ההתקדמות האחרונה בתחום הדמיה רפואית השתפרה באופן דרמטי גילוי מוקדם של גידול, גורם קריטי בצמצום תמותה מסרטן.בין ההתפתחויות הטרנספורמציות ביותר הוא הופעתה של הדמיה היברידית photoacoustic ואולטרסאונד (PAUS) על ידי סינרגיסט באופן סינרגי הממזג את הרגישות המולקולרית של photoacoustics עם בהירות אנטומית טובה יותר של אולטרסאונד, טכניקה דו-מודולליות זו מספקת תמונות גבוהות, בזמן אמתיות כי על פני יכולות של התפתחותיות מדויקת יותר, הן יכולות מתמטיות, הן יכולות מתמטיות, הן יכולות מתמטיות, הן יעילות יותר, והן יכולות מתמטיות יעילות יותר, הן יכולות מתמטיות, הן יעילות יותר, והן יעילות יותר, הן.

מימון של הדמיה ו- Ultrasound Hybrid Imaging

הדמיה Photoacoustic (PAI) מסתמכת על אפקט photoacoustic: כאשר קרן לייזר דופק מאיר רקמות ביולוגיות, chromophores כגון המוגלובין, מלנין, ושפתיים סופגים את האנרגיה הקלה ועוברים ההרחבה התרמיסטית מהירה, ומייצרת גלי אולטרסאונד פס רחב.

הדמיה אולטרהסאונד (US), מצד שני, משתמשת גלי קול גבוהה פולטים על ידי טרנספורץ.ההדים שמשתקף מגבולות רקמות מעובדים כדי ליצור תמונות אנטומיות אפורות. ארה"ב מצטיינים במבנה ויזואליזציה של איברים, לsion מורפיולוגיות, והנחיית ביופסיות בזמן אמת.

(FLT:0) הדמיה היברידית משלבת הן טכניקות בתוך מערכת אחת, בדרך כלל באמצעות אולטרסאונד משותף טרנסדוקטור ומקור לייזר המספק דופקים מדבקים עם שידור אולטרסאונד.FLT:1 התוצאה היא לחלוטין co-reged תמונות: רכיב הרש"פ מדגיש סמנים פונקציונליים (למשל, אנגיוגנזה, hypoxia) בעוד המרכיב האמריקאי אינו מספק אנטומיה גבוהה לא יכול להשיג סימולציה מקיפה זו בלבד.

פריצות טכנולוגיות אחרונות

בחמש השנים האחרונות, החידושים הנדסיים ואלגוריתמים משמעותיים דחפו את PAUS ממחקרים הוכחה-של תפיסה לקראת מוכנות קלינית.אזורי מפתח של התקדמות כוללים עיצוב טרנסדוקר, מקורות לייזר, עיבוד בזמן אמת, סוכני ניגוד, ובדיקת miniaturization.

מערכות שקיפות גבוהה ומולטימדיה-וייב

נוסחאות אולטרסאונד מסחריות פועלות בדרך כלל ב 1-15 MHz, המציעות החלפה בין חדירה ורזולוציה.עבור PAUS, מותאמים אישית גבוהה ⁇ טרנסנפורמטיבי (20-50 MHz) פותחו כדי ללכוד אותות פוטו-אקוניים דקים יותר מגידולים שטחיים, כגון מלנומה או שדיים.

מקורות לייזר מתקדמים לחדירה עמוקה יותר

חדירה קלה ברקמות מוגבלת על ידי פיזור וקליטה.התפתחויות האחרונות בלייזרים ליד-infrared (NIR), במיוחד אלה בטווח של 700-1100 nm, שיפרו את החדירה ל 3-5 ס"מ. Pulsed לייזר דידות וסיבים המופעלים על ידי לייזרים מוצקה במצב מוצק עכשיו לספק אנרגיות הדופק גבוהות (עד 100 מ"ג) בשיעורי החזרה תואמים עם הדמיה בזמן אמת (10–100 מקורות הדמיה).

שחזור תמונות בזמן אמת ו-Beamforming

שחזור תמונה ויזואלי מסורתי התבסס על אלגוריתמים של תכנות אחורי שהיו אינטנסיביים מבחינה חישובית.מערכות PAUS המודרנית מעסיקות ענישה עיבוד גרפי (GPU) מואצת, המאפשרת שיעורי מסגרת מעל 20 fps - מסוגל עבור הדרכה בזמן אמת ודינמיקה של שינוי ניגודיות של מערכת ההפעלה שלנו ללא טכניקות אופטימיזציה חלקה, כגון coherment factoring משקל ו- e-cative-ilative-ilative-ilative-ilative-ilative מינימלי, הן כעת שיפור תמונה קלינית ו-reatives (reative) בין שכבות אלה.

