कभी-कभी वैज्ञानिक प्रगति बिल्कुल नई चीज़ की खोज के रूप में सामने आती है। अन्य समय में, प्रगति कुछ बेहतर, तेज़ या आसान करने तक सीमित हो जाती है। कैलटेक की बेहतर फोटोअकॉस्टिक इमेजिंग तकनीक PACTER ऑपरेटिंग प्रक्रियाओं को सरल बनाती है, त्रि-आयामी इमेजिंग प्राप्त करती है, और ऑपरेटिंग जटिलता को कम करती है, जो मेडिकल इमेजिंग के क्षेत्र में एक बड़ी प्रगति है।
कैल्टेक में मेडिकल इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के ब्रेन प्रोफेसर लीहोम वांग की प्रयोगशाला का नवीनतम शोध बाद की श्रेणी में आता है। नेचर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग जर्नल में प्रकाशित एक पेपर में, लीहोम वांग और पोस्टडॉक्टरल विद्वान झांग याइड बताते हैं कि कैसे उन्होंने 2020 में पहली बार घोषित की गई इमेजिंग तकनीक को सरल और बेहतर बनाया।
प्रौद्योगिकी, एक फोटोकॉस्टिक इमेजिंग तकनीक जिसे PATER (पोलारिटी रिले के माध्यम से फोटोकॉस्टिक टोपोग्राफी) कहा जाता है, वांग जियानमिन के अनुसंधान समूह की एक विशेषता है।
फोटोकॉस्टिक इमेजिंग तकनीक में सुधार
फोटोकॉस्टिक इमेजिंग में, लेजर पल्स ऊतक में प्रवेश करते हैं और ऊतक अणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जिससे अणु कंपन करते हैं। प्रत्येक कंपन करने वाला अणु अल्ट्रासाउंड तरंगों का एक स्रोत है, जिसका उपयोग अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के समान आंतरिक संरचनाओं की छवि बनाने के लिए किया जा सकता है।
हालाँकि, फोटोकॉस्टिक इमेजिंग तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण है क्योंकि यह कम समय में सभी इमेजिंग जानकारी तैयार करती है। इस जानकारी को कैप्चर करने के लिए, वैंग की फोटोअकॉस्टिक इमेजिंग तकनीक के शुरुआती संस्करणों को चित्रित किए जा रहे ऊतक की सतह के खिलाफ दबाए गए सैकड़ों सेंसर (ट्रांसड्यूसर) की आवश्यकता होती है, जिससे तकनीक जटिल और महंगी हो जाती है।
वांग और झांग ने "मैजी रिले" नामक उपकरण का उपयोग करके आवश्यक सेंसर की संख्या कम कर दी, जो सेंसर में सूचना के प्रवाह (कंपन के रूप में) को धीमा कर देता है। जैसा कि PATER पर पिछली रिपोर्टों में बताया गया है:
कंप्यूटिंग में, डेटा ट्रांसफर की दो मुख्य विधियाँ हैं: क्रमिक और समानांतर। सीरियल ट्रांसमिशन में, डेटा को एकल डेटा स्ट्रीम में संचार चैनल पर भेजा जाता है। समानांतर ट्रांसमिशन में, कई संचार चैनलों के माध्यम से एक साथ कई डेटा भेजे जाते हैं।
संचार के ये दो तरीके मोटे तौर पर उसी तरह हैं जैसे दुकानों में कैश रजिस्टर का उपयोग किया जाता है। सीरियल संचार एक कैश रजिस्टर की तरह है। हर कोई एक ही लाइन में है और एक ही कैशियर को देखता है। समानांतर संचार कई नकदी रजिस्टरों की तरह है, जिनमें से प्रत्येक में एक पंक्ति होती है।
वैंग द्वारा 512 सेंसरों के साथ डिज़ाइन किया गया सिस्टम कई कैश रजिस्टर वाले स्टोर के समान है। सभी सेंसर एक साथ काम करते हैं, और प्रत्येक सेंसर लेजर पल्स द्वारा उत्पन्न अल्ट्रासोनिक कंपन से आंशिक डेटा प्राप्त करता है।
क्योंकि सिस्टम द्वारा उत्सर्जित अल्ट्रासोनिक कंपन कम समय में उत्पन्न होते हैं, यदि इतने कम समय में सारा डेटा एकत्र किया जाए तो एक एकल सेंसर अभिभूत हो जाएगा। यहीं पर मैगेलैनिक रिले आती है।
