Language
Country/Area
No result found
الرحلة السرية للضوء: لماذا يمكن للبصريات المنتشرة في مجال الزمن أن تكشف عن الأسرار العميقة للأنسجة البيولوجية؟
في المجتمع العلمي، كان استكشاف أسرار الحياة دائمًا أحد أعظم التحديات التي واجهها العلماء. مع ظهور البصريات المنتشرة في مجال الزمن، تغير اتجاه هذا المجال. لا تساعدنا هذه التقنية على فهم بنية الأنسجة البيولوجية فحسب، بل إنها أيضًا أداة أساسية للتشخيص الطبي في المستقبل. ستستكشف هذه المقالة مبادئ وأدوات ومعدات هذه التكنولوجيا وتطبيقاتها في الطب الحيوي.
مبادئ بصريات الانتشار في المجال الزمني
تعد البصريات المنتشرة في المجال الزمني، والمعروفة أيضًا باسم التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية المحددة زمنيًا، تقنية تركز على انتشار الضوء في الوسائط المنتشرة. من خلال إصدار نبضات ضوئية ضيقة، سيتم تشتيت هذه النبضات الضوئية وامتصاصها عدة مرات بعد دخول الأنسجة البيولوجية. يمكن تسجيل أوقات وصول الفوتونات المكتشفة وتحويلها إلى رسم بياني لتوزيع وقت رحلة الفوتون، والذي يكشف عن سلوك الضوء في الأنسجة.
ستعمل هذه التقنية على فصل السمات البيولوجية المختلفة للأنسجة، كما يمكنها استخراج تأثيرات الامتصاص والتشتت بشكل مستقل.
في الوسائط المنتشرة، تشمل الظواهر الرئيسية التي تؤثر على حركة الفوتونات الامتصاص والتشتت. يحدث الامتصاص بسبب وجود أصباغ مختلفة في الأنسجة البيولوجية، في حين يحدث التشتت بسبب الاختلافات البنيوية في الوسط. يحدد هذان العاملان معًا وقت وكثافة وصول الفوتونات إلى الكاشف. لذلك، من خلال تحليل توزيع وقت الرحلة، يمكن الحصول على تركيز المكونات المختلفة في الأنسجة، مثل حالة الهيموجلوبين المؤكسدة وغير المؤكسدة.
تركيبة الأدوات والمعدات
تتكون الأجهزة البصرية الانتشارية في المجال الزمني بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء رئيسية: مصدر الليزر النبضي، وكاشف الفوتون الفردي، والإلكترونيات الزمنية. ويؤثر أداء هذه المكونات بشكل مباشر على دقة وحساسية النظام بأكمله.مصدر الليزر النبضي
يتطلب مصدر الليزر النبضي المستخدم في البصريات المنتشرة في المجال الزمني خصائص معينة. يجب أن يكون طول موجة الانبعاث ما بين 650 و 1350 نانومتر، ومن الأفضل أن يكون له نصف عرض ضيق. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يتمتع مصدر الليزر بمعدل تكرار مرتفع وقوة ليزر كافية لضمان نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة. مع تقدم التكنولوجيا، تم استبدال ليزر الليثيوم والكروم والياقوت القابل للتعديل تدريجيًا بالليزر الليفي النبضي.
كاشف الفوتون المفرد
تتطلب أجهزة الكشف المناسبة لبصريات الانتشار في المجال الزمني ليس فقط كفاءة عالية ومساحة فعالة كبيرة، ولكن أيضًا استجابة زمنية جيدة وخلفية منخفضة الضوضاء. لم تعد أنابيب المضاعف الضوئي التقليدية هي الخيار الوحيد. فقد أدى ظهور الثنائيات الانهيارية أحادية الفوتون ومضاعفات الضوء السيليكونية (SiPMs) إلى توفير المزيد من الخيارات في هذا المجال.
إلكترونيات الوقت
الهدف من الكرونوترونات هو إعادة بناء الهيستوغرام الخاص بأوقات رحلة الفوتون دون فقدان البيانات. باستخدام عد الفوتونات الفردية المرتبطة بالوقت، وهي عملية تتضمن تحديد أوقات وصول الفوتونات، يتم جمع البيانات لتوليد رسم بياني. تعتمد أنظمة الإلكترونيات الحالية بشكل أساسي على مزيج من محول زمني رقمي (TDC) أو محول زمني تناظري (TAC) ومحول تناظري إلى رقمي (ADC).
القيمة في التطبيقات الطبية الحيوية
تتمتع تقنية انتشار المجال الزمني بإمكانيات كبيرة للتطبيق في مجال الطب الحيوي. يمكنه مراقبة الخصائص البصرية للأنسجة بشكل مستمر وغير جراحي، ليصبح أداة مهمة للتشخيص على المدى الطويل. لقد تم تطبيق هذه التقنية بنجاح في مراقبة الدماغ، والتصوير الثديي البصري، ومراقبة العضلات، مما يدل على إمكاناتها في التشخيص السريري.ومع قيام المجتمع الأكاديمي بإجراء أبحاث معمقة حول هذه التكنولوجيا، فسوف نتمكن من الكشف عن المزيد من الألغاز العميقة للأنسجة البيولوجية في المستقبل.
تستمر الرحلة السرية للضوء في دفع حدود الطب من خلال الجمع بين التكنولوجيا والعلم. عندما ننظر إلى المستقبل، لا يمكننا إلا أن نسأل: كيف ستغير هذه التكنولوجيا فهمنا للحياة؟
