Thermoacoustic imaging
থার্মোএকউস্টিক ইমেজিং মূলত থিওডোর বোয়েন দ্বারা 1981 সালে কার্যত যে কোনও ধরণের বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বিকিরণ ব্যবহার করে মানব টিস্যুর শোষণ বৈশিষ্ট্য অধ্যয়নের কৌশল হিসাবে প্রস্তাবিত হয়েছিল। কিন্তু আলেকজান্ডার গ্রাহাম বেল প্রথমে সেই ভৌত নীতির কথা উল্লেখ করেন যার উপর ভিত্তি করে এক শতাব্দী আগে থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইমেজিং তৈরি করা হয়েছিল। তিনি লক্ষ্য করেন যে, একটি রাবার শীটে সূর্যালোকের একটি বিরতিহীন রশ্মি আলোকিত করে শ্রবণযোগ্য শব্দ তৈরি করা যেতে পারে। বোয়েনের কাজ প্রকাশিত হওয়ার অল্প সময়ের মধ্যেই, অন্যান্য গবেষকরা মাইক্রোওয়েভ ব্যবহার করে থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইমেজিংয়ের পদ্ধতি প্রস্তাব করেছিলেন। 1994 সালে গবেষকরা একটি ইনফ্রারেড লেজার ব্যবহার করে টিস্যু-অনুকরণকারী ফ্যান্টমে নিকট-ইনফ্রারেড অপটিক্যাল শোষণের প্রথম থার্মোএকউস্টিক চিত্র তৈরি করেছিলেন, যদিও দুটি মাত্রায় (2ডি)। 1995 সালে অন্যান্য গবেষকরা একটি সাধারণ পুনর্গঠন অ্যালগরিদম প্রণয়ন করেন যার মাধ্যমে 2ডি থার্মোঅ্যাকোস্টিক চিত্রগুলি তাদের "অনুমান" থেকে গণনা করা যেতে পারে, অর্থাৎ। থার্মোএকউস্টিক কম্পিউটড টমোগ্রাফি (টিসিটি)। 1998 সালের মধ্যে ইন্ডিয়ানা ইউনিভার্সিটি মেডিকেল সেন্টারের গবেষকরা টিসিটিকে থ্রিডি-তে প্রসারিত করেন এবং জৈবিক টিস্যুর প্রথম সম্পূর্ণ ত্রিমাত্রিক (থ্রিডি) থার্মোঅ্যাকোস্টিক চিত্র তৈরি করতে স্পন্দিত মাইক্রোওয়েভ নিযুক্ত করেন। 1)]। পরের বছর তারা আবার স্পন্দিত মাইক্রোওয়েভ ব্যবহার করে মানুষের স্তনে ক্যান্সারের প্রথম সম্পূর্ণ 3ডি থার্মোএকউস্টিক চিত্র তৈরি করে (চিত্র। 2)। সেই সময় থেকে, থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইমেজিং বিশ্বব্যাপী গবেষণা প্রতিষ্ঠানগুলিতে ব্যাপক জনপ্রিয়তা অর্জন করেছে। 2008 সাল পর্যন্ত, তিনটি সংস্থা বাণিজ্যিক থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইমেজিং সিস্টেম তৈরি করছিল-সেনো মেডিকেল, এন্দ্রা, ইনকর্পোরেটেড এবং অপ্টোসোনিক্স, ইনকর্পোরেটেড। থার্মোঅ্যাকোস্টিক তরঙ্গ উৎপাদন শব্দ, যা চাপ তরঙ্গ হিসাবে প্রচারিত হয়, জৈবিক টিস্যু সহ কার্যত যে কোনও উপাদানে প্ররোচিত করা যেতে পারে, যখনই সময়-পরিবর্তিত বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় শক্তি শোষিত হয়। উদ্দীপক বিকিরণ যা এই তাপীয়ভাবে উৎপন্ন ধ্বনিগত তরঙ্গগুলিকে প্ররোচিত করে তা উচ্চ-শক্তির আয়নাইজিং কণা থেকে শুরু করে নিম্ন-শক্তির