ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაციის პრინციპები

ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაციის პრინციპები

Photoacoustic Imaging (PAI) არის სამედიცინო ვიზუალიზაციის ტექნიკა, რომელიც აერთიანებსოპტიკადა აკუსტიკა ულტრაბგერითი სიგნალების შესაქმნელადსინათლექსოვილის მისაღებად მაღალი რეზოლუციის ქსოვილის სურათების მისაღებად. იგი ფართოდ გამოიყენება ბიომექანიკურ ველებში, განსაკუთრებით სიმსივნის გამოვლენაში, სისხლძარღვთა გამოსახულების, კანის ვიზუალიზაციისა და სხვა სფეროებში.

პრინციპი:
1. მსუბუქი შეწოვა და თერმული გაფართოება: - ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება იყენებს სინათლის შეწოვით წარმოქმნილ თერმულ ეფექტს. პიგმენტის მოლეკულები ქსოვილში (მაგ., ჰემოგლობინი, მელანინი) შთანთქავს ფოტონებს (ჩვეულებრივ, ახლო ინფრაწითელ შუქს), რომლებიც გარდაიქმნებიან სითბოს ენერგიად, რამაც გამოიწვია ადგილობრივი ტემპერატურა.
2. თერმული გაფართოება იწვევს ულტრაბგერას: - ტემპერატურის აწევა იწვევს ქსოვილის მცირე თერმული გაფართოებას, რაც წარმოქმნის წნევის ტალღებს (ე.ი. ულტრაბგერითი).
3. ულტრაბგერითი გამოვლენა: - წარმოქმნილი ულტრაბგერითი ტალღები პროპაგანდაა ქსოვილში, და ამ სიგნალებს შემდგომში მიიღება და აღირიცხება ულტრაბგერითი სენსორები (მაგალითად, ულტრაბგერითი ზონდები).
4. გამოსახულების რეკონსტრუქცია: შეგროვებული ულტრაბგერითი სიგნალი გამოითვლება და დამუშავებულია ქსოვილის სტრუქტურისა და ფუნქციის გამოსახულების აღდგენის მიზნით, რამაც შეიძლება უზრუნველყოს ქსოვილის ოპტიკური შთანთქმის მახასიათებლები. ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაციის უპირატესობებს: მაღალი კონტრასტი: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ეყრდნობა ქსოვილების მსუბუქი შთანთქმის მახასიათებლებს, და სხვადასხვა ქსოვილებს (მაგალითად, სისხლი, ცხიმი, კუნთები და ა.შ.) აქვთ სხვადასხვა შესაძლებლობები, რომ შეიწოვოს სინათლე, ასე რომ მას შეუძლია უზრუნველყოს მაღალი კონტრასტული სურათები. მაღალი რეზოლუცია: ულტრაბგერითი, ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების მაღალი სივრცული რეზოლუციის გამოყენებით შეიძლება მიაღწიოს მილიმეტრს ან თუნდაც ქვე-მილიმეტრიანი ვიზუალიზაციის სიზუსტეს. არაინვაზიური: ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება არაინვაზიურია, მსუბუქი და ხმა არ გამოიწვევს ქსოვილების დაზიანებას, ძალიან შესაფერისია ადამიანის სამედიცინო დიაგნოზისთვის. სიღრმის ვიზუალიზაციის შესაძლებლობა: ტრადიციულ ოპტიკურ გამოსახულებასთან შედარებით, ფოტოაკუსტიკურმა გამოსახულებამ შეიძლება შეაღწიოს რამდენიმე სანტიმეტრს კანის ქვეშ, რაც შესაფერისია ღრმა ქსოვილის გამოსახულებისათვის.

პროგრამა:
1. სისხლძარღვთა ვიზუალიზაცია:-ფოტოაკუსტიკურ გამოსახულებას შეუძლია სისხლში ჰემოგლობინის მსუბუქი შთანთქმის თვისებების გამოვლენა, ასე რომ მას შეუძლია ზუსტად აჩვენოს სისხლძარღვების სტრუქტურა და ჟანგბადის სტატუსი მიკროციკულაციისა და განსჯის დაავადებების მონიტორინგისთვის.
2. სიმსივნის გამოვლენა: - სიმსივნის ქსოვილებში ანგიოგენეზი, როგორც წესი, უკიდურესად უხვი, ხოლო ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ხელს შეუწყობს სიმსივნეების ადრეულ გამოვლენას სისხლძარღვთა სტრუქტურაში პათოლოგიების გამოვლენით.
3. ფუნქციური გამოსახულება: - ფოტოაკუსტიკურ გამოსახულებას შეუძლია შეაფასოს ქსოვილების ჟანგბადის მიწოდება ქსოვილებში ჟანგბადის და დეოქსიმოგლობინის კონცენტრაციის გამოვლენით, რაც დიდი მნიშვნელობა აქვს ისეთი დაავადებების ფუნქციური მონიტორინგისთვის, როგორიცაა კიბო და გულ -სისხლძარღვთა დაავადებები.
4. კანის ვიზუალიზაცია: - იმის გამო, რომ ფოტოაკუსტიკური გამოსახულება ძალიან მგრძნობიარეა ზედაპირული ქსოვილის მიმართ, ის შესაფერისია კანის კიბოს ადრეული გამოვლენისა და კანის პათოლოგიების ანალიზისთვის.
5. ტვინის ვიზუალიზაცია: ფოტოაკუსტიკურ გამოსახულებას შეუძლია მოიპოვოს ცერებრალური სისხლის ნაკადის ინფორმაცია არაინვაზიური გზით, ტვინის დაავადებების შესასწავლად, როგორიცაა ინსულტი და ეპილეფსია.

ფოტოაკუსტიკური გამოსახულების გამოწვევები და განვითარების მიმართულებები:
სინათლის წყაროშერჩევა: სხვადასხვა ტალღის სიგრძის მსუბუქი შეღწევა განსხვავებულია, როგორ უნდა აირჩიოთ სწორი ტალღის სიგრძის ბალანსის მოგვარება და შეღწევადობის სიღრმე. სიგნალის დამუშავება: ულტრაბგერითი სიგნალების შეძენა და დამუშავება მოითხოვს მაღალსიჩქარიან და ზუსტ ალგორითმებს, ხოლო გამოსახულების რეკონსტრუქციის ტექნოლოგიის შემუშავება ასევე გადამწყვეტია. მულტიმოდური გამოსახულება: ფოტოაკუსტიკური ვიზუალიზაცია შეიძლება გაერთიანდეს სხვა ვიზუალიზაციის მოდალობებთან (მაგალითად, MRI, CT, ულტრაბგერითი გამოსახულება), რათა უზრუნველყოს უფრო სრულყოფილი ბიომექანიკური ინფორმაცია.

Photoacoustic გამოსახულება არის ახალი და მრავალფუნქციური ბიომექანიკური გამოსახულების ტექნოლოგია, რომელსაც აქვს მაღალი კონტრასტის, მაღალი რეზოლუციის და არაინვაზიური მახასიათებლები. ტექნოლოგიის განვითარებით, ფოტოაკუსტიკურ გამოსახულებას აქვს ფართო გამოყენების პერსპექტივები სამედიცინო დიაგნოზში, ბიოლოგიის ძირითადი კვლევა, წამლების განვითარება და სხვა სფეროები.