फोटॉन की गिनती: Difference between revisions

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{{Short description|Counting photons using a single-photon detector}}
{{Short description|Counting photons using a single-photon detector}}
[[File:Prototype photon counting system, c 1980s. (9660571969).jpg|thumb|एक प्रोटोटाइप एकल-फ़ोटॉन संसूचक जिसका उपयोग 200-इंच [[हेल ​​​​टेलीस्कोप]] पर किया गया था। [[हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी]] में एक समान संसूचक है।]]फोटॉन गिनती एक ऐसी तकनीक है जिसमें एकल-फोटॉन संसूचक (एसपीडी) का उपयोग करके अलग-अलग फोटॉन की गणना की जाती है।  एक एकल-फोटॉन संसूचक प्रत्येक पहचाने गए फोटॉन के लिए संकेत की एक पल्स उत्सर्जित करता है, जो [[फोटॉन प्रवाह]] के आनुपातिक एनालॉग संकेत उत्पन्न करता है। माप अंतराल के अनुसार [[फोटोन]] की एक पूर्णांक संख्या का पता लगाया जाता है। [[गिनती दक्षता]] [[क्वांटम दक्षता|परिमाण दक्षता]] और सिस्टम के इलेक्ट्रॉनिक नुकसान से निर्धारित होती है।
[[File:Prototype photon counting system, c 1980s. (9660571969).jpg|thumb|एक प्रोटोटाइप एकल-फ़ोटॉन संसूचक जिसका उपयोग 200-इंच [[हेल ​​​​टेलीस्कोप]] पर किया गया था। [[हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी]] में एक समान संसूचक है।]]फोटॉन गिनती एक ऐसी विधि है जिसमें एकल-फोटॉन संसूचक (एसपीडी) का उपयोग करके अलग-अलग फोटॉन की गणना की जाती है।  एक एकल-फोटॉन संसूचक प्रत्येक पहचाने गए फोटॉन के लिए संकेत की एक पल्स उत्सर्जित करता है, जो [[फोटॉन प्रवाह]] के आनुपातिक एनालॉग संकेत उत्पन्न करता है। माप अंतराल के अनुसार [[फोटोन]] की एक पूर्णांक संख्या का पता लगाया जाता है। [[गिनती दक्षता]] [[क्वांटम दक्षता|परिमाण दक्षता]] और प्रणाली के इलेक्ट्रॉनिक हानि से निर्धारित होती है।


अलग-अलग फोटॉनों का पता लगाने के लिए कई फोटोडेटेक्टरों को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक के सापेक्ष फायदे और नुकसान हैं। <ref name="marsili">{{cite press release |author=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |title=सबसे तेज़ सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर सिस्टम में उच्च दक्षता|url=https://www.nist.gov/pml/div686/manufacturing/high-efficiency-single-photon-detector.cfm |publisher=[[National Institute of Standards and Technology]] |date=February 19, 2013 |access-date=2018-10-11}}</ref><ref>{{cite journal |first=RH |last=Hadfield |title=ऑप्टिकल क्वांटम सूचना अनुप्रयोगों के लिए सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर|journal=Nature Photonics |volume=3 |issue=12 |page=696 |date=2009|doi=10.1038/nphoton.2009.230 |bibcode=2009NaPho...3..696H }}</ref> सामान्य प्रकारों में [[फोटोमल्टीप्लायर]], [[गीगर काउंटर|गीगर पटल]], एकल-फोटॉन हिमस्खलन डायोड, [[सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर|अतिचालक नैनोवायर एकल-फोटॉन संसूचक]], [[संक्रमण बढ़त सेंसर]] और [[जगमगाहट काउंटर|दीप्ति पटल]] शामिल हैं। चार्ज-युग्मित उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।
अलग-अलग फोटॉनों का पता लगाने के लिए कई फोटोडेटेक्टरों को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक के सापेक्ष फायदे और हानि हैं। <ref name="marsili">{{cite press release |author=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |title=सबसे तेज़ सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर सिस्टम में उच्च दक्षता|url=https://www.nist.gov/pml/div686/manufacturing/high-efficiency-single-photon-detector.cfm |publisher=[[National Institute of Standards and Technology]] |date=February 19, 2013 |access-date=2018-10-11}}</ref><ref>{{cite journal |first=RH |last=Hadfield |title=ऑप्टिकल क्वांटम सूचना अनुप्रयोगों के लिए सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर|journal=Nature Photonics |volume=3 |issue=12 |page=696 |date=2009|doi=10.1038/nphoton.2009.230 |bibcode=2009NaPho...3..696H }}</ref> सामान्य प्रकारों में [[फोटोमल्टीप्लायर]], [[गीगर काउंटर|गीगर पटल]], एकल-फोटॉन हिमस्खलन डायोड, [[सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर|अतिचालक नैनोवायर एकल-फोटॉन संसूचक]], [[संक्रमण बढ़त सेंसर|संक्रमण बढ़त संवेदक]] और [[जगमगाहट काउंटर|दीप्ति पटल]] सम्मिलित हैं। चार्ज-युग्मित उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।


