Кіріспе

Фотоакустикалық бейнелеу немесе оптоакустикалық бейнелеу – фотоакустикалық эффектіге негізделген биомедициналық бейнелеу әдісі. Биологиялық тіндерге иондаушы емес лазерлік импульстар жіберіледі және энергияның бір бөлігі сіңіріліп, жылуға айналады, бұл уақытша термоэластикалық кеңеюге және соның салдарынан кең жолақты (яғни МГц) ультрадыбыстық сәулеленуге алып келеді. Пайда болған ультрадыбыстық толқындар ультрадыбыстық түрлендіргіштермен анықталып, бейнелерді алу үшін талданады. Оптикалық сіңірудің гемоглобин концентрациясы және оттегімен қанығуы сияқты физиологиялық қасиеттермен тығыз байланысты екені белгілі. Осының нәтижесінде ультрадыбыстық сәулеленудің (яғни фотоакустикалық сигналдың) шамасы, жергілікті энергия жинақталуына пропорционалды, физиологиялық ерекшеліктері бар оптикалық сіңіру контрастын көрсетеді. Содан кейін нысаналы аймақтардың 2D немесе 3D бейнелері құрастырылуы мүмкін.

Қарапайым жүйе

Қарапайым PAT/TAT/OAT жүйесі 3-суреттің сол жағында көрсетілген. Лазерлік сәуле қызығушылық тудыратын аймақты толығымен жабатын етіп кеңейтіліп, таратылады. Фотоакустикалық толқындар нысанадағы оптикалық сіңірудің таралуына пропорционалды түрде пайда болады және бір сканерленген ультрадыбыстық түрлендіргішпен анықталады. TAT/OAT жүйесі PAT жүйесімен бірдей, бірақ лазердің орнына микротолқынды қоздыру көзін пайдаланады. Бұл екі жүйеде де бір элементті түрлендіргіштер қолданылған, алайда анықтау схемасын ультрадыбыстық тізімдерді пайдалануға да бейімдеуге болады.

Ми зақымдалуын анықтау

ПАТ мидағы әртүрлі оптикалық сіңіру қасиеттеріне ие жұмсақ тіндерді нақтырақ көруге мүмкіндік береді.

Гемодинамикалық бақылау

HbO2 және Hb көрінетін спектрлік диапазондағы биологиялық тіндердегі негізгі сіңіруші заттар болғандықтан, әртүрлі толқын ұзындығындағы фотоакустикалық өлшемдер осы екі хромофордың салыстырмалы концентрациясын анықтауға мүмкіндік береді. Осылайша, гемоглобиннің жалпы салыстырмалы концентрациясы (HbT) және гемоглобиннің оттекпен қанығу деңгейі (sO2) есептелуі мүмкін. Сәйкесінше, мидың қызметімен байланысты ми гемодинамикасының өзгерістерін ПАТ арқылы сәтті анықтауға болады.

Аналық бездің қатерлі ісігін анықтау

ТАТ төмен шашырауға ие микротолқындарды қолдану арқылы, бірнеше сантиметрлік қалың биологиялық тіндерге миллиметрден аспайтын кеңістіктік ажыратымдылықпен енуге қабілетті. Бірақ, қатерлі және қалыпты тіндер радиожиілік сәулеленуге шамамен бірдей жауап беретіндіктен, ТАТ-тың ерте кезеңдегі сүт безі қатерлі ісігін анықтау мүмкіндігі шектеулі.

Фотоакустикалық микроскопия

Фотоакустикалық микроскопияның бейнелеу тереңдігі негізінен ультрадыбыс осқуымен шектеледі. Пространдық (яғни, осьтік және көлденең) ажыратымдылығы қолданылатын ультрадыбыс түрлендіргішке байланысты. Жоғары осьтік ажыратымдылық алу үшін жоғары орталық жиілігі және кең жолақтығы бар ультрадыбыс түрлендіргіш таңдалады. Көлденең ажыратымдылық түрлендіргіштің фокус диаметрімен анықталады. Мысалы, 50 МГц ультрадыбыс түрлендіргіш шамамен 3 мм бейнелеу тереңдігінде 15 микрометрлік осьтік және 45 микрометрлік көлденең ажыратымдылықты қамтамасыз етеді. Фотоакустикалық микроскопияның функционалдық бейнелеуде маңызды қолданыстары көп: ол кішкентай қантамырлардағы оттекті гемоглобин мен оттегісіз гемоглобиннің өзгерістерін анықтай алады.

Басқа қолданбалар

Фотоакустикалық бейнелеу әдісі жақында өнер туындыларын диагностикалау контекстінде, суреттердегі жасырын ерекшеліктерді – мысалы, алдын ала салынған эскіздерді немесе түпнұсқалық сызықтарды анықтауға баса назар аудара отырып енгізілді. Кенепке жазылған кішкентай майлы суреттерден алынған фотоакустикалық суреттер, олардың арт жағынан импульсті лазермен жарықтандырылғанда, бірнеше бояу қабатының астында жасырылған қарындаш эскіздерінің анық көрінуін қамтамасыз етті.

Фотоакустикалық бейнелеудегі жетістіктер

Фотоакустикалық бейнелеу терең оқыту қағидаларын және қысылған сезімталдықты интеграциялау арқылы жақындағы жетістіктерге қол жеткізді. Фотоакустикалық бейнелеуде терең оқыту қолданбалары туралы толық ақпарат алу үшін «Фотоакустикалық бейнелеудегі терең оқыту» дегенді қараңыз.