Photoacoustic imaging
फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग या ऑप्टोएकॉस्टिक इमेजिंग फोटोएकॉस्टिक प्रभाव पर आधारित एक जैव चिकित्सा इमेजिंग विधि है। गैर-आयनीकरण लेजर दालों को जैविक ऊतकों में वितरित किया जाता है और ऊर्जा का एक हिस्सा अवशोषित हो जाता है और गर्मी में परिवर्तित हो जाता है, जिससे क्षणिक थर्मोइलास्टिक विस्तार होता है और इस प्रकार वाइडबैंड (अर्थात। मेगाहर्ट्ज) अल्ट्रासोनिक उत्सर्जन। उत्पन्न अल्ट्रासोनिक तरंगों का अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर द्वारा पता लगाया जाता है और फिर छवियों का उत्पादन करने के लिए उनका विश्लेषण किया जाता है। यह ज्ञात है कि ऑप्टिकल अवशोषण शारीरिक गुणों के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है, जैसे कि हीमोग्लोबिन एकाग्रता और ऑक्सीजन संतृप्ति। नतीजतन, अल्ट्रासोनिक उत्सर्जन का परिमाण (यानी। फोटोएकॉस्टिक सिग्नल), जो स्थानीय ऊर्जा निक्षेपण के समानुपाती है, शारीरिक रूप से विशिष्ट ऑप्टिकल अवशोषण विरोधाभास को प्रकट करता है। फिर लक्षित क्षेत्रों की 2डी या 3डी छवियां बनाई जा सकती हैं। बायोमेडिकल इमेजिंग जैविक ऊतकों में ऑप्टिकल अवशोषण हीमोग्लोबिन या मेलेनिन जैसे अंतर्जनित अणुओं या बहिजनित रूप से वितरित कंट्रास्ट एजेंटों के कारण हो सकता है। उदाहरण के लिए चित्र। 2 दृश्य और निकट अवरक्त क्षेत्र में ऑक्सीजनयुक्त हीमोग्लोबिन (एच. बी. ओ. 2) और डीऑक्सीजेनेटेड हीमोग्लोबिन (एच. बी.) के ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा को दर्शाता है। चूँकि रक्त में आमतौर पर आसपास के ऊतकों की तुलना में अधिक अवशोषण का क्रम होता है, इसलिए रक्त वाहिकाओं को देखने के लिए फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग के लिए पर्याप्त एंडोजेनस कंट्रास्ट होता है। हाल के अध्ययनों से पता चला है कि फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग का उपयोग विवो में ट्यूमर एंजियोजेनेसिस की निगरानी, रक्त ऑक्सीजनकरण मानचित्रण, कार्यात्मक मस्तिष्क इमेजिंग, त्वचा मेलेनोमा का पता लगाने, मेथेमोग्लोबिन मापने आदि के लिए किया जा सकता है। दो प्रकार के फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग सिस्टम, फोटोएकॉस्टिक/थर्मोएकॉस्टिक कंप्यूटेड टोमोग्राफी (जिसे फोटोएकॉस्टिक/थर्मोएकॉस्टिक टोमोग्राफी के रूप में भी जाना जाता है, यानी, पी. ए. टी./टी. ए. टी.) और फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (पी. ए. एम.) विकसित किए गए हैं। एक विशिष्ट पी. ए. टी. प्रणाली प्रकाश-ध्वनिक संकेतों को प्राप्त करने के लिए एक गैर-केंद्रित अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर का उपयोग करती है, और छवि को प्रकाश-ध्वनिक समीकरणों को विपरीत रूप से हल करके पुनर्निर्मित किया जाता है। दूसरी ओर, एक पी. ए. एम. प्रणाली, 2डी बिंदु-दर-बिंदु स्कैनिंग के साथ एक गोलाकार केंद्रित अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर का उपयोग करती है, और इसके लिए किसी पुनर्निर्माण एल्गोरिदम की आवश्यकता नहीं होती है। फोटोएकॉस्टिक कम्प्यूटेड टोमोग्राफी