מחלות אשקוליות מייצגות נטל בריאות עולמי גדול, הכולל תנאים כגון atherosclerosis, מחלת עורק היקפי, היפרמוזיס עמוק וסיבוכים פולשניים סוכרתיים.מודולים אבחון נוכחיים, כולל angiography , זיהוי רטיאנס מגנטית angiography, צבע Doppler אולטרסאונד, כל אחד מהם מגבלות טבועות הקשורות לקרינה, ניגודיות, מידע פונקציונלי, או רזולוציה פונקציונלית לא מספקת.

במהלך השנים האחרונות, קבוצות מחקר וחוקרים קליניים התקדמו משמעותית בקידום טכנולוגיית הדמיה פוטו-אקראית עבור יישומים פולשניים. שיפורים אלה לאורך חדשנות חומרה, אלגוריתמי עיבוד אותות, פיתוח ניגודיות ושילוב רב-ממדיות. מאמר זה מספק סקירה טכנית מקיפה של ההתפתחויות האחרונות הדמיה פוטו-אקטית עבור אבחון מחלות לב וכלי ניטור, עם דגש על התקדמות קלינית translatable ואתגרים שנותרו.

המונחים: Photoacous Imaging

הדמיה Photoacoustic מנצל את ההשפעה photoacoustic, שבו אור לייזר מופענח נספג על ידי רקמות יוצר חימום transient והתרחבות thermoelastic לאחר מכן, לייצר גלי קול פס רחב. אלה גלים propagate דרך רקמות והם מזוהים על ידי אלגוריתמים אולטרסאונד על פני השטח של הרקמות.שיקום אלגוריתמים דומים לאלה המשמשים אולטרסאונד קונבנציונלי, לאחר מכן ליצור תמונות המייצגות את ההפצה המרחבית של ספיגה אופטית בתוך הרקמות.

היתרון העיקרי של הדמיה פוטו-אקטית עולה ממנגנון הניגודיות ההיברידי שלה. בעוד הדמיה אולטרסאונד מגלה פגמים אקוסטית עיוותים הדמיה אופטית מסתמכת על פיזור תמונה וקליטה, אותות פוטו-אקטיים הם פרופורציה ישירות לרכיבה האופטיקה המקומית. chromophores אנדוגנית כגון hemobin, מלנין, ושפתיים משמשים כסוכנים טבעיים, המאפשרים לסימון אופטי של טכניקות אופטיות או אופטיות של אופטיות, כמו מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית, או מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה מסוימת של מולקולה אופטית, או מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית, כמו מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה מסוימת של מולקולה אופטית של מולקולה אופטית של מולקולה אופטי

בהקשר של הדמיה פולשנית, אוקסמוגלובין ו deoxyhemoglobin בתאי דם אדומים הם מינים קולטים הדומיננטיים באורכי גל גלויים וקרובים ל-infrared. על ידי רכישת תמונות באורכי גל מרובים ויישומים אלגוריתמים לא מעורבים, הדמיה פוטו-אקומית יכולה למפות משקעים עם דיוק מרחבי גבוה.

פריצות טכנולוגיות מפתח

התקדמות אחרונה הדמיה פוטו-אקומטית מונעת על ידי התקדמות בטכנולוגיית לייזר, עיצוב גלאי, עיבוד אותות ופיתוח סוכן ניגודיות. שיפורים אלה שיפרו באופן קולקטיבי איכות תמונה, חדירה לעומק, מהירות רכישה, ואת טווח הפרמטרים הפיזיולוגיים המסוכנים.

מקורות לייזרים גבוהים

איכות התמונות photoacoustic מוגבלת ביסודה על ידי אנרגיית הדופק לייזר זמין, קצב החזרה, ואת גל טונה אורך גל מערכות לייזר Solid-state מבוסס על אוציל אופטית חלקיקים הפכו קומפקטיים ואמינה יותר, המציעים אנרגיית הדופק בטווח מילימטר בנסיכות חזרות מעל 100 הרץ.מערכות אלה מאפשרות הדמיה עמוקה בעומק של עד 5 עד 7 ס"מ ברקמות ביולוגיות, לאחרונה, סיבים גמישים יותר, 000 לייזרים, 000.

