Thermoacoustic imaging
தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங் முதலில் 1981 ஆம் ஆண்டில் தியோடர் போவன் என்பவரால் எந்தவொரு மின்காந்த கதிர்வீச்சையும் பயன்படுத்தி மனித திசுக்களின் உறிஞ்சுதல் பண்புகளைப் படிப்பதற்கான ஒரு உத்தியாக முன்மொழியப்பட்டது. ஆனால் அலெக்சாண்டர் கிரஹாம் பெல் முதலில் இயற்பியல் கொள்கையை அறிவித்தார், இது ஒரு நூற்றாண்டுக்கு முன்பு தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங் அடிப்படையாகக் கொண்டது. ஒரு ரப்பர் தாளில் இடைவிடாத சூரிய ஒளியின் கற்றை ஒளிரச் செய்வதன் மூலம் கேட்கக்கூடிய ஒலியை உருவாக்க முடியும் என்பதை அவர் கவனித்தார். போவெனின் பணி வெளியிடப்பட்ட சிறிது நேரத்திலேயே, மற்ற ஆராய்ச்சியாளர்கள் மைக்ரோவேவ்களைப் பயன்படுத்தி தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங்கிற்கான முறையை முன்மொழிந்தனர். 1994 ஆம் ஆண்டில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு அகச்சிவப்பு லேசரைப் பயன்படுத்தி, இரண்டு பரிமாணங்களில் (2 டி) இருந்தாலும், திசு-பிரதிபலிக்கும் பேண்டத்தில் அகச்சிவப்பு ஒளியியல் உறிஞ்சுதலின் முதல் தெர்மோஅகௌஸ்டிக் படங்களை உருவாக்கினர். 1995 ஆம் ஆண்டில் மற்ற ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு பொது புனரமைப்பு வழிமுறையை உருவாக்கினர், இதன் மூலம் 2 டி தெர்மோஅகௌஸ்டிக் படங்களை அவற்றின் "கணிப்புகளிலிருந்து" கணக்கிட முடியும், அதாவது. தெர்மோஅகௌஸ்டிக் கம்ப்யூட்டட் டோமோகிராபி (டிசிடி). 1998 வாக்கில் இந்தியானா பல்கலைக்கழக மருத்துவ மையத்தின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் டி. சி. டி. யை 3டி வரை விரிவுபடுத்தி, உயிரியல் திசுக்களின் முதல் முழு முப்பரிமாண (3டி) தெர்மோஅகௌஸ்டிக் படங்களை உருவாக்க துடிக்கும் மைக்ரோவேவ்களைப் பயன்படுத்தினர். 1)]. அடுத்த ஆண்டு அவர்கள் மனித மார்பகத்தில் புற்றுநோயின் முதல் முழு 3D தெர்மோஅகௌஸ்டிக் படங்களை உருவாக்கினர், மீண்டும் துடிக்கும் மைக்ரோவேவ்களைப் பயன்படுத்தினர் (படம். 2). அப்போதிருந்து, தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங் உலகெங்கிலும் உள்ள ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களில் பரவலான பிரபலத்தைப் பெற்றுள்ளது. 2008 ஆம் ஆண்டு நிலவரப்படி, மூன்று நிறுவனங்கள் வணிக ரீதியான தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங் அமைப்புகளை உருவாக்கிக் கொண்டிருந்தன-செனோ மெடிக்கல், எண்ட்ரா, இன்க் மற்றும் ஆப்டோசோனிக்ஸ், இன்க். தெர்மோஅகௌஸ்டிக் அலை உற்பத்தி சவுண்ட், இது ஒரு அழுத்த அலையாக பரவுகிறது, உயிரியல் திசு உட்பட கிட்டத்தட்ட எந்தப் பொருளிலும் தூண்டப்படலாம், நேரம் மாறுபடும் மின்காந்த ஆற்றல் உறிஞ்சப்படும் போதெல்லாம். இந்த வெப்பத்தால் உருவாக்கப்பட்ட ஒலி அலைகளைத் தூண்டும் தூண்டுதல் கதிர்வீச்சு மின்காந்த நிறமாலையில் உயர் ஆற்றல் அயனியாக்கும் துகள்கள் முதல் குறைந்த