Ultrasound-switchable fluorescence imaging
அல்ட்ராசவுண்ட்-மாற்றக்கூடிய ஃப்ளோரசன்ஸ் (யு. எஸ். எஃப்) இமேஜிங் என்பது ஒரு ஆழமான ஒளியியல் இமேஜிங் நுட்பமாகும். கடந்த சில தசாப்தங்களில், உயிரியல் மாதிரிகள் மற்றும் உயிருள்ள திசுக்களைப் படமாக்க ஃப்ளோரசன்ஸ் நுண்ணோக்கி மிகவும் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், ஒளி சிதறல் காரணமாக, ஒளிரும் நுண்ணோக்கி ஆழமற்ற திசுக்களுக்கு (சுமார் 1 மிமீ) மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. ஃப்ளோரசன்ஸ் அதிக மாறுபாடு, அதிக உணர்திறன் மற்றும் குறைந்த செலவு ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படுவதால், இது ஆழமான திசு தகவல்களை ஆராய்வதற்கு முக்கியமானது, அதிக ஆழத்திலிருந்து தெளிவுத்திறன் விகிதத்துடன் ஃப்ளோரசன்ஸ் இமேஜிங் நுட்பத்தை உருவாக்குவது நம்பிக்கைக்குரியதாக இருக்கும். சமீபத்தில், படத்தின் ஆழத்தை தியாகம் செய்யாமல் உயர் சமிக்ஞை-க்கு-சத்தம் விகிதம் (எஸ். என். ஆர்) மற்றும் உயர் இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறன் இமேஜிங் ஆகியவற்றை அடைய அல்ட்ராசவுண்ட்-மாற்றக்கூடிய ஃப்ளோரசன்ஸ் இமேஜிங் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. அடிப்படை கோட்பாடு தத்துவார்த்த மாதிரி முதன்முதலில் யுவானால் 2009 இல் முன்மொழியப்பட்டது, அவர் ஒரு ஃப்ளோரோஃபோர்-தணிப்பு-பெயரிடப்பட்ட மைக்ரோ குமிழி அமைப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு அல்ட்ராசவுண்ட்-பண்பேற்ற ஃப்ளோரசன்ஸை உருவாக்கினார், இது அல்ட்ராசவுண்ட்-ஃபோகல் மண்டலத்திற்குள் ஃப்ளோரசன்ட் உமிழ்வைக் கட்டுப்படுத்த முடியும். யு. எஸ். எஃப் இமேஜிங் கொள்கையைப் பொறுத்தவரை, அல்ட்ராசவுண்ட் குவிய தொகுதிக்கு வெளியே ஃப்ளோரசன்ஸைத் தூண்டாமல் அல்ட்ராசவுண்ட் குவிய தொகுதிக்குள் ஃப்ளோரசன்ட் உமிழ்வை செயல்படுத்த ஒரு குறுகிய அல்ட்ராசவுண்ட் துடிப்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது. எனவே, அல்ட்ராசவுண்ட் குவிய மண்டலத்தில் உள்ள ஃப்ளோரோபோர்கள் பரவலை இலக்கைத் திரையிடுவதன் மூலம் வேறுபடுத்தி படம்பிடிக்க முடியும். யு. எஸ். எஃப் இமேஜிங் நுட்பத்தில் இரண்டு அடிப்படை கூறுகள் தேவைப்படுகின்றன, முதலாவது தனித்துவமான யு. எஸ். எஃப் மாறுபட்ட முகவர்கள், அவற்றின் ஃப்ளோரசன்ஸ் உமிழ்வை ஒரு மையப்படுத்தப்பட்ட அல்ட்ராசவுண்ட் அலை மூலம் கட்டுப்படுத்த முடியும். இரண்டாவதாக, சமிக்ஞையைக் கண்டறிந்து பின்னணி சத்தத்தை அடக்குவதற்கு ஒரு உணர்திறன் கொண்ட யு. எஸ். எஃப் இமேஜிங் அமைப்பும் தேவைப்படுகிறது. இமேஜிங் கான்ட்ராஸ்ட் ஏஜென்ட்கள் தற்போது, இரண்டு வகையான கான்ட்ராஸ்ட் ஏஜென்ட்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. ஃப்ளோரோஃபோர்-தணிப்பு-பெயரிடப்பட்ட நுண் குமிழி முதல் வகை ஃப்ளோரோஃபோர்-தணிப்பு-பெயரிடப்பட்ட நுண் குமிழி ஆகும், இது முதன்முதலில் யுவானால் 2019 இல் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது, மேலும் லியு மற்றும் பலர் இதை உருவாக்கினர். 