== लाभ ==
== लाभ ==
फोटॉन की गिनती लाभ शोर को समाप्त करती है, जहां एनालॉग संकेत आउट और फोटॉन की संख्या के बीच आनुपातिकता निरंतर यादृच्छिक रूप से भिन्न होती है। इस प्रकार, एक फोटॉन-गिनती संसूचक का [[अतिरिक्त शोर कारक]] एकता है, और फोटॉन की एक निश्चित संख्या के लिए प्राप्त करने योग्य संकेत-ध्वनि अनुपात आमतौर पर फोटॉन की गिनती के बिना समान संसूचक से अधिक होता है।<ref>{{Cite web|last=K.K|first=Hamamatsu Photonics|title=जांच प्रश्न और उत्तर|url=https://hub.hamamatsu.com/us/en/ask-engineer/detection-questions-and-answers/index.html|access-date=2020-08-14|website=hub.hamamatsu.com|language=en}}</ref>
फोटॉन की गिनती लाभ शोर को समाप्त करती है, जहां एनालॉग संकेत आउट और फोटॉन की संख्या के बीच आनुपातिकता निरंतर यादृच्छिक रूप से भिन्न होती है। इस प्रकार, एक फोटॉन-गिनती संसूचक का [[अतिरिक्त शोर कारक]] एकता है, और फोटॉन की एक निश्चित संख्या के लिए प्राप्त करने योग्य संकेत-ध्वनि अनुपात सामान्यतः फोटॉन की गिनती के बिना समान संसूचक से अधिक होता है।<ref>{{Cite web|last=K.K|first=Hamamatsu Photonics|title=जांच प्रश्न और उत्तर|url=https://hub.hamamatsu.com/us/en/ask-engineer/detection-questions-and-answers/index.html|access-date=2020-08-14|website=hub.hamamatsu.com|language=en}}</ref>


फोटॉन की गिनती अस्थायी संकल्प में सुधार कर सकती है। एक पारंपरिक संसूचक में, कई आने वाले फोटॉन अतिव्यापी [[आवेग प्रतिक्रिया]] उत्पन्न करते हैं, अस्थायी संकल्प को संसूचक के गिरने के समय तक सीमित करते हैं। हालांकि, अगर यह ज्ञात है कि एक फोटॉन का पता चला है, तो आवेग प्रतिक्रिया के केंद्र का मूल्यांकन इसके आगमन के समय को ठीक से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) का उपयोग करते हुए, 25 ps से कम के अस्थायी रिज़ॉल्यूशन को 20 गुना से अधिक गिरावट के समय वाले संसूचकों का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।<ref>{{cite web |title=Fast-Acquisition TCSPC FLIM System with sub-25 ps IRF Width |url=https://www.photonicsolutions.co.uk/upfiles/FastAcquisitionTCSPCFLIMSystemApplicationNoteLG21Jun18.pdf |publisher=Becker and Hickl |accessdate=17 August 2020}}</ref>
फोटॉन की गिनती अस्थायी संकल्प में सुधार कर सकती है। एक पारंपरिक संसूचक में, कई आने वाले फोटॉन अतिव्यापी [[आवेग प्रतिक्रिया]] उत्पन्न करते हैं, अस्थायी संकल्प को संसूचक के गिरने के समय तक सीमित करते हैं। चूंकि, यदि यह ज्ञात है कि एक फोटॉन का पता चला है, तो आवेग प्रतिक्रिया के केंद्र का मूल्यांकन इसके आगमन के समय को ठीक से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) का उपयोग करते हुए, 25 पीएस से कम के अस्थायी स्थिरता को 20 गुना से अधिक गिरावट के समय वाले संसूचकों का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।<ref>{{cite web |title=Fast-Acquisition TCSPC FLIM System with sub-25 ps IRF Width |url=https://www.photonicsolutions.co.uk/upfiles/FastAcquisitionTCSPCFLIMSystemApplicationNoteLG21Jun18.pdf |publisher=Becker and Hickl |accessdate=17 August 2020}}</ref>




'''इसके आगमन के समय को ठीक से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) का उपयोग'''   
'''इसके आगमन के समय को ठीक से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) का उपयोग'''   
== नुकसान ==
== हानि ==
एकल-फोटॉन संसूचक आमतौर पर एक समय में एक फोटॉन का पता लगाने तक सीमित होते हैं और पहचान घटनाओं के बीच रीसेट करने के लिए समय की आवश्यकता हो सकती है। इस अंतराल के दौरान आने वाले फोटॉन का पता नहीं लगाया जा सकता है। इसलिए, अधिकतम प्रकाश [[विकिरण]] जिसे सटीक रूप से मापा जा सकता है, आमतौर पर कम होता है। फोटॉनों की छोटी संख्या से बने मापों में आंतरिक रूप से कम संकेत-ध्वनि अनुपात होता है, जो उत्सर्जित फोटॉनों की  भिन्न संख्या के कारण होता है। पारंपरिक संसूचकों में यह प्रभाव कम स्पष्ट होता है जो एक साथ बड़ी संख्या में फोटॉन का पता लगा सकते हैं। इसलिए फोटॉन गिनती के साथ संकेत-ध्वनि अनुपात आमतौर पर पारंपरिक पहचान की तुलना में बहुत कम होता है, और प्रयोग करने योग्य छवियों को प्राप्त करने के लिए लंबे अधिग्रहण समय की आवश्यकता हो सकती है।
एकल-फोटॉन संसूचक सामान्यतः एक समय में एक फोटॉन का पता लगाने तक सीमित होते हैं और पहचान घटनाओं के बीच पुनर्नियोजन करने के लिए समय की आवश्यकता हो सकती है। इस अंतराल के समय आने वाले फोटॉन का पता नहीं लगाया जा सकता है। इसलिए, अधिकतम प्रकाश [[विकिरण]] जिसे स्पष्ट रूप से मापा जा सकता है, सामान्यतः कम होता है। फोटॉनों की छोटी संख्या से बने मापों में आंतरिक रूप से कम संकेत-ध्वनि अनुपात होता है, जो उत्सर्जित फोटॉनों की  भिन्न संख्या के कारण होता है। पारंपरिक संसूचकों में यह प्रभाव कम स्पष्ट होता है जो एक साथ बड़ी संख्या में फोटॉन का पता लगा सकते हैं। इसलिए फोटॉन गिनती के साथ संकेत-ध्वनि अनुपात सामान्यतः पारंपरिक पहचान की तुलना में बहुत कम होता है, और प्रयोग करने योग्य छवियों को प्राप्त करने के लिए लंबे अधिग्रहण समय की आवश्यकता हो सकती है।


