Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

ייצור ואפיון רקמות אופטי הפאנטומים המכיל למפלגות

Published: February 12, 2018 doi: 10.3791/57031
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1, 1
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Deparment of Molecular Pathogenesis and Immunology, Texas A&M College of Medicine

Summary

מטוסי פאנטום רקמות אופטי הם כלים חיוניים כיול של אפיון של מערכות הדמיה אופטית ואימות של מודלים תיאורטיים. מאמר זה מפרט את שיטת ייצור דמה הכולל שכפול של רקמות התכונות האופטיות ואת מבנה רקמות תלת מימדי.

Abstract

ההתפתחות המהירה של טכניקות דימות אופטי חדשות תלויה בזמינות של סטנדרטים נמוכים הניתנים להתאמה אישית, לשחזור בקלות. על-ידי שכפול הסביבה הדמיה, עשוי מצויין יקר לניסויים בבעלי חיים כדי לאמת טכניקה. חיזוי ומיטוב הביצועים של ויוו , לשעבר vivo הדמיה טכניקות דורש בדיקות על דגימות דומים שטיחות לרקמות של הריבית. מחקה רקמות פאנטום אופטי מספקות תקן עבור הערכה, אפיון או כיול של מערכת אופטית. פולימר הומוגנית רקמות אופטי פאנטום נמצאים בשימוש נרחב כדי לחקות את התכונות האופטיות של סוג רקמות ספציפיות בתוך טווח הספקטרום הצר. להיות חיקה רקמות בשכבות, כגון האפידרמיס בדרמיס, על-ידי פשוט לערום האשליות האלה, לוח הומוגני. עם זאת, רבים ויוו טכניקות הדמיה מוחלים יותר רקמות מורכבות במרחב שבו שלושה מבנים תלת-ממדי, כגון כלי דם, דרכי הנשימה או פגמים רקמות, יכולים להשפיע על הביצועים של מערכת ההדמייה.

פרוטוקול זה מתאר את הזיוף של רוח רפאים מחקה רקמות המשלבת תלת מימדי מורכבות מבנית באמצעות חומר עם התכונות האופטיות של רקמות. טבלאות בדיקת מידע מספקות מתכונים הודו ודיו טיטניום דו-חמצני הקליטה אופטי ומטרות פיזור. מתוארות שיטות כדי לאפיין ולכוונן את התכונות האופטיות גשמי. הזיוף פנטום מפורט במאמר זה יש של חלל פנימי מעושה דרכי הנשימה מסעף; עם זאת, הטכניקה ניתן להחיל באופן כללי מבנים אחרים איבר או רקמה.

Introduction

מטוסי פאנטום רקמות משמשים נרחב עבור אפיון המערכת וכיול של מכשירי הדמיה וספקטרוסקופיה אופטי, כולל מערכות multimodality אולטראסאונד או שיטות גרעיני1,2,3 ,4. מטוסי פאנטום מספקים סביבה אופטי מבוקרת על אפיון המערכת ובקרת איכות של מספר טכניקות הדמיה ביולוגי. מטוסי פאנטום מחקה רקמות הינם כלים שימושיים לניבוי ביצועי המערכת, אופטימיזציה של מערכת עיצוב עבור הפעילות הפיזיולוגית לדוגמה, כדי לחזות את העומק החקרנית של הגששים ספקטרוסקופיות להערכת הגידול שוליים בימין5. התכונות האופטיות ותכנון קונסטרוקציה של הפאנטום ניתן לכוונן לחקות הסביבה פיזיולוגי מסוים שבו המכשיר ישמש, ומאפשר לפיכך הן כדאיות ואימות של ביצועי מערכת3, 6,7. אימות של הדמיה ביצועי המערכת עם מטוסי פאנטום אופטי מציאותי מיציאתם ניסויים קליניים או קליניים מפחית את הסיכון של תקלה או רכישה של נתונים לא שמיש במהלך לימודי ויוו . הפארמצבטית והיציבות של פאנטום אופטי להפוך אותם סטנדרטים כיול להתאמה אישית ללימוד טכניקות אופטי לפקח instrument אינטרה בין השתנות, בפרט multicenter ניסויים קליניים עם מכשירים שונים, אופרטורים, תנאים סביבתיים8,9.

