फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के सिद्धांत

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के सिद्धांत

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग (PAI) एक मेडिकल इमेजिंग तकनीक है जो जोड़ती हैप्रकाशिकीऔर ध्वनिकी का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक सिग्नल उत्पन्न करने के लिए ध्वनिकीरोशनीऊतक के साथ उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऊतक छवियों को प्राप्त करने के लिए। यह 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 थर्मल विस्तार: - फोटोकॉस्टिक इमेजिंग प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पादित थर्मल प्रभाव का उपयोग करता है। ऊतक (जैसे, हीमोग्लोबिन, मेलेनिन) में वर्णक अणु फोटॉन (आमतौर पर निकट-अवरक्त प्रकाश) को अवशोषित करते हैं, जो गर्मी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे स्थानीय तापमान बढ़ जाता है।
2। थर्मल विस्तार अल्ट्रासाउंड का कारण बनता है: - तापमान में वृद्धि से ऊतक के छोटे थर्मल विस्तार होते हैं, जो दबाव तरंगों (यानी अल्ट्रासाउंड) का उत्पादन करता है।
3। अल्ट्रासोनिक डिटेक्शन: - उत्पन्न अल्ट्रासोनिक तरंगें ऊतक के भीतर फैलती हैं, और इन संकेतों को बाद में अल्ट्रासोनिक सेंसर (जैसे अल्ट्रासोनिक प्रोब) द्वारा प्राप्त और रिकॉर्ड किया जाता है।
4। छवि पुनर्निर्माण: एकत्र किए गए अल्ट्रासोनिक सिग्नल की गणना की जाती है और ऊतक की संरचना और फ़ंक्शन छवि को फिर से बनाने के लिए संसाधित किया जाता है, जो ऊतक की ऑप्टिकल अवशोषण विशेषताओं को प्रदान कर सकता है। फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के लाभ: उच्च कंट्रास्ट: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग ऊतकों के प्रकाश अवशोषण विशेषताओं पर निर्भर करता है, और अलग-अलग ऊतकों (जैसे रक्त, वसा, मांसपेशी, आदि) में प्रकाश को अवशोषित करने के लिए अलग-अलग क्षमताएं होती हैं, इसलिए यह उच्च-विपरीत छवियां प्रदान कर सकती है। उच्च रिज़ॉल्यूशन: अल्ट्रासाउंड के उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन का उपयोग करके, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग मिलीमीटर या यहां तक ​​कि उप-मिलीमीटर इमेजिंग सटीकता प्राप्त कर सकता है। गैर-इनवेसिव: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग गैर-आक्रामक है, प्रकाश और ध्वनि ऊतक क्षति का कारण नहीं होगा, मानव चिकित्सा निदान के लिए बहुत उपयुक्त है। गहराई इमेजिंग क्षमता: पारंपरिक ऑप्टिकल इमेजिंग के साथ तुलना में, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग त्वचा के नीचे कई सेंटीमीटर में प्रवेश कर सकती है, जो गहरे ऊतक इमेजिंग के लिए उपयुक्त है।

आवेदन पत्र:
1। संवहनी इमेजिंग:-फोटोकॉस्टिक इमेजिंग रक्त में हीमोग्लोबिन के प्रकाश-अवशोषित गुणों का पता लगा सकता है, इसलिए यह माइक्रोकैरेक्यूलेशन की निगरानी और रोगों की निगरानी के लिए रक्त वाहिकाओं की संरचना और ऑक्सीकरण स्थिति को सटीक रूप से प्रदर्शित कर सकता है।
2। ट्यूमर का पता लगाना: - ट्यूमर के ऊतकों में एंजियोजेनेसिस आमतौर पर बेहद प्रचुर मात्रा में होता है, और फोटोकॉस्टिक इमेजिंग संवहनी संरचना में असामान्यताओं का पता लगाकर ट्यूमर का शुरुआती पता लगाने में मदद कर सकता है।
3। कार्यात्मक इमेजिंग: - फोटोकॉस्टिक इमेजिंग ऊतकों में ऑक्सीजन और डीओक्सीहेमोग्लोबिन की एकाग्रता का पता लगाकर ऊतकों की ऑक्सीजन की आपूर्ति का आकलन कर सकता है, जो कैंसर और हृदय रोग जैसे रोगों की कार्यात्मक निगरानी के लिए बहुत महत्व है।
4। स्किन इमेजिंग: - क्योंकि फोटोकॉस्टिक इमेजिंग सतही ऊतक के प्रति बहुत संवेदनशील है, यह त्वचा के कैंसर और त्वचा की असामान्यताओं के विश्लेषण के शुरुआती पता लगाने के लिए उपयुक्त है।
5। ब्रेन इमेजिंग: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग मस्तिष्क रोगों जैसे स्ट्रोक और मिर्गी के अध्ययन के लिए गैर-आक्रामक तरीके से सेरेब्रल रक्त प्रवाह की जानकारी प्राप्त कर सकता है।

Photoacoustic इमेजिंग की चुनौतियां और विकास दिशाएँ:
प्रकाश स्रोतचयन: अलग -अलग तरंग दैर्ध्य का प्रकाश प्रवेश अलग है, सही तरंग दैर्ध्य संतुलन संकल्प का चयन कैसे करें और प्रवेश गहराई 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: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग को अधिक व्यापक बायोमेडिकल जानकारी प्रदान करने के लिए अन्य इमेजिंग तौर -तरीकों (जैसे एमआरआई, सीटी, अल्ट्रासाउंड इमेजिंग) के साथ जोड़ा जा सकता है।

फोटोकस्टिक इमेजिंग एक नई और बहु-कार्यात्मक बायोमेडिकल इमेजिंग तकनीक है, जिसमें उच्च विपरीत, उच्च रिज़ॉल्यूशन और गैर-आक्रामक की विशेषताएं हैं। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग में चिकित्सा निदान, बुनियादी जीव विज्ञान अनुसंधान, दवा विकास और अन्य क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।