ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების პრინციპები

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების პრინციპები

ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაცია (PAI) არის სამედიცინო ვიზუალიზაციის ტექნიკა, რომელიც აერთიანებსოპტიკადა აკუსტიკა ულტრაბგერითი სიგნალების გენერირებისთვის ურთიერთქმედების გამოყენებითსინათლექსოვილთან მაღალი გარჩევადობის ქსოვილის სურათების მისაღებად. ის ფართოდ გამოიყენება ბიომედიცინის სფეროებში, განსაკუთრებით სიმსივნის გამოვლენაში, სისხლძარღვთა ვიზუალიზაციაში, კანის ვიზუალიზაციასა და სხვა სფეროებში.

პრინციპი:
1. სინათლის შთანთქმა და თერმული გაფართოება: – ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება იყენებს სინათლის შთანთქმის შედეგად წარმოქმნილ თერმულ ეფექტს. ქსოვილში არსებული პიგმენტური მოლეკულები (მაგ., ჰემოგლობინი, მელანინი) შთანთქავენ ფოტონებს (ჩვეულებრივ, ახლო ინფრაწითელ სინათლეს), რომლებიც გარდაიქმნება სითბურ ენერგიად, რაც იწვევს ლოკალური ტემპერატურის მატებას.
2. თერმული გაფართოება იწვევს ულტრაბგერით გამოსხივებას: – ტემპერატურის მატება იწვევს ქსოვილის მცირე თერმულ გაფართოებას, რაც წარმოქმნის წნევის ტალღებს (ანუ ულტრაბგერით გამოსხივებას).
3. ულტრაბგერითი აღმოჩენა: – გენერირებული ულტრაბგერითი ტალღები ვრცელდება ქსოვილში და ეს სიგნალები შემდგომში მიიღება და იწერება ულტრაბგერითი სენსორების (მაგალითად, ულტრაბგერითი ზონდების) მიერ.
4. გამოსახულების რეკონსტრუქცია: შეგროვებული ულტრაბგერითი სიგნალი გამოითვლება და მუშავდება ქსოვილის სტრუქტურისა და ფუნქციური გამოსახულების აღსადგენად, რაც უზრუნველყოფს ქსოვილის ოპტიკური შთანთქმის მახასიათებლებს. ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების უპირატესობები: მაღალი კონტრასტი: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ეფუძნება ქსოვილების სინათლის შთანთქმის მახასიათებლებს და სხვადასხვა ქსოვილს (როგორიცაა სისხლი, ცხიმი, კუნთი და ა.შ.) აქვს სინათლის შთანთქმის განსხვავებული უნარი, ამიტომ მას შეუძლია მაღალი კონტრასტის მქონე სურათების მიღება. მაღალი გარჩევადობა: ულტრაბგერის მაღალი სივრცითი გარჩევადობის გამოყენებით, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება მიაღწიოს მილიმეტრიან ან თუნდაც სუბმილიმეტრიან გამოსახულების სიზუსტეს. არაინვაზიური: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება არაინვაზიურია, სინათლე და ხმა არ იწვევს ქსოვილების დაზიანებას, რაც ძალიან შესაფერისია ადამიანის სამედიცინო დიაგნოზისთვის. სიღრმისეული გამოსახულების შესაძლებლობა: ტრადიციულ ოპტიკურ გამოსახულებასთან შედარებით, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება შეაღწიოს კანქვეშ რამდენიმე სანტიმეტრში, რაც შესაფერისია ღრმა ქსოვილების გამოსახულების მისაღებად.

განაცხადი:
1. სისხლძარღვთა ვიზუალიზაცია: – ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაციის საშუალებით შესაძლებელია სისხლში ჰემოგლობინის სინათლის შთანთქმის თვისებების აღმოჩენა, ამიტომ მას შეუძლია სისხლძარღვების სტრუქტურისა და ჟანგბადით მომარაგების სტატუსის ზუსტად ჩვენება მიკროცირკულაციის მონიტორინგისა და დაავადებების შეფასების მიზნით.
2. სიმსივნის გამოვლენა: – სიმსივნურ ქსოვილებში ანგიოგენეზი, როგორც წესი, უკიდურესად უხვია და ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაცია ხელს უწყობს სიმსივნეების ადრეულ გამოვლენას სისხლძარღვთა სტრუქტურის ანომალიების გამოვლენით.
3. ფუნქციური ვიზუალიზაცია: – ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაციის საშუალებით შესაძლებელია ქსოვილებში ჟანგბადის მიწოდების შეფასება ქსოვილებში ოქსიგენაციისა და დეოქსიჰემოგლობინის კონცენტრაციის გამოვლენით, რაც დიდი მნიშვნელობა აქვს ისეთი დაავადებების ფუნქციური მონიტორინგისთვის, როგორიცაა კიბო და გულ-სისხლძარღვთა დაავადებები.
4. კანის ვიზუალიზაცია: – რადგან ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაცია ძალიან მგრძნობიარეა ზედაპირული ქსოვილების მიმართ, ის შესაფერისია კანის კიბოს ადრეული გამოვლენისა და კანის ანომალიების ანალიზისთვის.
5. ტვინის ვიზუალიზაცია: ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაციის საშუალებით შესაძლებელია ცერებრალური სისხლის მიმოქცევის შესახებ ინფორმაციის მიღება არაინვაზიური მეთოდით ტვინის ისეთი დაავადებების შესასწავლად, როგორიცაა ინსულტი და ეპილეფსია.

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების გამოწვევები და განვითარების მიმართულებები:
სინათლის წყაროშერჩევა: სხვადასხვა ტალღის სიგრძის სინათლის შეღწევა განსხვავებულია, ამიტომ ტალღის სიგრძის სწორი ბალანსის - გარჩევადობისა და შეღწევადობის სიღრმის - შერჩევა რთულია. სიგნალის დამუშავება: ულტრაბგერითი სიგნალების მიღება და დამუშავება მოითხოვს მაღალსიჩქარიან და ზუსტ ალგორითმებს, ასევე გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა გამოსახულების რეკონსტრუქციის ტექნოლოგიის შემუშავება. მულტიმოდალური გამოსახულება: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება გაერთიანდეს სხვა ვიზუალიზაციის მეთოდებთან (როგორიცაა მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია, კომპიუტერული ტომოგრაფია, ულტრაბგერითი გამოსახულება) უფრო ყოვლისმომცველი ბიოსამედიცინო ინფორმაციის მისაღებად.

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება არის ახალი და მრავალფუნქციური ბიოსამედიცინო ვიზუალიზაციის ტექნოლოგია, რომელსაც ახასიათებს მაღალი კონტრასტი, მაღალი გარჩევადობა და არაინვაზიური მახასიათებლები. ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ფართო გამოყენების პერსპექტივებს იძენს სამედიცინო დიაგნოსტიკაში, ბიოლოგიის საბაზისო კვლევაში, წამლების შემუშავებასა და სხვა სფეროებში.