صدای نور: فوتوآکوستیک برای کاربردهای زیست پزشکی

تکنیک‌های تصویربرداری پزشکی نمای منحصربه‌فردی را در داخل بدن ارائه می‌کنند و برای تشخیص و پایش بیماری بسیار ارزشمند هستند. از اشعه ایکس، MRI گرفته تا اولتراسوند، این زمینه وسیع و متنوع است. هنگام تصویربرداری از بافت بیولوژیکی، انتخاب روش به کنتراست مورد استفاده برای تصویربرداری و مبادله بین وضوح و عمق بستگی دارد. امواج نور، به عنوان مثال. که در آندوسکوپی یا میکروسکوپی استفاده می شود، می تواند تصاویری با وضوح بالا ایجاد کند، اما بدون مزاحمت زیاد سفر نمی کند. در عمق بافت، نور پراکنده می شود و در نتیجه تصاویر تار ایجاد می شود. پرتوهای پرانرژی ایکس با نفوذ به اعماق بافت و ایجاد تصاویری با وضوح بالا، حالت خاصی را تشکیل می دهند، اما این پرتوهای یونیزان استفاده از آنها را محدود می کند.

برای دور زدن این اشکالات، گزینه‌های دیگری که بر انتشار نور بدون مزاحمت تکیه نمی‌کنند نیز بررسی شده‌اند. امواج صوتی یا صوتی برای نظارت ایمن جنین در رحم با استفاده از تصویربرداری اولتراسوند به خوبی شناخته شده است. این امواج مکانیکی کمتر از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس ها یا طول موج های مشابه پراکنده می شوند، بنابراین می توانند به اجسام عمیق تر در بافت برسند. با این حال، تصاویر اولتراسوند معمولا از وضوح پایین رنج می برند. MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی)، بر اساس امواج رادیویی که با هسته‌های هیدروژن در تعامل هستند، ویژگی‌های مشابهی را با کاوش در عمق خوب اما وضوح محدود نشان می‌دهد. تصاویر MRI دارای جزئیات بیشتری نسبت به تصاویر اولتراسوند هستند، اما آنها معمولاً بلادرنگ و ایستا نیستند. علاوه بر این، MRI یک تکنیک دست و پا گیر است که اغلب به مواد حاجب برای افزایش وضوح نیاز دارد.

در نقطه نرم بین این روش های تصویربرداری ایجاد شده، یک تکنیک جدید با وضوح تصویربرداری مبتنی بر نور و نفوذ عمق خوب تصویربرداری مبتنی بر صدا ظاهر می شود که فوتوآکوستیک (PA) نامیده می شود. این می تواند بدون نیاز به مواد حاجب یا قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس (تصویربرداری فوتوآکوستیک، PAI) از رگ های خونی ظریف تر نسبت به سایر تکنیک ها تصویربرداری کند. فوتوآکوستیک همچنین می‌تواند برای طیف‌سنجی استفاده شود که ویژگی‌های طیفی یک جسم را هنگام برهمکنش نور با آن توصیف می‌کند (طیف‌سنجی فوتوآکوستیک، PAS)، به عنوان مثال، برای شناسایی مولکول‌های زیستی و نظارت بر غلظت آنها بر اساس یک امضای طیفی منحصربه‌فرد (شکل 1). Imec در حال حاضر روی فناوری کار می کند تا پتانسیل کامل فوتوآکوستیک را برای کاربردهای زیست پزشکی باز کند. هیلد جانس، دانشمند ارشد و مدیر پروژه برای فعالیت‌های فوتوآکوستیک در imec، و خاویر روتنبرگ، حسگرها و محرک‌های مبتنی بر موج در imec، در مورد اینکه چگونه فن‌آوری‌های نیمه‌رسانا می‌توانند PA را به جلو ببرند، بحث می‌کنند.