Prinsip pencitraan fotoakustik

Prinsip pencitraan fotoakustik

Pencitraan Fotoakustik (PAI) adalah teknik pencitraan medis yang menggabungkanoptikdan akustik untuk menghasilkan sinyal ultrasonik menggunakan interaksilampudengan jaringan untuk memperoleh gambar jaringan beresolusi tinggi. Alat 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 diubah menjadi energi panas, yang menyebabkan suhu lokal meningkat.
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 menyebar 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 ultrasound 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 dengan panjang gelombang yang berbeda berbeda, bagaimana memilih keseimbangan panjang gelombang yang tepat, resolusi, dan kedalaman penetrasi merupakan tantangan. Pemrosesan sinyal: Akuisisi dan pemrosesan sinyal ultrasonik memerlukan algoritma yang berkecepatan tinggi dan akurat, dan pengembangan teknologi rekonstruksi gambar juga penting. Pencitraan multimoda: Pencitraan fotoakustik dapat dikombinasikan dengan modalitas pencitraan lain (seperti MRI, CT, pencitraan ultrasonografi) untuk memberikan informasi biomedis yang lebih komprehensif.

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