Biomedizinische fotoakustische Bildgebung

Die fotoakustische (PA) Bildgebung, auch als optoakustische Bildgebung bezeichnet, ist eine neue biomedizinische Bildgebungsmodalität, die auf der Nutzung von lasererzeugtem Ultraschall basiert und in den letzten zehn Jahren entstanden ist. Es handelt sich um eine Hybridmodalität, die die hohe Kontrast- und spektroskopiebasierte Spezifität der optischen Bildgebung mit der hohen räumlichen Auflösung der Ultraschallbildgebung kombiniert. Im Wesentlichen kann ein PA-Bild als ein Ultraschallbild betrachtet werden, bei dem der Kontrast nicht von den mechanischen und elastischen Eigenschaften des Gewebes abhängt, sondern von seinen optischen Eigenschaften, insbesondere der optischen Absorption. Infolgedessen bietet es eine größere Spezifität als die herkömmliche Ultraschallbildgebung mit der Fähigkeit, Hämoglobin, Lipide, Wasser und andere lichtabsorbierende Chromophore zu detektieren, jedoch mit größerer Eindringtiefe als rein optische Bildgebungsmodalitäten, die auf ballistischen Photonen basieren. Neben der Visualisierung anatomischer Strukturen wie der Mikrovaskulatur kann es auch funktionale Informationen in Form von Blutsauerstoffsättigung, Blutfluss und Temperatur liefern. All dies kann über ein breites Spektrum von Längenmaßen von Mikrometern bis Zentimetern mit skalierbarer räumlicher Auflösung erreicht werden. Diese Eigenschaften ermöglichen der PA-Bildgebung eine Vielzahl von Anwendungen in der klinischen Medizin, der präklinischen Forschung und der Grundlagenbiologie zur Untersuchung von Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Abnormalitäten der Mikrozirkulation und anderen Bedingungen. Mit dem Aufkommen einer Vielzahl von wirklich überzeugenden in vivo-Bildern, die in den letzten 2-3 Jahren von verschiedenen Gruppen weltweit gewonnen wurden, ist die Technik gereift, und das Versprechen der PA-Bildgebung beginnt sich nun zu verwirklichen. Zu den jüngsten Höhepunkten gehören der Nachweis der Ganzkörper-Bildgebung bei kleinen Tieren, die ersten Nachweise der molekularen Bildgebung, die Einführung neuer Mikroskopiemodi sowie die ersten Schritte in Richtung klinischer Brustbildgebung und eine Vielzahl von in vivo präklinischen Bildgebungsstudien. In diesem Artikel werden die zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien der Technik, ihre praktische Umsetzung und eine Reihe klinischer und präklinischer Anwendungen überprüft.