.
۴. تصویربرداری پوست: – از آنجا که تصویربرداری فوتوآکوستیک به بافت سطحی بسیار حساس است، برای تشخیص زودهنگام سرطان پوست و تجزیه و تحلیل ناهنجاری‌های پوستی مناسب است.
۵. تصویربرداری مغز: تصویربرداری فوتوآکوستیک می‌تواند اطلاعات جریان خون مغزی را به شیوه‌ای غیرتهاجمی برای مطالعه بیماری‌های مغزی مانند سکته مغزی و صرع به دست آورد.
چالش‌ها و مسیرهای توسعه تصویربرداری فوتوآکوستیک:
منبع نورانتخاب: نفوذ نور در طول موج‌های مختلف متفاوت است، نحوه انتخاب تعادل مناسب طول موج، وضوح و عمق نفوذ یک چالش است. پردازش سیگنال: دریافت و پردازش سیگنال‌های فراصوت نیاز به الگوریتم‌های پرسرعت و دقیق دارد و توسعه فناوری بازسازی تصویر نیز بسیار مهم است. تصویربرداری چندوجهی: تصویربرداری فوتوآکوستیک را می‌توان با سایر روش‌های تصویربرداری (مانند MRI، سی‌تی‌اسکن، تصویربرداری اولتراسوند) ترکیب کرد تا اطلاعات زیست‌پزشکی جامع‌تری ارائه دهد.
تصویربرداری فوتوآکوستیک یک فناوری تصویربرداری زیست‌پزشکی جدید و چندمنظوره است که دارای ویژگی‌های کنتراست بالا، وضوح بالا و غیرتهاجمی بودن است. با توسعه فناوری، تصویربرداری فوتوآکوستیک چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای در تشخیص پزشکی، تحقیقات زیست‌شناسی پایه، توسعه دارو و سایر زمینه‌ها دارد.
زمان ارسال: ۲۳ سپتامبر ۲۰۲۴