Prinsip pencitraan fotoakustik

Prinsip pencitraan fotoakustik

Pencitraan Fotoakustik (PAI) adalah teknik pencitraan medis yang menggabungkanoptikdan akustik untuk menghasilkan sinyal ultrasonik menggunakan interaksilampudengan jaringan untuk mendapatkan citra jaringan beresolusi tinggi. Metode ini banyak digunakan dalam bidang biomedis, terutama dalam deteksi tumor, pencitraan vaskular, pencitraan kulit, dan bidang lainnya.

Prinsip:
1. Penyerapan cahaya dan ekspansi termal: – Pencitraan fotoakustik menggunakan efek termal yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya. Molekul pigmen dalam jaringan (misalnya, hemoglobin, melanin) menyerap foton (biasanya cahaya inframerah dekat), yang kemudian diubah menjadi energi panas, yang menyebabkan peningkatan suhu lokal.
2. Ekspansi termal menyebabkan ultrasound: – Kenaikan suhu menyebabkan ekspansi termal kecil pada jaringan, yang menghasilkan gelombang tekanan (yaitu ultrasound).
3. Deteksi ultrasonik: – Gelombang ultrasonik yang dihasilkan merambat di dalam jaringan, dan sinyal-sinyal ini kemudian diterima dan direkam oleh sensor ultrasonik (seperti probe ultrasonik).
4. Rekonstruksi gambar: Sinyal ultrasonik yang dikumpulkan dihitung dan diproses untuk membangun kembali struktur dan fungsi gambar jaringan, yang dapat memberikan karakteristik penyerapan optik jaringan. Keuntungan pencitraan fotoakustik: Kontras tinggi: Pencitraan fotoakustik bergantung pada karakteristik penyerapan cahaya jaringan, dan jaringan yang berbeda (seperti darah, lemak, otot, dll.) memiliki kemampuan yang berbeda untuk menyerap cahaya, sehingga dapat memberikan gambar kontras tinggi. Resolusi tinggi: Menggunakan resolusi spasial ultrasonografi yang tinggi, pencitraan fotoakustik dapat mencapai akurasi pencitraan milimeter atau bahkan sub-milimeter. Non-invasif: Pencitraan fotoakustik bersifat non-invasif, cahaya dan suara tidak akan menyebabkan kerusakan jaringan, sangat cocok untuk diagnosis medis manusia. Kemampuan pencitraan kedalaman: Dibandingkan dengan pencitraan optik tradisional, pencitraan fotoakustik dapat menembus beberapa sentimeter di bawah kulit, yang cocok untuk pencitraan jaringan dalam.

Aplikasi:
1. Pencitraan vaskular: – Pencitraan fotoakustik dapat mendeteksi sifat penyerapan cahaya hemoglobin dalam darah, sehingga dapat secara akurat menampilkan struktur dan status oksigenasi pembuluh darah untuk memantau mikrosirkulasi dan menilai penyakit.
2. Deteksi tumor: – Angiogenesis dalam jaringan tumor biasanya sangat melimpah, dan pencitraan fotoakustik dapat membantu deteksi dini tumor dengan mendeteksi kelainan pada struktur pembuluh darah.
3. Pencitraan fungsional: – Pencitraan fotoakustik dapat menilai pasokan oksigen jaringan dengan mendeteksi konsentrasi oksigenasi dan deoksihemoglobin dalam jaringan, yang sangat penting untuk pemantauan fungsional penyakit seperti kanker dan penyakit kardiovaskular.
4. Pencitraan kulit: – Karena pencitraan fotoakustik sangat sensitif terhadap jaringan superfisial, pencitraan ini cocok untuk deteksi dini kanker kulit dan analisis kelainan kulit.
5. Pencitraan otak: Pencitraan fotoakustik dapat memperoleh informasi aliran darah otak dengan cara non-invasif untuk mempelajari penyakit otak seperti stroke dan epilepsi.

Tantangan dan arah pengembangan pencitraan fotoakustik:
Sumber cahayaPemilihan: Penetrasi cahaya pada panjang gelombang yang berbeda berbeda-beda, sehingga sulit untuk memilih keseimbangan resolusi dan kedalaman penetrasi panjang gelombang yang tepat. Pemrosesan sinyal: Akuisisi dan pemrosesan sinyal ultrasonik membutuhkan algoritma berkecepatan tinggi dan akurat, dan pengembangan teknologi rekonstruksi gambar juga krusial. Pencitraan multimoda: Pencitraan fotoakustik dapat dikombinasikan dengan modalitas pencitraan lain (seperti MRI, CT scan, dan ultrasonografi) untuk memberikan informasi biomedis yang lebih komprehensif.

Pencitraan fotoakustik adalah teknologi pencitraan biomedis baru dan multifungsi yang memiliki karakteristik kontras tinggi, resolusi tinggi, dan non-invasif. Seiring perkembangan teknologi, pencitraan fotoakustik memiliki prospek aplikasi yang luas dalam diagnosis medis, penelitian biologi dasar, pengembangan obat, dan bidang lainnya.