Mitä on Fotoakustinen kuvantaminen?

Fotoakustinen kuvantaminen ( eng. Photoacoustic imaging ) on kehitteillä oleva lääketieteessä käytettävä kuvantamismenetelmä, joka perustuu fotoakustiseen ilmiöön. Fotoakustista kuvantamista käytetään lääketietessä mm. elävässä kudoksessa tutkimiseen esim. alkavan kasvaimen tutkimiseen, veren happipitoisuuden mittaamiseen tai funktionaaliseen aivojen kuvantamiseen.

Toimintaperiaate

Fotoakustisessa kuvantamisessa biologisiin kudoksiin lähetetään ei-ionisoivia laser pulsseja. Osa kudokseen suunnatuista laser pulsseista absorboituvat ja muuttuvat lämmöksi. Kudoksen lämpeneminen johtaa hetkelliseen lämpölaajenemiseen kudoksessa, mikä emittoi laajakaistaista, korkeataajuista ultraääntä. Syntynyt ultraääni mitataan herkällä "mikrofonilla" ja sen perusteella muodostetaan tietokoneen avulla kuva.

Kuva 1. Kuvanmuodostumisen kaavio.

Tiedetään, että kudoksen optinen absorptio riippuu kudoksen fysiologisista ominaisuuksista, kuten esimerkiksi tiheydestä, hemoglobiini pitoisuudesta tai happisaturaatiosta. Syntyvän ultraäänen voimakkuus ja taajuus siis vaihtelee riippuen minkälainen kudos on kyseessä. Kudoksen värähtelyn eli fotoakustisen signaalin perusteella voidaan muodostaa 2D ja 3D kuvia tietokoneohjelmiston avulla. Fotoakustisia kuvantamismenetelmiä on kahta eri päätyyppiä, PAT/TAT sekä PAM.

PAT/TAT

PAT/TAT eli photoacoustic/thermoacoustic computed tomography on fotoakustisen kuvantamisen sovellus jossa käytetään kohdistamatonta ultraääni detektoria fotoakustisen signaalin muodostamiseksi. Kuva rekonstruktoidaan kerätystä datasta erilaisten matemaattisten kaavojen ja algoritmien avulla.

Kuva 2. PAT/TAT kuvanmuodostumisen periaate.

Kuvassa 2. on havainnollistettu kuvanmuodostumista PAT/TAT menetelmässä. Kuvauksessa muodostetaan lasersäde/mikroaaltoja ( PAT/TAT ) jotka kohdistetaan kuvattavalle alueelle. Fotoakustiset aallot muodostuvat kuvattavalla alueella ja ne havaitaan ultraääni muuntajalla ( eng. transducer ).

PAT/TAT kuvantamisella saavutetaan parhaimmillaan erittäin korkea spatiaalinen resoluutio ( testeissä jopa 220 nm tarkkuus ). PAT/TAT kuvantamista voidaan käyttää mm. aivovammojen havaitsemiseen, veren tutkimiseen, rintasyövän diagnosointiin, luuntiheyden mittaamiseen ym.

PAM

PAM eli photoacoustic microscopy, fotoakustinen mikroskopia on toinen fotoakustisen kuvantamisen sovellus. PAM:issa käytetään pallokohdistettua ultraäänidetektoria signaalien havaitsemiseen.

Kuva 3. PAM-mikroskooppi ja kuvanmuodostumisen periaate.

PAM:issa laite lähettää kuvattavaan kohteeseen lyhyitä lasersädepulsseja jotka saavat kuvattavan kohteen lähettämään fotoakustisia aaltoja, jotka edelleen havaitaan pallofokusoidulla ultraäänidetektorilla.

PAM:illa voidaan saada hyvin korkea-resoluutioista kuvaa erilaisista kudoksista. Ihonäytteestä voidaan esimerkiksi etsiä melanoomaa.

Lähteet

http://en.wikipedia.org/wiki/Photoacoustic_imaging_in_biomedicine