Photoacoustic imaging in biomedicine

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Марта 2011 в 08:28, реферат

Краткое описание

Photoacoustic imaging, as a hybrid biomedical imaging modality, is developed based on the photoacoustic effect. In photoacoustic imaging, non-ionizing laser pulses are delivered into biological tissues (when radio frequency pulses are used, the technology is referred to as thermoacoustic imaging). Some of the delivered energy will be absorbed and converted into heat, leading to transient thermoelastic expansion and thus wideband (e.g. MHz) ultrasonic emission. The generated ultrasonic waves are then detected by ultrasonic transducers to form images.

Скачать целиком (617.13 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Содержимое работы - 1 файл

Synopsis.doc

— 708.50 Кб (Скачать файл)

      Рис.4. Экспериментальная установка для  визуализации методом ФАМ.

      

      Рис.5. Многоволновая ФАМ визуализация для отображения оксигенации кожи крысы.

      

      Рис. 6. Многоволновая ФАМ визуализация для отображения меланомы in vivo. 

      Глубина ФАМ визуализации главным образом  ограничена затуханием ультразвука. Пространственное и боковое разрешение зависят  от используемого ультразвукового  преобразователя. Для получения  высокого аксиального разрешения выбирают ультразвуковой преобразователь с высокой центральной частотой и широкой пропускной способностью. Латеральное разрешение определяется фокальным диаметром преобразователя. Например,  для 50 МГц  ультразвуковой преобразователь обеспечивает 15 мкм аксиальное и 45 мкм латеральное разрешение с глубиной изображения ~3 мм.

      ФАМ имеет множество важных применений в функциональной визуализации. Два  примера приведены на рис.5 и 6. ФАМ  может обнаруживать изменения в  оксигенации/диоксигенации гемоглобина  в малых сосудах. Как показано на рис.9, артериолы (красные) и венулы (синие) четко разграничены с высоким пространственным разрешением. Рис.6 демонстрирует возможности ФАМ в визуализации меланомы кожи с использованием двух длин волн для получения морфологических отношений между меланомой и прилегающих к ней сосудистых структур in vivo (в естественных условиях).

      Фотоакустическая  визуализация и наши самые смелые мечты

      Чем дальше, тем лучше. Нужно что-нибудь найти, что обеспечит контраст каждой клетки. Как насчет ДНК и РНК? Это работает, но нужно использовать ультрафиолетовый свет. Но УФ свет не проникает глубоко в ткани, поскольку весь поглощается в верхних слоях. Так что это подходит для изучения вырезанных образцов, без их дополнительного окрашивания. Выбирая подходящую длину волны, мы можем разделить изображения ДНК и РНК и получить разрешение на субклеточном уровне.

      Это то, что делает фотоакустическую визуализацию настолько отличающейся от стандартных  техник медицинской визуализации.

      Используя основные виды аппаратуры, исследователь может  получать  изображения с детальным разрешением для огромного количества образцов: от внутренних органов до отдельных клеток. Ни одна другая техника не позволяет делать  это.