מטוסי פאנטום מחקה רקמות גם לשמש tunable לשחזור פיזי דגמים עבור אימות של מודלים תיאורטיים אופטי. סימולציות הסיוע עיצוב של אופטימיזציה של ויוו מכשירים אופטיים, תוך הקטנת הצורך חיה ניסויים10,11. פיתוח, אימות של סימולציות אופטי לייצג באופן מדויק את הסביבה ויוו יכול להיות מכוסה המורכבות של מבנה רקמות, התוכן הביוכימי, ואת המיקום של היעד או רקמה בגוף. השתנות בין נושאים עושה אימות של מודלים תיאורטיים מאתגר באמצעות מדידות בעלי חיים או אדם. פולימר רקמות אופטי פאנטום לאפשר אימות של מודלים תיאורטיים על ידי אספקת סביבה אופטי לשחזור וידוע שבו ללמוד פוטון ההעברה12,13,14,15.

לצורך כיול המערכת, פאנטום מוצקות אופטי עשוי מורכב לוח הומוגני יחיד של פולימר נרפא עם פיזור אופטי, קליטה, או קרינה פלואורסצנטית מכוון עבור אורכי הגל של ריבית. שכבות הפולימר פאנטום משמשים לעתים קרובות כדי לחקות בשינוי העומק של המאפיינים אופטי רקמות רקמת האפיתל מודלים16,17. אלה מבנים פנטום מספיקים עבור הדמיה אפיתל, מידול, בגלל מבנה רקמות הוא הומוגניות למדי דרך כל שכבה. עם זאת, מידה גדול ועל מבנים מורכבים יותר להשפיע על תחבורה קרינה באיברים אחרים. שיטות ליצירת פאנטום מורכבים יותר פותחו כדי לדמות את הסביבה אופטי של כלי דם תת עורי18,19 ו אפילו כל האיברים, כגון שלפוחית השתן20. מידול הובלה אור בריאות מספקת בעיה ייחודית בזכות מבנה הסתעפות של הממשק רקמות אוויר; פאנטום מוצקות לא סביר לשכפל תחבורה קרינה באיבר במדויק21. כדי לתאר את שיטת שילוב המבנה המורכב פנטום אופטי, אנו מתארים שיטה ליצירת עץ פרקטל פנימי, לשחזור של חלל זה מייצג את מבנה תלת-ממדי (3D) מאקרוסקופית של דרכי הנשימה (איור 1).

ב העשורים האחרונים, הדפסת תלת-ממד הפכה להיות שיטה השולט שטנץ מהירה של מכשירים רפואיים מודלים22, רקמות אופטי פאנטום אינם יוצאי דופן. הדפסה תלת-ממדית שימש ככלי הייצור מוספים עבור בדיית פאנטום אופטי עם ערוצי23, רשתות כלי דם24דגמים בעלי חיים קטנים לכל הגוף25. שיטות אלה להשתמש חומרי הדפסה אחד או שניים עם מאפיינים אופטיים ייחודיים. גם פותחו שיטות לכוון את התכונות האופטיות של חומר הדפסה לחקות רקמה ביולוגית כללית, עכורים25,26. עם זאת, טווח התכונות האופטיות השגה מוגבלים על ידי החומר ההדפסה, בדרך כלל פולימר כגון בוטאדיאן טבעי styrene (ABS)26, כך שיטה זו אינה מתאימה לכל רקמות ביולוגיות. Polydimethylsiloxane (PDMS) הוא פולימר שטיחות ברור זה ניתן לערבב בקלות עם פיזור וקליטת חלקיקים עם רמה גבוהה יותר של27,tunability28. PDMS שימש גם להעלות עובש פאנטום עם מפרצת מודלים עבור פריסה של התקנים embolic29,30. האשליות האלה גם לנצל חלק מודפס 3D נמסים, אך נשארים שטיחות ברור להמחשת פריסת מכשירים. כאן, אנו משלבים בשיטה זו עם tunability של מאפייני PDMS עם פיזור וקליטת חלקיקים כדי לבדות דגם ראשוני של הרקמה ואת דרכי הנשימה של הריאות מאתר אופטי.