סוכני קונטרנס

בעוד ש- chromophores (hemoglobin, melanin) מספקים ניגודיות שימושית, סוכנים אקסוגניים יכולים להגביר באופן דרמטי את הרגישות ואת הספציפיות. Indocyanine ירוק (ICG), מסלול מאולתר של FDA, סופג אותות אור כמעט בלתי-מוכר ומשמש עבור נוגדנים פונקציונליים לימפול ללא מיפוי ופיזור גידולים בסרטן השד.

Probe Miniaturization ו- Multimodal אינטגרציה

בדיקות PAUSS מוחזקות כדי לגשת לאיברים פנימיים באמצעות מסלולים פולשניים מינימליים.לדוגמה, קתאטר בקוטר 2 מ"מ המשלב סיבי אופטיים צד ואולטרסאונד אולטרסאונד גבוה אולטרסאונד מאפשר הדמיה תוך-דלקתית של מידע atherosclerotic - באופן פוטנציאלי גם לזהות vasum או ניפולציה גבוהה, אשר קשורים עם גידול דלקתי, בדומה לסרטן התקפים תפקודיים.

יישומים קליניים ב-Tmor Detection

הדמיה היברידית של PAUS נחקרה במספר גדל והולך של הגדרות קליניות, עם היישומים הבוגרים ביותר המתמקדים בסרטן שבו ניגוד אופטי הוא גבוה באופן טבעי או שבו מאבקים אולטרסאונד קונבנציונליים.

סרטן השד

ממוגרפיה, תקן הזהב של בדיקת סרטן השד, יש רגישות מוגבלת רקמת חזה צפופה ומשתמש ionizing קרינה. Ultrasound משמש לעתים קרובות כנספח אבל סובל ממפרט נמוך.PAUS מספקת אלטרנטיבה ללא קרינה כי בו זמנית הדמיה של גידולים באזורים מסחריים (באמצעות hemoglobin) ואת הארכיטקטורה הסובבת ניסויים קליניים אחדים הראו כי הדמיה photoacous יכול להבחין בין האזורים של תרופות נוגדות סרטן כגון הדמיה מדויקת של תרופות נוגדות דלקת ריאות).

סרטן העור ומלנומה

גידולים סופרפיציאליים מתאימים באופן אידיאלי עבור PAUS מכיוון שחדירה קלה היא פחות מגבלה.ס.בסטרואיד תא בסאל, carcinoma תאים דחוס, ומלנומה כל הנוכחי שינתה מלנין ותוכן דם. Handguard PAUS בדיקה עם 20-50 מטרים מ"טרנמיים לא יכולים לצלם עומק ורווחים עם רזולוציה תת- 100 ⁇ m, סיוע כירורגית הדרכה בתוך 20, 000 של בדיקות מיקרוסקופיות עמוק יותר של דלקתיות של דלקתיות של דלקתיות של דלקתיות של דלקת פרקים מיקרוסקופית, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 דקות של ICRUSCredmecremed mecarware מאוחר יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 דקות עמוק של מיקרוסקופית של מיקרוסקופית של מיקרוסקופית של דלקת פרקים מיקרוסקופית של מיקרוסקופית של IgUS, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 דקות עמוק של מיקרוסקופית של דלקתיות עמוק של מיקרוסקופית של מיקרוסקופית עמוק של מיקרוסקופית עמוק של IgUS, לאחר מכן, 000 דקות ספורות של מיקרוסקופית של IgUS, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 דקות ספורות לאחר מכן, 000 דקות ספורות של Itransducer mecarducer me

סרטן הערמונית

סרטן הערמונית נשאר מאתגר לצלם בשל הטרוגניות שלה ואת המגבלות של MRI רב-פרמטרי ואולטרסאונד transrectal (TRUS) PAUS יכול להתגבר על המגבלות הללו על ידי זיהוי צפיפות המיקרובסל מוגברת האופיינית למושגים אגרסיביים. מחקרים מוקדמים באמצעות TransrectUS בחולים שנקבעו עבור prostatectomy הראו כי photoounder-derive hemoglobind מתואמים היטב עם רמות טיפול חזותיות יותר.

