หลักการถ่ายภาพโฟโตอคูสติก

หลักการถ่ายภาพโฟโตอคูสติก

Photoacoustic Imaging (PAI) เป็นเทคนิคการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่รวมกันเลนส์และอะคูสติกเพื่อสร้างสัญญาณอัลตราโซนิกโดยใช้ปฏิสัมพันธ์ของแสงสว่างด้วยเนื้อเยื่อเพื่อให้ได้ภาพเนื้อเยื่อความละเอียดสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาชีวการแพทย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตรวจหาเนื้องอกการถ่ายภาพหลอดเลือดการถ่ายภาพผิวหนังและสาขาอื่น ๆ

หลักการ:
1. การดูดซับแสงและการขยายตัวทางความร้อน: - การถ่ายภาพด้วยโฟโตอคูสติกใช้เอฟเฟกต์ความร้อนที่เกิดจากการดูดซับแสง โมเลกุลของเม็ดสีในเนื้อเยื่อ (เช่นฮีโมโกลบิน, เมลานิน) ดูดซับโฟตอน (โดยปกติจะอยู่ใกล้อินฟราเรด) ซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนทำให้อุณหภูมิท้องถิ่นเพิ่มขึ้น
2. การขยายตัวทางความร้อนทำให้เกิดอัลตร้าซาวด์: - การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมินำไปสู่การขยายตัวทางความร้อนเล็ก ๆ ของเนื้อเยื่อซึ่งสร้างคลื่นความดัน (เช่นอัลตร้าซาวด์)
3. การตรวจจับอัลตราโซนิก: - คลื่นอัลตราโซนิกที่สร้างขึ้นจะแพร่กระจายภายในเนื้อเยื่อและสัญญาณเหล่านี้จะได้รับและบันทึกโดยเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก (เช่นโพรบอัลตราโซนิก)
4. การสร้างภาพใหม่: สัญญาณอัลตราโซนิกที่รวบรวมได้ถูกคำนวณและประมวลผลเพื่อสร้างโครงสร้างและการทำงานของเนื้อเยื่อซึ่งสามารถให้ลักษณะการดูดซับแสงของเนื้อเยื่อ ข้อดีของการถ่ายภาพโฟโตอคูสติก: ความคมชัดสูง: การถ่ายภาพด้วยโฟโตอคูสติกขึ้นอยู่กับลักษณะการดูดซับแสงของเนื้อเยื่อและเนื้อเยื่อที่แตกต่างกัน (เช่นเลือดไขมันกล้ามเนื้อ ฯลฯ ) มีความสามารถที่แตกต่างกันในการดูดซับแสง ความละเอียดสูง: การใช้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงของอัลตร้าซาวด์การถ่ายภาพโฟโตอะคูสติกสามารถบรรลุความแม่นยำในการถ่ายภาพมิลลิเมตรหรือแม้แต่มิลลิเมตร ไม่รุกราน: การถ่ายภาพด้วยแสงแบบไม่รุกรานแสงและเสียงจะไม่ทำให้เนื้อเยื่อเสียหายซึ่งเหมาะสำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ของมนุษย์ ความสามารถในการถ่ายภาพเชิงลึก: เมื่อเทียบกับการถ่ายภาพด้วยแสงแบบดั้งเดิมการถ่ายภาพด้วยแสงสามารถเจาะได้หลายเซนติเมตรใต้ผิวหนังซึ่งเหมาะสำหรับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อลึก

แอปพลิเคชัน:
1. การถ่ายภาพหลอดเลือด:-การถ่ายภาพด้วยแสงสามารถตรวจจับคุณสมบัติการดูดซับแสงของฮีโมโกลบินในเลือดดังนั้นจึงสามารถแสดงโครงสร้างและสถานะออกซิเจนของหลอดเลือดเพื่อตรวจสอบการไหลเวียนของจุลภาคและการตัดสินโรค
2. การตรวจหาเนื้องอก: - การสร้างเส้นเลือดใหม่ในเนื้อเยื่อเนื้องอกมักจะมีอยู่มากมายมากและการถ่ายภาพด้วยแสงสามารถช่วยตรวจหาเนื้องอกได้เร็วโดยการตรวจจับความผิดปกติในโครงสร้างของหลอดเลือด
3. การถ่ายภาพที่ใช้งานได้: - การถ่ายภาพด้วยแสงสามารถประเมินปริมาณออกซิเจนของเนื้อเยื่อได้โดยการตรวจจับความเข้มข้นของออกซิเจนและ deoxyhemoglobin ในเนื้อเยื่อซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบการทำงานของโรคเช่นโรคมะเร็งและโรคหลอดเลือดหัวใจ
4. การถ่ายภาพผิวหนัง: - เนื่องจากการถ่ายภาพด้วยแสงมีความไวต่อเนื้อเยื่อผิวเผินมากจึงเหมาะสำหรับการตรวจหามะเร็งผิวหนังและการวิเคราะห์ความผิดปกติของผิวหนัง
5. การถ่ายภาพสมอง: การถ่ายภาพด้วยแสงสามารถรับข้อมูลการไหลเวียนของเลือดในสมองในลักษณะที่ไม่รุกรานสำหรับการศึกษาโรคสมองเช่นโรคหลอดเลือดสมองและโรคลมชัก

ความท้าทายและทิศทางการพัฒนาของการถ่ายภาพโฟโตอคูสติก:
แหล่งกำเนิดแสงการเลือก: การเจาะแสงของความยาวคลื่นที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันวิธีการเลือกความละเอียดของความยาวความยาวคลื่นที่เหมาะสมและความลึกการเจาะเป็นสิ่งที่ท้าทาย การประมวลผลสัญญาณ: การได้มาและการประมวลผลสัญญาณอัลตราโซนิกจำเป็นต้องมีอัลกอริทึมความเร็วสูงและแม่นยำและการพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างภาพก็มีความสำคัญเช่นกัน การถ่ายภาพหลายรูปแบบ: การถ่ายภาพด้วยแสงสามารถรวมกับรูปแบบการถ่ายภาพอื่น ๆ (เช่น MRI, CT, การถ่ายภาพอัลตร้าซาวด์) เพื่อให้ข้อมูลทางชีวการแพทย์ที่ครอบคลุมมากขึ้น

การถ่ายภาพโฟโตอคูสติกเป็นเทคโนโลยีการถ่ายภาพชีวการแพทย์ใหม่และอเนกประสงค์ซึ่งมีลักษณะของความคมชัดสูงความละเอียดสูงและไม่รุกราน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการถ่ายภาพโฟโตอคูสติกมีโอกาสในการใช้งานในวงกว้างในการวินิจฉัยทางการแพทย์การวิจัยชีววิทยาขั้นพื้นฐานการพัฒนายาและสาขาอื่น ๆ