== अनुप्रयोग ==
== अनुप्रयोग ==
एकल-फोटॉन डिटेक्शन जैसे क्षेत्रों में उपयोगी है:<ref name="marsili" />
एकल-फोटॉन संसूचन जैसे क्षेत्रों में उपयोगी है:<ref name="marsili" />


* [[फाइबर ऑप्टिक संचार]]
* [[फाइबर ऑप्टिक संचार]]
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=== चिकित्सा ===
=== चिकित्सा ===
[[ रेडियोलोजी ]] में, [[एक्स-रे इमेजिंग]] तौर-तरीकों के प्रमुख नुकसानों में से एक आयनीकरण विकिरण का नकारात्मक प्रभाव है। यद्यपि छोटे जोखिम (जैसा कि अधिकांश चिकित्सा इमेजिंग में उपयोग किया जाता है) से जोखिम को छोटा माना जाता है, यथोचित व्यावहारिक ([[ALARP|अलारप]]) के रूप में कम [[विकिरण सुरक्षा]] सिद्धांत हमेशा लागू होता है। जोखिम को कम करने का एक तरीका [[एक्स-रे डिटेक्टर|एक्स-रे संसूचक]] को जितना संभव हो उतना कुशल बनाना है, ताकि दी गई डायग्नोस्टिक छवि गुणवत्ता के लिए कम विकिरण खुराक का उपयोग किया जा सके। शोर को अधिक आसानी से अस्वीकार करने की उनकी क्षमता के कारण फोटॉन गिनती संसूचक मदद कर सकते हैं।<ref>{{cite book |last1=Shikhaliev |first1=M |editor1-last=Iwanczyk |editor1-first=Jan S. |title=चिकित्सा इमेजिंग के लिए विकिरण डिटेक्टर|date=2015 |publisher=CRC Press |location=Boca Raton, FL |isbn=9781498766821 |pages=2–21 |url=https://books.google.com/books?id=7wYZCwAAQBAJ |chapter=Medical X-ray and CT Imaging with Photon-Counting Detectors}}</ref><रेफरी नाम = दृष्टि 20/20>{{cite journal |last1=Taguchi |first1=Katsuyuki |last2=Iwanczyk |first2=Jan S. |title=विजन 20/20: चिकित्सा इमेजिंग में एकल फोटोन गिनती एक्स-रे संसूचक|journal=Medical Physics |date=12 September 2013 |volume=40 |issue=10 |pages=100901 |doi=10.1118/1.4820371 |pmid=24089889 |pmc=3786515 |bibcode=2013MedPh..40j0901T}<nowiki></ref></nowiki> फोटॉन गिनती रंगीन फोटोग्राफी के अनुरूप है, जहां प्रभारी एकीकरण की तुलना में प्रत्येक फोटॉन की अलग-अलग ऊर्जा उत्पादन को प्रभावित करती है, जो केवल संकेत की तीव्रता पर विचार करती है, जैसा कि ब्लैक एंड व्हाइट फोटोग्राफी में होता है। रेफरी>{{Cite web|title=फोटॉन काउंटिंग समझाया|url=https://directconversion.com/insight/photon-counting/|access-date=2022-02-10|website=Direct Conversion|language=en-US}}</ref>
[[ रेडियोलोजी ]] में, [[एक्स-रे इमेजिंग]] तौर-तरीकों के प्रमुख हानिों में से एक आयनीकरण विकिरण का नकारात्मक प्रभाव है। यद्यपि छोटे कठिन परिस्थिति (जैसा कि अधिकांश चिकित्सा इमेजिंग में उपयोग किया जाता है) से कठिन परिस्थिति को छोटा माना जाता है, यथोचित व्यावहारिक ([[ALARP|अलारप]]) के रूप में कम [[विकिरण सुरक्षा]] सिद्धांत सदैव प्रयुक्त होता है। कठिन परिस्थिति को कम करने का एक विधि [[एक्स-रे डिटेक्टर|एक्स-रे संसूचक]] को जितना संभव हो उतना कुशल बनाना है, जिससे दी गई डायग्नोस्टिक छवि गुणवत्ता के लिए कम विकिरण खुराक का उपयोग किया जा सके। शोर को अधिक आसानी से अस्वीकार करने की उनकी क्षमता के कारण फोटॉन गिनती संसूचक सहायता कर सकते हैं।<ref>{{cite book |last1=Shikhaliev |first1=M |editor1-last=Iwanczyk |editor1-first=Jan S. |title=चिकित्सा इमेजिंग के लिए विकिरण डिटेक्टर|date=2015 |publisher=CRC Press |location=Boca Raton, FL |isbn=9781498766821 |pages=2–21 |url=https://books.google.com/books?id=7wYZCwAAQBAJ |chapter=Medical X-ray and CT Imaging with Photon-Counting Detectors}}</ref><रेफरी नाम = दृष्टि 20/20>{{cite journal |last1=Taguchi |first1=Katsuyuki |last2=Iwanczyk |first2=Jan S. |title=विजन 20/20: चिकित्सा इमेजिंग में एकल फोटोन गिनती एक्स-रे संसूचक|journal=Medical Physics |date=12 September 2013 |volume=40 |issue=10 |pages=100901 |doi=10.1118/1.4820371 |pmid=24089889 |pmc=3786515 |bibcode=2013MedPh..40j0901T}<nowiki></ref></nowiki> फोटॉन गिनती रंगीन फोटोग्राफी के अनुरूप है, जहां प्रभारी एकीकरण की तुलना में प्रत्येक फोटॉन की अलग-अलग ऊर्जा उत्पादन को प्रभावित करती है, जो केवल संकेत की तीव्रता पर विचार करती है, जैसा कि ब्लैक एंड व्हाइट फोटोग्राफी में होता है। रेफरी>{{Cite web|title=फोटॉन काउंटिंग समझाया|url=https://directconversion.com/insight/photon-counting/|access-date=2022-02-10|website=Direct Conversion|language=en-US}}</ref>
 