ஆற்றல் ரேடியோ அலைகள் வரை எங்கும் இருக்கலாம். "ஃபோட்டோஅகௌஸ்டிக்" என்ற சொல் (பயோமெடிசினில் ஃபோட்டோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங்கைப் பார்க்கவும்) தூண்டுதல் கதிர்வீச்சு ஒளியியல் இருக்கும்போது இந்த நிகழ்வுக்கு பொருந்தும், அதே நேரத்தில் "தெர்மோஅகௌஸ்டிக்" என்பது மிகவும் பொதுவான சொல் மற்றும் ஒளியியல் உட்பட அனைத்து கதிர்வீச்சு மூலங்களையும் குறிக்கிறது. தெர்மோஅகௌஸ்டிக் அலைகள் உருவாக்கப்படும் செயல்முறை படம் 3 இல் சித்தரிக்கப்பட்டுள்ளது. இதை நான்கு படி செயல்முறையாக புரிந்து கொள்ள முடியும்ஃ உயிரியல் திசு உடலால் உறிஞ்சப்படும் ஒரு ஆற்றல் மூலத்தால் கதிர்வீச்சு செய்யப்படுகிறது. ஆற்றலின் ஆதாரம் குறிப்பிட்டதல்ல, ஆனால் பொதுவாக புலப்படும் ஒளி, அகச்சிவப்பு, ரேடியோ அலைகள் அல்லது மைக்ரோவேவ் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. உறிஞ்சப்பட்ட ஆற்றல் வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது, இது திசுவின் வெப்பநிலையை பொதுவாக 0.001 டிகிரி செல்சியஸுக்கு குறைவாக உயர்த்துகிறது. திசுவின் வெப்பநிலை அதிகரிப்பதால் திசு அளவில் விரிவடைகிறது, இருப்பினும் சற்றே. இந்த இயந்திர விரிவாக்கம் ஒரு ஒலி அலைகளை உருவாக்குகிறது, இது உயிரியல் திசுக்களில் ஒலியின் வேகத்தில் ஆற்றல் உறிஞ்சும் இடத்திலிருந்து அனைத்து திசைகளிலும் வெளிப்புறமாக பரவுகிறது, இது மைக்ரோ விநாடிக்கு சுமார் 1.5 மிமீ ஆகும். திசு ஒரு துடிப்புடன் கதிர்வீச்சு செய்யப்படும்போது, ஒலி அலைகளை வகைப்படுத்தும் ஒலி அதிர்வெண்கள் பூஜ்ஜியம் முதல் 1/(துடிப்பு அகலம்) வரை இருக்கும். எ. கா., 1 மைக்ரோ விநாடி துடிப்பு பூஜ்ஜியத்திலிருந்து தோராயமாக 1 மெகா ஹெர்ட்ஸ் (மெகா ஹெர்ட்ஸ்) வரை ஒலி அதிர்வெண்களை உருவாக்குகிறது. குறுகிய துடிப்புகள் பரந்த அளவிலான ஒலி அதிர்வெண்களை உருவாக்குகின்றன. 1 MHz க்கும் அதிகமான அதிர்வெண்கள் மீயொலி என்று குறிப்பிடப்படுகின்றன, மேலும் அவை மருத்துவ அல்ட்ராசவுண்ட் பயன்பாடுகளுடன் தொடர்புடையவை. பட உருவாக்கக் கோட்பாடுகள் எந்தவொரு தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங் சாதனத்திற்கும் மின்காந்த கதிர்வீச்சின் ஆதாரம் தேவைப்படுகிறது, அது லேசர் அல்லது மைக்ரோவேவ் ஆண்டெனாவாக இருந்தாலும், ஆய்வு செய்யப்படும் உடற்கூறியலுக்கு ஆற்றலை வழங்குவதற்கும், ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட ஒலி கண்டறிதல்கள் உடற்கூறியலின் வெளிப்புற மேற்பரப்பில் ஒலியியல் ரீதியாக இணைக்கப்படுவதற்கும், படத்தில் விளக்கப்பட்டுள்ளது. 