Photoacoustic imaging
فوٹوکاسٹک امیجنگ یا آپٹوکاسٹک امیجنگ فوٹوکاسٹک اثر پر مبنی بائیو میڈیکل امیجنگ کا ایک طریقہ ہے۔ غیر آئنائزنگ لیزر دالوں کو حیاتیاتی بافتوں میں پہنچایا جاتا ہے اور توانائی کا کچھ حصہ جذب ہو کر حرارت میں تبدیل ہو جائے گا، جس سے عارضی تھرمویلسٹک توسیع ہوتی ہے اور اس طرح وائڈ بینڈ (یعنی۔ MHz) الٹراسونک اخراج۔ پیدا شدہ الٹراسونک لہروں کا پتہ الٹراسونک ٹرانسڈیوسرز کے ذریعے لگایا جاتا ہے اور پھر تصاویر تیار کرنے کے لیے تجزیہ کیا جاتا ہے۔ یہ معلوم ہے کہ نظری جذب جسمانی خصوصیات سے قریب سے وابستہ ہے، جیسے ہیموگلوبن کا ارتکاز اور آکسیجن کی سنترپتی۔ نتیجے کے طور پر، الٹراسونک اخراج کی شدت (یعنی۔ فوٹوکاسٹک سگنل)، جو مقامی توانائی کے جمع ہونے کے متناسب ہے، جسمانی طور پر مخصوص نظری جذب کے برعکس کو ظاہر کرتا ہے۔ اس کے بعد ہدف شدہ علاقوں کی 2D یا 3D تصاویر بنائی جا سکتی ہیں۔ بائیو میڈیکل امیجنگ حیاتیاتی بافتوں میں نظری جذب ہیموگلوبن یا میلانین جیسے اینڈوجینس مالیکیولز، یا بیرونی طور پر فراہم کردہ برعکس ایجنٹوں کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، شکل. 2 دکھائی دینے والے اور قریب اور اورکت والے علاقے میں آکسیجن والے ہیموگلوبن (ایچ بی او 2) اور ڈی آکسیجنیٹڈ ہیموگلوبن (ایچ بی) کے نظری جذب سپیکٹرے کو ظاہر کرتا ہے۔ چونکہ خون میں عام طور پر آس پاس کے بافتوں کے مقابلے میں شدت میں زیادہ جذب کا آرڈر ہوتا ہے، اس لیے خون کی وریدوں کو دیکھنے کے لیے فوٹو اکوسٹک امیجنگ کے لیے کافی اینڈوجینس برعکس ہوتا ہے۔ حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ فوٹو اکوسٹک امیجنگ کو ٹیومر انجیوجینیسیس کی نگرانی، بلڈ آکسیجنشن میپنگ، فنکشنل برین امیجنگ، جلد کے میلانوما کا پتہ لگانے، میتھیموگلوبن کی پیمائش وغیرہ کے لیے ویو میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ دو قسم کے فوٹوکاسٹک امیجنگ سسٹم، فوٹوکاسٹک/تھرموکاسٹک کمپیوٹڈ ٹومگرافی (جسے فوٹوکاسٹک/تھرموکاسٹک ٹومگرافی بھی کہا جاتا ہے، یعنی پی اے ٹی/ٹی اے ٹی) اور فوٹوکاسٹک مائکروسکوپی (پی اے ایم) تیار کیے گئے ہیں۔ ایک عام پی اے ٹی نظام فوٹو اکوسٹک سگنلز کو حاصل کرنے کے لیے ایک غیر مرکوز الٹراساؤنڈ ڈٹیکٹر کا استعمال کرتا ہے، اور تصویر کو فوٹو اکوسٹک مساوات کو الٹا حل کرکے دوبارہ تعمیر کیا جاتا ہے۔ دوسری طرف پی اے ایم سسٹم، 2 ڈی پوائنٹ بائی پوائنٹ اسکیننگ کے ساتھ ایک کروی فوکسڈ الٹراساؤنڈ ڈٹیکٹر کا استعمال کرتا ہے، اور اس کے لیے کسی تعمیر نو الگورتھم کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ فوٹوکاسٹک کمپیوٹڈ ٹومگرافی عمومی مساوات حرارتی فعل کو دیکھتے ہوئے، صوتی طور پر یکساں غیر متزلزل میڈیم میں فوٹوکاسٹک لہر کے دباؤ کی پیداوار اور پھیلاؤ اس بات سے کنٹرول کیا جاتا ہے کہ میڈیم میں آواز کی رفتار کہاں ہے، تھرمل توسیعی گتانک ہے، اور مستقل دباؤ پر مخصوص حرارت کی صلاحیت ہے۔ Eq. (1) تھرمل قید کے تحت رکھا جاتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ لیزر پلس ایکسائٹیشن کے دوران گرمی کی ترسیل نہ ہونے کے برابر ہے۔ تھرمل کنفائنمنٹ اس وقت ہوتی ہے جب لیزر پلس وڈتھ تھرمل نرمی کے وقت سے بہت کم ہوتی ہے۔ Eq کا اگلا حل۔ (1) ان اسٹریس کنفینمنٹ کے ذریعے دیا جاتا ہے، جو اس وقت ہوتا ہے جب لیزر پلس وڈتھ اسٹریس ریلیشن ٹائم، Eq سے بہت کم ہوتی ہے۔ (2) مزید اخذ کیا جا سکتا ہے کہ ابتدائی فوٹو اکوسٹک دباؤ کہاں ہے۔ عالمگیر تعمیر نو الگورتھم پی اے ٹی سسٹم میں، صوتی دباؤ کا پتہ ایک ایسی سطح پر الٹراسونک ٹرانسڈیوسر کو اسکین کرکے لگایا جاتا ہے جو فوٹو اکوسٹک ماخذ کو گھیرے ہوئے ہے۔ اندرونی ماخذ کی تقسیم کو دوبارہ تشکیل دینے کے لیے، ہمیں مساوات (3) کے الٹا مسئلہ کو حل کرنے کی ضرورت ہے۔ حاصل کرنے کے لیے)۔ پی اے ٹی کی تعمیر نو کے لیے استعمال ہونے والا نمائندہ طریقہ یونیورسل بیک پروجیکشن الگورتھم کے نام سے جانا جاتا ہے۔ یہ طریقہ تین امیجنگ جیومیٹریز کے لیے موزوں ہے: پلینر، کروی اور سلنڈریکل سطحیں۔ یونیورسل بیک پروجیکشن فارمولا یہ ہے کہ اندر کی تعمیر نو کے نقطہ کے حوالے سے پوری سطح کے ذریعہ ٹھوس زاویہ کہاں ہے، اور سادہ نظام ایک سادہ پی اے ٹی/ٹی اے ٹی/او اے ٹی نظام شکل کے بائیں حصے میں دکھایا گیا ہے۔ 3. لیزر بیم کو بڑھایا جاتا ہے اور دلچسپی کے پورے علاقے کا احاطہ کرنے کے لیے پھیلایا جاتا ہے۔ فوٹو اکوسٹک لہریں ہدف میں نظری جذب کی تقسیم کے متناسب پیدا ہوتی ہیں، اور واحد اسکین شدہ الٹراسونک ٹرانسڈیوسر کے ذریعے ان کا پتہ لگایا جاتا ہے۔ ٹی اے ٹی/او اے ٹی سسٹم پی اے ٹی جیسا ہی ہوتا ہے سوائے اس کے کہ یہ لیزر کے بجائے مائکروویو ایکسائٹیشن سورس کا استعمال کرتا ہے۔ اگرچہ ان دونوں نظاموں میں سنگل عنصر ٹرانسڈیوسرز کو استعمال کیا گیا ہے، لیکن الٹراساؤنڈ صفوں کو استعمال کرنے کے لیے بھی پتہ لگانے کی اسکیم کو بڑھایا جا سکتا ہے۔ بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز انٹرنسک آپٹیکل یا مائکروویو جذب کے برعکس اور الٹراساؤنڈ کے ڈفریکشن-محدود اعلی مقامی ریزولوشن پی اے ٹی اور ٹی اے ٹی کو وسیع بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز کے لیے امیجنگ کے طریقوں کا وعدہ کرتے ہیں: دماغ کے زخم کا پتہ لگانے والے دماغ میں مختلف آپٹیکل جذب کی خصوصیات والے نرم بافتوں کی پی اے ٹی کے ذریعے واضح طور پر شناخت کی جا سکتی ہے۔ ہیموڈینامکس کی نگرانی چونکہ ایچ بی او 2 اور ایچ بی نظر آنے والے سپیکٹرم رینج میں حیاتیاتی بافتوں میں غالب جذب کرنے والے مرکبات ہیں، اس لیے ان دونوں کروموفورز کے متعلقہ ارتکاز کو ظاہر کرنے کے لیے متعدد طول موج فوٹو اکوسٹک پیمائشوں کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس طرح ہیموگلوبن (ایچ بی ٹی) اور ہیموگلوبن آکسیجن سیچوریشن (ایس او 2) کا نسبتا کل ارتکاز حاصل کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، دماغ کی تقریب سے وابستہ دماغی ہیموڈینامک تبدیلیوں کا پی اے ٹی کے ساتھ کامیابی سے پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ چھاتی کے کینسر کی تشخیص محرک کے لیے کم بکھرے ہوئے مائکروویو کا استعمال کرتے ہوئے، ٹی اے ٹی ملی میٹر سے کم مقامی ریزولوشن کے ساتھ موٹے (کئی سینٹی میٹر) حیاتیاتی بافتوں میں گھسنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ چونکہ کینسر کے ٹشو اور عام ٹشو میں ریڈیو فریکوئنسی تابکاری کے بارے میں تقریبا ایک جیسے ردعمل ہوتے ہیں، اس لیے ٹی اے ٹی میں چھاتی کے کینسر کی ابتدائی تشخیص میں محدود صلاحیت ہوتی ہے۔ فوٹوکاسٹک مائکروسکوپی فوٹوکاسٹک مائکروسکوپی کی امیجنگ کی گہرائی بنیادی طور پر الٹراسونک تخفیف کی وجہ سے محدود ہوتی ہے۔ مقامی (یعنی۔ محوری اور لیٹرل) قراردادوں کا انحصار استعمال شدہ الٹراسونک ٹرانسڈیوسر پر ہوتا ہے۔ اعلی محوری ریزولوشن حاصل کرنے کے لیے اعلی مرکزی تعدد اور وسیع بینڈوڈتھ کے ساتھ ایک الٹراسونک ٹرانسڈیوسر کا انتخاب کیا جاتا ہے۔ لیٹرل ریزولوشن کا تعین ٹرانسڈیوسر کے فوکل قطر سے ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک 50 میگاہرٹز الٹراسونک ٹرانسڈیوسر ~ 3 ملی میٹر امیجنگ گہرائی کے ساتھ 15 مائیکرو میٹر محوری اور 45 مائیکرو میٹر لیٹرل ریزولوشن فراہم کرتا ہے۔ فوٹوکاسٹک مائکروسکوپی کے فنکشنل امیجنگ میں متعدد اہم استعمال ہوتے ہیں: یہ چھوٹی شریانوں میں آکسیجن والے/ڈی آکسیجنیٹڈ ہیموگلوبن میں ہونے والی تبدیلیوں کا پتہ لگا سکتا ہے۔ دیگر ایپلی کیشنز فوٹو اکوسٹک امیجنگ کو حال ہی میں آرٹ ورک کی تشخیص کے تناظر میں متعارف کرایا گیا تھا جس میں چھپی ہوئی خصوصیات جیسے انڈر ڈرائنگ یا پینٹنگز میں اصل خاکے کی لکیروں کو بے نقاب کرنے پر زور دیا گیا تھا۔ کینوس پر چھوٹی تیل کی پینٹنگز سے جمع کی گئی فوٹوکاسٹک تصاویر، جو ان کے پچھلے حصے پر پلسڈ لیزر سے روشن ہیں، نے پینٹ کی کئی تہوں سے لیپت پنسل خاکے کی لکیروں کی موجودگی کو واضح طور پر ظاہر کیا۔ فوٹو اکوسٹک امیجنگ میں پیشرفت نے گہری سیکھنے کے اصولوں اور کمپریسڈ سینسنگ کے انضمام کے ذریعے حالیہ پیش رفت دیکھی ہے۔ فوٹو اکوسٹک امیجنگ میں ڈیپ لرننگ ایپلی کیشنز کے بارے میں مزید معلومات کے لیے، فوٹو اکوسٹک امیجنگ میں ڈیپ لرننگ دیکھیں۔ ملٹی سپیکٹرل آپٹوکاسٹک ٹومگرافی فوٹوکاسٹک مائکروسکوپی فوٹوکاسٹک امیجنگ میں گہری تعلیم فوٹوکاسٹک اثر حوالہ جات بیرونی روابط حیاتیات اور طب میں صوتی، صوتی آپٹک اور فوٹوکاسٹک طریقوں کے اطلاق میں حالیہ پیش رفت میڈیکل امیجنگ