[[फोटॉन-गिनती [[मैमोग्राफी]]]] को 2003 में व्यावसायिक रूप से पेश किया गया था। हालांकि ऐसी प्रणालियां व्यापक नहीं हैं, कुछ सबूत [[फ्लैट पैनल डिटेक्टर|फ्लैट पैनल संसूचक]]ों के साथ अन्य मैमोग्राफी सिस्टम की तुलना में लगभग 40% कम खुराक पर तुलनीय छवियां बनाने की उनकी क्षमता का समर्थन करते हैं।
रेफरी>{{cite journal |last1=McCullagh |first1=J B |last2=Baldelli |first2=P |last3=Phelan |first3=N |title=ब्रेस्ट स्क्रीनिंग प्रोग्राम में फुल फील्ड डिजिटल मैमोग्राफी का नैदानिक ​​खुराक प्रदर्शन|journal=The British Journal of Radiology |date=November 2011 |volume=84 |issue=1007 |pages=1027–1033 |doi=10.1259/bjr/83821596 |pmid=21586506 |pmc=3473710}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Weigel |first1=Stefanie |last2=Berkemeyer |first2=Shoma |last3=Girnus |first3=Ralf |last4=Sommer |first4=Alexander |last5=Lenzen |first5=Horst |last6=Heindel |first6=Walter |title=Digital Mammography Screening with Photon-counting Technique: Can a High Diagnostic Performance Be Realized at Low Mean Glandular Dose? |journal=Radiology |date=May 2014 |volume=271 |issue=2 |pages=345–355 |doi=10.1148/radiol.13131181|pmid=24495234 |doi-access=free }}</ref> [[स्पेक्ट्रल इमेजिंग (रेडियोग्राफी)]] तकनीक बाद में फोटॉन ऊर्जा के बीच भेदभाव करने के लिए विकसित की गई थी,<ref>{{cite book|chapter-url=https://books.google.com/books?id=kgJ-DwAAQBAJ&pg=PT51|title=विकिरण का पता लगाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स|last1=Iwanczyk|first1=Jan S|last2=Barber|first2=W C|last3=Nygård|first3=Einar|last4=Malakhov|first4=Nail|last5=Hartsough|first5=N E|last6=Wessel|first6=J C|date=2018|publisher=CRC Press|isbn=9781439858844|editor1-last=Iniewski|editor1-first=Krzysztof|chapter=Photon-Counting Energy-Dispersive Detector Arrays for X-Ray Imaging}}</ref><रेफरी नाम = विजन20/20 /> छवि गुणवत्ता में और सुधार करने की संभावना के साथ<ref name="Berglund 031003">{{Cite journal|last1=Berglund|first1=Johan|last2=Johansson|first2=Henrik|last3=Lundqvist|first3=Mats|last4=Cederström|first4=Björn|last5=Fredenberg|first5=Erik|date=2014-08-28|title=Energy weighting improves dose efficiency in clinical practice: implementation on a spectral photon-counting mammography system|journal=Journal of Medical Imaging|volume=1|issue=3|pages=031003|doi=10.1117/1.JMI.1.3.031003|issn=2329-4302|pmc=4478791|pmid=26158045}}</ref> और ऊतक के प्रकारों को भेद करने के लिए।<ref>{{Cite journal|last1=Fredenberg|first1=Erik|last2=Willsher|first2=Paula|last3=Moa|first3=Elin|last4=Dance|first4=David R|last5=Young|first5=Kenneth C|last6=Wallis|first6=Matthew G|date=2018-11-22|title=Measurement of breast-tissue x-ray attenuation by spectral imaging: fresh and fixed normal and malignant tissue|journal=Physics in Medicine & Biology|volume=63|issue=23|pages=235003|doi=10.1088/1361-6560/aaea83 | arxiv=2101.02755|pmid=30465547|bibcode=2018PMB....63w5003F |s2cid=53717425 |issn=1361-6560|url=https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/289601}}</ref> [[फोटॉन-काउंटिंग कंप्यूटेड टोमोग्राफी|फोटॉन-गिनती कंप्यूटेड टोमोग्राफी]] एक अन्य रुचि क्षेत्र है, जो तेजी से विकसित हो रहा है और नैदानिक ​​व्यवहार्यता के करीब पहुंच रहा है।<ref>{{Cite book|last1=Yveborg|first1=Moa|last2=Xu|first2=Cheng|last3=Fredenberg|first3=Erik|last4=Danielsson|first4=Mats|title=Medical Imaging 2009: Physics of Medical Imaging |date=2009-02-26|editor-last=Samei|editor-first=Ehsan|editor2-last=Hsieh|editor2-first=Jiang|chapter=Photon-counting CT with silicon detectors: feasibility for pediatric imaging|volume=7258 |chapter-url=http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?doi=10.1117/12.813733|location=Lake Buena Vista, FL|pages=704–709|doi=10.1117/12.813733|arxiv=2101.09439|s2cid=120218867 }}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Pourmorteza|first1=Amir|last2=Symons|first2=Rolf|last3=Sandfort|first3=Veit|last4=Mallek|first4=Marissa|last5=Fuld|first5=Matthew K.|last6=Henderson|first6=Gregory|last7=Jones|first7=Elizabeth C.|last8=Malayeri|first8=Ashkan A.|last9=Folio|first9=Les R.|last10=Bluemke|first10=David A.|date=April 2016|title=Abdominal Imaging with Contrast-enhanced Photon-counting CT: First Human Experience|journal=Radiology|volume=279|issue=1|pages=239–245|doi=10.1148/radiol.2016152601|issn=0033-8419|pmc=4820083|pmid=26840654}}</ref><ref>{{Cite web|title=First 3D colour X-ray of a human using CERN technology|url=https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/first-3d-colour-x-ray-human-using-cern-technology|access-date=2020-11-23|website=CERN|language=en}}</ref><ref>{{Cite web|title=New 3D colour X-rays made possible with CERN technology|url=https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/new-3d-colour-x-rays-made-possible-cern-technology|access-date=2020-11-23|website=CERN|language=en}}</ref>


