Prinsip pencitraan fotoakustik

Prinsip pencitraan fotoakustik

Photoacoustic Imaging (PAI) adalah teknik pencitraan medis yang menggabungkanoptikdan akustik untuk menghasilkan sinyal ultrasonik menggunakan interaksilampudengan jaringan untuk mendapatkan gambar jaringan resolusi tinggi. Hal ini banyak digunakan dalam bidang biomedis, terutama dalam deteksi tumor, pencitraan pembuluh darah, 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 diubah menjadi energi panas, menyebabkan suhu lokal meningkat.
2. Ekspansi termal menyebabkan gelombang ultrasonik: – Kenaikan suhu menyebabkan ekspansi termal kecil pada jaringan, yang menghasilkan gelombang tekanan (yaitu gelombang ultrasonik).
3. Deteksi ultrasonik: – Gelombang ultrasonik yang dihasilkan merambat di dalam jaringan, dan sinyal ini selanjutnya 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 pada jaringan, dan jaringan yang berbeda (seperti darah, lemak, otot, dll.) memiliki kemampuan berbeda dalam menyerap cahaya, sehingga dapat menghasilkan gambar dengan kontras tinggi. Resolusi tinggi: Menggunakan resolusi spasial tinggi dari USG, 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, sehingga cocok untuk pencitraan jaringan dalam.

Aplikasi:
1. Pencitraan vaskular: – Pencitraan fotoakustik dapat mendeteksi sifat hemoglobin dalam darah yang menyerap cahaya, sehingga dapat secara akurat menampilkan struktur dan status oksigenasi pembuluh darah untuk memantau mikrosirkulasi dan menilai penyakit.
2. Deteksi tumor: – Angiogenesis pada 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 suplai 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, maka pencitraan ini cocok untuk deteksi dini kanker kulit dan analisis kelainan kulit.
5. Pencitraan otak: Pencitraan fotoakustik dapat memperoleh informasi aliran darah otak secara non-invasif untuk mempelajari penyakit otak seperti stroke dan epilepsi.

Tantangan dan arah pengembangan pencitraan fotoakustik:
Sumber cahayaseleksi: Penetrasi cahaya pada panjang gelombang yang berbeda berbeda, bagaimana memilih resolusi keseimbangan panjang gelombang yang tepat dan kedalaman penetrasi adalah sebuah tantangan. Pemrosesan sinyal: Akuisisi dan pemrosesan sinyal ultrasonik memerlukan algoritma berkecepatan tinggi dan akurat, dan pengembangan teknologi rekonstruksi gambar juga sangat penting. Pencitraan multimodal: Pencitraan fotoakustik dapat dikombinasikan dengan modalitas pencitraan lainnya (seperti MRI, CT, pencitraan 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. Dengan perkembangan teknologi, pencitraan fotoakustik memiliki prospek penerapan yang luas dalam diagnosis medis, penelitian biologi dasar, pengembangan obat, dan bidang lainnya.