2014இல். இந்த வகை மாறுபட்ட முகவரின் அடிப்படைக் கொள்கை நுண் குமிழி மேற்பரப்பில் ஃப்ளோரோஃபோர் செறிவை மாற்றுவதாகும். 2000 ஆம் ஆண்டில், மோர்கன் மற்றும் பலர். எதிர்மறை அல்ட்ராசோல்ட் அலை மைக்ரோ குமிழியை பல மடங்கு பெரியதாக மாற்றும் என்று கண்டறியப்பட்டது. இதன் விளைவாக, மைக்ரோ குமிழி மேற்பரப்பில் தணிப்பு மற்றும் ஃப்ளோரோஃபோர் இடையேயான தூரம் அதிகமாகிறது (மேற்பரப்பில் ஃப்ளோரோஃபோர் செறிவு குறைகிறது) அதாவது தணிப்பு செயல்திறன் மிகவும் குறைகிறது மற்றும் ஃப்ளோரோஃபோர் அதிக உமிழ்வு செயல்திறனைக் காட்டுகிறது (ஆன் நிலை). அல்ட்ராசவுண்ட் மைய மண்டலத்திற்கு வெளியே உள்ள நுண் குமிழி முழு செயல்முறையிலும் அதே சிறிய அளவை வைத்திருக்கிறது, எனவே ஃப்ளோரோஃபோர் உமிழ்வை (ஆஃப் நிலை) அடக்குவதற்கு தணிக்கும் செயல்திறன் எப்போதும் அதிகமாக இருக்கும். ஃப்ளோரோஃபோர்-லேபிள் செய்யப்பட்ட தெர்மோசென்சிவ் பாலிமர்கள் அல்லது ஃப்ளோரோஃபோர்-என்கேப்சுலேட்டட் நானோ துகள்கள் (என். பி. க்கள்) இரண்டாவது வகை மாறுபட்ட முகவர்கள் ஃப்ளோரோஃபோர்-லேபிள் செய்யப்பட்ட தெர்மோசென்சிவ் பாலிமர்கள் அல்லது ஃப்ளோரோஃபோர்-என்கேப்சுலேட்டட் நானோ துகள்கள் (என். பி. க்கள்) ஆகும். இந்த வகையான முகவரின் முக்கியமான பகுதி வெப்ப-உணர்திறன் கேரியர் மற்றும் சுற்றுச்சூழல்-உணர்திறன் (பொதுவாக துருவமுனைப்பு-உணர்திறன்) ஃப்ளோரோபோர் ஆகியவற்றின் கலவையாகும். சுற்றுச்சூழல் வெப்பநிலை ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பிற்கு (Tth1) கீழ் இருக்கும்போது, ஃப்ளோரோபோர் மிகவும் குறைந்த உமிழ்வு செயல்திறனைக் காட்டும் கேரியரின் துருவமுனைப்பு (ஆஃப் நிலை). கவனம் செலுத்தப்பட்ட அல்ட்ராசவுண்ட் பயன்படுத்தப்படும்போது, குவிய மண்டலம் ஒரு வெப்பநிலை வரம்பிற்கு (Tth2) மேலே சூடாக்கப்படுகிறது மற்றும் தெர்மோ-உணர்திறன் கேரியரின் அமைப்பு மாற்றப்படும், இது அதன் துருவமுனைப்பையும் மாற்றுகிறது, எனவே, துருவமுனைப்பு-உணர்திறன் ஃப்ளோரோஃபோர் இணைக்கப்படும். முழு செயல்முறையின் போது, அல்ட்ராசவுண்ட் குவிய மண்டலத்திற்கு வெளியே உள்ள ஃப்ளோரோஃபோர் அணைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் வெப்பநிலை Tth1 க்கு கீழ் உள்ளது. யு. எஸ். எஃப் இமேஜிங் அமைப்பின் நோக்கம் யு. எஸ். எஃப் சமிக்ஞையை உணர்திறன் ரீதியாகக் கண்டறிந்து, பின்னணி