Ultrasound-switchable fluorescence imaging
আল্ট্রাসাউন্ড-স্যুইচেবল ফ্লুরোসেন্স (ইউ. এস. এফ) ইমেজিং একটি গভীর আলোকবিজ্ঞান ইমেজিং কৌশল। গত কয়েক দশকে, ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপি জৈবিক নমুনা এবং জীবন্ত টিস্যু চিত্রের জন্য অত্যন্ত উন্নত হয়েছে। তবে, আলোর বিচ্ছুরণের কারণে, ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপি অগভীর টিস্যুতে (প্রায় 1 মিমি) সীমাবদ্ধ। যেহেতু ফ্লুরোসেন্স উচ্চ বৈসাদৃশ্য, উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং কম খরচ দ্বারা চিহ্নিত করা হয় যা গভীর টিস্যু তথ্য তদন্তের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, তাই উচ্চ গভীরতা-থেকে-রেজোলিউশন অনুপাত সহ ফ্লুরোসেন্স ইমেজিং কৌশল বিকাশ করা আশাব্যঞ্জক হবে। সম্প্রতি, আল্ট্রাসাউন্ড-স্যুইচেবল ফ্লুরোসেন্স ইমেজিং উন্নত করা হয়েছে যাতে ছবির গভীরতা ত্যাগ না করে উচ্চ সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত (এসএনআর) এবং উচ্চ স্থানিক রেজোলিউশন ইমেজিং অর্জন করা যায়। মৌলিক নীতি ইউয়ান 2009 সালে প্রথম তাত্ত্বিক মডেলটি প্রস্তাব করেছিলেন, তিনি একটি ফ্লুরোফোর-কুইঞ্চার-লেবেলযুক্ত মাইক্রোবাবল সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে একটি আল্ট্রাসাউন্ড-মড্যুলেটেড ফ্লুরোসেন্স তৈরি করেছিলেন যা আল্ট্রাসাউন্ড-ফোকাল জোনের ভিতরে ফ্লুরোসেন্ট নির্গমন নিয়ন্ত্রণ করতে পারে স্থানিক রেজোলিউশন এবং ইমেজিংয়ের এসএনআর বৃদ্ধি করতে। ইউ. এস. এফ ইমেজিং নীতির পরিপ্রেক্ষিতে, আল্ট্রাসাউন্ড ফোকাল ভলিউমের বাইরে ফ্লুরোসেন্স ট্রিগার না করে আল্ট্রাসাউন্ড ফোকাল ভলিউমের ভিতরে ফ্লুরোসেন্ট নির্গমন সক্রিয় করতে একটি ছোট আল্ট্রাসাউন্ড পালস প্রয়োগ করা হয়। সুতরাং, আল্ট্রাসাউন্ড ফোকাল জোনে ফ্লুরোফোর বিতরণকে লক্ষ্য পরীক্ষা করে আলাদা করা এবং চিত্রায়িত করা যেতে পারে। ইউ. এস. এফ ইমেজিং কৌশলে দুটি মৌলিক উপাদান প্রয়োজন, প্রথমটি হল অনন্য ইউ. এস. এফ বৈসাদৃশ্য এজেন্ট যার ফ্লুরোসেন্স নির্গমন একটি কেন্দ্রীভূত আল্ট্রাসাউন্ড তরঙ্গ দ্বারা নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। দ্বিতীয়ত, সংকেত সনাক্ত করতে এবং পটভূমির শব্দ দমন করতে একটি সংবেদনশীল ইউ. এস. এফ ইমেজিং সিস্টেমেরও প্রয়োজন হয়। ইমেজিং কনট্রাস্ট এজেন্ট বর্তমানে দুই ধরনের কনট্রাস্ট এজেন্ট তৈরি করা হয়েছে। প্রথম ধরনের মাইক্রো বুদ্বুদ হল ফ্লুরোফোর-কুইঞ্চার-লেবেলযুক্ত মাইক্রো বুদ্বুদ যা ইউয়ান দ্বারা 2019 সালে প্রথম আবিষ্কৃত হয় এবং লিউ এট আল দ্বারা বিকশিত হয়। 2014 সালে। এই ধরনের কনট্রাস্ট এজেন্টের মূল নীতি হল মাইক্রোবুবল পৃষ্ঠে ফ্লুরোফোরের ঘনত্ব পরিবর্তন করা। 