   Глоссарий

  1. Photoacoustic imaging – фотоакустическая визуализация
  1. Photoacoustic computed tomography – фотоакустическая компьютерная томография
  1. Photoacoustic microscopy – фотоакустическая микроскопия
  1. Ultrasonic emission – распространение ультразвука
  1. Ultrasonic waves – ультразвуковые волны
  1. Ultrasonic transducer – ультразвуковой датчик
  1. Photoacoustic signal  - фотоакустический сигнал
  1. Wideband – широкополосный
  1. Magnitude – величина
  1.   Tumor – опухоль
  1.   Angiogenesis monitoring – мониторинг ангиогенеза
  1.   Energy deposition – энергетический вклад
  1. Spatial resolution – пространственное разрешение
  1. Optical absorption properties – свойства оптического поглощения
  1. Optical absorption contrast – контраст оптического поглощения
  1. Lesion area – поврежденная область
  1. Open-skull – открытый череп
  1. Measurement – измерение
  1.   Total concentration – суммарная концентрация
  1.   Hemoglobin oxygen saturation – сатурация гемоглобина
  1. Cortical surface – поверхность коры
  1. Successfully detected – успешно обнаружены
  1. Whisker stimulation – слабая стимуляция
  1. Excitation - возбуждение
  1. Utilize - использовать
  1.   Tunable dye laser – лазер с настраиваемым цветом
  1.   Wavelength – длина волны
  1. Irradiate - облучать
  1. Low scattered microwave – слабо рассеянные микроволны
  1. Induce acoustic pressure waves
  1. Repetition rate – частота повторения
  1. Optical fiber – оптическое волокно
  1.   Attenuation - затухание
  1. Clearly delineated – четко разделены
  1. Surrounding blood vessels structures – окружающая сосудистая структура
  1. Morphological relationship – морфологическое отношение
  1.   Good value for money – хорошее соотношение цены и качества
  1.   Benign – доброкачественная
  1.   Transient thermoelastic expansion – переходное термоупругое расширение
  1. Radio frequency - радиочастота
  1. Oxygen saturation – насыщение кислородом
  1.   Point-by-point scanning – сканирование точка за точкой
  1.   Reconstruction algorithm – реконструирующий алгоритм
  1.   Malignant -  злокачественная
  1. Imaging depth – глубина визуализации
  1. Axial resolution – аксиальное разрешение
  1. Lateral resolution – латеральное разрешение
  1. Signal-to-noise ratio – отношение сигнал/шум
  1.   Diffraction-limited images – визуализация, ограниченная дифракцией
  1.   Entire organ – целый орган
  1.   Excised sample – вырезанный образец
  1. Solid angle – телесный угол
  1.   Overlapped region – перекрывающиеся области
  1.   Backward-mode – обратный режим
  1. To deteriorate significantly – значительно ухудшаться
  1.   Light scattering – рассеяние света
  1. Distribution of light – распространение света
  1.   Sound velocity – скорость звука
  1.   Inhomogeneity - неоднородность
  1. Sampling rate – частота выборки
  1.   Acquire – достигать
  1. Accuracy – точность
  1.   Delay – задержка
  1.   Ease of display – простота отображения
  1.   Cross-sectional view – поперечное сечение
  1.   Immerse – погружать
  1.   Digital oscilloscope – цифровой осциллограф
  1. Broadband amplifier – широкополосный усилитель
  1.   Evaluate the efficacy – оценить эффективность
  1.   Dashed line – штрихованная линия
  1.   Proposed technique – предложенная методика
  1.   Exhibit – показывать
  1.   Suppress – подавлять
  1.   Background noise – фоновый шум
  1.   Approve – одобрять
  1.   Scalp – кожа черепа
  1.   Radiation pattern – диаграмма направленности
  1.   Assume – считать
  1.   Data acquisition time – время сбора данных
  1.   Endogenous molecule – эндогенные молекулы
  1.   Near infrared region – ближний инфракрасный диапазон
  1.   Tissue – ткань
  1. Visualize blood vessels – визуализация сосудов
  1. Сortical surface – корковая поверхность
  1.   Chromophore – хромофор
  1.   Cerebral hemodynamic changes - изменения мозговой гемодинамики
  1.   Vascular pattern – сосудистый рисунок
  1.   Superficial layer – поверхностный уровень
  1.   Intact – неповрежденный
  1.   Mastectomy specimen – мастэктомический лоскут
  1.   Bandwidth – пропусканная способность
  1.   Spherical shells – сферические оболочки
  1.   Delayed signal – задержанный сигнал
  1.  Received signal – принимаемый сигнал
  1.  Scan line – линия сканирования
  1.  Angular extent – угловая мера
  1.  Distribution of light – распространение света
  1.  Out-of-focus region – вне сфокусированной области
  1.  Сoherence factor – фактор когерентности
  1. Weighting factor – весовой множитель
  1. Focusing quality – качество фокусировки
  1. Vertical axis – вертикальная ось
  1. Bottom – нижняя часть
  1. Precision – точность
  1. Сoncave lens – вогнутая линза
  1. Incident energy density – плотность падающей энергии
  1. Scalable –масштабируемый
  1. Pulsewidth – длительность импульса
  1. Stress relaxation time – время релаксации напряжения
  1. Internal source distribution – внутренне распределение источников
  1. Laser beam – лазерный пучок
  1. Excitation source – источник возбуждения
  1. In vivo – в естественных условиях
  1. Establish – устанавливать
  1. Derive – получать
  1. Large-numerical-aperture – большая численная апертура
  1. Breast tumor - опухоль молочной железы
  1. Trade-off – компромисс
  1. Focusing quality – качество фокусировки
  1. Three-dimensional – трехмерный

References

  1.  Zhang, H. F. et al. (2006). "Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging". Nature Biotechnology 24 (7): 848–851. doi:10.1038/nbt1220. PMID 16823374.
  2. A. Grinvald et al. (1986). "Functional architecture of cortex revealed by optical imaging of intrinsic signals". Nature 324 (6095): 361–364. doi:10.1038/324361a0. PMID 3785405.
  3. M. Xu and L.H. Wang (2006). "Photoacoustic imaging in biomedicine". Review of Scientific Instruments 77: 041101. doi:10.1063/1.2195024.
  4. L.H. Wang and H.I. Wu (2007). Biomedical Optics. Wiley. ISBN 9780471743040.
  5. M. Xu et al. (2005). "Universal back-projection algorithm for photoacoustic-computed tomography". Physical Review E 71 (1): 016706. doi:10.1103/PhysRevE.71.016706.
  6. X. Wang, et al. (2006). "Non-invasive imaging of hemoglobin concentration and oxygenation in the rat brain using high-resolution photoacoustic tomography". Journal of Biomedical Optics 11 (2): 024015. doi:10.1117/1.2192804. PMID 16674205.
  7. X. Jin, et al. (2006). "Thermoacoustic tomography with correction for acoustic speed variations". Physics in Medicine and Biology 51 (24): 6437–6448. doi:10.1088/0031-9155/51/24/010. PMID 17148827.
  8. X. Wang, et al. (2003). "Non-invasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional imaging of the brain in vivo". Nature Biotechnology 21 (7): 803–806. doi:10.1038/nbt839. PMID 12808463.
  9. G. Ku, et al. (2005). "Thermoacoustic and photoacoustic tomography of thick biological tissues toward breast imaging". Technology in Cancer Research and Treatment 4 (5): 559–566. PMID 16173826.
  10. Zhang, H. F. et al. (2007). "Imaging of hemoglobin oxygen saturation variations in single vessels in vivo using photoacoustic microscopy". Applied Physics Letters 90: 053901. doi:10.1063/1.2435697.
  11. Photoacoustic imaging in biomedicine. Review Article. Review of Scientific Instruments, 77, Article Number 041101 (2006).
  12. Photoacoustic tomography using a Mach-Zehnder interferometer as an acoustic line detector. Applied Optics, 46, pp. 3352-3358 (2007).

Информация о работе Photoacoustic imaging in biomedicine