4. வழக்கமான ஒலி கண்டறிதல் ஒரு அல்ட்ராசவுண்ட் டிரான்ஸ்யூசர் ஆகும், இது பொதுவாக ஒரு பீசோ-மின்சாரப் பொருளால் ஆனது, இது கண்டறியப்பட்ட அழுத்தத்தை மின் சமிக்ஞையாக மாற்றுகிறது. உறிஞ்சுதல் எங்கு நடந்தாலும் உடற்கூறியலுக்குள் தெர்மோஅகௌஸ்டிக் அலைகள் தூண்டப்படுகின்றன, மேலும் இந்த தெர்மோஅகௌஸ்டிக் அலைகளின் வலிமை திசுவுக்குள் உறிஞ்சப்படும் ஆற்றலுக்கு விகிதாசாரமாக இருக்கும். இவற்றில் சில அலைகள் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட ஒலிமாற்றிகளால் கண்டறியப்படுவதற்கு முன்பு சில கால இடைவெளியில் (பறக்கும் நேரம்) உடற்கூறியல் மூலம் பரவுகின்றன. விமானத்தின் சரியான நேரம் ஒரு உறிஞ்சுதல் தளத்திற்கும் ஒரு டிரான்ஸ்யூசருக்கும் இடையிலான தூரத்திற்கு விகிதாசாரமாகும், ஒவ்வொரு டிரான்ஸ்யூசரும் ஒரு புள்ளி கண்டறிதல் கருவி என்று இப்போதைக்கு கருதுகிறது. எந்தவொரு குறிப்பிட்ட நேரத்திற்கும், ஒவ்வொரு டிரான்ஸ்யூசரும் படத்தில் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, கேள்விக்குரிய டிடெக்டரிடமிருந்து அதே தூரத்தில் தோன்றும் தெர்மோஅகௌஸ்டிக் அலைகளின் கூட்டுத்தொகையைப் பெறும். 5. இந்த காரணத்திற்காக, ஒரு புள்ளி கடத்தியைக் கொண்டு உறிஞ்சும் தளத்தை உள்ளூர்மயமாக்க முயற்சிக்கும்போது தெளிவின்மை எழுகிறது. இந்த தெளிவின்மையைத் தணிக்க பல்வேறு உத்திகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. கண்டறிதல் வடிவவியல்கள் மூன்று பொதுவான கண்டறிதல் உள்ளமைவுகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளனஃ ஒரு கோள கவனம் செலுத்தும் டிரான்ஸ்யூசர்; ஒரு பரிமாணத்தில் கவனம் செலுத்தும் டிரான்ஸ்யூசர்களின் நேரியல் (அல்லது வளைவு-நேரியல்) வரிசை; அல்லது, கவனம் செலுத்தப்படாத டிரான்ஸ்யூசர்களின் 2D வரிசை. பொதுவாக, ஒரு ஒற்றை, கவனம் செலுத்தும் டிரான்ஸ்யூசர் ஒரு 3D தொகுதி மூலம் ஒரு வரியை படமாக்க முடியும். ஒரு நேரியல் (1டி) வரிசை, அது நேராகவோ அல்லது வளைந்ததாகவோ இருந்தாலும், ஒரு 2டி தளத்தை படமாக்க முடியும், ஆனால் ஒரு முழு 3டி அளவை படமாக்குவதற்கு 2டி டிரான்ஸ்யூசர்களின் வரிசை தேவைப்படுகிறது. ஃபோகஸ் டிரான்ஸ்யூசர் ஒரு கோள கவனம் செலுத்தும் டிரான்ஸ்யூசர் அதன் மையப்புள்ளி வழியாக செல்லும் ஒரு கோடு வழியாக உருவாகும் தெர்மோஅகௌஸ்டிக் அலைகளுக்கு மிகவும் உணர்திறன் கொண்டது. இந்த கோட்டில் உள்ள தெர்மோஅகௌஸ்டிக் சமிக்ஞை வலிமையை மதிப்பிடுவதற்கு விமானத்தின் நேரத் தகவல் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு நேரியல் பாதையில் மையப்படுத்தப்பட்ட டிரான்ஸ்யூசரை பக்கவாட்டாக மொழிபெயர்ப்பதன் மூலம் ஒரு 2D படத்தை ஒரு நேரத்தில் ஒரு வரியில் இணைக்கலாம். 2டி தளத்திற்குள் ஒரு செவ்வக பாதையில் டிரான்ஸ்யூசரை ஸ்கேன் செய்வதன் மூலம் ஒரு 3டி படத்தை உருவாக்க முடியும். தெர்மோஅகௌஸ்டிக் சமிக்ஞைகளை மையக் கோடு (அச்சுத் தெளிவுத்திறன்) வழியாக வேறுபடுத்தும் திறன், மையக் கோடு (பக்கவாட்டு தெளிவுத்திறன்) க்கு குறுக்கே உள்ள தெர்மோஅகௌஸ்டிக் சமிக்ஞைகளை வேறுபடுத்துவதை விட சிறந்தது. இந்த காரணத்திற்காக இந்த அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தி பக்கவாட்டு இடஞ்சார்ந்த தீர்மானம் அச்சு இடஞ்சார்ந்த தீர்மானத்தை விட மூன்று முதல் நான்கு மடங்கு மோசமாக உள்ளது. நேரியல் வரிசை நேரியல் டிரான்ஸ்யூசர் வரிசைகள் (வளைந்த