2000 সালে মরগান ও অন্যান্যরা। দেখা গেছে যে নেতিবাচক আল্ট্রাসোল্ড তরঙ্গ মাইক্রোবাবলকে বেশ কয়েকগুণ বড় করে তুলতে পারে। ফলস্বরূপ, মাইক্রোবুবল পৃষ্ঠে শমনকারী এবং ফ্লুরোফোরের মধ্যে দূরত্ব আরও বেশি হয়ে যায় (পৃষ্ঠে ফ্লুরোফোরের ঘনত্ব হ্রাস পায়) যার অর্থ শমন দক্ষতা অত্যন্ত হ্রাস পায় এবং ফ্লুরোফোর উচ্চ নির্গমন দক্ষতা (অন অবস্থা) দেখায়। আল্ট্রাসাউন্ড ফোকাল জোনের বাইরের মাইক্রোবাবল পুরো প্রক্রিয়া চলাকালীন একই ছোট আকার রাখে, তাই ফ্লুরোফোর নির্গমন (বন্ধ অবস্থা) দমন করার জন্য শমন দক্ষতা সর্বদা যথেষ্ট বেশি থাকে। ফ্লুরোফোর-লেবেলযুক্ত থার্মোসেন্সিটিভ পলিমার বা ফ্লুরোফোর-এনক্যাপসুলেটেড ন্যানো পার্টিকেলস (এন. পি.) দ্বিতীয় ধরনের বৈসাদৃশ্য এজেন্ট হল ফ্লুরোফোর-লেবেলযুক্ত থার্মোসেন্সিটিভ পলিমার বা ফ্লুরোফোর-এনক্যাপসুলেটেড ন্যানো পার্টিকেলস (এন. পি.)। এই ধরনের এজেন্টের গুরুত্বপূর্ণ অংশ হল তাপ-সংবেদনশীল বাহক এবং পরিবেশ-সংবেদনশীল (সাধারণত মেরুতা-সংবেদনশীল) ফ্লুরোফোরের সংমিশ্রণ। যখন পরিবেশের তাপমাত্রা একটি নির্দিষ্ট সীমার (টি. টি. এইচ. 1) নিচে থাকে, তখন যে বাহকের উপর ফ্লুরোফোর থাকে তার মেরুকরণ বেশ কম নির্গমন দক্ষতা (অফ অবস্থা) দেখায়। যখন কেন্দ্রীভূত আল্ট্রাসাউন্ড প্রয়োগ করা হয়, তখন ফোকাল জোনটি তাপমাত্রার প্রান্তিকের (টি. টি. এইচ. 2) উপরে উত্তপ্ত করা হয় এবং তাপ-সংবেদনশীল বাহকের কাঠামো পরিবর্তন করা হয় যা এর মেরুকরণকেও পরিবর্তন করে, তাই, মেরুকরণ-সংবেদনশীল ফ্লুরোফোর চালু করা হবে। পুরো প্রক্রিয়া চলাকালীন, আল্ট্রাসাউন্ড ফোকাল জোনের বাইরের ফ্লুরোফোর বন্ধ থাকে কারণ তাপমাত্রা টিথ1-এর নিচে থাকে। ইউ. এস. এফ ইমেজিং সিস্টেম ইউ. এস. এফ ইমেজিং সিস্টেমের উদ্দেশ্য হল সংবেদনশীলভাবে ইউ. এস. এফ সংকেত সনাক্ত করা এবং নাটকীয়ভাবে পটভূমির শব্দকে দমন করা। ইমেজ সিস্টেম প্রথমে একটি লক-ইন পরিবর্ধক এবং একটি শীতল ফটোমল্টিপ্লায়ার টিউব (পিএমটি) গ্রহণ করে সিস্টেম সংবেদনশীলতা নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি করে; তারপর সিস্টেমটি ইউএসএফ সংকেতকে পটভূমির শব্দ থেকে আলাদা করার জন্য একটি পারস্পরিক সম্পর্ক অ্যালগরিদম ব্যবহার করে; এছাড়াও, এটি শুধুমাত্র আল্ট্রাসাউন্ড দ্বারা সৃষ্ট ফ্লুরোসেন্স সংকেতের পরিবর্তন সনাক্ত করে, মড্যুলেটেড-ফ্রিকোয়েন্সি উত্তেজনা লেজার সব সময় চলতে থাকে, আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত তাপমাত্রা বৃদ্ধি মড্যুলেটেড ফ্রিকোয়েন্সিতে ফ্লুরোসেন্স সংকেতের প্রশস্ততা পরিবর্তন করে। একটি ফেজ-লক রেফারেন্স সিগন্যালে হস্তক্ষেপ করার পরে, লক-ইন পরিবর্ধক ইউ. এস. এফ সিগন্যাল রিপোর্ট করে; সিস্টেমটি বেশ কয়েকটি নির্গমন ফিল্টার ব্যবহার করে লেজার ফুটোও কমাতে পারে। সিগন্যাল টু নয়েজ অনুপাত ইউ. এস. এফ ইমেজিং ব্যাকগ্রাউন্ড ফোটন থেকে সিগন্যাল ফোটনকে আলাদা করে এস. এন. আর বৃদ্ধি করতে পারে। ব্যাকগ্রাউন্ড ফোটনগুলি অটোফ্লোরেসেন্স, হালকা বিচ্ছুরণ, অসম্পূর্ণ বৈসাদৃশ্য এজেন্ট এবং লেজার ফুটো থেকে আসতে পারে। অটোফ্লোরেসেন্স কমাতে, এনআইআর ফ্লুরোফোর গ্রহণ করা যেতে পারে কারণ জৈবিক টিস্যু উপাদানগুলি এনআইআর অঞ্চলে সবচেয়ে কম অটোফ্লোরেসেন্স তৈরি করে। রেলে তত্ত্ব অনুসারেঃ I (r, θ) = 1/λ4 বড় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো কম বিচ্ছুরিত হয়, তাই আলোর বিচ্ছুরণ যা পটভূমির