फोटॉन-गिनती [[मैमोग्राफी]] को 2003 में व्यावसायिक रूप से प्रस्तुत किया गया था। चूंकि ऐसी प्रणालियां व्यापक नहीं हैं, कुछ सबूत [[फ्लैट पैनल डिटेक्टर|फ्लैट पैनल संसूचक]] के साथ अन्य मैमोग्राफी प्रणाली की तुलना में लगभग 40% कम खुराक पर तुलनीय छवियां बनाने की उनकी क्षमता का समर्थन करते हैं।


रेफरी>{{cite journal |last1=McCullagh |first1=J B |last2=Baldelli |first2=P |last3=Phelan |first3=N |title=ब्रेस्ट स्क्रीनिंग प्रोग्राम में फुल फील्ड डिजिटल मैमोग्राफी का नैदानिक ​​खुराक प्रदर्शन|journal=The British Journal of Radiology |date=November 2011 |volume=84 |issue=1007 |pages=1027–1033 |doi=10.1259/bjr/83821596 |pmid=21586506 |pmc=3473710}}<nowiki></ref></nowiki><ref>{{cite journal |last1=Weigel |first1=Stefanie |last2=Berkemeyer |first2=Shoma |last3=Girnus |first3=Ralf |last4=Sommer |first4=Alexander |last5=Lenzen |first5=Horst |last6=Heindel |first6=Walter |title=Digital Mammography Screening with Photon-counting Technique: Can a High Diagnostic Performance Be Realized at Low Mean Glandular Dose? |journal=Radiology |date=May 2014 |volume=271 |issue=2 |pages=345–355 |doi=10.1148/radiol.13131181|pmid=24495234 |doi-access=free }}</ref> [[स्पेक्ट्रल इमेजिंग (रेडियोग्राफी)]] विधि बाद में फोटॉन ऊर्जा के बीच विभेदन करने के लिए विकसित की गई थी,<ref>{{cite book|chapter-url=https://books.google.com/books?id=kgJ-DwAAQBAJ&pg=PT51|title=विकिरण का पता लगाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स|last1=Iwanczyk|first1=Jan S|last2=Barber|first2=W C|last3=Nygård|first3=Einar|last4=Malakhov|first4=Nail|last5=Hartsough|first5=N E|last6=Wessel|first6=J C|date=2018|publisher=CRC Press|isbn=9781439858844|editor1-last=Iniewski|editor1-first=Krzysztof|chapter=Photon-Counting Energy-Dispersive Detector Arrays for X-Ray Imaging}}</ref> <रेफरी नाम = विजन20/20 /> छवि गुणवत्ता में और सुधार करने की संभावना के साथ<ref name="Berglund 031003">{{Cite journal|last1=Berglund|first1=Johan|last2=Johansson|first2=Henrik|last3=Lundqvist|first3=Mats|last4=Cederström|first4=Björn|last5=Fredenberg|first5=Erik|date=2014-08-28|title=Energy weighting improves dose efficiency in clinical practice: implementation on a spectral photon-counting mammography system|journal=Journal of Medical Imaging|volume=1|issue=3|pages=031003|doi=10.1117/1.JMI.1.3.031003|issn=2329-4302|pmc=4478791|pmid=26158045}}</ref> और ऊतक के प्रकारों को विभेदन  करने के लिए उपयोग किया गया है।<ref>{{Cite journal|last1=Fredenberg|first1=Erik|last2=Willsher|first2=Paula|last3=Moa|first3=Elin|last4=Dance|first4=David R|last5=Young|first5=Kenneth C|last6=Wallis|first6=Matthew G|date=2018-11-22|title=Measurement of breast-tissue x-ray attenuation by spectral imaging: fresh and fixed normal and malignant tissue|journal=Physics in Medicine & Biology|volume=63|issue=23|pages=235003|doi=10.1088/1361-6560/aaea83 | arxiv=2101.02755|pmid=30465547|bibcode=2018PMB....63w5003F |s2cid=53717425 |issn=1361-6560|url=https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/289601}}</ref> [[फोटॉन-काउंटिंग कंप्यूटेड टोमोग्राफी|फोटॉन-गिनती कंप्यूटेड टोमोग्राफी]] एक अन्य रुचि क्षेत्र है, जो तेजी से विकसित हो रहा है और नैदानिक ​​व्यवहार्यता के करीब पहुंच रहा है।<ref>{{Cite book|last1=Yveborg|first1=Moa|last2=Xu|first2=Cheng|last3=Fredenberg|first3=Erik|last4=Danielsson|first4=Mats|title=Medical Imaging 2009: Physics of Medical Imaging |date=2009-02-26|editor-last=Samei|editor-first=Ehsan|editor2-last=Hsieh|editor2-first=Jiang|chapter=Photon-counting CT with silicon detectors: feasibility for pediatric imaging|volume=7258 |chapter-url=http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?doi=10.1117/12.813733|location=Lake Buena Vista, FL|pages=704–709|doi=10.1117/12.813733|arxiv=2101.09439|s2cid=120218867 }}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Pourmorteza|first1=Amir|last2=Symons|first2=Rolf|last3=Sandfort|first3=Veit|last4=Mallek|first4=Marissa|last5=Fuld|first5=Matthew K.|last6=Henderson|first6=Gregory|last7=Jones|first7=Elizabeth C.|last8=Malayeri|first8=Ashkan A.|last9=Folio|first9=Les R.|last10=Bluemke|first10=David A.|date=April 2016|title=Abdominal Imaging with Contrast-enhanced Photon-counting CT: First Human Experience|journal=Radiology|volume=279|issue=1|pages=239–245|doi=10.1148/radiol.2016152601|issn=0033-8419|pmc=4820083|pmid=26840654}}</ref><ref>{{Cite web|title=First 3D colour X-ray of a human using CERN technology|url=https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/first-3d-colour-x-ray-human-using-cern-technology|access-date=2020-11-23|website=CERN|language=en}}</ref><ref>{{Cite web|title=New 3D colour X-rays made possible with CERN technology|url=https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/new-3d-colour-x-rays-made-possible-cern-technology|access-date=2020-11-23|website=CERN|language=en}}</ref>
===प्रतिदीप्ति-आजीवन इमेजिंग माइक्रोस्कोपी===
===प्रतिदीप्ति-आजीवन इमेजिंग माइक्रोस्कोपी===
समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती ([[TCSPC|टीसीएसपीसी]]) अलग-अलग फोटॉनों के आगमन के समय को सटीक रूप से रिकॉर्ड करता है, जिससे [[फ्लोरोसेंट]], [[धीमी रोशनी देनेवाला]] या प्रकाश उत्सर्जित करने वाली अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न फोटॉनों के आगमन के समय में पिकोसेकंड समय-पैमाने के अंतर को मापना संभव हो जाता है, अतिरिक्त आणविक जानकारी प्रदान करता है। नमूनों के बारे में टीसीएसपीसी  का उपयोग अपेक्षाकृत धीमी गति से संसूचकों को अत्यंत मिनट के समय के अंतर को मापने में सक्षम बनाता है जो कि एक साथ कई फोटॉन की घटना होने पर आवेग प्रतिक्रियाओं को ओवरलैप करके अस्पष्ट हो जाएगा।
समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती ([[TCSPC|टीसीएसपीसी]]) अलग-अलग फोटॉनों के आगमन के समय को स्पष्ट रूप से रिकॉर्ड करता है, जिससे [[फ्लोरोसेंट]], [[धीमी रोशनी देनेवाला]] या प्रकाश उत्सर्जित करने वाली अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न फोटॉनों के आगमन के समय में पिकोसेकंड समय-पैमाने के अंतर को मापना संभव हो जाता है, अतिरिक्त आणविक जानकारी प्रदान करता है। नमूनों के बारे में टीसीएसपीसी  का उपयोग अपेक्षाकृत धीमी गति से संसूचकों को अत्यंत मिनट के समय के अंतर को मापने में सक्षम बनाता है जो कि एक साथ कई फोटॉन की घटना होने पर आवेग प्रतिक्रियाओं को ओवरलैप करके अस्पष्ट हो जाएगा।