בעוד הפאנטום המובאת כאן היא ספציפית אל הריאות, ניתן להחיל את התהליך למגוון של איברים אחרים. הדפסה תלת-ממדית של המבנה הפנימי של הפאנטום מאפשר את העיצוב להיות ניתנת להתאמה אישית עבור כל מטרה, מידה להדפסה, בין אם זה יהיה דם או רשת כלי לימפה, מח עצם או אפילו ארבע chambered מבנה הלב31. כי אנו מעוניינים דימות אופטי, מידול של הריאה33,32,, או34, אנחנו שבחרו שתשמש המבנה הפנימי עץ 4 הדור פרקטל להשתכפל בתוך הפולימר פנטום. מבנה זה נועד משוער המבנה הסתעפות של דרכי הנשימה ויש תמיכה הפסקה-משם חומר עבור תהליך ההדפסה התלת מימדית. יכול להיות מודפס של דרכי הנשימה יותר אנטומית אם תמיכה הפסקה-משם חומר אינה נחוצה. אף על פי המודל הזה מייצג של דרכי הנשימה, המבנה הפנימי של הפאנטום לא חייבים להישאר חלל גשמי. לאחר הפולימר שמסביב נרפאה, החלק מודפס 3D התפרקה, המבנה הפנימי יכול לשמש כמו מסלול הזרימה או תבנית משני חומר עם קליטה ייחודי ומאפיינים פיזור משלו. לדוגמה, אם המבנה הפנימי של פרוטוקול זה תוכנן עצם דיגיטלי ולא נתיב אוויר, מבנה העצם יכול להיות 3D מודפס, יצוק עם PDMS עם התכונות האופטיות של האצבע ולאחר מכן התפרקה הפאנטום. החלל הריק ואז יכול להיות מלא עם תערובת PDMS עם מאפיינים אופטיים שונים. בנוסף, כל עובש אינה מוגבלת לחלק נמסים יחיד. רוח רפאים של האצבע הצליחה לכלול העצם, ורידים, עורקים, שכבה כללי רקמות רכות, כל אחד עם מאפיינים אופטיים ייחודיים משלו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. בחירת ואימות של תכונות החומר מטריקס

