फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के सिद्धांत

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के सिद्धांत

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग (पीएआई) एक मेडिकल इमेजिंग तकनीक है जो जोड़ती हैप्रकाशिकीऔर ध्वनिकी की परस्पर क्रिया का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक सिग्नल उत्पन्न करने के लिएरोशनीउच्च-रिज़ॉल्यूशन ऊतक छवियां प्राप्त करने के लिए ऊतक के साथ। 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 थर्मल विस्तार: - फोटोकॉस्टिक इमेजिंग प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पन्न थर्मल प्रभाव का उपयोग करती है। ऊतक में वर्णक अणु (उदाहरण के लिए, हीमोग्लोबिन, मेलेनिन) 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 बढ़ने से ऊतक का छोटा थर्मल विस्तार होता है, जो दबाव तरंगें (यानी अल्ट्रासाउंड) उत्पन्न करता है।
3. अल्ट्रासोनिक पहचान: - उत्पन्न अल्ट्रासोनिक तरंगें ऊतक के भीतर फैलती हैं, और ये संकेत बाद में अल्ट्रासोनिक सेंसर (जैसे अल्ट्रासोनिक जांच) द्वारा प्राप्त और रिकॉर्ड किए जाते हैं।
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। फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के लाभ: उच्च कंट्रास्ट: फोटोकॉस्टिक 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 क्षमता होती है, इसलिए यह उच्च-कंट्रास्ट 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 सकती है। गैर-आक्रामक: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग गैर-आक्रामक है, प्रकाश और ध्वनि से ऊतक क्षति नहीं होगी, जो मानव चिकित्सा निदान के लिए बहुत उपयुक्त है। गहराई इमेजिंग क्षमता: पारंपरिक ऑप्टिकल इमेजिंग की तुलना में, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग त्वचा के नीचे कई सेंटीमीटर तक प्रवेश कर सकती है, जो गहरी ऊतक इमेजिंग के लिए उपयुक्त है।

आवेदन पत्र:
1. संवहनी इमेजिंग: - फोटोकॉस्टिक इमेजिंग रक्त में हीमोग्लोबिन के प्रकाश-अवशोषित गुणों का पता लगा सकती है, इसलिए यह माइक्रोसिरिक्युलेशन की निगरानी और रोगों का निर्धारण करने के लिए रक्त वाहिकाओं की संरचना और ऑक्सीजनेशन स्थिति को सटीक रूप से प्रदर्शित कर सकती 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 शीघ्र पता लगाने में मदद कर सकती है।
3. कार्यात्मक इमेजिंग: - फोटोकॉस्टिक इमेजिंग ऊतकों में ऑक्सीजनेशन और डीऑक्सीहीमोग्लोबिन की एकाग्रता 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 फोटोकॉस्टिक इमेजिंग सतही ऊतकों के प्रति बहुत संवेदनशील है, यह त्वचा कैंसर का शीघ्र पता लगाने और त्वचा की असामान्यताओं के विश्लेषण के लिए उपयुक्त है।
5. मस्तिष्क इमेजिंग: स्ट्रोक और मिर्गी जैसे मस्तिष्क रोगों के अध्ययन के लिए फोटोकॉस्टिक इमेजिंग गैर-आक्रामक तरीके से मस्तिष्क रक्त प्रवाह की जानकारी प्राप्त कर सकती है।

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग की चुनौतियाँ और विकास दिशाएँ:
प्रकाश स्रोतचयन: विभिन्न तरंग दैर्ध्य का प्रकाश प्रवेश अलग-अलग होता है, सही तरंग दैर्ध्य संतुलन रिज़ॉल्यूशन 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 तकनीक का विकास भी महत्वपूर्ण है। मल्टीमॉडल इमेजिंग: अधिक व्यापक बायोमेडिकल जानकारी प्रदान करने के लिए फोटोकॉस्टिक इमेजिंग को अन्य इमेजिंग तौर-तरीकों (जैसे एमआरआई, सीटी, अल्ट्रासाउंड इमेजिंग) के साथ जोड़ा जा सकता है।

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग एक नई और बहु-कार्यात्मक बायोमेडिकल इमेजिंग तकनीक है, जिसमें उच्च कंट्रास्ट, 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।