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 ultrasoniques en utilisant l'interaction delumièreavec des tissus pour obtenir des images tissulaires à haute résolution. Il est largement utilisé dans les champs biomédicaux, en particulier dans la détection des tumeurs, l'imagerie vasculaire, l'imagerie cutanée et d'autres champs.

Principe:
1. Absorption de lumière et expansion thermique: - L'imagerie photoacoustique utilise l'effet thermique produit par l'absorption de la lumière. Les molécules de pigment dans le tissu (par exemple, l'hémoglobine, la mélanine) absorbent les photons (généralement de la lumière proche infrarouge), qui sont converties en énergie thermique, provoquant une augmentation des températures locales.
2. La dilatation thermique provoque l'échographie: - L'augmentation de la température entraîne une minuscule expansion thermique du tissu, qui produit des ondes de pression (c'est-à-dire l'échographie).
3. Détection par ultrasons: - Les ondes ultrasoniques générées se propagent dans le tissu, et ces signaux sont ensuite reçus et enregistrés par des capteurs à ultrasons (tels que les sondes à ultrasons).
4. Reconstruction d'image: le signal ultrasonique collecté est calculé et traité pour reconstruire la structure et l'image de fonction du tissu, qui peut fournir les caractéristiques d'absorption optique du tissu. Les avantages de l'imagerie photoacoustique: contraste élevé: l'imagerie photoacoustique repose 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 pour absorber la lumière, afin qu'elle puisse fournir des images à contraste élevé. Haute résolution: L'utilisation de la résolution spatiale élevée de l'imagerie à ultrasons, photoacoustique peut atteindre une précision d'imagerie millimétrique ou même sous-millimètre. Non-invasif: l'imagerie photoacoustique est non invasive, la lumière et le son ne causeront pas de lésions tissulaires, très adaptées 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 convient à l'imagerie des tissus profonds.

Application:
1. Imagerie vasculaire: - L'imagerie photoacoustique peut détecter les propriétés absorbant la lumière de l'hémoglobine dans le sang, afin qu'elle puisse 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'approvisionnement en oxygène des tissus en détectant la concentration d'oxygénation et de désoxyhémoglobine dans les tissus, qui est d'une grande signification pour la surveillance fonctionnelle de maladies telles que le cancer et les maladies cardiovasculaires.
4. Imagerie cutanée: - Parce que l'imagerie photoacoustique est très sensible aux tissus superficiels, il 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 les flux sanguins cérébraux de manière non invasive pour l'étude des maladies cérébrales telles que l'AVC et l'épilepsie.

Défis et orientations de développement de l'imagerie photoacoustique:
Source légèreSélection: La pénétration de la lumière de différentes longueurs d'onde est différente, comment choisir la bonne longueur d'onde, la résolution de l'équilibre et la profondeur de pénétration sont un défi. Traitement du signal: L'acquisition et le traitement des signaux ultrasoniques nécessitent des algorithmes à grande vitesse et précis, et le développement de la technologie de reconstruction d'image est également crucial. Imagerie multimodale: l'imagerie photoacoustique peut être combinée avec d'autres modalités d'imagerie (telles que l'IRM, CT, imagerie échographique) pour fournir des informations biomédicales plus complètes.

L'imagerie photoacoustique est une nouvelle technologie d'imagerie biomédicale multifonctionnelle, qui a les caractéristiques de contraste élevé, de haute résolution et non invasive. Avec le développement de la technologie, l'imagerie photoacoustique a de larges perspectives d'application dans le diagnostic médical, la recherche en biologie de base, le développement de médicaments et d'autres domaines.