  1. לפני התחלת תהליך ייצור דמה (איור 1), למצוא את הספיגה ואת פיזור מופחתת המקדמים הרקמה ביולוגית של הריבית ב wavelength(s) הדמיה. הערכות ראשוניות עלול להימצא ב35,הפניות36. עם זאת, אימות של מקדמי אופטי ייתכן שיהיה צורך.
  2. באמצעות טבלאות בדיקת מידע עבור ממוצע של מקדם ספיגה ממוצע, מקדם הפיזור מופחתת-s', 488, 535, 632, 775 אורכי גל nm (טבלאות 1-4 ו- 2 דמויות–3), בחר את ריכוזי אינדיה אינק, טיטניום דו-חמצני (TiO2) זה משוער את המאפיינים הרצויים אופטי. המתכונים האלה הן ספציפיות עם רוחות רפאים מפוברק עם PDMS. כמו טבלאות אלה לספק נתוני הניסוי באורכי גל דיסקרטית, אופטימיזציה של המתכון עשוי להידרש עבור היישום הספציפי.
  3. לפברק נתחי המתכון הנבחר לאישור אופטיות ספקטרליות polydimethylsiloxane (PDMS).
    1. באמצעות יחס של 10:1 במשקל של PDMS שרף לסוכן ריפוי, מזוג מרכיבים לתוך הכוס ערבוב לפי הסדר הבא: PDMS שרף, TiO2, אינדיה אינק, PDMS אשפרה הסוכן.
      הערה: הנה, אנחנו נבדוק שני מתכונים: 1) 2 מ ג TiO2 + 3.5 µL דיו הודו לכל g PDMS ו-2) 1 מ ג TiO2 + 10 דיו הודו µL לכל g PDMS. עבור כל מתכון, שרף PDMS 4.5 g ו- 0.45 g PDMS ריפוי סוכן משמשים עם הכמויות המתאימות של חלקיקים אופטיים.
    2. לערבב במיקסר במהירות (ראה טבלה של חומרים) 60 s. אם טיו2 חלקיקים מקל ערבוב גביע (סביר עם ריכוזים גבוהים של TiO2) מערבבים ביד כדי להסיר את החלקיקים מהבסיס של הגביע, לערבב במיקסר במשך שלושים s.
    3. שופכים את התערובת לתוך בארות או צלחות פטרי לעשות דק (0.1-1 מ מ) לוחות של התערובת.
    4. דגה הלוחות למשך 10 דקות על-ידי הצבתם תא לחץ אוויר חזק שלילי, אז המקום בתנור מחומם מראש ב 80 מעלות צלזיוס במשך 30-60 דקות מוציאים מהתנור ומצננים.
    5. הסר את המתים פולימר מקורר המכיל שלו. לקצץ את הקצוות לעזוב לוח שטוח, אחיד. למדוד את העובי של לוח באמצעות מחוגה.
  4. למדוד להדמיה (T) והשתקפות (R) של slab(s) באמצעות כדור של שילוב. ניתן למצוא פרטים נוספים והוראות ידנית ההיפוך-הוספת הכפלה (IAD)37.
    1. הפעל את מקור האור ואת ספקטרומטר של ההתקנה ספירת שילוב. בדוק את היישור של המערכת כדי להבטיח קטן, קרן מקבילות ממורכזת על הנמלים כניסה ויציאה של הספרה שילוב.
    2. לכייל את המערכת בתחום שילוב.
      1. כבה את המקור, קאפ היציאה של הספרה שילוב ולהקליט שלושה ספקטרה כהה.
      2. להדליק את המקור כדי להשיג את ההפניה שידור עם היציאה הכתיר והנמל הכניסה ריק. שיא ספקטרה 3.
      3. להשיג השתקפות הפניה מדידות באמצעות השתקפות standard(s). מקם כל תקן בנמל היציאה של הכדור. שיא ספקטרה 3 עבור כל השתקפות סטנדרטית.
    3. למדוד את להדמיה של הלוח. עם הפקק היציאה, במקום המתים על יציאת הפוסט של הספרה שילוב עבור המידה שידור. שיא ספקטרה 3.
    4. למדוד את השתקפות של הלוח. הסירי את הפקק נמל היציאה ומניחים המתים על היציאה עבור המידה השתקפות. שיא ספקטרה 3.
  5. לקבוע מאפיינים אופטיים באמצעות תוכנה IAD. הדרכה מלאה על התוכנה ניתן למצוא במדריך IAD עם תוכנה37,להורדה, או38.
    1. ממוצע ספקטרום שלושה רכשה עבור כל אחת מהמידות.
    2. באמצעות המשוואות ב- IAD ידנית37, להמיר מדידות אלה ערכי R ו- T. במידת הצורך, לדחוס את הקבצים על-ידי הפחתת קצב הדגימה לאורך הקשת.
    3. להכין את הקובץ .rxt קלט (1 חומר משלים) IAD עם אורכי גל, השתקפות, להדמיה, עובי מדגם כמתואר ב- IAD ידנית37. באמצעות שורת הפקודה (מערכת ההפעלה של Windows) או מסוף (Mac OS), לנווט הדרך הנכונה. הקלד "iad ' קובץ הקלט שם'" כדי לנהל חקירות פנים. התוכנה תיצור קובץ טקסט פלט עם המאפיינים אופטי המשוער.
  6. אם המאפיינים אופטי נמצאים בטווח מקובל (~ 15%) של הערכים הרצויים, לשנות את המתכון בהתאם וחזור על שלבים 1.3-1.5.

