कंप्यूटेड टोमोग्राफी इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर

कंप्यूटेड टोमोग्राफी इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (सीटीआईएस) एक स्नैपशॉट हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर है जो एक दृश्य के त्रि-आयामी (अर्थात स्थानिक और वर्णक्रमीय) हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग डेटाक्यूब को 'ठीक' में उत्पन्न कर सकता है।

इतिहास
सीटीआईएस की परिकल्पना रिकेन (जापान) में ताकायुकी ओकामोटो और इचिरौ यामागुची द्वारा अलग-अलग की गई थी, और मास्को (रूस) में एफ. ब्यूलगिन और जी. विष्णकोव द्वारा की गई थी।  इस प्रकार इस अवधारणा को बाद में प्रोफेसर यूस्टेस डेरेनिएक के निर्देशन में एरिजोना विश्वविद्यालय में पीएचडी छात्र माइकल डेस्कॉर द्वारा विकसित किया गया था।

सीटीआईएस इमेजिंग पर आधारित पहला शोध प्रयोग आण्विक जीवविज्ञान के क्षेत्र में आयोजित किया गया था। इस प्रकार उसके बाद से प्रौद्योगिकी में कई सुधार प्रस्तावित किए गए हैं, विशेष रूप से हार्डवेयर के संबंध में: डाटाक्यूब पर अधिक जानकारी प्रदान करने वाले फैलाने वाले (ऑप्टिक्स) तत्व, सिस्टम के अंशांकन में वृद्धि। बड़े छवि संवेदकों के सामान्य विकास से सीटीआईएस की वृद्धि को भी बढ़ावा मिला। इस प्रकार अकादमिक उद्देश्यों के लिए, चूंकि अन्य स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, सीटीआईएस को सैन्य से लेकर नेत्र विज्ञान के लिए और खगोल विज्ञान अनुप्रयोगों में नियोजित किया गया है।

ऑप्टिकल लेआउट
सीटीआईएस उपकरण का ऑप्टिकल लेआउट शीर्ष छवि के बाईं ओर दिखाया गया है। इस प्रकार ऑब्जेक्टिव लेंस के छवि तल पर एक फ़ील्ड स्टॉप रखा जाता है, जिसके बाद एक लेंस डिस्पर्सर (जैसे कि विवर्तन झंझरी या प्रिज्म (ऑप्टिक्स)) से गुजरने से पहले प्रकाश को समेट लेता है। अंत में, एक री-इमेजिंग लेंस फ़ील्ड स्टॉप की छितरी हुई छवि को एक बड़े-प्रारूप डिटेक्टर सरणी पर मैप करता है।

परिणामी छवि
सीटीआईएस द्वारा प्राप्त की जाने वाली जानकारी को दृश्य के त्रि-आयामी डेटाक्यूब के रूप में देखा जा सकता है। इस प्रकार बेशक, यह घन भौतिक अंतरिक्ष में यांत्रिक वस्तुओं के रूप में उपस्तिथ नहीं है, किन्तु यह प्रतिनिधित्व छवि को कैप्चर करने के बारे में अंतर्ज्ञान प्राप्त करने में मदद करता है: जैसा कि दाईं ओर की आकृति में देखा गया है, छवि पर (एक यांत्रिक अर्थ में) डेटाक्यूब आकृतियों को अनुमानों के रूप में माना जा सकता है । केंद्रीय प्रक्षेपण, जिसे विवर्तन का 0वां क्रम कहा जाता है, वर्णक्रमीय अक्ष के बाद डेटाक्यूब का योग है (इसलिए, यह प्रक्षेपण एक पंचक्रोमेटिक फिल्म कैमरा के रूप में कार्य करता है)। इस प्रकार दाईं ओर 5 की छवि में, केंद्रीय प्रक्षेपण में संख्या को स्पष्ट रूप से पढ़ा जा सकता है, किन्तु प्रकाश के भूत के बारे में कोई जानकारी नहीं है।

