ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების პრინციპები

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების პრინციპები

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება (PAI) არის სამედიცინო ვიზუალიზაციის ტექნიკა, რომელიც აერთიანებსოპტიკადა აკუსტიკა ულტრაბგერითი სიგნალების გენერირებისთვის ურთიერთქმედების გამოყენებითსინათლექსოვილით მაღალი გარჩევადობის ქსოვილის გამოსახულების მისაღებად. იგი ფართოდ გამოიყენება ბიოსამედიცინო სფეროებში, განსაკუთრებით სიმსივნის გამოვლენაში, სისხლძარღვთა ვიზუალიზაციაში, კანის ვიზუალიზაციაში და სხვა სფეროებში.

პრინციპი:
1. სინათლის შთანთქმა და თერმული გაფართოება: – ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება იყენებს სინათლის შთანთქმის შედეგად წარმოქმნილ თერმულ ეფექტს. ქსოვილში არსებული პიგმენტის მოლეკულები (მაგ., ჰემოგლობინი, მელანინი) შთანთქავს ფოტონებს (ჩვეულებრივ ინფრაწითელ სინათლეს), რომლებიც გარდაიქმნება სითბურ ენერგიად, რაც იწვევს ადგილობრივი ტემპერატურის მატებას.
2. თერმული გაფართოება იწვევს ულტრაბგერას: – ტემპერატურის მატება იწვევს ქსოვილის მცირე თერმულ გაფართოებას, რაც წარმოქმნის წნევის ტალღებს (ანუ ულტრაბგერითი).
3. ულტრაბგერითი გამოვლენა: – წარმოქმნილი ულტრაბგერითი ტალღები ვრცელდება ქსოვილში და ეს სიგნალები შემდგომში მიიღება და ჩაიწერება ულტრაბგერითი სენსორებით (როგორიცაა ულტრაბგერითი ზონდები).
4. გამოსახულების რეკონსტრუქცია: შეგროვებული ულტრაბგერითი სიგნალი გამოითვლება და მუშავდება ქსოვილის სტრუქტურისა და ფუნქციის გამოსახულების აღსადგენად, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს ქსოვილის ოპტიკური შთანთქმის მახასიათებლები. ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების უპირატესობები: მაღალი კონტრასტი: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ეყრდნობა ქსოვილების სინათლის შთანთქმის მახასიათებლებს და სხვადასხვა ქსოვილებს (როგორიცაა სისხლი, ცხიმი, კუნთი და ა.შ.) აქვთ სინათლის შთანთქმის განსხვავებული უნარი, ამიტომ მას შეუძლია მაღალი კონტრასტის გამოსახულების შექმნა. მაღალი გარჩევადობა: ულტრაბგერის მაღალი სივრცითი გარჩევადობის გამოყენებით, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება მიაღწიოს მილიმეტრულ ან თუნდაც ქვემილიმეტრულ გამოსახულების სიზუსტეს. არაინვაზიური: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება არაინვაზიურია, სინათლე და ხმა არ გამოიწვევს ქსოვილის დაზიანებას, ძალიან შესაფერისია ადამიანის სამედიცინო დიაგნოზისთვის. სიღრმისეული გამოსახულების შესაძლებლობა: ტრადიციულ ოპტიკურ გამოსახულებასთან შედარებით, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება შეაღწიოს რამდენიმე სანტიმეტრს კანის ქვეშ, რაც შესაფერისია ღრმა ქსოვილის გამოსახულების მისაღებად.

განაცხადი:
1. სისხლძარღვთა ვიზუალიზაცია: – ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეუძლია გამოავლინოს სისხლში ჰემოგლობინის სინათლის შთამნთქმელი თვისებები, ასე რომ, მას შეუძლია ზუსტად აჩვენოს სისხლძარღვების სტრუქტურა და ჟანგბადის სტატუსი მიკროცირკულაციის მონიტორინგისა და დაავადებების შესაფასებლად.
2. სიმსივნის გამოვლენა: – ანგიოგენეზი სიმსივნურ ქსოვილებში, როგორც წესი, უკიდურესად უხვია და ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება დაეხმაროს სიმსივნეების ადრეულ გამოვლენას სისხლძარღვთა სტრუქტურაში დარღვევების გამოვლენით.
3. ფუნქციური ვიზუალიზაცია: – ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეუძლია შეაფასოს ქსოვილების ჟანგბადის მიწოდება ქსოვილებში ჟანგბადის და დეოქსიჰემოგლობინის კონცენტრაციის გამოვლენით, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია ისეთი დაავადებების ფუნქციური მონიტორინგისთვის, როგორიცაა კიბო და გულ-სისხლძარღვთა დაავადებები.
4. კანის ვიზუალიზაცია: – იმის გამო, რომ ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ძალიან მგრძნობიარეა ზედაპირული ქსოვილის მიმართ, იგი შესაფერისია კანის კიბოს ადრეული გამოვლენისა და კანის ანომალიების ანალიზისთვის.
5. ტვინის ვიზუალიზაცია: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების მიღებას შეუძლია ცერებრალური სისხლის ნაკადის ინფორმაცია არაინვაზიური გზით ტვინის დაავადებების შესასწავლად, როგორიცაა ინსულტი და ეპილეფსია.

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების გამოწვევები და განვითარების მიმართულებები:
სინათლის წყაროშერჩევა: სინათლის შეღწევა სხვადასხვა ტალღის სიგრძეში განსხვავებულია, როგორ ავირჩიოთ ტალღის სიგრძის ბალანსის სწორი გარჩევადობა და შეღწევადობის სიღრმე გამოწვევაა. სიგნალის დამუშავება: ულტრაბგერითი სიგნალების მოპოვება და დამუშავება მოითხოვს მაღალსიჩქარიან და ზუსტ ალგორითმებს, ასევე გადამწყვეტია გამოსახულების რეკონსტრუქციის ტექნოლოგიის განვითარება. მულტიმოდალური გამოსახულება: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება შეიძლება გაერთიანდეს სხვა ვიზუალიზაციის მოდალებთან (როგორიცაა MRI, CT, ულტრაბგერითი გამოსახულება), რათა უზრუნველყოს უფრო სრულყოფილი ბიოსამედიცინო ინფორმაცია.

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება არის ახალი და მრავალფუნქციური ბიოსამედიცინო ვიზუალიზაციის ტექნოლოგია, რომელსაც აქვს მაღალი კონტრასტის, მაღალი გარჩევადობის და არაინვაზიური მახასიათებლები. ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების გამოყენებას ფართო პერსპექტივები აქვს სამედიცინო დიაგნოსტიკაში, საბაზისო ბიოლოგიის კვლევაში, წამლების შემუშავებაში და სხვა სფეროებში.