סרטן צוואר וצוואר

קרדינומה תא ספוגית אוראלית ובלוטות בלוטת התריס דורשות לעתים קרובות הערכה מדויקת של עומק והערכה לימפה. בדיקות PAUS שנקבעו עבור אתרים אנטומיים אלה הוכיחו אפליה משופרת של ממאירות מבלוטות לימפה צוואר הרחם בהשוואה לאלטראסאונד בלבד, באמצעות פרמטרים כגון סך התוכן המוגלובין והאורפיולוגיה. Intraactive PAUS היא גם לחקור כדי להבטיח ניתוח שלם של גידולים (R) במהלך ניתוח רובוטי) במהלך ניתוח רובוטי.

יתרונות על שיטות אימיזציה

בהשוואה למודולים דימותיים מבוססים, PAUS מציעה מספר יתרונות שונים שמטפלים בהבדלים קריטיים באבחון סרטן.

Contrast

בעוד CT, MRI ו- PET מסתמכים על קרינת יון (CT, PET) או סוכני ניגוד יקרים (MRI) לספק מידע פונקציונלי, PAUS שואבת ניגודים פונקציונליים ישירות ממולקולות אנדוגניות. ריכוז המוגלובין ושקע חמצן הם סמנים ביולוגיים של אנגיוגנזה ומטבוליזם, הן סימני ההיכר של סרטן זה מאפשר ל- PAUS לא רק נוכחות של גידול אלא גם דיסאינפורמציה אגרסיבית, ללא ניגודיות חוזרת על ידי ניגודיות.

החלטה גבוהה של סודיות מעבר ל-Freths

שיטות הדמיה אופטיות (למשל, diffuse אופטית tomography) מציעים ניגוד פונקציונלי אבל סובל מרזולוציה מרחבית ירודה עקב פיזור.PAUS מתגבר על הגבלה זו על ידי שימוש באולטרסאונד כדי לזהות אותות פוטו-אקוגניים; ההחלטה המרחבית נקבעת על ידי אולטרסאונד טרנסדוקטרינר, לא על ידי פיזור אור.

חוסר ביטחון ובטיחות

מאחר ש- PAUS משתמשת רק באור NIR (לא חיזוי) ואולטרסאונד בעל רגישות נמוכה, היא מונעת את המינון המצטבר הקשור ל- CT ו- PET. זה הופך אותו מתאים הדמיה חוזרת במהלך כימותרפיה ניאודוואונט או לאוכלוסיות סקר שבהן קרינה אינה רצויה, כגון נשים צעירות עם חזה צפופה.

זמן אמיתי - זמן קצר - Capabilities

השילוב של הדמיה בזמן אמת ורכישה מהירה של פוטו-אקדיקלטיקה מאפשר ל- PAUS להנחות התערבויות. מחטים ביופסיה, מצתפי הדבקה, או ניתוחי ניתוח ניתן לבצע עם הדמיה בו זמנית של גבולות הגידול וציונים פולשניים.זהו יתרון מפתח על PET/CT או MRI, אשר לא יכול לספק משוב מתמשך.

אתגרים והגבלות נוכחיות

למרות הבטחתו, PAUS מתמודדת עם כמה מכשולים המגדירים אימוץ קליני נרחב.

התפלגות

למרות אור NIR חודר עמוק יותר מאשר אור גלוי, פיזור עדיין מגביל הדמיה יעילה ל 3-5 ס"מ ברוב הרקמות. גידול עמוק במושב הכבד, הלבלב, או הריאות נשאר מאתגר, אם כי טכניקות מתפתחות כגון photoacoustic tomography עם אוטאזן קולי (PAT-UL) או שיטות הזמן הן מרחיבות עומק.

עלויות ומורכבות מערכת

מערכות PAUS הנוכחיות דורשות לייזרים דו-אנרגיה גבוהה, אולטרסאונד רגיש, ואלקטרוניקה מתוחכמת.מרכיבים אלה יקרים ומפוצצים.עם זאת, ההתקדמות המהירה של לייזרים דיודי קומפקטי ופוטניקה משולבת היא נהיגה בעלויות.זה צפוי כי בתוך העשור הבא, מערכת PAUS עשויה לא לעלות יותר ממכונת פרנפורמולטה בינתיים, היעדר קודים החזר והנחיות קליניות איטיות בפרקטיקה רדיולוגית.