রেডিও তরঙ্গ পর্যন্ত বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বর্ণালীর যে কোনও জায়গায় থাকতে পারে। "ফটোএকউস্টিক" শব্দটি (বায়োমেডিসিন-এ ফটোএকউস্টিক ইমেজিং দেখুন) এই ঘটনার ক্ষেত্রে প্রযোজ্য যখন উদ্দীপক বিকিরণ অপটিক্যাল হয়, যখন "থার্মোএকউস্টিক" আরও সাধারণ শব্দ এবং অপটিক্যাল সহ সমস্ত বিকিরণ উৎসকে বোঝায়। যে প্রক্রিয়া দ্বারা তাপীয় তরঙ্গ উৎপন্ন হয় তা চিত্র 3-এ চিত্রিত করা হয়েছে। এটি একটি চার ধাপের প্রক্রিয়া হিসাবে বোঝা যেতে পারেঃ জৈবিক টিস্যু একটি শক্তির উৎস দ্বারা বিকিরণ করা হয় যা শরীর দ্বারা শোষিত হয়। শক্তির উৎস অ-নির্দিষ্ট, তবে সাধারণত দৃশ্যমান আলো, ইনফ্রারেডের কাছাকাছি, রেডিও তরঙ্গ বা মাইক্রোওয়েভ নিয়ে গঠিত। শোষিত শক্তি তাপে রূপান্তরিত হয়, যা টিস্যুর তাপমাত্রা বাড়ায়, সাধারণত 0.001 ডিগ্রি সেলসিয়াসেরও কম। টিস্যুর তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে টিস্যু আয়তনে প্রসারিত হয়, যদিও সামান্য। এই যান্ত্রিক সম্প্রসারণ একটি অ্যাকোস্টিক তরঙ্গ তৈরি করে যা জৈবিক টিস্যুতে শব্দের গতিতে শক্তি শোষণের স্থান থেকে সমস্ত দিকে বাইরের দিকে ছড়িয়ে পড়ে, প্রায় 1.5 মিলিমিটার প্রতি মাইক্রোসেকেন্ডে। যখন টিস্যু একটি স্পন্দন দ্বারা বিকিরণ করা হয়, তখন অ্যাকোস্টিক তরঙ্গের বৈশিষ্ট্যযুক্ত অ্যাকোস্টিক ফ্রিকোয়েন্সিগুলি শূন্য থেকে 1/(স্পন্দন প্রস্থ) পর্যন্ত বিস্তৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি 1 মাইক্রোসেকেন্ড পালস শূন্য থেকে প্রায় 1 মেগাহার্টজ (মেগাহার্টজ) পর্যন্ত অ্যাকোস্টিক ফ্রিকোয়েন্সি তৈরি করে। সংক্ষিপ্ত ডালগুলি অ্যাকোস্টিক ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি বিস্তৃত পরিসর তৈরি করে। 1 মেগাহার্টজের বেশি ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে অতিস্বনক হিসাবে উল্লেখ করা হয় এবং এগুলি চিকিৎসা সংক্রান্ত আল্ট্রাসাউন্ড প্রয়োগের সাথেও যুক্ত। চিত্র গঠনের নীতিগুলি যে কোনও থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইমেজিং যন্ত্রের জন্য অধ্যয়ন করা হচ্ছে এমন শারীরবিজ্ঞানে শক্তি সরবরাহ করার জন্য বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বিকিরণের একটি উৎস প্রয়োজন, এটি একটি লেজার বা মাইক্রোওয়েভ অ্যান্টেনা হোক, এবং এক বা একাধিক অ্যাকোস্টিক ডিটেক্টর শারীরবিদ্যার বাইরের পৃষ্ঠে শব্দগতভাবে মিলিত হয়, যেমন চিত্রটিতে চিত্রিত করা হয়েছে। 