Ultrasound-switchable fluorescence imaging
الٹراساؤنڈ-سوئچ ایبل فلوروسینس (یو ایس ایف) امیجنگ ایک گہری آپٹکس امیجنگ تکنیک ہے۔ پچھلی چند دہائیوں میں، حیاتیاتی نمونوں اور زندہ بافتوں کی تصویر لینے کے لیے فلوروسینس مائکروسکوپی کو انتہائی ترقی دی گئی ہے۔ تاہم، روشنی کے بکھرنے کی وجہ سے، فلوروسینس مائکروسکوپی اتلی بافتوں (تقریبا 1 ملی میٹر) تک محدود ہے۔ چونکہ فلوروسینس کی خصوصیت اعلی تضاد، اعلی حساسیت، اور کم لاگت ہے جو ٹشو کی گہری معلومات کی تحقیقات کے لیے اہم ہے، اس لیے اعلی گہرائی سے ریزولوشن کے تناسب کے ساتھ فلوروسینس امیجنگ تکنیک تیار کرنا امید افزا ہوگا۔ حال ہی میں، الٹراساؤنڈ-سوئچ ایبل فلوروسینس امیجنگ کو ہائی سگنل ٹو شور تناسب (ایس این آر) اور تصویر کی گہرائی کی قربانی کے بغیر ہائی اسپیشیئل ریزولوشن امیجنگ حاصل کرنے کے لیے تیار کیا گیا ہے۔ بنیادی اصول نظریاتی ماڈل سب سے پہلے یوآن نے 2009 میں تجویز کیا تھا، اس نے فلوروفور-قوینچر-لیبلڈ مائیکرو بلبلے کے نظام پر مبنی ایک الٹراساؤنڈ-ماڈیولڈ فلوروسینس تیار کیا جو الٹراساؤنڈ-فوکل زون کے اندر فلوروسینٹ کے اخراج کو کنٹرول کر سکتا ہے تاکہ مقامی ریزولوشن اور امیجنگ میں ایس این آر کو بڑھایا جا سکے۔ یو ایس ایف امیجنگ اصول کے لحاظ سے، الٹراساؤنڈ فوکل حجم کے باہر فلوروسینس کو متحرک کیے بغیر الٹراساؤنڈ فوکل حجم کے اندر فلوروسینٹ اخراج کو چالو کرنے کے لیے ایک مختصر الٹراساؤنڈ پلس لگایا جاتا ہے۔ اس طرح، الٹراساؤنڈ فوکل زون میں فلوروفورس کی تقسیم کو ہدف کی جانچ کرکے ممتاز اور امیج کیا جا سکتا ہے۔ یو ایس ایف امیجنگ تکنیک میں دو بنیادی عناصر کی ضرورت ہوتی ہے، پہلا منفرد یو ایس ایف برعکس ایجنٹ ہے جس کے فلوروسینس کے اخراج کو مرکوز الٹراساؤنڈ لہر کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ دوسرا، سگنل کا پتہ لگانے اور پس منظر کے شور کو دبانے کے لیے ایک حساس یو ایس ایف امیجنگ سسٹم کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ امیجنگ کانٹرسٹ ایجنٹ اس وقت دو قسم کے کانٹرسٹ ایجنٹ تیار کیے گئے ہیں۔ فلورفور-قوینچر-لیبلڈ مائکرو بلبلے کی پہلی قسم فلورفور-قوینچر-لیبلڈ مائکرو بلبلے ہے جسے پہلی بار یوآن نے 2019 میں دریافت کیا تھا، اور لیو اور دیگر نے اسے تیار کیا تھا۔ 2014 میں۔ اس قسم کے برعکس ایجنٹ کا بنیادی اصول مائکرو بلبلے کی سطح پر فلوروفور کے ارتکاز کو تبدیل کرنا ہے۔ 2000 میں، مورگن اور دیگر۔ پتہ چلا کہ منفی الٹرا سولڈ لہر مائیکرو بلبلے کو کئی گنا بڑا بنا سکتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، مائیکرو بلبلے کی سطح پر بجھانے والے اور فلوروفور کے درمیان فاصلہ بڑا ہو جاتا ہے (سطح پر فلوروفور کا ارتکاز کم ہو جاتا ہے) جس کا مطلب ہے کہ بجھانے کی کارکردگی انتہائی کم ہو جاتی ہے اور فلوروفور اخراج کی اعلی کارکردگی (آن اسٹیٹ) ظاہر کرتا ہے۔ الٹراساؤنڈ فوکل زون کے باہر مائکرو بلبلے پورے عمل کے دوران ایک ہی چھوٹے سائز کو برقرار رکھتے ہیں، لہذا بجھانے کی کارکردگی ہمیشہ اتنی زیادہ ہوتی ہے کہ فلوروفور کے اخراج (بند حالت) کو دبا سکے۔ فلورفور لیبل والے تھرمو حساس پولیمر یا فلوروفور سے جڑے نینو پارٹیکلز (این پی ایس) دوسری قسم کے برعکس ایجنٹ فلوروفور لیبل والے تھرمو حساس پولیمر یا فلوروفور سے جڑے نینو پارٹیکلز (این پی ایس) ہیں۔ اس قسم کے ایجنٹ کا اہم حصہ تھرمو حساس کیریئر اور ماحول حساس (عام طور پر قطعیت حساس) فلوروفور کا مجموعہ ہے جس پر لیبل لگایا جاتا ہے۔ جب ماحولیاتی درجہ حرارت ایک مخصوص حد (Tth1) سے نیچے ہوتا ہے، تو کیریئر کی قطعیت جس پر فلوروفور اخراج کی کافی کم کارکردگی (آف حالت) ظاہر کرتا ہے۔ جب فوکسڈ الٹراساؤنڈ لگایا جاتا ہے، تو فوکل زون کو درجہ حرارت کی حد (Tth2) سے اوپر گرم کیا جاتا ہے اور تھرمو حساس کیریئر کی ساخت کو تبدیل کیا جائے گا جس سے اس کی قطعیت بھی بدل جاتی ہے، لہذا، قطعیت حساس فلوروفور کو تبدیل کیا جائے گا۔ پورے عمل کے دوران، الٹراساؤنڈ فوکل زون سے باہر فلورفور بند رہتا ہے کیونکہ درجہ حرارت Tth1 سے کم ہوتا ہے۔ یو ایس ایف امیجنگ سسٹم یو ایس ایف امیجنگ سسٹم کا مقصد حساس طور پر یو ایس ایف سگنل کا پتہ لگانا اور پس منظر کے شور کو ڈرامائی طور پر دبانا ہے۔ امیج سسٹم سب سے پہلے لاک ان ایمپلیفائر اور کولڈ فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوب (پی ایم ٹی) کو اپنا کر سسٹم کی حساسیت میں ڈرامائی طور پر اضافہ کرتا ہے۔ پھر سسٹم یو ایس ایف سگنل کو پس منظر کے شور سے ممتاز کرنے کے لیے ایک ارتباط الگورتھم کا استعمال کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، یہ صرف الٹراساؤنڈ کی وجہ سے ہونے والے فلوروسینس سگنل کی تبدیلی کا پتہ لگاتا ہے، ماڈیولیٹڈ فریکوئنسی ایکسائٹیشن لیزر ہر وقت چلتا رہتا ہے، الٹراساؤنڈ سے متاثر درجہ حرارت میں اضافہ ماڈیولیٹڈ فریکوئنسی میں فلوروسینس سگنل کے طول و عرض کو تبدیل کرتا ہے۔ فیز لاکڈ ریفرنس سگنل میں مداخلت کرنے کے بعد، لاک ان ایمپلیفائر یو ایس ایف سگنل کی اطلاع دیتا ہے۔ یہ نظام کئی اخراج فلٹرز کا استعمال کرکے لیزر کے رساو کو بھی کم کر سکتا ہے۔ سگنل سے شور کا تناسب یو ایس ایف امیجنگ پس منظر کے فوٹونوں سے سگنل فوٹونوں کو الگ کرکے ایس این آر میں اضافہ کر سکتی ہے۔ پس منظر کے فوٹون آٹوفلورینس، ہلکے بکھرنے، نامکمل برعکس ایجنٹوں اور لیزر رساو سے آسکتے ہیں۔ آٹوفلورینس کو کم کرنے کے لیے، این آئی آر فلوروفور کو اپنایا جا سکتا ہے کیونکہ حیاتیاتی بافت کے اجزاء این آئی آر خطے میں کم از کم آٹوفلورینس پیدا کرتے ہیں۔ ریلیگ تھیوری کے مطابق: I (r, θ) = 1/λ4 بڑی طول موج والی روشنی کم منتشر ہوتی ہے، اس لیے روشنی کے منتشر ہونے کے نتیجے میں پس منظر کے شور کو کم کیا جا سکتا ہے۔ نیز، فلوروسینٹ اخراج کو کنٹرول کرنے کے لیے الٹراساؤنڈ کو اپنانے سے، سگنل فلوروفور کو آسانی سے بیک گراؤنڈ فلوروفور سے الگ کیا جا سکتا ہے۔ جیسا کہ ہم نے اوپر ذکر کیا ہے، لیزر کے رساو کو اخراج فلٹرز کے ذریعے کم سے کم کیا جا سکتا ہے۔ مقامی ریزولوشن دوسری قسم کے برعکس ایجنٹوں (فلوروفور لیبل والے تھرمو حساس این پیز) کا استعمال کرتے وقت، مقامی ریزولوشن کو دو میکانزم کی بنیاد پر مزید بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ غیر لکیری صوتی اثر صوتی انحراف مقامی ریزولوشن کو بڑھانے میں اہم رکاوٹ ہے۔ الٹراساؤنڈ کی نمائش کی طاقت کو کنٹرول کرنے سے، غیر لکیری صوتی اثر ہو سکتا ہے، اس کے نتیجے میں، بنیادی تعدد پر صوتی توانائی کا ایک حصہ فوکل حجم میں اعلی ہارمونک تعدد اجزاء میں منتقل کیا جا سکتا ہے جو زیادہ مضبوطی سے مرکوز ہو سکتا ہے۔ یہ بڑی وجہ ہے کہ غیر لکیری صوتی اثر الٹراساؤنڈ سے پیدا ہونے والے درجہ حرارت کے فوکل سائز کو کم کر سکتا ہے۔ تھرمل کنفینمنٹ یو ایس ایف تکنیک کی مقامی ریزولوشن کا تعین اس خطے کے سائز سے ہوتا ہے جہاں فلوروفورز کو آن کیا جا سکتا ہے۔ صرف درجہ حرارت حد سے اوپر ہے، فلورفور کو آن کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، تھرمل پھیلاؤ یا ترسیل کی وجہ سے، الٹراساؤنڈ سے چلنے والی تھرمل توانائی کو الٹراساؤنڈ کے نمائش کے وقت کو کنٹرول کرکے فوکل حجم کے سائز کے اندر محدود رکھنے کی ضرورت ہے، لہذا فلوروفورز کو آن کیا جا سکتا ہے جو عام طور پر الٹراساؤنڈ کے اصل فوکل سائز سے چھوٹا ہوتا ہے۔ ایپلی کیشنز یو ایس ایف تکنیک کو ہلکی پلس تاخیر کی تکنیک اور فوٹون گنتی کی تکنیک کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے تاکہ گہرے گندے میڈیم میں ہائی ریزولوشن امیجنگ حاصل کی جا سکے۔ 2016 میں، چینگ اور دیگر۔ اعلی ایس این آر اور اعلی حساسیت کے ساتھ سینٹی میٹر گہرے ٹشو فینٹمز میں ہائی ریزولوشن فلوروسینس امیجنگ حاصل کی، انہوں نے ایک این آئی آر انتہائی ماحولیاتی حساس فلوروفور، اے ڈی پی (سی اے) 2، اور اس ڈائی پر مبنی یو ایس ایف کانٹرسٹ ایجنٹوں کے ایک خاندان کی ترکیب اور خصوصیت کی۔ 2019 کے حالیہ مطالعے میں، یاؤ اور دیگر۔ سب سے پہلے اعلی ریزولوشن والے چوہوں میں ویو الٹراساؤنڈ-سوئچ ایبل فلوروسینس امیجنگ میں حاصل کیا گیا۔ آئی سی جی سے جڑے پی این آئی پی اے ایم نینو پارٹیکلز کو متضاد ایجنٹوں کے طور پر اپنایا گیا جو حیاتیاتی ماحول میں کافی مستحکم ہیں۔ سی ٹی امیجنگ کے نتائج کے مقابلے میں، انہوں نے پایا کہ یو ایس ایف امیجنگ گہرے ٹشو میں اعلی حساسیت اور خاصیت کو برقرار رکھتی ہے۔ حوالہ جات الٹراساؤنڈ آپٹیکل مائکروسکوپی تکنیک فلوروسینس