सामान्य समीकरण ताप फलन को देखते हुए, एक ध्वनिक रूप से सजातीय अदृश्य माध्यम में फोटोएकॉस्टिक तरंग दबाव का उत्पादन और प्रसार इस बात से नियंत्रित होता है कि माध्यम में ध्वनि की गति कहाँ है, तापीय विस्तार गुणांक कहाँ है, और स्थिर दबाव पर विशिष्ट ताप क्षमता कहाँ है। ईक्यू। (1) यह सुनिश्चित करने के लिए कि लेजर पल्स उत्तेजना के दौरान गर्मी चालन नगण्य है, थर्मल कारावास के तहत रखता है। थर्मल कारावास तब होता है जब लेजर पल्सविड्थ थर्मल विश्राम समय की तुलना में बहुत कम होती है। Eq का आगे का समाधान। (1) इन स्ट्रेस कन्फिनमेंट द्वारा दिया जाता है, जो तब होता है जब लेजर पल्सविड्थ स्ट्रेस रिलैक्सेशन टाइम, Eq की तुलना में बहुत कम होती है। (2) इसे आगे इस रूप में प्राप्त किया जा सकता है कि प्रारंभिक प्रकाश-ध्वनिक दबाव कहाँ है। सार्वभौमिक पुनर्निर्माण एल्गोरिथ्म एक पी. ए. टी. प्रणाली में, ध्वनि दबाव का पता एक सतह पर एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को स्कैन करके लगाया जाता है जो फोटोएकॉस्टिक स्रोत को घेरता है। आंतरिक स्रोत वितरण के पुनर्निर्माण के लिए, हमें समीकरण (3) की व्युत्क्रम समस्या को हल करने की आवश्यकता है। पाने के लिए)। पी. ए. टी. पुनर्निर्माण के लिए लागू एक प्रतिनिधि विधि को सार्वभौमिक बैकप्रोजेक्शन एल्गोरिदम के रूप में जाना जाता है। यह विधि तीन इमेजिंग ज्यामितियों के लिए उपयुक्त हैः समतल, गोलाकार और बेलनाकार सतह। यूनिवर्सल बैक प्रोजेक्शन सूत्र यह है कि अंदर के पुनर्निर्माण बिंदु के संबंध में पूरी सतह द्वारा ठोस कोण कहाँ है, और सरल प्रणाली एक साधारण पी. ए. टी./टी. ए. टी./ओ. ए. टी. प्रणाली को चित्र के बाएँ भाग में दिखाया गया है। 3. लेजर किरण का विस्तार किया जाता है और रुचि के पूरे क्षेत्र को कवर करने के लिए फैलाया जाता है। फोटोएकॉस्टिक तरंगें लक्ष्य में ऑप्टिकल अवशोषण के वितरण के समानुपाती उत्पन्न होती हैं, और एक एकल स्कैन किए गए अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर द्वारा पता लगाया जाता है। एक टी. ए. टी./ओ. ए. टी. प्रणाली पी. ए. टी. के समान होती है सिवाय इसके कि यह लेजर के बजाय माइक्रोवेव उत्तेजना स्रोत का उपयोग करती है। हालाँकि इन दोनों प्रणालियों में एकल-तत्व ट्रांसड्यूसरों को नियोजित किया गया है, लेकिन पता लगाने की योजना को अल्ट्रासाउंड सरणियों का उपयोग करने के लिए भी बढ़ाया जा सकता है। बायोमेडिकल अनुप्रयोग आंतरिक ऑप्टिकल या माइक्रोवेव अवशोषण कंट्रास्ट और अल्ट्रासाउंड के विवर्तन-सीमित उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन व्यापक बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए पी. ए. टी. और टी. ए. टी. आशाजनक इमेजिंग तौर-तरीकों को बनाते हैंः मस्तिष्क घाव का पता लगाने वाले मस्तिष्क में विभिन्न ऑप्टिकल अवशोषण गुणों वाले नरम ऊतकों को पी. ए. टी. द्वारा स्पष्ट रूप से पहचाना जा सकता है। हेमोडायनामिक्स मॉनिटरिंग चूंकि एच. बी. ओ. 2 और एच. बी. दृश्यमान वर्णक्रमीय सीमा में जैविक ऊतकों में प्रमुख अवशोषक यौगिक हैं, इसलिए इन दो गुणसूत्रों की सापेक्ष सांद्रता को प्रकट करने के