=== लिडार ===
=== लिडार ===
कुछ पल्स लिडार सिस्टम उच्च रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने के लिए टीसीएसपीसी का उपयोग करके एकल फोटॉन गिनती मोड में काम करते हैं।
कुछ पल्स लिडार प्रणाली उच्च स्थिरता प्राप्त करने के लिए टीसीएसपीसी का उपयोग करके एकल फोटॉन गिनती मोड में काम करते हैं।


== मापी गई मात्रा ==
== मापी गई मात्रा ==
प्रति इकाई समय में देखे गए फोटॉनों की संख्या फोटॉन फ्लक्स है। फोटॉन प्रवाह प्रति यूनिट क्षेत्र [[फोटॉन विकिरण]] है यदि फोटॉन सतह पर घटना कर रहे हैं, या [[फोटॉन निकास]] अगर एक व्यापक क्षेत्र स्रोत से फोटॉन के उत्सर्जन पर विचार किया जा रहा है। फ्लक्स प्रति यूनिट सॉलिड एंगल [[फोटॉन तीव्रता]] है। प्रवाह प्रति इकाई स्रोत क्षेत्र प्रति इकाई [[ठोस कोण]] [[फोटॉन चमक]] है। इन मात्राओं के लिए एसआई इकाइयों को नीचे दी गई तालिका में संक्षेपित किया गया है।
प्रति इकाई समय में देखे गए फोटॉनों की संख्या फोटॉन फ्लक्स है। फोटॉन प्रवाह प्रति यूनिट क्षेत्र [[फोटॉन विकिरण]] है यदि फोटॉन सतह पर घटना कर रहे हैं, या [[फोटॉन निकास]] यदि एक व्यापक क्षेत्र स्रोत से फोटॉन के उत्सर्जन पर विचार किया जा रहा है। फ्लक्स प्रति यूनिट सॉलिड एंगल [[फोटॉन तीव्रता]] है। प्रवाह प्रति इकाई स्रोत क्षेत्र प्रति इकाई [[ठोस कोण]] [[फोटॉन चमक]] है। इन मात्राओं के लिए एसआई इकाइयों को नीचे दी गई तालिका में संक्षेपित किया गया है।


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*एकल फोटॉन स्रोत
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* [[दर्शनीय प्रकाश फोटॉन काउंटर|दर्शनीय प्रकाश फोटॉन पटल]]
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* संक्रमण बढ़त सेंसर
* संक्रमण बढ़त संवेदक
*अतिचालक नैनोवायर एकल-फोटॉन संसूचक
*अतिचालक नैनोवायर एकल-फोटॉन संसूचक
* [[समय-सहसंबंधित एकल फोटॉन गिनती]]
* [[समय-सहसंबंधित एकल फोटॉन गिनती]]
*[[ओवरसैंपल्ड बाइनरी इमेज सेंसर]]
*[[ओवरसैंपल्ड बाइनरी इमेज सेंसर|ओवरसैंपल्ड बाइनरी इमेज संवेदक]]


