Nguyên lý của hình ảnh quang âm

Nguyên lý của hình ảnh quang âm

Chụp ảnh quang âm (PAI) là một kỹ thuật chụp ảnh y tế kết hợpquang họcvà âm học để tạo ra tín hiệu siêu âm bằng cách sử dụng sự tương tác củaánh sángvới mô để thu 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 lĩnh vực khác.

Nguyên tắc:
1. Hấp thụ ánh sáng và giãn nở nhiệt: – Chụp ảnh quang âm sử dụng hiệu ứng nhiệt do hấp thụ ánh sáng tạo ra. Các phân tử sắc tố trong mô (ví dụ, hemoglobin, melanin) hấp thụ các photon (thường là ánh sáng gần hồng ngoại), được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt, khiến nhiệt độ cục bộ tăng lên.
2. Sự giãn nở vì nhiệt gây ra siêu âm: – Nhiệt độ tăng dẫn đến sự giãn nở vì nhiệt nhỏ của mô, tạo ra sóng áp suất (tức là siêu âm).
3. Phát hiện siêu âm: – Sóng siêu âm được tạo ra lan truyền trong mô và sau đó các tín hiệu này được thu và ghi lại bởi các cảm biến siêu âm (như đầu dò siêu âm).
4. Tái tạo hình ảnh: tín hiệu siêu âm thu được được tính toán và xử lý để tái tạo hình ảnh cấu trúc và chức năng của mô, có thể cung cấp các đặc điểm hấp thụ quang học của mô. Ưu điểm của hình ảnh quang âm: Độ tương phản cao: Hình ảnh quang âm dựa trên các đặc điểm hấp thụ ánh sáng của mô và các mô khác nhau (như máu, mỡ, cơ, v.v.) có khả năng hấp thụ ánh sáng khác nhau, do đó 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 âm có thể đạt được độ chính xác hình ảnh milimét hoặc thậm chí dưới milimét. Không xâm lấn: Hình ảnh quang âm 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 chụp ảnh sâu: So với hình ảnh quang học truyền thống, hình ảnh quang âm có thể xuyên qua vài cm dưới da, phù hợp để chụp ảnh mô sâu.

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

Những thách thức và hướng phát triển của hình ảnh quang âm:
Nguồn sánglựa chọn: Độ 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 phù hợp 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 âm 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.

Chụp ảnh quang âm là công nghệ chụp ảnh y sinh mới và đa chức năng, có đặc điểm là độ tương phản cao, độ phân giải cao và không xâm lấn. Với sự phát triển của công nghệ, chụp ảnh quang âm 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.