इस प्रकार अन्य सभी अनुमान घन को तिरछे देखने के परिणाम हैं और इसलिए इसमें स्थानिक और वर्णक्रमीय जानकारी का मिश्रण होता है। असतत दृष्टिकोण से जहां डेटाक्यूब को वर्णक्रमीय स्लाइस के एक सेट के रूप में माना जाता है (जैसा कि ऊपर की आकृति में है, जहां दो ऐसे स्लाइस बैंगनी और लाल रंग में दर्शाए गए हैं), इन अनुमानों को स्लाइस के ढेर के आंशिक प्रसार के रूप में समझा जा सकता है।, ठीक उसी तरह जैसे एक जादूगर अपने पत्ते फैलाता है जिससे कि दर्शक सदस्य उनमें से किसी एक को चुन सके। इस प्रकार यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि विशिष्ट वर्णक्रमीय फैलाव और एक सेंसर के विशिष्ट आकार के लिए, किसी दिए गए स्लाइस की वर्णक्रमीय जानकारी अन्य निकटतम स्लाइस से एक के साथ अतिव्यापी होती है। 5 छवि में, साइड प्रोजेक्शन में कोई भी देख सकता है कि संख्या स्पष्ट रूप से पढ़ने योग्य नहीं है (स्थानिक जानकारी का नुकसान), किन्तु यह कि कुछ वर्णक्रमीय जानकारी उपलब्ध है (अर्थात कुछ तरंग दैर्ध्य दूसरों की तुलना में उज्जवल दिखाई देते हैं)। इसलिए, इमेज में डेटाक्यूब के बारे में बहुसंकेतन जानकारी है।

अनुमानों की संख्या और लेआउट कार्यरत विवर्तक तत्व के प्रकार पर निर्भर करते हैं। विशेष रूप से, विवर्तन के एक से अधिक क्रमों को पकड़ा जा सकता है।

डाटाक्यूब पुनर्निर्माण
परिणामी छवि में डेटाक्यूब की सभी जानकारी सम्मिलित है। इस छवि को 3डी अनुपात-वर्णक्रमीय स्थान में वापस बदलने के लिए एक पुनर्निर्माण एल्गोरिथम करना आवश्यक है। इसलिए, सीटीआईएस एक कम्प्यूटेशनल इमेजिंग सिस्टम है।

एक्स-रे कंप्यूटेड टोमोग्राफी से लिंक

संकल्पनात्मक रूप से, कोई व्यक्ति डेटाक्यूब के प्रत्येक अनुमानों पर सीटी स्कैन द्वारा मापे गए एक्स-रे अनुमानों के अनुरूप तरीके से विचार कर सकता है। रोगी के शरीर के भीतर मात्रा वितरण का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले मेडिकल एक्स-रे कंप्यूटेड टोमोग्राफी उपकरण है। इसलिए, सीटीआईएस पुनर्निर्माण के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एल्गोरिदम अध्ययन के एक्स-रे सीटी क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले एल्गोरिदम के समान हैं। विशेष रूप से, डेस्कोर द्वारा उपयोग किया जाने वाला एल्गोरिदम एक्स-रे सीटी पुनर्निर्माण में सीधे मौलिक कार्य से लिया जाता है। तब से, थोड़ी अधिक विस्तृत तकनीकों को नियोजित किया गया है, उसी तरह (किन्तु उसी हद तक नहीं) 80 के दशक से एक्स-रे सीटी पुनर्निर्माण में सुधार हुआ है।

कठिनाइयाँ
एक्स-रे सीटी क्षेत्र की तुलना में, सीटीआईएस पुनर्निर्माण कुख्यात रूप से अधिक कठिन है। विशेष रूप से, सीटीआईएस अधिग्रहण से उत्पन्न अनुमानों की संख्या सामान्यतः एक्स-रे सीटी की तुलना में बहुत कम होती है। प्रोजेक्शन-स्लाइस प्रमेय के बाद, यह एक धुंधला पुनर्निर्माण का परिणाम है। इसके अतिरिक्त, एक्स-रे सीटी के विपरीत जहां अनुमान रोगी के चारों ओर प्राप्त किए जाते हैं, सीटीआईएस, सभी इमेजिंग सिस्टम के रूप में, केवल एक बिंदु से दृश्य प्राप्त करता है, और इसलिए कई प्रक्षेपण कोण अप्राप्य हैं।

बाहरी संबंध

 * A fast reconstruction algorithm for computed tomography imaging spectrometer (CTIS) is documented in the paper: Larz White, W. Bryan Bell, Ryan Haygood, "Accelerating computed tomographic imaging spectrometer reconstruction using a parallel algorithm exploiting spatial shift-invariance", Opt. Eng. 59(5), 055110 (2020).