==संदर्भ==
==संदर्भ==

Revision as of 18:00, 14 April 2023

एक प्रोटोटाइप एकल-फ़ोटॉन संसूचक जिसका उपयोग 200-इंच हेल ​​​​टेलीस्कोप पर किया गया था। हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी में एक समान संसूचक है।

फोटॉन गिनती एक ऐसी विधि है जिसमें एकल-फोटॉन संसूचक (एसपीडी) का उपयोग करके अलग-अलग फोटॉन की गणना की जाती है। एक एकल-फोटॉन संसूचक प्रत्येक पहचाने गए फोटॉन के लिए संकेत की एक पल्स उत्सर्जित करता है, जो फोटॉन प्रवाह के आनुपातिक एनालॉग संकेत उत्पन्न करता है। माप अंतराल के अनुसार फोटोन की एक पूर्णांक संख्या का पता लगाया जाता है। गिनती दक्षता परिमाण दक्षता और प्रणाली के इलेक्ट्रॉनिक हानि से निर्धारित होती है।

अलग-अलग फोटॉनों का पता लगाने के लिए कई फोटोडेटेक्टरों को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक के सापेक्ष फायदे और हानि हैं। [1][2] सामान्य प्रकारों में फोटोमल्टीप्लायर, गीगर पटल, एकल-फोटॉन हिमस्खलन डायोड, अतिचालक नैनोवायर एकल-फोटॉन संसूचक, संक्रमण बढ़त संवेदक और दीप्ति पटल सम्मिलित हैं। चार्ज-युग्मित उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।

लाभ

फोटॉन की गिनती लाभ शोर को समाप्त करती है, जहां एनालॉग संकेत आउट और फोटॉन की संख्या के बीच आनुपातिकता निरंतर यादृच्छिक रूप से भिन्न होती है। इस प्रकार, एक फोटॉन-गिनती संसूचक का अतिरिक्त शोर कारक एकता है, और फोटॉन की एक निश्चित संख्या के लिए प्राप्त करने योग्य संकेत-ध्वनि अनुपात सामान्यतः फोटॉन की गिनती के बिना समान संसूचक से अधिक होता है।[3]

फोटॉन की गिनती अस्थायी संकल्प में सुधार कर सकती है। एक पारंपरिक संसूचक में, कई आने वाले फोटॉन अतिव्यापी आवेग प्रतिक्रिया उत्पन्न करते हैं, अस्थायी संकल्प को संसूचक के गिरने के समय तक सीमित करते हैं। चूंकि, यदि यह ज्ञात है कि एक फोटॉन का पता चला है, तो आवेग प्रतिक्रिया के केंद्र का मूल्यांकन इसके आगमन के समय को ठीक से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) का उपयोग करते हुए, 25 पीएस से कम के अस्थायी स्थिरता को 20 गुना से अधिक गिरावट के समय वाले संसूचकों का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।[4]


इसके आगमन के समय को ठीक से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) का उपयोग

हानि

एकल-फोटॉन संसूचक सामान्यतः एक समय में एक फोटॉन का पता लगाने तक सीमित होते हैं और पहचान घटनाओं के बीच पुनर्नियोजन करने के लिए समय की आवश्यकता हो सकती है। इस अंतराल के समय आने वाले फोटॉन का पता नहीं लगाया जा सकता है। इसलिए, अधिकतम प्रकाश विकिरण जिसे स्पष्ट रूप से मापा जा सकता है, सामान्यतः कम होता है। फोटॉनों की छोटी संख्या से बने मापों में आंतरिक रूप से कम संकेत-ध्वनि अनुपात होता है, जो उत्सर्जित फोटॉनों की भिन्न संख्या के कारण होता है। पारंपरिक संसूचकों में यह प्रभाव कम स्पष्ट होता है जो एक साथ बड़ी संख्या में फोटॉन का पता लगा सकते हैं। इसलिए फोटॉन गिनती के साथ संकेत-ध्वनि अनुपात सामान्यतः पारंपरिक पहचान की तुलना में बहुत कम होता है, और प्रयोग करने योग्य छवियों को प्राप्त करने के लिए लंबे अधिग्रहण समय की आवश्यकता हो सकती है।

अनुप्रयोग

एकल-फोटॉन संसूचन जैसे क्षेत्रों में उपयोगी है:[1]

चिकित्सा

रेडियोलोजी में, एक्स-रे इमेजिंग तौर-तरीकों के प्रमुख हानिों में से एक आयनीकरण विकिरण का नकारात्मक प्रभाव है। यद्यपि छोटे कठिन परिस्थिति (जैसा कि अधिकांश चिकित्सा इमेजिंग में उपयोग किया जाता है) से कठिन परिस्थिति को छोटा माना जाता है, यथोचित व्यावहारिक (अलारप) के रूप में कम विकिरण सुरक्षा सिद्धांत सदैव प्रयुक्त होता है। कठिन परिस्थिति को कम करने का एक विधि एक्स-रे संसूचक को जितना संभव हो उतना कुशल बनाना है, जिससे दी गई डायग्नोस्टिक छवि गुणवत्ता के लिए कम विकिरण खुराक का उपयोग किया जा सके। शोर को अधिक आसानी से अस्वीकार करने की उनकी क्षमता के कारण फोटॉन गिनती संसूचक सहायता कर सकते हैं।[5]<रेफरी नाम = दृष्टि 20/20>{{cite journal |last1=Taguchi |first1=Katsuyuki |last2=Iwanczyk |first2=Jan S. |title=विजन 20/20: चिकित्सा इमेजिंग में एकल फोटोन गिनती एक्स-रे संसूचक|journal=Medical Physics |date=12 September 2013 |volume=40 |issue=10 |pages=100901 |doi=10.1118/1.4820371 |pmid=24089889 |pmc=3786515 |bibcode=2013MedPh..40j0901T}</ref> फोटॉन गिनती रंगीन फोटोग्राफी के अनुरूप है, जहां प्रभारी एकीकरण की तुलना में प्रत्येक फोटॉन की अलग-अलग ऊर्जा उत्पादन को प्रभावित करती है, जो केवल संकेत की तीव्रता पर विचार करती है, जैसा कि ब्लैक एंड व्हाइट फोटोग्राफी में होता है। रेफरी>"फोटॉन काउंटिंग समझाया". Direct Conversion (in English). Retrieved 2022-02-10.</ref>

