Thermoacoustic imaging
تھرموکاسٹک امیجنگ کو اصل میں تھیوڈور بوون نے 1981 میں عملی طور پر کسی بھی قسم کی برقی مقناطیسی تابکاری کا استعمال کرتے ہوئے انسانی بافتوں کی جذب خصوصیات کا مطالعہ کرنے کی حکمت عملی کے طور پر تجویز کیا تھا۔ لیکن الیگزینڈر گراہم بیل نے سب سے پہلے اس جسمانی اصول کی اطلاع دی جس پر تھرموکاسٹک امیجنگ ایک صدی قبل مبنی ہے۔ انہوں نے مشاہدہ کیا کہ ربڑ کی چادر پر سورج کی روشنی کے وقفے وقفے سے بیم کو روشن کرکے قابل سماعت آواز پیدا کی جا سکتی ہے۔ بوون کے کام کے شائع ہونے کے فورا بعد، دوسرے محققین نے مائکروویوز کا استعمال کرتے ہوئے تھرموکاسٹک امیجنگ کے لیے طریقہ کار کی تجویز پیش کی۔ 1994 میں محققین نے ایک اورکت لیزر کا استعمال ٹشو کی نقل کرنے والے فینٹم میں قریب اورکت نظری جذب کی پہلی تھرموکاسٹک تصاویر تیار کرنے کے لیے کیا، حالانکہ یہ دو جہتوں (2 ڈی) میں ہے۔ 1995 میں دوسرے محققین نے ایک عمومی تعمیر نو الگورتھم وضع کیا جس کے ذریعے 2 ڈی تھرموکاسٹک امیجز کو ان کے "پروجیکشنز" سے شمار کیا جا سکتا ہے، یعنی۔ تھرموکاسٹک کمپیوٹیڈ ٹومیگرافی (ٹی سی ٹی)۔ 1998 تک انڈیانا یونیورسٹی میڈیکل سینٹر کے محققین نے ٹی سی ٹی کو 3 ڈی تک بڑھا دیا اور حیاتیاتی ٹشو کی پہلی مکمل طور پر تین جہتی (3 ڈی) تھرموکاسٹک تصاویر تیار کرنے کے لیے پلسڈ مائکروویوز کو استعمال کیا۔ 1)]۔ اگلے سال انہوں نے انسانی چھاتی میں کینسر کی پہلی مکمل تھری ڈی تھرموکاسٹک تصاویر بنائیں، ایک بار پھر پلسڈ مائکروویوز کا استعمال کرتے ہوئے (شکل۔ 2)۔ اس وقت سے، تھرموکاسٹک امیجنگ نے دنیا بھر کے تحقیقی اداروں میں وسیع پیمانے پر مقبولیت حاصل کی ہے۔ 2008 تک، تین کمپنیاں تجارتی تھرموکاسٹک امیجنگ سسٹم تیار کر رہی تھیں-سینو میڈیکل، اینڈرا، انکارپوریٹڈ اور آپٹو سونکس، انکارپوریٹڈ۔ تھرموکاسٹک ویو پروڈکشن ساؤنڈ، جو دباؤ کی لہر کے طور پر پھیلتا ہے، عملی طور پر کسی بھی مواد میں متحرک کیا جا سکتا ہے، بشمول حیاتیاتی ٹشو، جب بھی وقت کے لحاظ سے مختلف برقی مقناطیسی توانائی جذب ہوتی ہے۔ ان تھرمل طور پر پیدا ہونے والی صوتی لہروں کو جنم دینے والی محرک تابکاری برقی مقناطیسی سپیکٹرم میں کہیں بھی ہو سکتی ہے، ہائی انرجی آئنائزنگ ذرات سے لے کر کم توانائی والی ریڈیو لہروں تک۔ اصطلاح "فوٹوکاسٹک" (بائیو میڈیسن میں فوٹوکاسٹک امیجنگ دیکھیں) اس رجحان پر لاگو ہوتی ہے جب محرک تابکاری نظری ہوتی ہے، جبکہ "تھرموکاسٹک" زیادہ عام اصطلاح ہے اور نظری سمیت تمام تابکاری ذرائع سے مراد ہے۔ وہ عمل جس کے ذریعے تھرموکاسٹک لہریں پیدا ہوتی ہیں شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ اسے چار مراحل کے عمل کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے: حیاتیاتی ٹشو کو توانائی کے ذریعہ تابکاری کی جاتی ہے جو جسم جذب کرتا ہے۔ توانائی کا منبع غیر مخصوص ہے، لیکن عام طور پر نظر آنے والی روشنی، اورکت کے قریب، ریڈیو لہروں یا مائکروویوز پر مشتمل ہوتا ہے۔ جذب شدہ توانائی کو حرارت میں تبدیل کیا جاتا ہے، جس سے ٹشو کا درجہ حرارت بڑھتا ہے، عام طور پر 0.001 ڈگری سیلسیس سے کم ہوتا ہے۔ ٹشو کے درجہ حرارت میں اضافہ ٹشو کے حجم میں توسیع کا سبب بنتا ہے، تاہم تھوڑا سا۔ یہ مکینیکل توسیع ایک صوتی لہر پیدا کرتی ہے جو حیاتیاتی ٹشو میں آواز کی رفتار سے توانائی جذب ہونے کی جگہ سے تمام سمتوں میں باہر کی طرف پھیلتی ہے، تقریبا 1.5 ملی میٹر فی مائیکرو سیکنڈ۔ جب ٹشو کو نبض کے ساتھ تابکاری کی جاتی ہے، تو صوتی تعدد جو صوتی لہر کی خصوصیت رکھتی ہے وہ صفر سے 1/(نبض کی چوڑائی) تک ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک 1 مائیکرو سیکنڈ پلس صفر سے تقریبا 1 میگا ہرٹز (میگاہرٹز) تک صوتی تعدد پیدا کرتا ہے۔ مختصر دالوں سے صوتی تعدد کی ایک وسیع رینج پیدا ہوتی ہے۔ 1 میگاہرٹز سے زیادہ تعدد کو الٹراسونک کہا جاتا ہے، اور یہ طبی الٹراساؤنڈ ایپلی کیشنز سے بھی وابستہ ہیں۔ تصویر بنانے کے اصول کسی بھی تھرموکاسٹک امیجنگ ڈیوائس کے لیے برقی مقناطیسی تابکاری کے ذریعہ کی ضرورت ہوتی ہے، چاہے وہ لیزر ہو یا مائکروویو اینٹینا، جس کا مطالعہ کیا جا رہا ہے اناٹومی کو توانائی فراہم کرنے کے لیے، اور ایک یا زیادہ صوتی ڈٹیکٹرز اناٹومی کی بیرونی سطح پر صوتی طور پر جوڑے جاتے ہیں، جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ 4. عام صوتی ڈٹیکٹر ایک الٹراساؤنڈ ٹرانسڈیوسر ہوتا ہے، جو عام طور پر پیزو الیکٹرک مواد سے بنا ہوتا ہے جو دریافت شدہ دباؤ کو برقی سگنل میں تبدیل کرتا ہے۔ تھرموکاسٹک لہریں اناٹومی کے اندر پیدا ہوتی ہیں جہاں بھی جذب ہوتا ہے، اور ان تھرموکاسٹک لہروں کی طاقت ٹشو کے اندر جذب ہونے والی توانائی کے متناسب ہوتی ہے۔ ان میں سے کچھ لہریں ایک یا زیادہ صوتی ٹرانسڈیوسرز کے ذریعے پتہ لگانے سے پہلے کچھ وقت کے وقفے (پرواز کے وقت) میں اناٹومی کے ذریعے پھیلتی ہیں۔ پرواز کا صحیح وقت جذب کرنے والی جگہ اور ٹرانسڈیوسر کے درمیان فاصلے کے متناسب ہوتا ہے، اس لمحے کے لیے یہ فرض کرتے ہوئے کہ ہر ٹرانسڈیوسر ایک پوائنٹ ڈیٹیکٹر ہے۔ پرواز کے کسی بھی وقت کے لیے، ہر ٹرانسڈیوسر کو زیر بحث ڈٹیکٹر سے اسی فاصلے پر پیدا ہونے والی تھرموکاسٹک لہروں کا مجموعہ ملے گا جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ 5. اس وجہ سے، جب پوائنٹ ٹرانسڈیوسر کے ساتھ جذب سائٹ کو مقامی بنانے کی کوشش کی جاتی ہے تو ابہام پیدا ہوتا ہے۔ اس ابہام کو کم کرنے کے لیے مختلف حکمت عملیاں استعمال کی گئی ہیں۔ ڈٹیکٹر جیومیٹریز تین عام ڈٹیکٹر ترتیبات استعمال کی گئی ہیں: ایک کروی فوکسڈ ٹرانسڈیوسر ؛ ایک جہت میں فوکسڈ ٹرانسڈیوسرز کی لکیری (یا وکر لکیری) صف ؛ یا، غیر فوکسڈ ٹرانسڈیوسرز کی 2D صف۔ عام طور پر، ایک واحد، فوکسڈ ٹرانسڈیوسر تھری ڈی حجم کے ذریعے ایک ہی لائن کی تصویر لے سکتا ہے۔ ایک لکیری (1 ڈی) صف، چاہے وہ سیدھی ہو یا مڑے ہوئے، 2 ڈی طیارہ کی تصویر لے سکتی ہے، لیکن مکمل 3 ڈی حجم کی تصویر لینے کے لیے ٹرانسڈیوسرز کی 2 ڈی صف کی ضرورت ہوتی ہے۔ فوکسڈ ٹرانسڈیوسر ایک کروی فوکسڈ ٹرانسڈیوسر اپنے فوکل پوائنٹ سے گزرنے والی لکیر سے نکلنے والی تھرموکاسٹک لہروں کے لیے سب سے زیادہ حساس ہوتا ہے۔ اس لائن کے ساتھ تھرموکاسٹک سگنل کی طاقت کا اندازہ لگانے کے لیے ٹائم آف فلائٹ کی معلومات کا استعمال کیا جاتا ہے۔ ایک 2D تصویر کو ایک لکیری راستے کے ساتھ فوکسڈ ٹرانسڈیوسر کا پس منظر میں ترجمہ کرکے ایک لائن پر ایک وقت میں جمع کیا جا سکتا ہے۔ 2 ڈی طیارہ کے اندر ایک مستطیل راستے کے ساتھ ٹرانسڈیوسر کو اسکین کرکے تھری ڈی امیج بنایا جا سکتا ہے۔ فوکس کی لکیر (محوری ریزولوشن) کے ساتھ تھرموکاسٹک سگنلز میں فرق کرنے کی صلاحیت فوکس کی لکیر (لیٹرل ریزولوشن) سے متصل تھرموکاسٹک سگنلز میں فرق کرنے سے بہتر ہے۔ اس وجہ سے اس نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہوئے لیٹرل اسپاٹیل ریزولوشن محوری اسپاٹیل ریزولوشن سے تین سے چار گنا بدتر ہے۔ لکیری صف لکیری ٹرانسڈیوسر صف (مڑے ہوئے اور سیدھے دونوں) عام طور پر روایتی طبی الٹراساؤنڈ میں استعمال ہوتے ہیں۔ وہ مختلف سائز اور شکلوں میں دستیاب ہیں۔ وہ تھرموکاسٹک امیجنگ میں استعمال کے لیے آسانی سے ڈھال لیے جاتے ہیں۔ شکل 7 اس بات کی وضاحت کرتی ہے کہ 2 ڈی تھرموکاسٹک امیجنگ کے لیے لکیری صف کا استعمال کیسے کیا جاتا ہے۔ صف متعدد عناصر (64-256) پر مشتمل ہوتی ہے جو عمودی طول و عرض میں مرکوز ہوتے ہیں تاکہ صف کے سامنے والے چہرے سے باہر کی طرف پھیلے ہوئے 2D جہاز کے اندر زیادہ سے زیادہ حساسیت کو برقرار رکھا جا سکے۔ ہوائی جہاز کے اندر تھرموکاسٹک سگنلز کو ہوائی جہاز کے اندر ہر پوزیشن سے صف کے ہر عنصر (تیر، شکل) تک پرواز کے اوقات کا حساب لگا کر مقامی بنایا جاتا ہے۔ 7)۔ 2 ڈی صف برقی مقناطیسی جذب کا درست 3 ڈی نقشہ بنانے کے لیے کافی تھرموکاسٹک ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے، ٹرانسڈیوسرز کی 2 ڈی صف کے ساتھ امیج کی جانے والی اناٹومی کو گھیرنا ضروری ہے۔ دنیا کا پہلا تھری ڈی تھرموکاسٹک اینیمل اسکینر (شکل۔ 8: بائیں پینل) نے 128 ٹرانسڈیوسرز کی بیلناکار صف کو ملا کر یہ کام انجام دیا (شکل۔ 8: سینٹر پینل) جس میں عمودی محور کے ارد گرد جانور کی گردش کی تصویر لی جا رہی ہے۔ خالص نتیجہ جانوروں کی تصویر کے ارد گرد کے دائرے کی سطح پر تھرموکاسٹک ڈیٹا حاصل کرنا تھا (شکل۔ 8: دائیں پینل)۔ یہ آلہ 1/3 ملی میٹر تک کے چھوٹے ڈھانچوں کو دیکھنے کی صلاحیت رکھتا تھا۔ ماؤس کے سر میں ویسکولچر کی ایک متحرک 3D تصویر شکل میں دکھائی گئی ہے۔ 9. یہ متحرک تصویر 800 این ایم پر قریب اورکت تابکاری کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کی گئی تھی، جہاں خون کے ذریعے نظری جذب آس پاس کے بافتوں سے زیادہ ہوتا ہے۔ لہذا، ویسکولچر کو ترجیحی طور پر دیکھا جاتا ہے۔ انسانی چھاتی کی تھری ڈی تھرموکاسٹک تصاویر بنانے کے لیے بھی مائکروویوز کا استعمال کیا گیا ہے۔ ایسا کرنے والے پہلے آلات میں سے ایک کو شکل میں دکھایا گیا ہے۔ 10. یہ آٹھ ویو گائیڈز کی ایک صف پر مشتمل تھا، جو مائکروویو توانائی کو چھاتی میں بھیجتا تھا۔ چھاتی کے اندرونی ڈھانچے کی تعمیر نو کے لیے کافی ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے ویو گائیڈز کے ساتھ ہم آہنگی میں ایک ٹرانسڈیوسر صف کو گھمایا گیا۔ شکل 11 عام چھاتی میں عام گلینڈولر ٹشو پیٹرن کی حرکت پذیری دکھاتی ہے۔ حوالہ جات مزید پڑھنا میڈیکل امیجنگ