यूके के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक अनोखा एंडोस्कोप डिज़ाइन किया है जो ध्वनि और प्रकाश का उपयोग करके आणविक तराजू पर ऊतक के नमूनों की छवि बनाता है, जो एक डिटेक्टर पर आधारित है जो एक मेडिकल सुई के अंदर फिट होने के लिए काफी छोटा है। उनके अध्ययन में, वेनफेंग ज़िया और सहयोगियों किंग्स कॉलेज लंदन और यूनिवर्सिटी कॉलेज लंडन फोटोकॉस्टिक इमेजिंग तकनीक के कई प्रमुख पहलुओं में सुधार किया गया - आवश्यक उपकरण के आकार का त्याग किए बिना तेजी से इमेजिंग समय सुनिश्चित करना।
फोटोकॉस्टिक एंडोस्कोपी एक अत्याधुनिक तकनीक है जो 3डी मेडिकल इमेज बनाने के लिए अल्ट्रासाउंड को ऑप्टिकल एंडोस्कोपिक इमेजिंग के साथ जोड़ती है। यह एंडोस्कोप के ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से लेजर दालों को भेजकर काम करता है, जो शरीर के अंदर सूक्ष्म संरचनाओं द्वारा अवशोषित होते हैं। जैसे ही वे प्रकाश की ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, ये संरचनाएं ध्वनिक तरंगें उत्पन्न करती हैं - जिन्हें पीज़ोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर द्वारा स्वयं उठाया जाता है और छवियों में परिवर्तित किया जाता है।
यह तकनीक शोधकर्ताओं को सूक्ष्म संरचनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला चुनने की अनुमति देती है: व्यक्तिगत कोशिकाओं से लेकर डीएनए के स्ट्रैंड तक। यह पहले से ही पूरी तरह से ऑप्टिकल एंडोस्कोप की कई सीमाओं को संबोधित करता है, जिसमें कोशिकाओं की कुछ परतों से अधिक में प्रवेश करने में असमर्थता भी शामिल है। फिर भी इन फायदों के बावजूद, फोटोकॉस्टिक एंडोस्कोपी को अभी भी एक व्यापार-बंद का सामना करना पड़ता है: उच्च इमेजिंग गति प्राप्त करने के लिए, इसे भारी, अधिक महंगे अल्ट्रासाउंड डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है, जो न्यूनतम-आक्रामक सर्जरी में इसकी प्रयोज्यता को सीमित करता है।
इस चुनौती से निपटने के लिए ज़िया की टीम ने एक नया दृष्टिकोण पेश किया है। डिज़ाइन - में रिपोर्ट किया गया बायोमेडिकल ऑप्टिक्स एक्सप्रेस - सबसे पहले एक "डिजिटल माइक्रोमिरर" की सुविधा है जिसमें लगभग दस लाख सूक्ष्म दर्पणों की एक श्रृंखला होती है, जिनमें से प्रत्येक की स्थिति को तेजी से समायोजित किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने नमूनों को स्कैन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले लेजर बीम के वेवफ्रंट को सटीक रूप से आकार देने के लिए इस सेटअप का उपयोग किया।
पीजोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर के बजाय, शोधकर्ताओं ने एक बहुत कम भारी ऑप्टिकल माइक्रोरेसोनेटर पेश किया। ऑप्टिकल फाइबर की नोक पर फिट होने वाले इस उपकरण में विशेष दर्पणों की एक जोड़ी के बीच एक विकृत एपॉक्सी स्पेसर लगा होता है। आने वाली अल्ट्रासाउंड तरंगें एपॉक्सी को विकृत कर देती हैं, जिससे दर्पणों के बीच की दूरी बदल जाती है। इससे माइक्रोरेसोनेटर की परावर्तनशीलता में परिवर्तन होता है क्योंकि एंडोस्कोप नमूनों पर रैस्टर-स्कैन किया जाता है।
जब एक अलग ऑप्टिकल फाइबर के साथ एंडोस्कोप की नोक पर पहुंचाए गए दूसरे लेजर से पूछताछ की जाती है, तो ये विविधताएं फाइबर के साथ परावर्तित प्रकाश की मात्रा को बदल देती हैं। इन परिवर्तनों की निगरानी करके, टीम द्वारा विकसित एक एल्गोरिदम नमूने की छवियों का निर्माण कर सकता है और उनका उपयोग यह गणना करने के लिए कर सकता है कि स्कैनिंग लेजर के वेवफ्रंट को अधिक इष्टतम छवियों का उत्पादन करने के लिए कैसे समायोजित किया जा सकता है। इस जानकारी के साथ, डिजिटल माइक्रोमिरर को तदनुसार समायोजित किया जाता है, और प्रक्रिया दोहराई जाती है।
स्कैनिंग लेजर बीम की फोकल लंबाई को समायोजित करके, एंडोस्कोप उनकी सतहों से 20 माइक्रोन की गहराई तक नमूनों को भी स्कैन कर सकता है - जिससे ज़िया की टीम को वास्तविक समय में अनुकूलित 3 डी छवियां बनाने की अनुमति मिलती है।
इन अद्वितीय क्षमताओं को प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने उपकरण का उपयोग माउस लाल रक्त कोशिकाओं के एक समूह की छवि बनाने के लिए किया, जो लगभग 100 माइक्रोमीटर के क्षेत्र में फैला हुआ था। फोटोकॉस्टिक स्कैन के मोज़ेक को एक साथ जोड़कर, एंडोस्कोप ने लगभग 3 फ्रेम प्रति सेकंड की गति से कोशिकाओं की 3डी छवियां तैयार कीं।
अपनी सफलता के आधार पर, ज़िया और सहकर्मियों को अब उम्मीद है कि उनका एंडोस्कोप न्यूनतम-इनवेसिव सर्जरी में नई प्रगति को प्रेरित कर सकता है - जिससे चिकित्सकों को वास्तविक समय में ऊतकों के आणविक और सेलुलर-स्केल मेकअप का आकलन करने की अनुमति मिल सकती है। भविष्य के अध्ययनों में, टीम का लक्ष्य यह पता लगाना होगा कि कृत्रिम बुद्धिमत्ता फोटोकॉस्टिक इमेजिंग गति को और भी अधिक बढ़ाने में कैसे मदद कर सकती है।