4. সাধারণ অ্যাকোস্টিক ডিটেক্টর হল একটি আল্ট্রাসাউন্ড ট্রান্সডিউসার, যা সাধারণত একটি পাইজো-বৈদ্যুতিক উপাদান দিয়ে তৈরি হয় যা সনাক্ত চাপকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে। থার্মোঅ্যাকোস্টিক তরঙ্গগুলি শারীরস্থানের মধ্যে যেখানেই শোষণ হয় সেখানে প্ররোচিত হয় এবং এই থার্মোঅ্যাকোস্টিক তরঙ্গগুলির শক্তি টিস্যুর মধ্যে শোষিত শক্তির সমানুপাতিক। এর মধ্যে কিছু তরঙ্গ এক বা একাধিক অ্যাকোস্টিক ট্রান্সডিউসার দ্বারা সনাক্ত হওয়ার আগে কিছু সময়ের ব্যবধানে (উড়ানের সময়) শারীরস্থানের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে। প্রতিটি ট্রান্সডিউসার একটি পয়েন্ট ডিটেক্টর বলে ধরে নিয়ে সঠিক সময়-অব-ফ্লাইট একটি শোষণ সাইট এবং একটি ট্রান্সডিউসারের মধ্যে দূরত্বের সাথে আনুপাতিক। যে কোনও নির্দিষ্ট সময়ের জন্য, প্রতিটি ট্রান্সডিউসার ডিটেক্টর থেকে একই দূরত্বে উদ্ভূত তাপীয় তরঙ্গের সমষ্টি পাবে যা চিত্রে চিত্রিত করা হয়েছে। 5টি। এই কারণে, একটি বিন্দু ট্রান্সডিউসার দিয়ে একটি শোষণ স্থানকে স্থানীয়করণের চেষ্টা করার সময় অস্পষ্টতা দেখা দেয়। এই অস্পষ্টতা দূর করতে বিভিন্ন কৌশল অবলম্বন করা হয়েছে। ডিটেক্টর জ্যামিতি তিনটি জেনেরিক ডিটেক্টর কনফিগারেশন ব্যবহার করা হয়েছেঃ একটি গোলাকার ফোকাসড ট্রান্সডিউসার; একটি মাত্রায় ফোকাসড ট্রান্সডিউসারের একটি রৈখিক (বা বক্ররেখা-রৈখিক) অ্যারে; অথবা, ফোকাসড ট্রান্সডিউসারের একটি 2ডি অ্যারে। সাধারণভাবে, একটি একক, ফোকাসড ট্রান্সডিউসার একটি থ্রিডি ভলিউমের মাধ্যমে একটি একক লাইনের ছবি তুলতে পারে। একটি রৈখিক (1ডি) অ্যারে, তা সে সোজা হোক বা বাঁকা, একটি 2ডি সমতলের ছবি তুলতে পারে, তবে একটি সম্পূর্ণ 3ডি ভলিউমের ছবি তোলার জন্য ট্রান্সডিউসারের একটি 2ডি অ্যারের প্রয়োজন হয়। ফোকাসড ট্রান্সডিউসার একটি গোলাকার ফোকাসড ট্রান্সডিউসার তার কেন্দ্রবিন্দু দিয়ে যাওয়া একটি রেখা বরাবর উদ্ভূত তাপীয় তরঙ্গের প্রতি সবচেয়ে সংবেদনশীল। এই লাইন বরাবর থার্মোঅ্যাকোস্টিক সংকেতের শক্তি অনুমান করতে টাইম-অফ-ফ্লাইট তথ্য ব্যবহার করা হয়। একটি 2ডি চিত্র একটি রৈখিক পথ বরাবর ফোকাসড ট্রান্সডিউসারকে পার্শ্বীয়ভাবে অনুবাদ করে একটি লাইনে একত্রিত করা যেতে পারে। একটি 2ডি সমতলে একটি আয়তাকার পথ বরাবর ট্রান্সডিউসার স্ক্যান করে একটি 3ডি চিত্র তৈরি করা যেতে পারে। ফোকাস লাইন (অক্ষীয় রেজোলিউশন) বরাবর থার্মোঅ্যাকোস্টিক সংকেতগুলি আলাদা করার ক্ষমতা ফোকাস লাইনের (পার্শ্বীয় রেজোলিউশন) বিপরীত থার্মোঅ্যাকোস্টিক সংকেতগুলিকে আলাদা করার চেয়ে উচ্চতর। এই কারণে এই পদ্ধতি ব্যবহার করে অক্ষীয় স্থানিক রেজোলিউশনের চেয়ে পার্শ্বীয় স্থানিক রেজোলিউশন তিন থেকে চারগুণ খারাপ। লিনিয়ার অ্যারে লিনিয়ার ট্রান্সডিউসার অ্যারে (বাঁকা এবং সোজা উভয়) সাধারণত প্রচলিত চিকিৎসা আল্ট্রাসাউন্ডে ব্যবহৃত হয়। এগুলি বিভিন্ন আকার এবং আকারে পাওয়া যায়। এগুলি সহজেই থার্মোএকউস্টিক ইমেজিংয়ে ব্যবহারের জন্য অভিযোজিত হয়। 