சத்தத்தை வியத்தகு முறையில் அடக்குவதாகும். பட அமைப்பு முதலில் ஒரு பூட்டு பெருக்கி மற்றும் குளிர்ந்த ஃபோட்டோமல்டிப்லையர் குழாய் (பி. எம். டி) ஆகியவற்றை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம் கணினி உணர்திறனை வியத்தகு முறையில் அதிகரிக்கிறது; பின்னர் அமைப்பு யு. எஸ். எஃப் சமிக்ஞையை பின்னணி சத்தத்திலிருந்து வேறுபடுத்த ஒரு தொடர்பு வழிமுறையைப் பயன்படுத்துகிறது; மேலும், இது அல்ட்ராசவுண்டால் ஏற்படும் ஃப்ளோரசன்ஸ் சமிக்ஞையின் மாற்றத்தை மட்டுமே கண்டறிகிறது, பண்பேற்றப்பட்ட-அதிர்வெண் கிளர்ச்சி லேசர் எல்லா நேரத்திலும் இயங்குகிறது, அல்ட்ராசவுண்ட் தூண்டப்பட்ட வெப்பநிலை உயர்வு பண்பேற்றப்பட்ட அதிர்வெண்ணில் ஃப்ளோரசன்ஸ் சமிக்ஞையின் வீச்சை மாற்றுகிறது. கட்டம்-பூட்டப்பட்ட குறிப்பு சமிக்ஞையில் தலையிட்ட பிறகு, பூட்டு-இன் பெருக்கி யு. எஸ். எஃப் சமிக்ஞையை தெரிவிக்கிறது; பல உமிழ்வு வடிப்பான்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் லேசர் கசிவையும் இந்த அமைப்பு குறைக்கலாம். சிக்னல் ஃபோட்டான்களையும் பின்னணி ஃபோட்டான்களையும் வேறுபடுத்துவதன் மூலம் சிக்னல் டு நாய்ஸ் விகிதமான யு. எஸ். எஃப் இமேஜிங் எஸ். என். ஆரை அதிகரிக்க முடியும். பின்னணி ஃபோட்டான்கள் தன்னியக்க ஃப்ளோரசன்ஸ், ஒளி சிதறல், அபூரண மாறுபட்ட முகவர்கள் மற்றும் லேசர் கசிவு ஆகியவற்றிலிருந்து வரலாம். உயிரியல் திசு கூறுகள் என். ஐ. ஆர் பிராந்தியத்தில் மிகக் குறைந்த தன்னிறைவை உற்பத்தி செய்வதால், தன்னிறைவைக் குறைக்க, என். ஐ. ஆர் ஃப்ளோரோஃபோர் பயன்படுத்தப்படலாம். ரேலே கோட்பாட்டின் படிஃ I (r, θ) = 1/λ4 பெரிய அலைநீளம் கொண்ட ஒளி குறைவாக சிதறுகிறது, எனவே பின்னணி சத்தத்தின் ஒரு பகுதியை விளைவிக்கும் ஒளி சிதறல் குறைக்கப்படலாம். மேலும், ஃப்ளோரசன்ட் உமிழ்வைக் கட்டுப்படுத்த அல்ட்ராசவுண்டைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், சிக்னல் ஃப்ளோரோஃபோர் பின்னணி ஃப்ளோரோஃபோரிலிருந்து எளிதில் வேறுபடுத்தப்படலாம். நாம் மேலே குறிப்பிட்டபடி, லேசர் கசிவை உமிழ்வு வடிப்பான்கள் மூலம் குறைக்க முடியும். இரண்டாவது வகை மாறுபட்ட முகவர்களைப் பயன்படுத்தும் போது (ஃப்ளோரோஃபோர்-லேபிள் செய்யப்பட்ட தெர்மோசென்சிவ் என். பி. க்கள்), இரண்டு வழிமுறைகளின் அடிப்படையில் இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறனை மேலும் மேம்படுத்தலாம். நேரியல் அல்லாத ஒலி விளைவு ஒலியியல் விலகல் இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறனை அதிகரிக்க முக்கிய தடையாக உள்ளது. அல்ட்ராசவுண்ட் வெளிப்பாடு சக்தியைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், நேரியல் அல்லாத