תקנים ו- Quantification

הפרמטרים של שחזור תמונות הרש"פ, שפעת לייזר, ושיתוק טרנספורמטיבי משתנה באופן נרחב בין מערכות מחקר, מה שהופך השוואות בין-לימודיות קשות.הקהילה עובדת לקראת סטנדרטים של קונצנזוס, כגון IPASC (International Photoacous Standardization Standardization Standardization) יוזמה. Quantitative photoacous Imecttative photoacous Imaging הדמיה (qPAI) שיכולהניב ריכוזי כרומוזום מוחלט וחמצן ב vivoation היא תחום פעיל, אך עדיין לא היה בשימוש קליני.

אמנות התנועה ו Aliasing

מאחר ש- PAUS משתמשת בדרך כלל בפעמוני לייזר ואולטרסאונד (או שידור בו-זמנית בעיצובים מסוימים), תנועת המטופל עלולה לגרום לקידוד שגוי בין מסגרת PA ו- US, במיוחד במהלך סריקה חופשית של תנועות בזמן אמת ותכניות החלפה במהירות של זמן אמת מפותחות כדי לצמצם את הבעיה.

אפשרויות לעתיד

המסלול של הטכנולוגיה PAUS מצביע על שילוב קליני רחב יותר, מונע על ידי התכנסות עם למידת מכונה, היתוך רב-ממדי, חומרה ניידת.

אינטליגנציה מלאכותית לשיפוץ ולניתוח תמונות

למידה עמוקה כבר הוכיחה הבטחה בשיפור איכות התמונה של הרש"פ.רשתות עצביות מהפכתיות (CNN) יכולות לפוצץ תמונות פוטושופות, פתרון בשפע, ולהפחית את השפעת הלייזר הנדרשת - באופן פוטנציאלי המאפשר חדירה עמוקה יותר או פעולה בטוחה יותר, AI יכול לסייע לרדיולוגים על ידי פלח באופן אוטומטי של גידולים, לכמת מדדים פונקציונליים, ומדכאים המבוססים על תכונות מרכזיות כגון פיתוח, לאינטים חזקים של נתונים, לאינטים גדולים של נתונים, לאינטים אלה, הם מודלים חיוניים עבור מודלים רבים של פיתוח נתונים חזקים של נתונים, ומודלים גדולים של פיתוח נתונים, וניסויים רבים של הרש"מונים אלה יהיו נתונים, וניסויים רבים של פיתוח רב-מדומים.

שילוב עם שינויים אחרים

שילוב PAUS עם MRI או PET יכול להניב אפילו יותר מסתם גידול.לדוגמה, פלטפורמת PAUS-MRI יכולה לספק אנטומיה עכשווית (MRI), פונקציונליות (diffusion MRI), ומולקולארי (PAUS) ללא העברת המטופל. בדומה לכך, PET-PAUS היברידית עשויה להציע ניגודים מטבוליים ומתבססים על המוגלובין.

מכשירים מותאמים ולבוש

המיניaturization מתקדם במהירות.חוקרים הוכיחו בדיקה משולבת מונוליטית PAUS באמצעות סיבים אופטיים שכבת פולימר אדזואלקטרית, כל השוכן בחבילה באורך 3 ס"מ.כל מכשיר כזה יכול להיות פרוס במרפאות טיפול ראשוניות, חדרי חירום, או אפילו בבית עבור ניצולי סרטן עוברים מעקב.

יישומים ranostic

הדרכה Photoacoustic יכול להיות משולב עם טיפול פוטוותרמי או פוטודינמיקה, שבו אותו מקור לייזר המשמש הדמיה יכול גם להפעיל סוכני טיפול. PAUS אז לספק ניטור בזמן אמת של משלוח טיפול והערכה מוקדמת של תגובה, המאפשר התאמות מותאם אישית של המינון במודלים בעלי חיים הראו כי טיפול photothermal של זהב-nanoparticle מונחה על ידי PAUS יכול לחלוטין גידול תוך כדי ספאם בריא רקמות.

ההתקדמות בדמיית פוטו-אקדית ואולטרסאונד מייצגת שינוי פרדיגמטי באבחון אקולוגי.על ידי מיזוג מידע פונקציונלי ומבני בפלטפורמת זמן נקייה קרינה, בזמן אמת, PAUS מעצימה רופאים לזהות גידולים מוקדם יותר, לאפיין אותם באופן מדויק יותר, ומדריכי התערבות עם דיוק חסר תקדים. בעוד אתגרים נשארים בעומק, סטנדרטיזציה, ועלות, קצב החדשנות של מקורות לייזר מתקדמים ורפואה מלאכותית הופכת בסופו של מיליונים לחדירה של סרטןית של סרטן, תוך שיפור בקצב של החלמה לכדי שיפור ברמת הדמיית של סרטן הדמיית של תרופות מתקדמות.