2ডি থার্মোঅ্যাকোস্টিক ইমেজিং-এর জন্য একটি রৈখিক অ্যারে কীভাবে ব্যবহার করা হয় তা চিত্র 7-এ দেখানো হয়েছে। অ্যারেতে বেশ কয়েকটি উপাদান (64-256) রয়েছে যা অ্যারের সামনের দিক থেকে বাইরের দিকে প্রসারিত 2ডি প্লেনের মধ্যে সর্বাধিক সংবেদনশীলতা বজায় রাখতে উল্লম্ব মাত্রায় কেন্দ্রীভূত থাকে। সমতলের মধ্যে থার্মোঅ্যাকোস্টিক সংকেতগুলি সমতলের মধ্যে প্রতিটি অবস্থান থেকে অ্যারের প্রতিটি উপাদান (তীর, চিত্র) পর্যন্ত উড়ানের সময় গণনা করে স্থানীয়করণ করা হয়। 7)। 2ডি অ্যারে বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় শোষণের একটি সঠিক 3ডি মানচিত্র গঠনের জন্য পর্যাপ্ত থার্মোএকউস্টিক ডেটা ক্যাপচার করার জন্য, ট্রান্সডিউসারের 2ডি অ্যারে দিয়ে চিত্রায়িত শারীরস্থানকে ঘিরে রাখা প্রয়োজন। বিশ্বের প্রথম থ্রিডি থার্মোঅ্যাকোস্টিক প্রাণী স্ক্যানার (চিত্র। 8: বাম প্যানেল) 128 টি ট্রান্সডিউসারের একটি নলাকার বিন্যাসকে একত্রিত করে এটি সম্পন্ন করেছে (চিত্র। 8: কেন্দ্রের প্যানেল) উল্লম্ব অক্ষের চারপাশে প্রাণীর আবর্তনের চিত্র সহ। নিট ফলাফলটি ছিল প্রাণীটিকে ঘিরে একটি গোলকের পৃষ্ঠের উপর থার্মোঅ্যাকোস্টিক ডেটা ক্যাপচার করা (চিত্র। 8: ডানদিকের প্যানেল)। এই যন্ত্রটি 1/3 মিলিমিটারের মতো ছোট কাঠামো কল্পনা করতে সক্ষম ছিল। একটি মাউসের মাথায় ভাস্কুলেচারের একটি অ্যানিমেটেড 3D চিত্র চিত্রে প্রদর্শিত হয়। 9টি। এই অ্যানিমেটেড চিত্রটি 800 এনএম-এ নিকটবর্তী ইনফ্রারেড বিকিরণ ব্যবহার করে অর্জিত হয়েছিল, যেখানে রক্ত দ্বারা অপটিক্যাল শোষণ পার্শ্ববর্তী টিস্যুগুলির চেয়ে বেশি। অতএব, ভাস্কুলেচারটি অগ্রাধিকারের সাথে দৃশ্যমান করা হয়। মানুষের স্তনের 3ডি থার্মোঅ্যাকোস্টিক চিত্র তৈরি করতেও মাইক্রোওয়েভ ব্যবহার করা হয়েছে। এটি করার জন্য প্রথম যন্ত্রগুলির মধ্যে একটি চিত্রে চিত্রিত করা হয়েছে। 10টি। এটি আটটি ওয়েভগাইডের একটি বিন্যাস নিয়ে গঠিত, যা স্তনে মাইক্রোওয়েভ শক্তিকে পরিচালিত করে। স্তনের অভ্যন্তরীণ কাঠামো পুনর্গঠনের জন্য পর্যাপ্ত তথ্য অর্জনের জন্য একটি ট্রান্সডিউসার অ্যারে ওয়েভগাইডগুলির সাথে সিঙ্ক্রোনি ঘোরানো হয়েছিল। চিত্র 11 একটি সাধারণ স্তনে সাধারণ গ্রন্থিযুক্ত টিস্যু প্যাটার্নের একটি অ্যানিমেশন দেখায়। তথ্যসূত্র আরও পড়া মেডিকেল ইমেজিং