אולטרה-וריד פס Ultrasound Detectors

טכנולוגיית אולטרה סאונד טרנסדוקר התקדמה באופן משמעותי כדי לענות על הדרישות הספציפיות של הדמיה פוטו-אקומטית. אותות Photoacoustic משתרע טווח תדר רחב יותר מאשר אולטרסאונד קונבנציונלי, בדרך כלל משבריר של מגהץ לכמה עשרות מגה-הרץ, בהתאם לגודל שלב ועומק. Broadbandvinylidene fluducers ו- capacitive micromaed אודיו micromaed אודיוed, עכשיו לספק את רוחב כהה גבוהה של רמות אלקטרו-ליקוריד.

Multispectral and Hyperspectral Acquisition

הדמיה פוטו-אקומית פונקציונלית מסתמכת על רכישת תמונות באורכי גל אופטיים מרובים וניתוק הנתונים הרב-ספקטרוםיים המתקבלים במפות ריכוז chromophore. התפתחויות אלגוריתמיות האחרונות, כולל סטיות המבוססות על מודלים באמצעות שיטת מונטה קרלו עבור סימולציה תחבורה קלה והתקדמות מבוססת מכונה של ספקטרום הדם המטבוליבית רק ספקטרום של חומרים מתקדמים, שיפרו את הדיוק והיעילות החישובית של חנק חמצן של מערכות היפר-אווירה.

המונחים: Agent innovation

סוכנים ניגודים אקסוגניים מרחיבים את היכולות של הדמיה פוטו-אקראית מעבר ל chromophores אנדוגנית. nanoparticles, פחמן nanotubes, וצבעים אורגניים סינתטיים פותחו כסוכני ניגוד פוטו-מסתוריים ממוקדים.עבור יישומים פולשניים בשילוב סמנים תאים סולפטניים כגון מולקולה של תאים כפולים-1 ו adphotic adtraulation מאפשר מולקולה של photostricialdulial של תאים.

יישומים קליניים במחלת אשקולארי

ההתקדמות הטכנולוגית שתוארה לעיל תורגמה לגוף גדל והולך של ראיות קליניות מוקדמות ומקדימות התומכים הדמיה פוטו-אקומטית עבור יישומים ספציפיים למחלות פולשניות. בעוד ניסויים קליניים בקנה מידה גדול עדיין מוגבלים, התועלת הקלינית הפוטנציאלית הופכת להיות ברורה יותר ויותר.

Atherosclerosis ו-Pack Characterization

rupturesclerotic הוא הגורם המוביל של infarction myocardial ושבץ. טכניקות הדמיה נוכחיות יכול לזהות stenosis luminal אבל לספק מידע מוגבל על יצירת פלאק ופגיעות.דמיות פוטו-אקומטיות הראו את היכולת לזהות ליבות נויקרוטיות עשירות מספיק לפני פולשים ליבתים זעירים של דם חזק, הן סימני תאורה מכובדים של פלאקים בסיכון גבוה.

מחלת עורקים

מחלת עורקים היקפית משפיעה על יותר מ-200 מיליון אנשים ברחבי העולם, אך כלים אבחון נוכחיים אינם מספקים מידע מפורט על תפקוד מיקרו-וסקולרי וחמצן רקמות.דמיית Photoacoustic של extremities התחתון יכול למדוד את היחלשות חמצן hemoglobin בשרירים השלד במנוחה ובהתעמלות, מתן הערכה ישירה של נטל איסכמי.

רגליים דיבקיות וריפוי

כאבי רגל דיבקיים הם סיבוך רציני של סוכרת, לעתים קרובות מוביל לאבחון. הערכה של כאבי פצע וחמצן הוא קריטי לחיזוי תוצאות ריפוי והדרכה טיפול.דמיה Photoacoustic כבר הוחל למדוד את הממצאים דלקת חמצן periwound בחולי סוכרת עם כאבי דם גבוהים.

