Гибридные фотоакустические и термоакустические технологии в биомедицинской инженерии. Состояние и перспективы

Гибридные фотоакустические (ФА) и термоакустические (ТА) технологии в биомедицинской инженерии.
Состояние и перспективы.

Гибридные технологии
Использование фотоакустического (ФА) и термоакустического (ТА) преобразований составляет основу развития современных технических средств неинвазивных биомедицинских исследований: медицинской ТА визуализации анатомических структур, глубинной ФА микроскопии рассеивающих биомедицинских сред, ФА цитометрии, молекулярной ФА томографии и др.. Анализируются современные проблемы и пути развития направления.

Гибридные технологии
Физическая основа – фотоакустическое преобразование в упругих рассеивающих средах с неоднородным электромагнитным поглощением.
Решаемая задача - визуализация (и измерение характеристик.) неоднородностей электромагнитных свойств биологических структур в оптическом, высокочастотном (ВЧ) и сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазонах.

Области применения
ФА томография, ТА томография (в маммографии, онкологии и др.)
ФА микроскопия, ФА цитометрия
ФА спектроскопия, молекулярная фотоакустика
ФА вискозиметрия (неинвазивно)
ФА термометрия

Гибридные технологии
Достигаемые характеристики в гибридных системах обусловлены:
Контраст изображения – длиной волны (частотой) электромагнитного облучения (соответствует оптической томографии).
Локализация неоднородностей (пространственное разрешение и глубина зондирования) –техникой приема фотоакустического (ультразвукового) эхо-сигнала (соответствуют технике ультразвуковой визуализации - соответствующим характеристикам ультразвуковых томографов и микроскопов).

Новые направления исследований и разработок:
ФА неинвазивная цитометрия.
ФА неинвазивная вискометрия.
ФА неинвазивная молекулярная диагностика.
ФА неинвазивная микротермометрия биологических клеток.
ФА и ТА томография и измерение механических характеристик (прочность, дефекты и патология) костных и композитных структур (для стоматологии, ортопедии, онкологии).
Бесконтактная ФА и ТА томография.

Гибридные технологии
Задачи исследований:
Повышение характеристик:
ФА средств визуализации: пространственное разрешение – 1-10 мкм при глубине зондирования до 10 мм.
ФА и ТА средств термометрии: пространственное разрешение – 1 мм, погрешность измерения температуры – 0,1 – 0,2 град С.

Фотоакустический эффект

Термоакустический эффект

Фотоакустическое сканирование

Фотоакустическая визуализация

Фотоакустическая визуализация (меланома)

Фотоакустическая томография

Спектры оптического поглощения биосредами