जैसा कि लीहोम वांग इसका वर्णन करते हैं, एक एर्गोडिक पुनरावर्तक एक गुहा है जो ध्वनि को इसके चारों ओर गूंजने की अनुमति देता है। जैसे ही अल्ट्रासोनिक कंपन एर्गोडिक पुनरावर्तक से गुजरते हैं, वे समय के साथ खिंच जाते हैं। कैश रजिस्टर सादृश्य पर वापस जाएं, तो यह ऐसा होगा जैसे एक अन्य कर्मचारी ग्राहकों को स्टोर के चारों ओर घूमने के लिए कहकर एक एकल कैशियर की सहायता करेगा, जब तक कि कैशियर उन्हें संभालने के लिए तैयार न हो जाए, ताकि कैशियर को हाथ-पांव नहीं मारना पड़े।
पैक्टर: अगले चरण
इस तकनीक का नवीनतम संस्करण, जिसे PACTER (PhotoacousticComputedTomographyThroganErgodicRelay) कहा जाता है, एक कदम आगे बढ़ता है, जो सिस्टम को एक सेंसर के साथ काम करने की अनुमति देता है और सॉफ्टवेयर के उपयोग के माध्यम से 6,400 सेंसर जितना डेटा एकत्र करता है।
वांग, जो मेडिकल इंजीनियरिंग लीडरशिप में एंड्रयू और पैगी चेर्नग चेयर और मेडिकल इंजीनियरिंग के कार्यकारी अधिकारी भी हैं, ने कहा कि PACTER दो अन्य तरीकों से PATER में सुधार करता है।
सुधारों में से एक यह है कि PACTER त्रि-आयामी छवियां उत्पन्न कर सकता है, जबकि PATER केवल द्वि-आयामी छवियां उत्पन्न कर सकता है। यह बेहतर सॉफ्टवेयर के विकास के कारण है।
झांग ने कहा, "3डी इमेजिंग में परिवर्तन से डेटा आवश्यकताओं में काफी वृद्धि हुई है। हमारे सामने चुनौती यह है कि बड़े पैमाने पर बढ़े हुए डेटा को एक ही सेंसर के माध्यम से कैसे प्रसारित किया जाए।" "हमने अपना दृष्टिकोण बदलकर समाधान पाया। एकल सेंसर डेटा से 3डी छवियों को फिर से बनाने के लिए सीधे कम्प्यूटेशनल रूप से गहन तरीकों को नियोजित करने के बजाय, हमने पहले एक सेंसर को हजारों वर्चुअल सेंसर में विस्तारित किया। यह विचार 3डी छवि पुनर्निर्माण की प्रक्रिया को सरल बनाता है, इसे फोटोकॉस्टिक इमेजिंग के हमारे पारंपरिक तरीकों के करीब लाता है।"
दूसरा, PATER के विपरीत, PACTER को हर बार उपयोग किए जाने पर अंशांकन की आवश्यकता नहीं होती है।
"PATER के साथ, हमें हर बार इसका उपयोग करते समय इसे कैलिब्रेट करना पड़ता है, और यह अवास्तविक है। हर बार जब हम इसका उपयोग करते हैं तो हमें इस एक बार के कैलिब्रेशन से छुटकारा मिल जाता है," वांग ने कहा। अंशांकन की आवश्यकता होती है क्योंकि जब सिस्टम लेजर पल्स को ऊतक में सक्रिय करता है, तो पल्स की "प्रतिध्वनि" ट्रांसड्यूसर से उछल जाती है, जिससे यह प्रत्यक्ष अल्ट्रासाउंड जानकारी को समझने में असमर्थ हो जाता है। PACTER सिस्टम में विलंब रेखा जोड़कर इस समस्या का समाधान करता है। विलंब रेखा प्रतिध्वनि को ट्रांसड्यूसर तक वापस जाते समय एक लंबा भौतिक पथ लेने के लिए मजबूर करती है ताकि वह सीधे अल्ट्रासाउंड जानकारी प्राप्त करने के बाद ट्रांसड्यूसर तक पहुंच सके।
कार्य का वर्णन करने वाला पेपर, "सिंगल-एलिमेंट डिटेक्टरों का उपयोग करके सिंगल-शॉट वॉल्यूम फोटोकॉस्टिक टोमोग्राफी के साथ हेमोडायनामिक्स की अल्ट्राफास्ट अनुदैर्ध्य इमेजिंग," नेचर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के 30 नवंबर के अंक में दिखाई देता है। पेपर के सह-लेखकों में शामिल हैं: हू पेंग (पीएचडी 23 वर्ष), एक पूर्व मेडिकल इंजीनियरिंग स्नातक छात्र; ली लेई (पीएचडी 19 वर्ष), एक पूर्व मेडिकल इंजीनियरिंग पोस्टडॉक्टरल फेलो; काओ रुई, एक मेडिकल इंजीनियरिंग पोस्टडॉक्टरल फेलो; अंजुल खदरिया, पूर्व मेडिकल इंजीनियरिंग पोस्टडॉक्टरल फेलो; कॉन्स्टेंटिन मास्लोव, एक पूर्व कैलटेक स्टाफ वैज्ञानिक; टोंग शिन, एक मेडिकल इंजीनियरिंग स्नातक छात्र; और दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय से ज़ेंग युशुन, जियांग लाइमिंग और झोउ क़िफ़ा।
अनुसंधान निधि राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान द्वारा प्रदान की गई थी।
संकलित स्रोत: ScitechDaily