শব্দের অংশে পরিণত হয় তা হ্রাস করা যেতে পারে। এছাড়াও, ফ্লুরোসেন্ট নির্গমন নিয়ন্ত্রণের জন্য আল্ট্রাসাউন্ড গ্রহণ করে, সিগন্যাল ফ্লুরোফোরকে সহজেই ব্যাকগ্রাউন্ড ফ্লুরোফোর থেকে আলাদা করা যায়। যেমনটি আমরা উপরে উল্লেখ করেছি, নির্গমন ফিল্টার দ্বারা লেজার ফুটো হ্রাস করা যেতে পারে। স্থানিক রেজোলিউশন দ্বিতীয় ধরনের বৈসাদৃশ্য এজেন্ট (ফ্লুরোফোর-লেবেলযুক্ত থার্মোসেন্সিটিভ এনপি) ব্যবহার করার সময়, দুটি পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে স্থানিক রেজোলিউশন আরও উন্নত করা যেতে পারে। অরৈখিক অ্যাকোস্টিক প্রভাব অ্যাকোস্টিক বিচ্ছুরণ স্থানিক রেজোলিউশন বাড়ানোর প্রধান বাধা। আল্ট্রাসাউন্ড এক্সপোজার শক্তি নিয়ন্ত্রণ করে, অরৈখিক অ্যাকোস্টিক প্রভাব ঘটতে পারে, ফলস্বরূপ, মৌলিক ফ্রিকোয়েন্সিতে অ্যাকোস্টিক শক্তির একটি অংশ ফোকাল ভলিউমের উচ্চতর সুরেলা ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানগুলিতে স্থানান্তরিত হতে পারে যা আরও শক্তভাবে ফোকাস করা যেতে পারে। এটিই প্রধান কারণ যে অরৈখিক ধ্বনিগত প্রভাব আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত তাপমাত্রার ফোকাল আকারকে হ্রাস করতে পারে। তাপীয় বন্দিদশা ইউ. এস. এফ কৌশলের স্থানিক রেজোলিউশন সেই অঞ্চলের আকার দ্বারা নির্ধারিত হয় যেখানে ফ্লুরোফোরগুলি চালু করা যেতে পারে। শুধুমাত্র তাপমাত্রা সীমার উপরে থাকে, ফ্লুরোফোর চালু করা যেতে পারে। তবে, তাপীয় বিস্তার বা সঞ্চালনের কারণে, আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত তাপীয় শক্তিকে আল্ট্রাসাউন্ড এক্সপোজার সময় নিয়ন্ত্রণ করে ফোকাল ভলিউমের আকারের মধ্যে সীমাবদ্ধ রাখতে হবে, তাই ফ্লুরোফোরগুলি চালু করা যেতে পারে যা সাধারণত আল্ট্রাসাউন্ডের প্রকৃত ফোকাল আকারের চেয়ে ছোট হয়। অ্যাপ্লিকেশন ইউ. এস. এফ কৌশলটি একটি হালকা-পালস-বিলম্ব কৌশল এবং একটি ফোটন গণনা কৌশলের সাথে একত্রিত করা যেতে পারে যাতে গভীর অশান্ত মাধ্যমে উচ্চ-রেজোলিউশন ইমেজিং অর্জন করা যায়। 2016 সালে, চেং এবং অন্যান্যরা। উচ্চ এসএনআর এবং উচ্চ সংবেদনশীলতা সহ সেন্টিমিটার-গভীর টিস্যু ফ্যান্টমে উচ্চ-রেজোলিউশন ফ্লুরোসেন্স ইমেজিং অর্জন করে, তারা একটি এনআইআর অত্যন্ত পরিবেশ-সংবেদনশীল ফ্লুরোফোর, এডিপি (সিএ) 2 এবং এই রঞ্জকের উপর ভিত্তি করে ইউএসএফ বৈসাদৃশ্য এজেন্টের একটি পরিবারকে সংশ্লেষিত ও চিহ্নিত করে। 2019 সালের সাম্প্রতিক গবেষণায়, ইয়াও এবং অন্যান্যরা। প্রথম উচ্চ রেজোলিউশন সহ ইঁদুরের ভিভো আল্ট্রাসাউন্ড-স্যুইচেবল ফ্লুরোসেন্স ইমেজিংয়ে অর্জন করা হয়েছিল। আইসিজি-এনক্যাপসুলেটেড পিএনআইপিএএম ন্যানো পার্টিকেলগুলিকে বৈপরীত্য এজেন্ট হিসাবে গ্রহণ করা হয়েছিল যা জৈবিক পরিবেশে বেশ স্থিতিশীল। সিটি ইমেজিং ফলাফলের তুলনায়, তারা দেখতে পেয়েছে যে ইউএসএফ ইমেজিং গভীর টিস্যুতে উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং নির্দিষ্টতা বজায় রাখে। তথ্যসূত্র আল্ট্রাসাউন্ড অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি কৌশল ফ্লুরোসেন্স