תגית: Deep Vein Thrombosis

עמוק thrombosis משפיע על 1 עד 2 אנשים ל 1000 מדי שנה ויכול להוביל ל embolism ריאות אם לא מטופל. Compression אולטרסאונד הוא תקן הזהב הנוכחי עבור אבחון, אבל יש לו רגישות מוגבלת עבור לא occlusive thrombisis ולא מספק מידע על ייצור דם srombus או גיל.דמיית Photoacous של throbi כבר הוכח במודלים חזותיים אלה המבוססים על ידי ספקטרום אופטימי יכול לענות על ידי הדמיה כרונית גבוהה יותר.

שילוב עם שינויים אחרים

הדמיה Photoacoustic היא החזקה ביותר כאשר נעשה שימוש בשילוב עם טכניקות הדמיה משלימים.מערכות הדמיה משולבות photoacoustic וסאונד מערכות הדמיה הם זמין כעת מסחרית למחקר קליני טרום קליני ומוקדם. במערכות אלה, אותו גלאי אולטרסאונד לוכד הן אותות פוטו-קוגניים משניים מקרינת לייזר מופענחה ודימוי הדופק-echo קונבנציונלי מאותה חלון אקוסטי.

שילוב עם tomography או הדמיה של התחדשות מגנטית נחקר עבור הערכה מלאה גוף הדם. הדמיה Photoacoustic יכול לספק נתונים פונקציונליים ברזולוציה גבוהה בתוך אזור של עניין, בעוד דימוגרף או הדמיה מגנטית מספק כיסוי אנטומי מוחלט של דלקת הדמיה או חדירה פונקציונלית עמוקה.

פליטה חד-פעמית הנחושת לדלקת ריאות ודלקת ריאות ממשיכה להציע יתרונות ייחודיים עבור הדמיה מולקולרית עם רגישות גבוהה מאוד.דמיית Photoacoustic אינה יכולה להתחרות בטכניקות רפואיות גרעיניות במונחים של מגבלות זיהוי מעקב, אבל היא מציעה פתרון מרחבי מעולה ויכולת לצלם בנקודות זמן מרובות ללא חשיפה מצטברת.שלב הדמיה פוטו-אקטית עם מערכת פליטה של פליטה עבור רכישה בו-זמנית הוא בבירור דרך חומרים גיאומטריה לא קיים כרגע.

מגבלות נוכחיות ועדיפות מחקרית מתמשכת

למרות התקדמות משמעותית, יש להתגבר על כמה מחסומים לפני הדמיה פוטו-אקטית הופכת כלי קליני סטנדרטי לניהול מחלות פולשניות.המגבלה הבסיסית ביותר היא חדירה עומק. בעוד טכניקות ניקוי אופטית לייזרים ארוכים יותר גל (מעבר 1000 מטר) יכול להאריך עומק הדמיה, חדירה נשאר מוגבל ל 5 עד 7 ס"מ ברוב הרקמות.זה מספיק עבור הדמיה היקפית ו כמה מבנים עמוקים עם גישה אופטיקה או צבע לא מספיק כמו הדמיה או צבע לא מספיק.

הדיוק המאפיין של מדידות ריכוז chromophore הוא אזור אחר הדורש שיפור.היחסים בין אות photoacoustic amplitude ו ריכוז chromophore מושפעת מהתפלגות אור תלויות גל, אשר משתנה עם עומק וסוג רקמות. הנוכחית תיקון שפעת, כולל הסתה מבוססת מודל וגישות למידה עמוקות, לשפר את הדיוק אך מציג הנחות מורכבות חישוביות ונוגע לתכונות אופטיות של פרוטוקולי התפתחות פעילה.

חפצים בתנועה מציבים אתגר מסוים עבור הדמיה פוטו-אקטית לב וכלי דם. Cardiac ותנועת הנשימה יכולים להציג קידוד שגוי בין תמונות שנרכשו באורכי גל שונים, דה-ספקטרום של דיוק לא מעורב.אסטרטגיות רכישה שערד באמצעות אלקטרוקרדיגרם או ניטור נשימה יכול להפחית את השפעות התנועה אבל להפחית את רזולוציה זמןית. Real-time photoacous הדמיה מערכות עם מעבר גל ארוך מגובה במהירות מפותחים לרכוש נתונים מרובים באופן יעיל, באופן יעיל.

