עקרונות של הדמיה פוטו-אקוסטית

עקרונות של הדמיה פוטו-אקוסטית

הדמיה פוטו-אקוסטית (PAI) היא טכניקת הדמיה רפואית המשלבתאוֹפְּטִיקָהואקוסטיקה ליצירת אותות קוליים באמצעות אינטראקציה שלאוֹרעם רקמה כדי לקבל תמונות רקמה ברזולוציה גבוהה. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים ביו-רפואיים, במיוחד בגילוי גידולים, הדמיה וסקולרית, הדמיה עורית ותחומים אחרים.

עִקָרוֹן:
1. בליעת אור והתפשטות תרמית: – הדמיה פוטו-אקוסטית משתמשת באפקט התרמי הנוצר על ידי בליעת אור. מולקולות הפיגמנט ברקמה (למשל, המוגלובין, מלנין) סופגות פוטונים (בדרך כלל אור אינפרא אדום קרוב), אשר מומרים לאנרגיית חום, מה שגורם לעלייה בטמפרטורות המקומיות.
2. התפשטות תרמית גורמת לאולטרסאונד: – עליית הטמפרטורה מובילה להתפשטות תרמית זעירה של הרקמה, אשר מייצרת גלי לחץ (כלומר, אולטרסאונד).
3. גילוי אולטרסאונד: – גלי האולטרסאונד שנוצרים מתפשטים בתוך הרקמה, אותות אלה נקלטים ונרשמים לאחר מכן על ידי חיישנים אולטרסאונדים (כגון גלאים אולטרסאונדים).
4. שחזור תמונה: אות האולטרסאונד שנאסף מחושב ומעובד כדי לבנות מחדש את תמונת המבנה והתפקוד של הרקמה, מה שיכול לספק את מאפייני הבליעה האופטיים של הרקמה. יתרונות ההדמיה הפוטו-אקוסטית: ניגודיות גבוהה: הדמיה פוטו-אקוסטית מסתמכת על מאפייני בליעת האור של הרקמות, ולרקמות שונות (כגון דם, שומן, שריר וכו') יש יכולות שונות לבלוע 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 פוטו-אקוסטית אינה פולשנית, אור וקול לא יגרמו נזק לרקמות, מתאים מאוד לאבחון רפואי בבני אדם. יכולת הדמיה עומק: בהשוואה להדמיה אופטית מסורתית, הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לחדור כמה סנטימטרים מתחת לעור, דבר המתאים להדמיה של רקמות עמוקות.

בַּקָשָׁה:
1. הדמיה וסקולרית: – הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לזהות את תכונות ספיגת האור של המוגלובין בדם, כך שהיא יכולה להציג במדויק את המבנה ומצב החמצון של כלי הדם לצורך ניטור מיקרו-מחזור הדם ולשיפוט מחלות.
2. גילוי גידולים: – אנגיוגנזה ברקמות הגידול היא בדרך כלל בשפע ביותר, והדמיה פוטו-אקוסטית יכולה לסייע בגילוי מוקדם של גידולים על ידי גילוי חריגות במבנה כלי הדם.
3. הדמיה תפקודית: – הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה להעריך את אספקת החמצן לרקמות על ידי גילוי ריכוז החמצון והדאוקסיהמוגלובין ברקמות, דבר בעל חשיבות רבה לניטור תפקודי של מחלות כמו סרטן ומחלות לב וכלי דם.
4. הדמיית עור: – מכיוון שהדמיה פוטו-אקוסטית רגישה מאוד לרקמות שטחיות, היא מתאימה לגילוי מוקדם של סרטן עור ולניתוח של אנומליות עוריות.
5. הדמיית מוח: הדמיה פוטו-אקוסטית יכולה להשיג מידע על זרימת הדם במוח באופן לא פולשני לחקר מחלות מוח כגון שבץ מוחי ואפילפסיה.

אתגרים וכיווני פיתוח של הדמיה פוטו-אקוסטית:
מקור אורבחירה: חדירת אור באורכי גל שונים שונה, כיצד לבחור את איזון אורכי הגל הנכון, רזולוציית ועומק החדירה מהווים אתגר. עיבוד אותות: רכישה ועיבוד של אותות אולטרסאונד דורשים אלגוריתמים במהירות גבוהה ומדויקים, ופיתוח טכנולוגיית שחזור תמונה הוא גם 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 מאפיינים של ניגודיות גבוהה, רזולוציה גבוהה וביצועים לא פולשניים. עם התפתחות הטכנולוגיה, להדמיה פוטו-אקוסטית יש אפשרויות יישום רחבות באבחון רפואי, מחקר ביולוגי בסיסי, פיתוח תרופות ותחומים אחרים.