ஒலி விளைவு ஏற்படலாம், இதன் விளைவாக, அடிப்படை அதிர்வெண்ணில் ஒலி ஆற்றலின் ஒரு பகுதியை குவிய அளவில் அதிக ஹார்மோனிக் அதிர்வெண் கூறுகளுக்கு மாற்ற முடியும், இது மிகவும் இறுக்கமாக கவனம் செலுத்த முடியும். நேரியல் அல்லாத ஒலி விளைவு அல்ட்ராசவுண்ட்-தூண்டப்பட்ட வெப்பநிலை குவிய அளவைக் குறைக்கும் முக்கிய காரணம் இதுதான். வெப்ப அடைப்பு யு. எஸ். எஃப் நுட்பத்தின் இடஞ்சார்ந்த தீர்மானம் ஃப்ளோரோபோர்களை இயக்கக்கூடிய பகுதியின் அளவைப் பொறுத்து தீர்மானிக்கப்படுகிறது. வெப்பநிலை மட்டுமே நுழைவாயிலுக்கு மேலே உள்ளது, ஃப்ளோரஃபோரை இயக்க முடியும். இருப்பினும், வெப்பப் பரவல் அல்லது கடத்தல் காரணமாக, அல்ட்ராசவுண்ட் வெளிப்பாடு நேரத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் அல்ட்ராசவுண்ட்-தூண்டப்பட்ட வெப்ப ஆற்றலை குவிய தொகுதி அளவிற்குள் கட்டுப்படுத்த வேண்டும், எனவே ஃப்ளோரோபோர்களை இயக்க முடியும், இது பொதுவாக அல்ட்ராசவுண்டின் உண்மையான குவிய அளவை விட சிறியதாக இருக்கும். பயன்பாடுகள் யு. எஸ். எஃப் நுட்பத்தை ஒளி-துடிப்பு-தாமத நுட்பம் மற்றும் ஃபோட்டான் எண்ணும் நுட்பத்துடன் இணைத்து ஆழமான கொந்தளிப்பான ஊடகத்தில் உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட இமேஜிங்கை அடையலாம். 2016 இல், செங் மற்றும் பலர். அதிக எஸ். என். ஆர் மற்றும் அதிக உணர்திறன் கொண்ட சென்டிமீட்டர்-ஆழமான திசு பேண்டம்களில் உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட ஃப்ளோரசன்ஸ் இமேஜிங் அடைந்த அவர்கள், என். ஐ. ஆர் மிகவும் சுற்றுச்சூழல் உணர்திறன் கொண்ட ஃப்ளோரோஃபோர், ஏ. டி. பி (சி. ஏ) 2 மற்றும் இந்த சாயத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட யு. எஸ். எஃப் மாறுபட்ட முகவர்களின் குடும்பத்தை ஒருங்கிணைத்து வகைப்படுத்தினர். 2019 ஆம் ஆண்டின் சமீபத்திய ஆய்வில், யாவோ மற்றும் பலர். உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட எலிகளில் விவோ அல்ட்ராசவுண்ட்-மாற்றக்கூடிய ஃப்ளோரசன்ஸ் இமேஜிங்கில் முதன்முதலில் அடையப்பட்டது. ஐசிஜி-என்கேப்சுலேட்டட் பி. என். ஐ. பி. ஏ. எம் நானோ துகள்கள் மாறுபட்ட முகவர்களாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டன, அவை உயிரியல் சூழலில் மிகவும் நிலையானவை. சி. டி. இமேஜிங் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடுகையில், யு. எஸ். எஃப் இமேஜிங் ஆழமான திசுக்களில் அதிக உணர்திறன் மற்றும் குறிப்பிட்ட தன்மையை பராமரிப்பதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். குறிப்புகள் அல்ட்ராசவுண்ட் ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோபி நுட்பங்கள் ஃப்ளோரசன்ஸ்