Principes de l'imagerie photoacoustique

Principes de l'imagerie photoacoustique

L'imagerie photoacoustique (PAI) est une technique d'imagerie médicale qui combineoptiqueet l'acoustique pour générer des signaux ultrasonores en utilisant l'interaction delumièreavec des tissus pour obtenir des images tissulaires haute résolution. Il est largement utilisé dans les domaines biomédicaux, notamment dans la détection des tumeurs, l'imagerie vasculaire, l'imagerie cutanée et d'autres domaines.

Principe:
1. Absorption lumineuse et dilatation thermique : L'imagerie photoacoustique exploite l'effet thermique produit par l'absorption lumineuse. Les molécules pigmentaires des tissus (p. ex., hémoglobine, mélanine) absorbent les photons (généralement de la lumière proche infrarouge), qui sont convertis en énergie thermique, provoquant une augmentation locale de la température.
2. La dilatation thermique provoque des ultrasons : – L’augmentation de la température entraîne une minuscule dilatation thermique du tissu, ce qui produit des ondes de pression (c’est-à-dire des ultrasons).
3. Détection ultrasonore : – Les ondes ultrasonores générées se propagent dans les tissus, et ces signaux sont ensuite reçus et enregistrés par des capteurs ultrasonores (tels que des sondes ultrasonores).
4. Reconstruction d'image : le signal ultrasonore collecté est calculé et traité pour reconstruire l'image de la structure et de la fonction du tissu, ce qui peut fournir les caractéristiques d'absorption optique du tissu. Avantages de l'imagerie photoacoustique : Contraste élevé : l'imagerie photoacoustique s'appuie sur les caractéristiques d'absorption de la lumière des tissus, et différents tissus (tels que le sang, la graisse, les muscles, etc.) ont des capacités différentes d'absorption de la lumière, ce qui permet de fournir des images à contraste élevé. Haute résolution : grâce à la haute résolution spatiale de l'échographie, l'imagerie photoacoustique peut atteindre une précision d'imagerie millimétrique, voire submillimétrique. Non invasive : l'imagerie photoacoustique est non invasive, la lumière et le son n'endommagent pas les tissus, ce qui est très adapté au diagnostic médical humain. Capacité d'imagerie en profondeur : par rapport à l'imagerie optique traditionnelle, l'imagerie photoacoustique peut pénétrer plusieurs centimètres sous la peau, ce qui est adapté à l'imagerie des tissus profonds.

Application:
1. Imagerie vasculaire : – L’imagerie photoacoustique peut détecter les propriétés d’absorption de la lumière de l’hémoglobine dans le sang, de sorte qu’elle peut afficher avec précision la structure et l’état d’oxygénation des vaisseaux sanguins pour surveiller la microcirculation et juger les maladies.
2. Détection des tumeurs : – L’angiogenèse dans les tissus tumoraux est généralement extrêmement abondante et l’imagerie photoacoustique peut aider à la détection précoce des tumeurs en détectant des anomalies dans la structure vasculaire.
3. Imagerie fonctionnelle : – L’imagerie photoacoustique peut évaluer l’apport en oxygène des tissus en détectant la concentration d’oxygénation et de désoxyhémoglobine dans les tissus, ce qui est d’une grande importance pour la surveillance fonctionnelle de maladies telles que le cancer et les maladies cardiovasculaires.
4. Imagerie cutanée : – L’imagerie photoacoustique étant très sensible aux tissus superficiels, elle convient à la détection précoce du cancer de la peau et à l’analyse des anomalies cutanées.
5. Imagerie cérébrale : l’imagerie photoacoustique peut obtenir des informations sur le flux sanguin cérébral de manière non invasive pour l’étude des maladies cérébrales telles que les accidents vasculaires cérébraux et l’épilepsie.

Défis et axes de développement de l'imagerie photoacoustique :
Source de lumièreSélection : La pénétration de la lumière selon les longueurs d'onde est différente, et choisir la bonne résolution d'équilibre de longueur d'onde et la profondeur de pénétration est un défi. Traitement du signal : L'acquisition et le traitement des signaux ultrasonores nécessitent des algorithmes rapides et précis, et le développement de la technologie de reconstruction d'image est également crucial. Imagerie multimodale : L'imagerie photoacoustique peut être combinée à d'autres modalités d'imagerie (telles que l'IRM, la TDM, l'imagerie par ultrasons) pour fournir des informations biomédicales plus complètes.

L'imagerie photoacoustique est une nouvelle technologie d'imagerie biomédicale multifonctionnelle, caractérisée par un contraste élevé, une haute résolution et une non-invasivité. Grâce au développement technologique, l'imagerie photoacoustique offre de vastes perspectives d'application dans le diagnostic médical, la recherche en biologie fondamentale, le développement de médicaments et d'autres domaines.