Resumen de ciencia y tecnología: imágenes fotoacústicas
El autor correspondiente de este artículo es el profesor V. Wang, un famoso experto en óptica biomédica de la Universidad de Washington. El profesor Wang es actualmente el presidente de la Asociación Internacional de Óptica Biomédica y profesor "Changjiang Scholar" en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong. El profesor Wang ha logrado muchos logros en la tecnología de imágenes ópticas biomédicas y ha publicado dos monografías y cientos de artículos en Nature Biotechnology, Physical Review Letters, Physical Review Letters e IEEE Transactions.
El profesor Wang y médicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington * * * han aplicado cuatro tecnologías de imágenes fotoacústicas en la práctica clínica, una de las cuales puede observar los ganglios linfáticos centinela, lo cual es de gran importancia para la estadificación del cáncer de mama. . Otra técnica de imágenes puede monitorear la respuesta temprana del cuerpo a la quimioterapia, una tercera puede obtener imágenes del melanoma y la última puede observar el tracto digestivo.
Lo más interesante es que las imágenes fotoacústicas pueden revelar la utilización de oxígeno en los tejidos, porque la quema excesiva de oxígeno (llamada hipermetabolismo) es una característica importante del cáncer. El profesor Wang dijo que debido a que el cáncer en etapa temprana no se ha diseminado, los agentes de contraste no son necesarios para el diagnóstico de alerta temprana, lo que cambiará el diagnóstico del cáncer.
El uso más interesante de las imágenes fotoacústicas es detectar el metabolismo del oxígeno, una característica importante del cáncer, lo que conducirá a un diagnóstico más temprano y más eficaz. )
Principios de las imágenes fotoacústicas
Aunque hemos llegado a aceptar las imágenes grises obtenidas de las imágenes de rayos X, éstas son sólo un escaso sustituto de las "imágenes" del interior de nuestra cuerpos. Sin embargo, dado que los fotones sólo pueden penetrar el tejido blando durante aproximadamente un milímetro y luego dispersarse, es imposible analizar su trayectoria y obtener un patrón, por lo que sólo podemos aceptar esa imagen.
Pero la dispersión no destruye los fotones, y estas partículas elementales pueden alcanzar una profundidad de 7 centímetros (unas 3 pulgadas). Las imágenes fotoacústicas convierten la luz profundamente absorbida en ondas sonoras, que son 1.000 veces menos potentes que la dispersión de la luz. Esto se puede lograr iluminando el tejido fotografiado con luz láser pulsada de nanosegundos de una longitud de onda de luz específica.
Es decir, cuando el tejido biológico es irradiado por un láser de haz ancho y pulso corto, el absorbente (como un tumor) ubicado en el tejido absorbe la energía de la luz pulsada, provocando que la temperatura aumente. y expandirse, produciendo ondas ultrasónicas. En este momento, el detector de ultrasonido ubicado en la superficie del tejido puede recibir estas ondas de ultrasonido emitidas y reconstruir una imagen de la distribución de absorción de energía luminosa en el tejido basándose en las señales fotoacústicas detectadas.
Se puede ver que la tecnología de imágenes fotoacústicas detecta señales ultrasónicas, lo que refleja la diferencia en la absorción de energía de la luz. Por lo tanto, esta tecnología puede combinar bien las ventajas respectivas de las tecnologías de imágenes ópticas y ultrasónicas. Y debido a que detecta señales ultrasónicas, esta tecnología puede superar las deficiencias de la tecnología de imágenes ópticas puras en cuanto a profundidad y resolución de imágenes. Y debido a que la diferencia de imagen de la tecnología fotoacústica proviene de la diferencia en la absorción de luz de los tejidos, puede complementar eficazmente las deficiencias de contraste y funcionalidad de la tecnología de imágenes por ultrasonido pura.
Además, a diferencia de los rayos X, la luz no supone ningún peligro para la salud. Las imágenes fotoacústicas tienen un contraste mayor que las imágenes de rayos X y pueden obtener imágenes moleculares en color a través de agentes de contraste "endógenos", incluida la hemoglobina. , que cambia de color con la ganancia y pérdida de oxígeno, melanina y ADN, que es más oscuro en el núcleo que en el citoplasma.
Con la ayuda de agentes de contraste "exógenos (introducidos)", como tintes orgánicos o genes que expresan moléculas de color, las imágenes fotoacústicas también pueden obtener imágenes de tejidos, como los ganglios linfáticos, que interactúan fácilmente con el entorno circundante. Organización confusa. El profesor Wang también realizó experimentos utilizando genes reporteros para codificar sustancias coloreadas y logró buenos resultados.
En general, la imagen fotoacústica es un método de imagen de biofotón no destructivo basado en la diferencia en la absorción de luz en los tejidos biológicos y que utiliza ultrasonido como medio. Combina las características de alto contraste de la imagen óptica pura y el ultrasonido puro. Debido a las características de alta profundidad de penetración de las imágenes, los detectores ultrasónicos se utilizan para reemplazar la detección de fotones en las imágenes ópticas, lo que en principio evita la influencia de la dispersión óptica y puede proporcionar imágenes de tejido de alto contraste y alta resolución. Proporciona un medio importante para estudiar la morfología estructural, las características fisiológicas, las funciones metabólicas y las características patológicas de los tejidos biológicos, y tiene amplias perspectivas de aplicación en el diagnóstico clínico biomédico y las imágenes de la estructura y función de los tejidos vivos.