หลักการถ่ายภาพด้วยแสง

หลักการถ่ายภาพด้วยแสง

Photoacoustic Imaging (PAI) เป็นเทคนิคการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่ผสมผสานเลนส์และเสียงเพื่อสร้างสัญญาณอัลตราโซนิกโดยใช้ปฏิสัมพันธ์ของแสงสว่างด้วยเนื้อเยื่อเพื่อให้ได้ภาพเนื้อเยื่อที่มีความละเอียดสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาชีวการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตรวจหาเนื้องอก การถ่ายภาพหลอดเลือด การถ่ายภาพผิวหนัง และสาขาอื่นๆ

หลักการ:
1. การดูดกลืนแสงและการขยายตัวทางความร้อน: – การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงใช้เอฟเฟกต์ความร้อนที่เกิดจากการดูดกลืนแสง โมเลกุลของเม็ดสีในเนื้อเยื่อ (เช่น เฮโมโกลบิน เมลานิน) จะดูดซับโฟตอน (โดยปกติจะเป็นแสงอินฟราเรดใกล้) ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน ทำให้อุณหภูมิในท้องถิ่นสูงขึ้น
2. การขยายตัวเนื่องจากความร้อนทำให้เกิดอัลตราซาวนด์: – อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการขยายตัวเนื่องจากความร้อนเล็กน้อยของเนื้อเยื่อ ซึ่งก่อให้เกิดคลื่นความดัน (เช่น อัลตราซาวนด์)
3. การตรวจจับด้วยอัลตราโซนิก: – คลื่นอัลตราโซนิกที่สร้างขึ้นจะแพร่กระจายภายในเนื้อเยื่อ และสัญญาณเหล่านี้จะได้รับและบันทึกโดยเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก (เช่น โพรบอัลตราโซนิก)
4. การสร้างภาพใหม่: สัญญาณอัลตราโซนิกที่เก็บรวบรวมจะถูกคำนวณและประมวลผลเพื่อสร้างภาพโครงสร้างและการทำงานของเนื้อเยื่อขึ้นใหม่ ซึ่งสามารถให้ลักษณะการดูดกลืนแสงของเนื้อเยื่อได้ ข้อดีของการถ่ายภาพด้วยแสง: คอนทราสต์สูง: การถ่ายภาพด้วยแสงขึ้นอยู่กับลักษณะการดูดกลืนแสงของเนื้อเยื่อ และเนื้อเยื่อต่างๆ (เช่น เลือด ไขมัน กล้ามเนื้อ ฯลฯ) มีความสามารถที่แตกต่างกันในการดูดซับแสง จึงสามารถให้ภาพที่มีคอนทราสต์สูง ความละเอียดสูง: การใช้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงของอัลตราซาวนด์ การถ่ายภาพด้วยแสงสามารถบรรลุความแม่นยำในการถ่ายภาพระดับมิลลิเมตรหรือต่ำกว่ามิลลิเมตร ไม่รุกราน: การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงไม่รุกราน แสงและเสียงจะไม่ทำให้เนื้อเยื่อเสียหาย เหมาะมากสำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ของมนุษย์ ความสามารถในการถ่ายภาพเชิงลึก: เมื่อเปรียบเทียบกับการถ่ายภาพด้วยแสงแบบดั้งเดิม การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงสามารถทะลุผ่านใต้ผิวหนังได้หลายเซนติเมตร ซึ่งเหมาะสำหรับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อลึก

แอปพลิเคชัน:
1. การถ่ายภาพหลอดเลือด: – การถ่ายภาพด้วยแสงสามารถตรวจจับคุณสมบัติการดูดซับแสงของฮีโมโกลบินในเลือด จึงสามารถแสดงโครงสร้างและสถานะการให้ออกซิเจนของหลอดเลือดได้อย่างแม่นยำ เพื่อติดตามจุลภาคและการตัดสินโรค
2. การตรวจหาเนื้องอก: – การสร้างเส้นเลือดใหม่ในเนื้อเยื่อเนื้องอกมักจะมีอยู่มากมาย และการถ่ายภาพด้วยแสงสามารถช่วยตรวจพบเนื้องอกได้ในระยะเริ่มต้นโดยการตรวจหาความผิดปกติในโครงสร้างหลอดเลือด
3. การถ่ายภาพเชิงฟังก์ชัน: – การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงสามารถประเมินปริมาณออกซิเจนในเนื้อเยื่อโดยการตรวจจับความเข้มข้นของออกซิเจนและดีออกซีฮีโมโกลบินในเนื้อเยื่อ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการติดตามการทำงานของโรคต่างๆ เช่น มะเร็งและโรคหลอดเลือดหัวใจ
4. การถ่ายภาพผิวหนัง: – เนื่องจากการถ่ายภาพด้วยแสงเสียงมีความไวต่อเนื้อเยื่อผิวเผินมาก จึงเหมาะสำหรับการตรวจหามะเร็งผิวหนังในระยะเริ่มต้นและการวิเคราะห์ความผิดปกติของผิวหนัง
5. การถ่ายภาพสมอง: การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงสามารถรับข้อมูลการไหลเวียนของเลือดในสมองในลักษณะที่ไม่รุกรานสำหรับการศึกษาโรคทางสมอง เช่น โรคหลอดเลือดสมอง และโรคลมบ้าหมู

ความท้าทายและทิศทางการพัฒนาของการถ่ายภาพด้วยแสง:
แหล่งกำเนิดแสงการเลือก: การทะลุผ่านของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะแตกต่างกัน วิธีการเลือกความละเอียดสมดุลของความยาวคลื่นและความลึกของการเจาะนั้นเป็นเรื่องที่ท้าทาย การประมวลผลสัญญาณ: การได้มาและการประมวลผลสัญญาณอัลตราโซนิกต้องใช้อัลกอริธึมความเร็วสูงและแม่นยำ และการพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างภาพใหม่ก็มีความสำคัญเช่นกัน การถ่ายภาพต่อเนื่องหลายรูปแบบ: การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงสามารถใช้ร่วมกับวิธีการถ่ายภาพอื่นๆ (เช่น MRI, CT, การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์) เพื่อให้ข้อมูลทางชีวการแพทย์ที่ครอบคลุมมากขึ้น

การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงเป็นเทคโนโลยีการถ่ายภาพทางชีวการแพทย์แบบใหม่และอเนกประสงค์ ซึ่งมีคุณลักษณะของคอนทราสต์สูง ความละเอียดสูง และไม่รุกราน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี การถ่ายภาพเสียงด้วยแสงมีโอกาสนำไปใช้ในวงกว้างในการวินิจฉัยทางการแพทย์ การวิจัยทางชีววิทยาขั้นพื้นฐาน การพัฒนายา และสาขาอื่นๆ