Language
Country/Area
No result found
من خلال الضوء والظل: كيف يمكن للتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة من الزمن أن يعيد تشكيل تكنولوجيا التصوير الطبي؟
مع التقدم المستمر في تكنولوجيا التصوير الطبي، أصبح التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة من الأشعة تحت الحمراء (TD-NIRS) تدريجيًا أداة مهمة لتشخيص ومراقبة حالة الأنسجة البيولوجية نظرًا لخصائصها الفريدة. تستخدم هذه التقنية خصائص انتشار الضوء في وسائط التشتت لفهم الخصائص البصرية للأنسجة البيولوجية من خلال تحليل وقت وصول الضوء المنعكس، وبالتالي توفير معلومات فيزيولوجية مرضية أعمق.
المفاهيم الفيزيائية
في قياسه، يقوم التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة المحدد زمنيًا بحقن نبضة من الضوء أقل من 100 بيكو ثانية ويسجل وقت وصول الفوتونات المتناثرة من الأنسجة. يتم تشتيت هذه الفوتونات وامتصاصها عدة مرات، ويوفر الرسم البياني لتوزيع وقت وصول الفوتون الناتج معلومات أساسية حول الامتصاص والتشتت.
"بما أن الأنسجة البيولوجية تتمتع بشفافية جيدة للضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء، فإن هذا يسمح لنا بالتحقق بعمق من البنية العميقة للأنسجة."
يكمن جوهر TD-NIRS في قدرته الفريدة على تحليل الوقت، والتي يمكنها تحسين تقدير تركيزات المكونات المختلفة في الأنسجة البيولوجية وتوفير المعلومات ذات الصلة عن حالة أكسجة الدم. وهذه البيانات ليست مهمة للتشخيص السريري فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تشكل الأساس لنماذج التنبؤ المبكر بالمرض.
تكوين الآلة
في بصريات التشتت في المجال الزمني، يتكون الجهاز بشكل أساسي من ثلاثة مكونات أساسية: مصدر ليزر نبضي، وكاشف أحادي الفوتون، وإلكترونيات توقيت.
مصدر الليزر
يجب أن تتمتع مصادر الضوء المستخدمة في التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة من المجال الزمني بخصائص محددة، بما في ذلك الطول الموجي للانبعاث في نطاق 650 إلى 1350 نانومتر، ومعدل تكرار عالي التردد (أكبر من 20 ميجا هرتز)، وقوة ليزر كافية ( أكثر من 1 ميغاواط). في الآونة الأخيرة، بدأت ليزرات الألياف النبضية المعتمدة على تقنية توليد الاستمرارية الفائقة تحظى بالاهتمام، على الرغم من أن استقرارها لا يزال بحاجة إلى مزيد من التحسين.
"توفر أجهزة ليزر Ti:sapphire القابلة للضبط المستخدمة في الماضي نطاقًا واسعًا من الأطوال الموجية، ولكنها ضخمة ومكلفة."
الكاشف
تحتاج أجهزة الكشف عن الفوتون الفردي إلى كفاءة عالية في الكشف عن الفوتون، ومساحة نشطة كبيرة، واستجابة زمنية قصيرة. كانت الأنابيب الضوئية المقترنة بالألياف (PMTs) هي الكاشف المفضل في هذا المجال، ومع ذلك، نظرًا لحجمها الكبير وحساسيتها للتداخل الكهرومغناطيسي، فقد تم استبدالها تدريجيًا بتقنيات كشف أخرى.
كرونوإلكترونيكس
يتمثل دور الإلكترونيات الزمنية في إعادة بناء الرسم البياني لتوزيع الوقت للفوتونات دون حدوث أي ضرر. يعتمد هذا عادةً على تقنية عد الفوتون الفردي المرتبط بالوقت (TCSPC) ويتم إنجازه باستخدام محول تمثيلي إلى رقمي (ADC) أو محول توقيت إلى رقمي (TDC).
حقول التطبيق
أظهر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة الذي تم حله زمنيًا إمكانات قوية في مجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية، بما في ذلك مراقبة الدماغ، والتصوير الشعاعي للثدي البصري، ومراقبة العضلات. لا تستطيع تقنيات الكشف غير الجراحية هذه مراقبة حالة جسم الإنسان لفترة طويلة فحسب، بل يمكنها أيضًا توفير المعلومات الفسيولوجية الأساسية في الوقت المناسب.
"سواء تم استخدامه لمراقبة الرضع أو البالغين بجانب السرير، فقد أثبت TD-NIRS قدراته التشخيصية القوية."
النظرة المستقبلية
مع مزيد من التطور التكنولوجي، من المتوقع أن يستمر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة من الأشعة تحت الحمراء الذي تم حله بالوقت في ممارسة مزاياه الفريدة في تكنولوجيا التصوير الطبي. وستركز الأبحاث المستقبلية على تحسين دقة القياسات وإمكانية تكرارها، بالإضافة إلى توسيع تطبيقاتها في المزيد من المجالات الطبية.
مع تقدم التكنولوجيا البصرية، هل يمكننا السماح لهذه التقنيات الجديدة بأن تعود بالنفع على صحة الإنسان على نطاق أوسع؟