மற்றும் நேரான இரண்டும்) பொதுவாக வழக்கமான மருத்துவ அல்ட்ராசவுண்டில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை பல்வேறு அளவுகள் மற்றும் வடிவங்களில் கிடைக்கின்றன. அவை தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங்கில் பயன்படுத்த எளிதாக மாற்றியமைக்கப்படுகின்றன. 2டி தெர்மோஅகௌஸ்டிக் இமேஜிங்கிற்கு ஒரு நேரியல் வரிசை எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதை படம் 7 விளக்குகிறது. வரிசையின் முன் முகத்திலிருந்து வெளிப்புறமாக நீட்டிக்கப்பட்ட 2டி தளத்திற்குள் அதிகபட்ச உணர்திறனை பராமரிக்க செங்குத்து பரிமாணத்தில் கவனம் செலுத்தும் பல கூறுகளை (64-256) இந்த வரிசை கொண்டுள்ளது. விமானத்திற்குள் உள்ள ஒவ்வொரு நிலையிலிருந்தும் வரிசையின் ஒவ்வொரு உறுப்புக்கும் (அம்புகள், படம்) பறக்கும் நேரங்களைக் கணக்கிடுவதன் மூலம் விமானத்திற்குள் உள்ள வெப்ப ஒலி சமிக்ஞைகள் உள்ளூர்மயமாக்கப்படுகின்றன. 7). 2டி வரிசை மின்காந்த உறிஞ்சுதலின் துல்லியமான 3டி வரைபடத்தை உருவாக்க போதுமான தெர்மோஅகௌஸ்டிக் தரவைப் பிடிக்க, 2டி வரிசை டிரான்ஸ்யூசர்களுடன் படம்பிடிக்கப்படும் உடற்கூறியலைச் சுற்றி அமைப்பது அவசியம். உலகின் முதல் 3டி தெர்மோஅகௌஸ்டிக் விலங்கு ஸ்கேனர் (படம். 8: இடது பலகம்) 128 மின்மாற்றிகளின் உருளை வரிசையை இணைப்பதன் மூலம் இதைச் சாதித்தது (படம். 8: சென்டர் பேனல்) விலங்கின் சுழற்சி செங்குத்து அச்சில் படம்பிடிக்கப்படுகிறது. படம் எடுக்கப்பட்ட விலங்கைச் சுற்றியுள்ள கோளத்தின் மேற்பரப்பில் தெர்மோஅகௌஸ்டிக் தரவைப் பிடிப்பதே இதன் நிகர விளைவாகும் (படம். 8: வலது பலகம்). இந்த சாதனம் மூன்றில் ஒரு பங்கு மில்லிமீட்டர் வரை சிறிய கட்டமைப்புகளைக் காட்சிப்படுத்தும் திறன் கொண்டது. ஒரு சுட்டியின் தலையில் உள்ள வாஸ்குலேச்சரின் அனிமேஷன் செய்யப்பட்ட 3D படம் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. 9. இந்த அனிமேஷன் செய்யப்பட்ட படம் 800 நானோமீட்டரில் அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு கதிர்வீச்சைப் பயன்படுத்தி பெறப்பட்டது, அங்கு இரத்தத்தால் ஒளியியல் உறிஞ்சுதல் சுற்றியுள்ள திசுக்களை விட அதிகமாக உள்ளது. எனவே, வாஸ்குலச்சர் முன்னுரிமை காட்சிப்படுத்தப்படுகிறது. மனித மார்பகத்தின் 3டி தெர்மோஅகௌஸ்டிக் படங்களை உருவாக்க நுண்ணலைகளும் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. அவ்வாறு செய்த முதல் சாதனங்களில் ஒன்று படத்தில் சித்தரிக்கப்பட்டுள்ளது. 10 ஆகும். இது எட்டு அலை வழிகாட்டிகளின் வரிசையைக் கொண்டிருந்தது, இது நுண்ணலை ஆற்றலை மார்பகத்திற்குள் செலுத்தியது. மார்பகத்தின் உள் கட்டமைப்புகளை மறுகட்டமைக்க போதுமான தரவைப் பெறுவதற்காக ஒரு டிரான்ஸ்யூசர் வரிசை அலை வழிகாட்டிகளுடன் ஒத்திசைவாக சுழற்றப்பட்டது. படம் 11 ஒரு சாதாரண மார்பகத்தில் வழக்கமான சுரப்பித் திசு வடிவத்தின் அனிமேஷனைக் காட்டுகிறது. குறிப்புகள் மேலும் வாசிப்பு மருத்துவ இமேஜிங்