אישור רגולטורי ותשלומים עבור מערכות הדמיה פוטו-אקומית עדיין בשלבים מוקדמים. מינהל המזון והתרופות האמריקני פינו מספר מוגבל של מכשירי הדמיה פוטו-אקומטיים לשימוש במחקר קליני, אך עדיין לא עבור סימנים ספציפיים למחלות פולשניות ככלי אבחון ראשוני. בניית בסיס הראיות הקליני באמצעות ניסויים רב-מרכזיים מעוצבים היטב עם כוח סטטיסטי הולם ופרוטוקולים הדמיה סטנדרטיים היא עדיפות עבור השדה.

זמן תרגום מהיר ותרגום קליני

המסלול של טכנולוגיית הדמיה פוטו-אקטית מרמז כי התרגום הקליני יאץ בחמש עד עשר שנים הבאות.מספר גורמים תומכים בהשקפה זו. ראשית, פיתוח מקורות לייזר קומפקטיים, חסכוניים המבוססים על טכנולוגיות מוצקות ו לייזרים סיבים הפחיתו את גודל המערכת ואת העלות, מה שהופך פריסה קלינית יותר מעשית.שנית, ההתכנסות של הדמיה פוטו-אקטית המבוססת עם פלטפורמות אולטרסאונד פירושה כי בעלות עלות מצטברת של יכולת לייזר אולטרסאונד קיימת במיוחד כדי להוסיף עלויות נמוכות יותר, היא ירידה אסטרטגית.

מכשירים הדמיה פוטו-אקדיים חסומים כבר נכנסים להגדרות מחקר קליניות.מערכות אלה, שוקלות פחות מ-10 ק"ג ומשולבות עם בדיקות אולטרסאונד מסחריות, מאפשרות הדמיה בצד המיטה, במרפאות חוץ, או בחדרים תפעוליים.הפוטנציאל להערכה של טיפול בשלב טיפול ברקמות בטיפול קריטי, טראומה וניהול פצעים כרוני הוא נהיגה השקעות מסחריות והתעניינות קלינית.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונה ישחקו תפקיד חשוב יותר בשחזור תמונות פוטו-אקדיטי, ספקטרלית ללא מעורבות, ותמיכה בהחלטות קליניות. גישות למידה עמוקה מאומן על גבי נתונים גדולים של תמונות פוטו-אקזוסטיות ומדידות אמת קרקע כבר הראו את היכולת להפחית חפצים שיקום ושיפור דיוק כמותי.

העשור הבא צפוי לראות הדמיה פוטו-אקטית הופכת למודולליות משלימה בתוך היתוך רב-ממדי של הדמיה פולשנית, במקום להחליף טכניקות קיימות באופן מיידי.הכוח הייחודי שלה הוא לספק מידע פונקציונלי על חמצן הדם ו- microvascular perfusion כי הוא כרגע ללא שימוש בשיטות הדמיה קונבנציונליות. כמו הטכנולוגיה בוגרת וראיות קליניות מצטברות, הדמיה פוטו-אקטית ממוקמת לשיפור הדיוק, טיפול ופתרונות מעגליים, ותרגול מוקדם יותר, בין המעבדים, לבין טיפולים קליניים, כדי לשפר את האנליטיקאים, לבין ספקטרום קליני, לבין מתודולוגיים, כדי לשפר את הטכניקות טיפול פסיכולוגיים, כדי לשפר את הטכניקות טיפול פסיכולוגיות, כדי לשפר את הטכניקות טיפול, כדי לשפר את המשתנים, כדי לשפר את המשתנים, כדי לשפר את המשתנים, בין המתודולוגיות, בין האנליטיקאים, לבין ספקטרום קליניות, בין הטכניקות טיפול פסיכולוגיות, לבין מתודולוגיות, כדי לשפר את הטכניקות מתקדמות, לבין מתודולוגיות, באופן סופיות, כדי לשפר את הטכניקות חיוניות, באופן סופיות, כדי לשפר את הטכניקות טיפול פסיכולוגיות, באופן סופי, בין הטכניקות טיפול פסיכולוגיות, כדי לשפר את הטכניקות טיפול פסיכולוגיות, כדי לשפר את הטכניקות טיפול פסיכולוגיות, כדי לשפר את