Các nguyên tắc của hình ảnh quang học

Các nguyên tắc của hình ảnh quang học

Hình ảnh quang hóa (PAI) là một kỹ thuật hình ảnh y tế kết hợpquang họcvà âm thanh để tạo ra các tín hiệu siêu âm bằng cách sử dụng sự tương tác củaánh sángvới mô để có được hình ảnh mô có độ phân giải cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y sinh, đặc biệt là trong phát hiện khối u, hình ảnh mạch máu, hình ảnh da và các trường khác.

Nguyên tắc:
1. Hấp thụ ánh sáng và mở rộng nhiệt: - Hình ảnh quang điện sử dụng hiệu ứng nhiệt được tạo ra bởi sự hấp thụ ánh sáng. Các phân tử sắc tố trong mô (ví dụ, hemoglobin, melanin) hấp thụ các photon (thường là ánh sáng gần hồng ngoại), được chuyển thành năng lượng nhiệt, khiến nhiệt độ cục bộ tăng lên.
2. Sự giãn nở nhiệt gây ra siêu âm: - Nhiệt độ tăng dẫn đến sự giãn nở nhiệt nhỏ của mô, tạo ra sóng áp suất (Siêu âm).
3. Phát hiện siêu âm: - Các sóng siêu âm được tạo ra truyền trong mô, và các tín hiệu này sau đó được nhận và ghi lại bởi các cảm biến siêu âm (như đầu dò siêu âm).
4. Tái tạo hình ảnh: Tín hiệu siêu âm được thu thập được tính toán và xử lý để xây dựng lại cấu trúc và hình ảnh chức năng của mô, có thể cung cấp các đặc tính hấp thụ quang học của mô. Ưu điểm của hình ảnh quang hóa: Độ tương phản cao: Hình ảnh quang học phụ thuộc vào các đặc tính hấp thụ ánh sáng của các mô và các mô khác nhau (như máu, chất béo, cơ bắp, v.v.) có khả năng khác nhau để hấp thụ ánh sáng, vì vậy nó có thể cung cấp hình ảnh có độ tương phản cao. Độ phân giải cao: Sử dụng độ phân giải không gian cao của siêu âm, hình ảnh quang học có thể đạt được độ chính xác hình ảnh milimet hoặc thậm chí là phụ. Không xâm lấn: Hình ảnh quang hóa là không xâm lấn, ánh sáng và âm thanh sẽ không gây tổn thương mô, rất phù hợp để chẩn đoán y tế ở người. Khả năng hình ảnh độ sâu: So với hình ảnh quang học truyền thống, hình ảnh quang học có thể xuyên qua vài cm dưới da, phù hợp cho hình ảnh mô sâu.

Ứng dụng:
1. Hình ảnh mạch máu:-Hình ảnh quang học có thể phát hiện các tính chất hấp thụ ánh sáng của hemoglobin trong máu, do đó nó có thể hiển thị chính xác cấu trúc và tình trạng oxy của các mạch máu để theo dõi các bệnh vi tuần hoàn và đánh giá.
2. Phát hiện khối u: - Sự hình thành mạch trong các mô khối u thường cực kỳ phong phú, và hình ảnh quang học có thể giúp phát hiện sớm các khối u bằng cách phát hiện các bất thường trong cấu trúc mạch máu.
3. Hình ảnh chức năng: - Hình ảnh quang học có thể đánh giá việc cung cấp oxy của các mô bằng cách phát hiện nồng độ oxy hóa và deoxyhemoglobin trong các mô, có ý nghĩa lớn đối với việc theo dõi chức năng của bệnh như ung thư và bệnh tim mạch.
4. Hình ảnh da: - Vì hình ảnh quang điện rất nhạy cảm với mô bề mặt, nó phù hợp để phát hiện sớm ung thư da và phân tích các bất thường về da.
5. Hình ảnh não: Hình ảnh quang học có thể thu được thông tin lưu lượng máu não theo cách không xâm lấn cho nghiên cứu các bệnh não như đột quỵ và động kinh.

Những thách thức và hướng phát triển của hình ảnh quang học:
Nguồn sángLựa chọn: Sự thâm nhập ánh sáng của các bước sóng khác nhau là khác nhau, làm thế nào để chọn độ phân giải cân bằng bước sóng bên phải và độ sâu thâm nhập là một thách thức. Xử lý tín hiệu: Việc thu thập và xử lý tín hiệu siêu âm đòi hỏi các thuật toán tốc độ cao và chính xác, và sự phát triển của công nghệ tái tạo hình ảnh cũng rất quan trọng. Hình ảnh đa phương thức: Hình ảnh quang hóa có thể được kết hợp với các phương thức hình ảnh khác (như MRI, CT, hình ảnh siêu âm) để cung cấp thông tin y sinh toàn diện hơn.

Hình ảnh Photoacoust là một công nghệ hình ảnh y sinh mới và đa chức năng, có đặc điểm của độ tương phản cao, độ phân giải cao và không xâm lấn. Với sự phát triển của công nghệ, hình ảnh quang học có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán y khoa, nghiên cứu sinh học cơ bản, phát triển thuốc và các lĩnh vực khác.