फोटोकॉस्टिक इमेजिंगची तत्त्वे

फोटोकॉस्टिक इमेजिंगची तत्त्वे

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग (PAI) हे एक वैद्यकीय इमेजिंग तंत्र आहे जे एकत्रित करतेऑप्टिक्सआणि ध्वनिशास्त्र च्या परस्परसंवादाचा वापर करून प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) सिग्नल व्युत्पन्न करण्यासाठीप्रकाशउच्च-रिझोल्यूशन टिश्यू प्रतिमा प्राप्त करण्यासाठी टिश्यूसह. हे बायोमेडिकल क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते, विशेषत: ट्यूमर शोधणे, संवहनी इमेजिंग, त्वचा इमेजिंग आणि इतर क्षेत्रांमध्ये.

तत्त्व:
1. प्रकाश शोषण आणि थर्मल विस्तार: – फोटोकॉस्टिक इमेजिंग प्रकाश शोषून तयार केलेल्या थर्मल प्रभावाचा वापर करते. ऊतींमधील रंगद्रव्याचे रेणू (उदा., हिमोग्लोबिन, मेलेनिन) फोटॉन (सामान्यतः जवळ-अवरक्त प्रकाश) शोषून घेतात, जे उष्ण ऊर्जेत रूपांतरित होतात, ज्यामुळे स्थानिक तापमान वाढते.
2. थर्मल विस्तारामुळे अल्ट्रासाऊंड होतो: – तापमान वाढल्याने ऊतींचे लहान थर्मल विस्तार होते, ज्यामुळे दाब लहरी (म्हणजे अल्ट्रासाऊंड) निर्माण होतात.
3. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) शोध: – व्युत्पन्न केलेल्या प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) लहरी टिश्यूमध्ये पसरतात आणि हे सिग्नल नंतर अल्ट्रासोनिक सेन्सर्सद्वारे प्राप्त आणि रेकॉर्ड केले जातात (जसे की अल्ट्रासोनिक प्रोब).
4. प्रतिमा पुनर्रचना: संकलित अल्ट्रासोनिक सिग्नलची गणना आणि प्रक्रिया ऊतकांची रचना आणि कार्य प्रतिमा पुनर्निर्माण करण्यासाठी केली जाते, ज्यामुळे ऊतींचे ऑप्टिकल शोषण वैशिष्ट्ये प्रदान करता येतात. फोटोकॉस्टिक इमेजिंगचे फायदे: उच्च कॉन्ट्रास्ट: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग ऊतींच्या प्रकाश शोषण्याच्या वैशिष्ट्यांवर अवलंबून असते आणि वेगवेगळ्या ऊतकांमध्ये (जसे की रक्त, चरबी, स्नायू इ.) प्रकाश शोषण्याची क्षमता भिन्न असते, त्यामुळे ते उच्च-कॉन्ट्रास्ट प्रतिमा प्रदान करू शकते. उच्च रिझोल्यूशन: अल्ट्रासाऊंडच्या उच्च अवकाशीय रिझोल्यूशनचा वापर करून, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग मिलिमीटर किंवा अगदी सब-मिलीमीटर इमेजिंग अचूकता प्राप्त करू शकते. नॉन-इनवेसिव्ह: फोटोकॉस्टिक इमेजिंग गैर-आक्रमक आहे, प्रकाश आणि आवाजामुळे ऊतींचे नुकसान होणार नाही, मानवी वैद्यकीय निदानासाठी अतिशय योग्य. डेप्थ इमेजिंग क्षमता: पारंपारिक ऑप्टिकल इमेजिंगच्या तुलनेत, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग त्वचेखाली अनेक सेंटीमीटर आत प्रवेश करू शकते, जे खोल टिश्यू इमेजिंगसाठी योग्य आहे.

अर्ज:
1. संवहनी इमेजिंग: – फोटोकॉस्टिक इमेजिंग रक्तातील हिमोग्लोबिनचे प्रकाश शोषून घेणारे गुणधर्म शोधू शकते, त्यामुळे ते सूक्ष्म रक्तवाहिन्यांचे निरीक्षण करण्यासाठी आणि रोगांचे परीक्षण करण्यासाठी रक्तवाहिन्यांची रचना आणि ऑक्सिजनची स्थिती अचूकपणे प्रदर्शित करू शकते.
2. ट्यूमर शोधणे: - ट्यूमर टिश्यूमध्ये एंजियोजेनेसिस सामान्यतः अत्यंत मुबलक असते आणि फोटोकॉस्टिक इमेजिंग रक्तवहिन्यासंबंधीच्या संरचनेतील विकृती शोधून ट्यूमर लवकर शोधण्यात मदत करू शकते.
3. फंक्शनल इमेजिंग: - फोटोकॉस्टिक इमेजिंग ऊतींमधील ऑक्सिजनेशन आणि डीऑक्सीहेमोग्लोबिनचे प्रमाण शोधून ऊतींच्या ऑक्सिजन पुरवठ्याचे मूल्यांकन करू शकते, जे कर्करोग आणि हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी रोगांसारख्या रोगांच्या कार्यात्मक देखरेखीसाठी खूप महत्वाचे आहे.
4. स्किन इमेजिंग: – फोटोकॉस्टिक इमेजिंग हे वरवरच्या टिश्यूसाठी अत्यंत संवेदनशील असल्याने, त्वचेच्या कर्करोगाचे लवकर निदान करण्यासाठी आणि त्वचेच्या विकृतींचे विश्लेषण करण्यासाठी ते योग्य आहे.
5. ब्रेन इमेजिंग: स्ट्रोक आणि एपिलेप्सी यांसारख्या मेंदूच्या आजारांच्या अभ्यासासाठी फोटोकॉस्टिक इमेजिंग सेरेब्रल रक्त प्रवाहाची माहिती गैर-आक्रमक पद्धतीने मिळवू शकते.

फोटोकॉस्टिक इमेजिंगची आव्हाने आणि विकास दिशा:
प्रकाश स्रोतनिवड: वेगवेगळ्या तरंगलांबींचा प्रकाश प्रवेश भिन्न असतो, योग्य तरंगलांबी समतोल रिझोल्यूशन आणि प्रवेशाची खोली कशी निवडावी हे एक आव्हान आहे. सिग्नल प्रक्रिया: प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) सिग्नलचे संपादन आणि प्रक्रिया करण्यासाठी उच्च-गती आणि अचूक अल्गोरिदम आवश्यक आहेत आणि प्रतिमा पुनर्रचना तंत्रज्ञानाचा विकास देखील महत्त्वपूर्ण आहे. मल्टीमोडल इमेजिंग: अधिक व्यापक बायोमेडिकल माहिती प्रदान करण्यासाठी फोटोकॉस्टिक इमेजिंगला इतर इमेजिंग पद्धती (जसे की एमआरआय, सीटी, अल्ट्रासाऊंड इमेजिंग) सह एकत्रित केले जाऊ शकते.

फोटोकॉस्टिक इमेजिंग हे एक नवीन आणि बहु-कार्यक्षम बायोमेडिकल इमेजिंग तंत्रज्ञान आहे, ज्यामध्ये उच्च कॉन्ट्रास्ट, उच्च रिझोल्यूशन आणि गैर-आक्रमक वैशिष्ट्ये आहेत. तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, फोटोकॉस्टिक इमेजिंगला वैद्यकीय निदान, मूलभूत जीवशास्त्र संशोधन, औषध विकास आणि इतर क्षेत्रांमध्ये व्यापक उपयोगाची शक्यता आहे.