फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग के सिद्धांत

फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग के सिद्धांत

फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग (पीएआई) एक चिकित्सा इमेजिंग तकनीक है जोप्रकाशिकीऔर ध्वनिकी की परस्पर क्रिया का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक संकेत उत्पन्न करनारोशनीऊतक के साथ उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऊतक चित्र प्राप्त करने के लिए। इसका व्यापक रूप से बायोमेडिकल क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से ट्यूमर का पता लगाने, संवहनी इमेजिंग, त्वचा इमेजिंग और अन्य क्षेत्रों में।

सिद्धांत:
1. प्रकाश अवशोषण और तापीय विस्तार: - फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पन्न तापीय प्रभाव का उपयोग करती है। ऊतक में वर्णक अणु (जैसे, हीमोग्लोबिन, मेलेनिन) फोटॉन (आमतौर पर निकट-अवरक्त प्रकाश) को अवशोषित करते हैं, जो ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे स्थानीय तापमान बढ़ जाता है।
2. तापीय विस्तार के कारण अल्ट्रासाउंड उत्पन्न होता है:- तापमान वृद्धि के कारण ऊतक में सूक्ष्म तापीय विस्तार होता है, जो दबाव तरंगें (यानी अल्ट्रासाउंड) उत्पन्न करता है।
3. अल्ट्रासोनिक पहचान: - उत्पन्न अल्ट्रासोनिक तरंगें ऊतक के भीतर फैलती हैं, और इन संकेतों को बाद में अल्ट्रासोनिक सेंसर (जैसे अल्ट्रासोनिक जांच) द्वारा प्राप्त और रिकॉर्ड किया जाता है।
4. छवि पुनर्निर्माण: एकत्रित अल्ट्रासोनिक सिग्नल की गणना की जाती है और ऊतक की संरचना और कार्य छवि के पुनर्निर्माण के लिए संसाधित किया जाता है, जो ऊतक की ऑप्टिकल अवशोषण विशेषताओं को प्रदान कर सकता है। फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग के लाभ: उच्च कंट्रास्ट: फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग ऊतकों की प्रकाश अवशोषण विशेषताओं पर निर्भर करती है, और विभिन्न ऊतकों (जैसे रक्त, वसा, मांसपेशी, आदि) में प्रकाश को अवशोषित करने की अलग-अलग क्षमताएं होती हैं, इसलिए यह उच्च-विपरीत छवियां प्रदान कर सकता है। उच्च रिज़ॉल्यूशन: अल्ट्रासाउंड के उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन का उपयोग करके, फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग मिलीमीटर या यहां तक ​​​​कि उप-मिलीमीटर इमेजिंग सटीकता प्राप्त कर सकती है। गैर-आक्रामक: फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग गैर-आक्रामक है, प्रकाश और ध्वनि ऊतक क्षति का कारण नहीं बनेगी, मानव चिकित्सा निदान के लिए बहुत उपयुक्त है। गहराई इमेजिंग क्षमता: पारंपरिक ऑप्टिकल इमेजिंग की तुलना में, फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग त्वचा के नीचे कई सेंटीमीटर तक प्रवेश कर सकती है, जो गहरी ऊतक इमेजिंग के लिए उपयुक्त है।

आवेदन पत्र:
1. संवहनी इमेजिंग: - फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग रक्त में हीमोग्लोबिन के प्रकाश-अवशोषित गुणों का पता लगा सकती है, इसलिए यह माइक्रोकिरकुलेशन की निगरानी और रोगों का पता लगाने के लिए रक्त वाहिकाओं की संरचना और ऑक्सीजन की स्थिति को सटीक रूप से प्रदर्शित कर सकती है।
2. ट्यूमर का पता लगाना: - ट्यूमर ऊतकों में एंजियोजेनेसिस आमतौर पर बहुत प्रचुर मात्रा में होता है, और फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग संवहनी संरचना में असामान्यताओं का पता लगाकर ट्यूमर का शीघ्र पता लगाने में मदद कर सकती है।
3. कार्यात्मक इमेजिंग: - फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग ऊतकों में ऑक्सीजनेशन और डीऑक्सीहीमोग्लोबिन की सांद्रता का पता लगाकर ऊतकों की ऑक्सीजन आपूर्ति का आकलन कर सकती है, जो कैंसर और हृदय रोग जैसी बीमारियों की कार्यात्मक निगरानी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।
4. त्वचा इमेजिंग: - क्योंकि फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग सतही ऊतक के प्रति बहुत संवेदनशील है, यह त्वचा कैंसर का शीघ्र पता लगाने और त्वचा असामान्यताओं के विश्लेषण के लिए उपयुक्त है।
5. मस्तिष्क इमेजिंग: फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग से स्ट्रोक और मिर्गी जैसे मस्तिष्क रोगों के अध्ययन के लिए गैर-आक्रामक तरीके से मस्तिष्क रक्त प्रवाह की जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग की चुनौतियाँ और विकास दिशाएँ:
प्रकाश स्रोतचयन: विभिन्न तरंगदैर्ध्य का प्रकाश प्रवेश अलग-अलग होता है, सही तरंगदैर्ध्य संतुलन संकल्प और प्रवेश गहराई का चयन कैसे करें यह एक चुनौती है। सिग्नल प्रोसेसिंग: अल्ट्रासोनिक सिग्नल के अधिग्रहण और प्रसंस्करण के लिए उच्च गति और सटीक एल्गोरिदम की आवश्यकता होती है, और छवि पुनर्निर्माण प्रौद्योगिकी का विकास भी महत्वपूर्ण है। मल्टीमॉडल इमेजिंग: फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग को अन्य इमेजिंग तौर-तरीकों (जैसे एमआरआई, सीटी, अल्ट्रासाउंड इमेजिंग) के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि अधिक व्यापक बायोमेडिकल जानकारी प्रदान की जा सके।

फोटोअकाउस्टिक इमेजिंग एक नई और बहुआयामी बायोमेडिकल इमेजिंग तकनीक है, जिसमें उच्च कंट्रास्ट, उच्च रिज़ॉल्यूशन और गैर-आक्रामकता की विशेषताएं हैं। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, फोटोअकाउस्टिक इमेजिंग में चिकित्सा निदान, बुनियादी जीव विज्ञान अनुसंधान, दवा विकास और अन्य क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।