עקרונות הדמיה פוטו-אקוסטית

עקרונות הדמיה פוטו-אקוסטית

הדמיה פוטואקוסטית (PAI) היא טכניקת הדמיה רפואית המשלבתאוֹפְּטִיקָהואקוסטיקה להפקת אותות קולי באמצעות האינטראקציה שלאוֹרעם רקמה כדי לקבל תמונות רקמה ברזולוציה גבוהה. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים ביו-רפואיים, במיוחד בזיהוי גידולים, הדמיית כלי דם, הדמיית עור ותחומים אחרים.

עִקָרוֹן:
1. בליעת אור והתפשטות תרמית: - הדמיה פוטו-אקוסטית משתמשת באפקט התרמי שנוצר על ידי ספיגת האור. מולקולות הפיגמנט ברקמה (למשל המוגלובין, מלנין) קולטות פוטונים (בדרך כלל אור קרוב לאינפרא אדום), המומרים לאנרגיית חום, מה שגורם לעלייה בטמפרטורות מקומיות.
2. התפשטות תרמית גורמת לאולטרסאונד: – עליית טמפרטורה מובילה להתרחבות תרמית זעירה של הרקמה, המייצרת גלי לחץ (כלומר אולטרסאונד).
3. זיהוי אולטרסאונד: – הגלים האולטראסוניים שנוצרו מתפשטים בתוך הרקמה, ואותות אלו נקלטים ונקלטים לאחר מכן על ידי חיישנים אולטראסוניים (כגון בדיקות אולטרסאונד).
4. שחזור תמונה: האות האולטראסוני שנאסף מחושב ומעובד כדי לבנות מחדש את תמונת המבנה והתפקוד של הרקמה, שיכולה לספק את מאפייני הקליטה האופטיים של הרקמה. יתרונות הדמיה פוטו-אקוסטית: ניגודיות גבוהה: הדמיה פוטו-אקוסטית מסתמכת על מאפייני ספיגת האור של רקמות, ולרקמות שונות (כגון דם, שומן, שריר וכו') יש יכולות שונות לקלוט אור, כך שהיא יכולה לספק תמונות בעלות ניגודיות גבוהה. רזולוציה גבוהה: באמצעות הרזולוציה המרחבית הגבוהה של אולטרסאונד, הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה להשיג דיוק הדמיה של מילימטר או אפילו תת-מילימטר. לא פולשני: הדמיה פוטואקוסטית אינה פולשנית, אור וקול לא יגרמו נזק לרקמות, מתאים מאוד לאבחון רפואי אנושי. יכולת הדמיית עומק: בהשוואה להדמיה אופטית מסורתית, הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לחדור כמה סנטימטרים מתחת לעור, מה שמתאים להדמיית רקמות עמוקות.

בַּקָשָׁה:
1. הדמיה של כלי דם: - הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לזהות את תכונות קליטת האור של המוגלובין בדם, כך שהיא יכולה להציג במדויק את המבנה ומצב החמצון של כלי הדם לניטור מיקרו-סירקולציה ולשיפוט מחלות.
2. זיהוי גידולים: - אנגיוגנזה ברקמות הגידול היא בדרך כלל בשפע, והדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לסייע בגילוי מוקדם של גידולים על ידי זיהוי חריגות במבנה כלי הדם.
3. הדמיה פונקציונלית: – הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה להעריך את אספקת החמצן של הרקמות על ידי זיהוי ריכוז החמצן והדאוקסיהמוגלובין ברקמות, שהוא בעל משמעות רבה לניטור תפקודי של מחלות כמו סרטן ומחלות לב וכלי דם.
4. הדמיית עור: – כיוון שהדמיה פוטו-אקוסטית רגישה מאוד לרקמות שטחיות, היא מתאימה לגילוי מוקדם של סרטן העור וניתוח מומים בעור.
5. הדמיה מוחית: הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לקבל מידע על זרימת הדם במוח באופן לא פולשני לחקר מחלות מוח כמו שבץ ואפילפסיה.

אתגרים וכיווני פיתוח של הדמיה פוטו-אקוסטית:
מקור אורבחירה: חדירת אור באורכי גל שונים היא שונה, כיצד לבחור את הרזולוציה הנכונה של איזון אורך הגל ועומק החדירה הוא אתגר. עיבוד אותות: רכישה ועיבוד של אותות אולטרא-קוליים דורשים אלגוריתמים מהירים ומדויקים, וגם פיתוח טכנולוגיית שחזור התמונה הוא קריטי. הדמיה רב-מודאלית: ניתן לשלב הדמיה פוטו-אקוסטית עם שיטות הדמיה אחרות (כגון MRI, CT, הדמיית אולטרסאונד) כדי לספק מידע ביו-רפואי מקיף יותר.

הדמיה פוטו-אקוסטית היא טכנולוגיית הדמיה ביו-רפואית חדשה ורב-תכליתית, בעלת המאפיינים של ניגודיות גבוהה, רזולוציה גבוהה ואינה פולשנית. עם התפתחות הטכנולוגיה, להדמיה פוטו-אקוסטית יש סיכויי יישום רחבים באבחון רפואי, מחקר ביולוגיה בסיסי, פיתוח תרופות ותחומים אחרים.