2. הכנת 3D נמסים מודפס המבנה הפנימי

  1. עיצוב המבנה הפנימי באמצעות המחשב בעזרת תוכנת עיצוב (CAD). מבנה הדגם להמיר קובץ stereolithography עבור ייצור מדפסת תלת-ממד. אם זמין, בדיקת ct מקוטע ניתן גם להמיר לקובץ stereolithography ולא ציור דגם אחיד של המבנה הפנימי.
    הערה: קובץ CAD של פרקטל עץ מבנה המשמש כאן מסופק 2 חומר משלים. המדפסת בשימוש הנייר הזה הוא המדפסת extruding, ולכן החלק תוכננה כך שתהיה לה תמיכה הפסקה-משם חומר.
  2. בחר חומר תפרתי עבור הדפסה, כגון פולי ויניל אלכוהול (PVA) או high-השפעה פוליסטירן (ירכיים) (ראה טבלה של חומרים). הדפס את הדגם בחומר זה נמסים.
  3. כאשר חלקים המודפס מספיק מצוננים, לשבור, להמיס או מכונת החומר תמיכה ממני החלק המודפס. קובץ או חול. פגמים גדולים.
  4. אדי פולנית החלק המודפס להפחית חספוס פני השטח.
    1. עם החלק המודפס מאובטח בתוך מלחציים, לקדוח חור דרך עם סיווג עבור חוט פלדה או ניטינול דק בבסיס של החלק המודפס.
    2. שרשור של פלדת אל-חלד או חוט ניטינול דרך החור. לכופף את קצות חוט לעשוק ביחד. זה יאפשר לתפקיד להיות שקוע לחלוטין באצטון אדים בתוך הספל. הגדר תיל והחלק הצדה.
    3. למלא גביע גדול בערך 10% מלא של אצטון. גביע המקום על פלטה חמה תוך כדי חימום עד 100 ° C. התראה: לבצע שלב זה בשכונה fume כדי למנוע שאיפת אדי אצטון.
    4. כאשר אצטון אדי מגיע עיבוי על באמצע הדרך במעלה הקיר של הספל, לתלות את החוט שיכורה עם האוויר מדומה על חוט השני להשעות ב אדי אצטון עבור ודא ס' 15-30 מודפס חלקים אל תיגע כשהספל קירות או כל אחרים (אם אדי ליטוש חלקים מרובים בבת אחת).
    5. הסר חלק מודפס, להשעות את גביע ריק או מכיל. תן חלק יבש במשך לפחות 4 שעות.
  5. ודא ממדי המבנה הפנימי בתוך סובלנות על עיצוב CAD, לפי הצורך. בהתאם לדרישות הדיוק, calipers או בסורק לייזר 3D יכול לשמש כדי למדוד את המבנה.

3. בנייה של חום עמיד עובש

הערה: להכין תבנית עמיד בפני נזילה, עמידים בחום כדי ליצור את הפאנטום PDMS. בחר של הגיאומטריה עובש שתתאים בצורה הטובה ביותר את העיצוב הסופי פנטום. . הנה, מתואר תבנית מלבנית לשימוש חוזר.

  1. עיצוב בסיס מוצק-המודל של העובש הדפסה תלת-ממד. עובש זה מיועד פנטום עם בסיס של 1.17 ס"מ 1.79 ס"מ. הבסיס של העובש יש בעובי 1 מ מ, ההפסקה עמוק 5 מ מ עם מידותיו הפנימיות תואמות את הבסיס של הפאנטום. פעולה זו מאפשרת את התבנית כדי sidings יוסרו ועובש להיות רמקול ניתן לפירוק, בהם שימוש חוזר.
  2. הדפס בסיס עבור כייר עם שיבוץ של רוחב מספיקות כדי לאבטח את sidings של העובש.
  3. מקום sidings במעמקי לבסיס עובש. . הנה, גליונות פוליקרבונט בעובי 1 מ מ משמשים sidings עובש.
  4. באמצעות הקלטת עמידים בחום, לאטום את הקצוות של העובש. זה הכרחי כי כל פינות וקצוות מספיק חתומות עם אין בועות את הקלטת כדי למנוע דליפה כלשהי בתהליך היציקה.
  5. מניחים צלחת הבסיס פוליקרבונט בתוך כייר מוכן בשלב 3.4. זו צלחת הבסיס הוא פוליקרבונט בעובי 1 מ מ אותו גיליון כמו ציפוי עובש ונותן בסיס פנטום משטח חלק ללא החספוס של פני השטח המודפס תלת-ממד של הבסיס עובש. הדבק האדים מיובש באופן מלא מלוטשים חלק ללוחית התחתונה. לאפשר מספיק זמן עבור דבק יבש.