फोटॉन-गिनती मैमोग्राफी को 2003 में व्यावसायिक रूप से प्रस्तुत किया गया था। चूंकि ऐसी प्रणालियां व्यापक नहीं हैं, कुछ सबूत फ्लैट पैनल संसूचक के साथ अन्य मैमोग्राफी प्रणाली की तुलना में लगभग 40% कम खुराक पर तुलनीय छवियां बनाने की उनकी क्षमता का समर्थन करते हैं।

रेफरी>McCullagh, J B; Baldelli, P; Phelan, N (November 2011). "ब्रेस्ट स्क्रीनिंग प्रोग्राम में फुल फील्ड डिजिटल मैमोग्राफी का नैदानिक ​​खुराक प्रदर्शन". The British Journal of Radiology. 84 (1007): 1027–1033. doi:10.1259/bjr/83821596. PMC 3473710. PMID 21586506. {{cite journal}}: zero width space character in |title= at position 73 (help)</ref>[6] स्पेक्ट्रल इमेजिंग (रेडियोग्राफी) विधि बाद में फोटॉन ऊर्जा के बीच विभेदन करने के लिए विकसित की गई थी,[7] <रेफरी नाम = विजन20/20 /> छवि गुणवत्ता में और सुधार करने की संभावना के साथ[8] और ऊतक के प्रकारों को विभेदन करने के लिए उपयोग किया गया है।[9] फोटॉन-गिनती कंप्यूटेड टोमोग्राफी एक अन्य रुचि क्षेत्र है, जो तेजी से विकसित हो रहा है और नैदानिक ​​व्यवहार्यता के करीब पहुंच रहा है।[10][11][12][13]

प्रतिदीप्ति-आजीवन इमेजिंग माइक्रोस्कोपी

समय-सहसंबद्ध एकल-फोटॉन गिनती (टीसीएसपीसी) अलग-अलग फोटॉनों के आगमन के समय को स्पष्ट रूप से रिकॉर्ड करता है, जिससे फ्लोरोसेंट, धीमी रोशनी देनेवाला या प्रकाश उत्सर्जित करने वाली अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न फोटॉनों के आगमन के समय में पिकोसेकंड समय-पैमाने के अंतर को मापना संभव हो जाता है, अतिरिक्त आणविक जानकारी प्रदान करता है। नमूनों के बारे में टीसीएसपीसी का उपयोग अपेक्षाकृत धीमी गति से संसूचकों को अत्यंत मिनट के समय के अंतर को मापने में सक्षम बनाता है जो कि एक साथ कई फोटॉन की घटना होने पर आवेग प्रतिक्रियाओं को ओवरलैप करके अस्पष्ट हो जाएगा।

लिडार

कुछ पल्स लिडार प्रणाली उच्च स्थिरता प्राप्त करने के लिए टीसीएसपीसी का उपयोग करके एकल फोटॉन गिनती मोड में काम करते हैं।

मापी गई मात्रा

प्रति इकाई समय में देखे गए फोटॉनों की संख्या फोटॉन फ्लक्स है। फोटॉन प्रवाह प्रति यूनिट क्षेत्र फोटॉन विकिरण है यदि फोटॉन सतह पर घटना कर रहे हैं, या फोटॉन निकास यदि एक व्यापक क्षेत्र स्रोत से फोटॉन के उत्सर्जन पर विचार किया जा रहा है। फ्लक्स प्रति यूनिट सॉलिड एंगल फोटॉन तीव्रता है। प्रवाह प्रति इकाई स्रोत क्षेत्र प्रति इकाई ठोस कोण फोटॉन चमक है। इन मात्राओं के लिए एसआई इकाइयों को नीचे दी गई तालिका में संक्षेपित किया गया है।

SI photon units
Quantity Unit Dimension Notes
Name Symbol[nb 1] Name Symbol Symbol
Photon energy n 1 count of photons n with energy Qp = h⋅c / λ.[nb 2]
Photon flux Φq count per second s−1 T−1 photons per unit time, dn/dt with n = photon number.
also called photon power.
Photon intensity I count per steradian per second sr−1⋅s−1 T−1 dn/dω
Photon radiance Lq count per square metre per steradian per second m−2⋅sr−1⋅s−1 L−2⋅T−1 d2n/(dA cos(θ) dω)
Photon irradiance Eq count per square metre per second m−2⋅s−1 L−2⋅T−1 dn/dA
Photon exitance M count per square metre per second m−2⋅s−1 L−2⋅T−1 dn/dA
See also: Photon counting · SI · Radiometry · Photometry
  1. ↑ Standards organizations recommend that photon quantities be denoted with a suffix "q" (for "quantum") to avoid confusion with radiometric and photometric quantities.
  2. ↑ The energy of a single photon at wavelength λ is Qp = h⋅c / λ with h = Planck's constant and c = velocity of light.

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 "सबसे तेज़ सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर सिस्टम में उच्च दक्षता" (Press release). National Institute of Standards and Technology. February 19, 2013. Retrieved 2018-10-11.
  2. ↑ Hadfield, RH (2009). "ऑप्टिकल क्वांटम सूचना अनुप्रयोगों के लिए सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर". Nature Photonics. 3 (12): 696. Bibcode:2009NaPho...3..696H. doi:10.1038/nphoton.2009.230.
  3. ↑ K.K, Hamamatsu Photonics. "जांच प्रश्न और उत्तर". hub.hamamatsu.com (in English). Retrieved 2020-08-14.
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