लिए कई तरंग दैर्ध्य फोटोएकॉस्टिक मापों का उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार, हीमोग्लोबिन (एच. बी. टी.) और हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन संतृप्ति (एस. ओ. 2) की सापेक्ष कुल सांद्रता प्राप्त की जा सकती है। इसलिए, मस्तिष्क के कार्य से जुड़े मस्तिष्क हेमोडायनामिक परिवर्तनों का पी. ए. टी. के साथ सफलतापूर्वक पता लगाया जा सकता है। स्तन कैंसर का निदान उत्तेजना के लिए कम बिखरे हुए माइक्रोवेव का उपयोग करके, टी. ए. टी. मिमी से कम स्थानिक संकल्प के साथ मोटे (कई सेमी) जैविक ऊतकों में प्रवेश करने में सक्षम है। चूँकि कैंसरयुक्त ऊतक और सामान्य ऊतक में रेडियो आवृत्ति विकिरण के लिए लगभग समान प्रतिक्रियाएँ होती हैं, इसलिए टी. ए. टी. में स्तन कैंसर के प्रारंभिक निदान में सीमित क्षमता होती है। फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी की इमेजिंग गहराई मुख्य रूप से अल्ट्रासोनिक क्षीणन द्वारा सीमित होती है। स्थानिक (अर्थात। अक्षीय और पार्श्व) संकल्प प्रयुक्त अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर पर निर्भर करते हैं। उच्च केंद्रीय आवृत्ति और व्यापक बैंडविड्थ के साथ एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को उच्च अक्षीय संकल्प प्राप्त करने के लिए चुना जाता है। पार्श्व संकल्प ट्रांसड्यूसर के फोकल व्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक 50 मेगाहर्ट्ज अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर ~ 3 मिमी इमेजिंग गहराई के साथ 15 माइक्रोमीटर अक्षीय और 45 माइक्रोमीटर पार्श्व संकल्प प्रदान करता है। कार्यात्मक इमेजिंग में फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी के कई महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैंः यह छोटी वाहिकाओं में ऑक्सीजनयुक्त/डीऑक्सीजेनेटेड हीमोग्लोबिन में परिवर्तन का पता लगा सकता है। अन्य अनुप्रयोग फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग को हाल ही में कलाकृति निदान के संदर्भ में पेश किया गया था, जिसमें पेंटिंग में अंडरड्रॉइंग या मूल स्केच लाइनों जैसी छिपी हुई विशेषताओं को उजागर करने पर जोर दिया गया था। कैनवास पर लघु तेल चित्रों से एकत्र की गई फोटोआकौस्टिक छवियाँ, उनके पीछे की ओर एक स्पंदित लेजर से प्रकाशित, कई पेंट परतों द्वारा लेपित पेंसिल स्केच लाइनों की उपस्थिति को स्पष्ट रूप से प्रकट करती हैं। फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग में प्रगति ने गहन शिक्षण सिद्धांतों और संपीड़ित संवेदन के एकीकरण के माध्यम से हाल ही में प्रगति देखी है। फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग में गहन शिक्षण अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग में गहन शिक्षा देखें। मल्टीस्पेक्ट्रल ऑप्टोएकॉस्टिक टोमोग्राफी फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग में गहरी शिक्षा फोटोएकॉस्टिक प्रभाव संदर्भ बाहरी लिंक जीव विज्ञान और चिकित्सा में ध्वनिक, ध्वनिक-ऑप्टिक और फोटोएकॉस्टिक विधियों के अनुप्रयोग में हालिया प्रगति चिकित्सा इमेजिंग