4. ייצור של פולימר פנטום

הערה: השתמש במתכון מאומת החומר מטריקס בצובר שנקבע בשלב 1 עבור היישום הספציפי. פרוטוקול כאן מספק את השלבים של רקמת ריאה בריאה מאתר פנטום-535 nm עם ממוצעs' של 40 ס"מ-1 וממוצע 2 ס מ-1. זה עשוי להיות שימושי כדי לפברק פנטום השני עם אין חלקיקי אופטי להשתמש כהפניה בתהליך ייצור.

  1. שופכים 9.1 גרם של שרף PDMS לתוך כוס ערבול פלסטיק. הוסף 20 מ ג של הרוטיל TiO2, ואחריו µl 35 של הודו דיו. לבסוף להוסיף g 0.91 של ריפוי סוכן לחלק העליון של התערובת. לפי התקנון ערבוב בשלב 1.3.2.
  2. שופכים את התערובת הסופית פולימר עמיד חום לתבנית.
  3. יוצקים כמות קטנה של התערובת לתוך מיכל נפרדת כדי ליצור לוח פולימר לאישור של התכונות האופטיות גשמי. ודא שפולימר מספיק הוא שפך לי פרוסת לפחות 100 עובי מיקרומטר.
  4. הצב כייר מעושה דרכי הנשימה וגם לוח נפרד לתוך צנצנת עבור degassing. להתחיל תהליך ואקום. אם הפולימר ב כייר דרכי הנשימה מעושה מתחיל לקום, תנו לאוויר בחזרה לתוך הצנצנת בל להתפוצץ בועות פני השטח, ואז להתחיל לקחת אויר שוב. חזור על תהליך זה עד הפולימר לא עולים באופן משמעותי. זה ייקח בין 5-10 דקות תלוי כמה אוויר נלכד במהלך שלב 4.2. ברגע PDMS כבר לא עולה, להמשיך דגה למשך עוד 15 דקות.
  5. אחרי degassing, לאט תני האוויר בחזרה אל החדר. להסיר את האוויר מעושה פנטום והן המתים פולימר ומניחים בתנור ברמה ב 80 מעלות צלזיוס במשך שעתיים.
  6. הסר את הפאנטום ואת לוח התנור ומצננים במשך 20 דקות Disassemble כייר פולימר עם אזמל ללא חיתוך הפולימר נרפא. הצמד את צלחת הבסיס ליד הבסיס מוק-דרכי הנשימה.
  7. המקום דמה באמבטיה מחוממת (60 ° C) ~0.5 מ' הידרוקסיד הנתרן (NaOH) הבסיס עד התפרקה לחלוטין החלק הפנימי. הפנטום התייחסות ברורה שטיחות עשוי לעזור כדי לקבוע את הזמן המסת עבור הרכיב פנימי. ברגע המבנה הפנימי התפרקה, פנטום מהאמבטיה ולתת באופן מלא יבש (~ 24 h) לפני כל מדידה אופטית.

