หลักการของการถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียง

หลักการของการถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียง

Photoacoustic Imaging (PAI) เป็นเทคนิคการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่ผสมผสานเลนส์และเสียงเพื่อสร้างสัญญาณอัลตราโซนิกโดยใช้ปฏิสัมพันธ์ของแสงสว่างด้วยเนื้อเยื่อเพื่อให้ได้ภาพเนื้อเยื่อที่มีความละเอียดสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านชีวการแพทย์ โดยเฉพาะการตรวจหาเนื้องอก การถ่ายภาพหลอดเลือด การถ่ายภาพผิวหนัง และสาขาอื่นๆ

หลักการ:
1. การดูดซับแสงและการขยายตัวเนื่องจากความร้อน: – การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงใช้ผลทางความร้อนที่เกิดจากการดูดซับแสง โมเลกุลของเม็ดสีในเนื้อเยื่อ (เช่น ฮีโมโกลบิน เมลานิน) จะดูดซับโฟตอน (โดยปกติคือแสงอินฟราเรดใกล้) ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน ทำให้อุณหภูมิในบริเวณนั้นสูงขึ้น
2. การขยายตัวเนื่องจากความร้อนทำให้เกิดคลื่นอัลตราซาวนด์: – การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เนื้อเยื่อขยายตัวเนื่องจากความร้อนเพียงเล็กน้อย ซึ่งก่อให้เกิดคลื่นความดัน (เช่น อัลตราซาวนด์)
3. การตรวจจับด้วยอัลตราโซนิก: คลื่นอัลตราโซนิกที่เกิดขึ้นจะแพร่กระจายไปภายในเนื้อเยื่อ จากนั้นสัญญาณเหล่านี้จะถูกรับและบันทึกโดยเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก (เช่น หัววัดอัลตราโซนิก)
4. การสร้างภาพใหม่: สัญญาณอัลตราโซนิคที่รวบรวมได้จะถูกคำนวณและประมวลผลเพื่อสร้างภาพโครงสร้างและฟังก์ชันของเนื้อเยื่อใหม่ ซึ่งสามารถให้ลักษณะการดูดกลืนแสงของเนื้อเยื่อได้ ข้อดีของการถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียง: คอนทราสต์สูง: การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงอาศัยลักษณะการดูดกลืนแสงของเนื้อเยื่อ และเนื้อเยื่อต่างๆ (เช่น เลือด ไขมัน กล้ามเนื้อ ฯลฯ) มีความสามารถในการดูดซับแสงต่างกัน จึงสามารถให้ภาพที่มีคอนทราสต์สูงได้ ความละเอียดสูง: การใช้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงของอัลตราซาวนด์ การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงสามารถให้ความแม่นยำในการถ่ายภาพในระดับมิลลิเมตรหรือแม้แต่ระดับย่อยมิลลิเมตรได้ ไม่รุกราน: การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงไม่รุกราน แสงและเสียงจะไม่ทำให้เนื้อเยื่อเสียหาย เหมาะมากสำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ของมนุษย์ ความสามารถในการถ่ายภาพเชิงลึก: เมื่อเปรียบเทียบกับการถ่ายภาพด้วยแสงแบบเดิม การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงสามารถเจาะลึกลงไปใต้ผิวหนังได้หลายเซนติเมตร ซึ่งเหมาะสำหรับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อลึก

แอปพลิเคชัน:
1. การถ่ายภาพหลอดเลือด: – การถ่ายภาพแบบโฟโตอะคูสติกสามารถตรวจจับคุณสมบัติการดูดซับแสงของฮีโมโกลบินในเลือด จึงสามารถแสดงโครงสร้างและสถานะออกซิเจนของหลอดเลือดได้อย่างแม่นยำ เพื่อการติดตามการไหลเวียนโลหิตระดับจุลภาคและตัดสินโรค
2. การตรวจหาเนื้องอก: – การสร้างหลอดเลือดใหม่ในเนื้อเยื่อเนื้องอกมักเกิดขึ้นบ่อยครั้ง และการถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงสามารถช่วยตรวจพบเนื้องอกได้ในระยะเริ่มต้นโดยตรวจจับความผิดปกติในโครงสร้างหลอดเลือด
3. การถ่ายภาพเชิงฟังก์ชัน: การถ่ายภาพแบบโฟโตอะคูสติกสามารถประเมินปริมาณออกซิเจนที่ส่งไปยังเนื้อเยื่อได้โดยการตรวจจับความเข้มข้นของออกซิเจนและดีออกซีฮีโมโกลบินในเนื้อเยื่อ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการติดตามการทำงานของโรคต่างๆ เช่น มะเร็งและโรคหัวใจและหลอดเลือด
4. การถ่ายภาพผิวหนัง: – เนื่องจากการถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงมีความไวต่อเนื้อเยื่อผิวเผินมาก จึงเหมาะสำหรับการตรวจจับมะเร็งผิวหนังในระยะเริ่มต้นและการวิเคราะห์ความผิดปกติของผิวหนัง
5. การถ่ายภาพสมอง: การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงสามารถได้รับข้อมูลการไหลเวียนเลือดในสมองในลักษณะที่ไม่รุกรานสำหรับการศึกษาโรคของสมอง เช่น โรคหลอดเลือดสมองและโรคลมบ้าหมู

ความท้าทายและทิศทางการพัฒนาระบบถ่ายภาพอะคูสติก:
แหล่งกำเนิดแสงการคัดเลือก: การทะลุผ่านของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันนั้นแตกต่างกัน การเลือกความสมดุลของความยาวคลื่น ความละเอียด และความลึกของการทะลุผ่านจึงเป็นเรื่องท้าทาย การประมวลผลสัญญาณ: การรับและประมวลผลสัญญาณอัลตราโซนิคต้องใช้ขั้นตอนวิธีที่มีความเร็วสูงและแม่นยำ และการพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างภาพใหม่ก็มีความสำคัญเช่นกัน การถ่ายภาพหลายโหมด: การถ่ายภาพแบบโฟโตอะคูสติกสามารถรวมกับการถ่ายภาพรูปแบบอื่นๆ (เช่น MRI, CT, การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์) เพื่อให้ข้อมูลทางชีวการแพทย์ที่ครอบคลุมมากขึ้น

การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงเป็นเทคโนโลยีการถ่ายภาพทางการแพทย์แบบใหม่ที่มีฟังก์ชันหลากหลาย ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือมีความคมชัดสูง มีความละเอียดสูง และไม่รุกราน ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงจึงมีโอกาสนำไปใช้ในวงกว้างในการวินิจฉัยทางการแพทย์ การวิจัยทางชีววิทยาพื้นฐาน การพัฒนายา และสาขาอื่นๆ