5. אימות של ייצור דמה

  1. ודא פנטום גיאומטריה שימוש ברזולוציה גבוהה-דימות תהודה מגנטית (MRI) או מיקרו-שחושב טומוגרפיה ממוחשבת (CT) הדמיה, אם רצונך בכך. שיטות אלה לספק אימות תלת-ממד של המבנים הפנימיים בתוך חומר עכורים עם מפוח רזולוציות של < מיקרומטר 40039,40. לחלופין, פנטום התייחסות ברורה שטיחות יכול שטיחות לדימות לצורך אימות כי החלק המודפס מפורקת לחלוטין, החלל הריק שנותר ויש הגיאומטריה הנכון.
    הערה: אימתנו את גיאומטריית פנטום שטיחות אטום (2 מ ג TiO2 + 3.5 µl דיו הודו) עם מיקרו-CT על כוכב הצפון הדמיה (NSI) X50 פנימי. הפאנטום צולמה ברזולוציה 20 מיקרומטר בממדים כל (תוספת חומרים 3, 4).
  2. ודא התכונות האופטיות של הפאנטום באמצעות לוח פולימר לספרה שילוב (המתוארות בצעדים 1.5-1.6).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כדי להדגים את טכניקת ייצור דמה, פאנטום רקמת הריאות העכבר היו מפוברק כדי לדמות נמדד התכונות האופטיות של רקמת הריאה מאתר נכרת מודלק ובריאה -535 nm (טבלה 5). אורך גל זה עניין הוא אורך הגל עירור עבור tdTomato חלבון פלואורסצנטי בשימוש הכתב רקומביננטי זנים של mycobacteria ב מחקרים קודמים33. אופטי מדידות של רקמת הריאה העכבר התקבלו עם אותו בשיטות המתוארות בצעדים 1.4-1.5. השימוש בבעלי חיים אושרה על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC)-טקסס A & M באוניברסיטת. יחס מתאים של TiO2 לדיו הודו נמצאה עבור שניהם בריאים, דלקת רקמת הריאה מאתר עבור אור באורך גל 535 nm (טבלה 5).

מתכונים חומרים עם מאפיינים אופטיים שונים מוצגים בטבלאות 1-4 , בצורה גרפית דמויות 2–3. התלות של ספיגה, פיזור על ריכוז החלקיקים מסוכמות באיור4. מגמות מקדם ספיגה, מקדם הפיזור מופחת עבור מטוסי פאנטום עם ריכוז קבוע של TiO2 (פיזור חלקיקים) (איור 4א, 4B) ואת ריכוז קבוע של דיות (קליטת חלקיקים ) (איור 44 D, C) מדגימים את היחס של התכונות האופטיות שני החלקיקים. כדי להבטיח הפארמצבטית ממאפיינים אלה אופטי, יש להשתמש טכניקה נכונה ערבוב. עם ribboning של TiO2 חלקיקים יגרום משמרת מקדם הפיזור של הפאנטום נרפא (איור 5). אינדיה אינק צביעת המכולה ערבוב יקטין גם את מקדם ספיגה.

הפאנטום ריאות תוכננו באמצעות מבנה עץ fractal החלל הפנימי (איור 1C). המבנה מודפס 3D בטח אדי מלוטשים ליצירת משטח חלק פנימי בתוך הפאנטום (איור 1E). איור 6 מציגה השוואה של אור פיזור רוח רפאים. זה לא היה degassed או אדי מלוטשים (איור 6א, ג), פאנטום היה את האדים מלוטש חלק פנימי, היה degassed (איור 6ב', 6 יח). הרוחות היו עם תמונה באמצעות תאורה ממקור חיצוני לבן אור (איור 6א, 6B) עם מקור פנימי microendoscope-535 nm (איור 66 D, C). אדי ליטוש, degassing למזער את הנוכחות של scatterers irreproducible, כולל חספוס פני השטח (איור 6C, כניסה 2) ובועות (איור 6C, הזחה 1). Degassing זה חשוב במיוחד, כי מיקום בועות אוויר הוא אקראי ובלתי צפויים. יתר על כן, אוויר בועות מטושטשות ברגע TiO2 חלקיקים משולבים (לא מוצג איור6), שהופך את הפאנטום שטיחות אטום. לכן, בועות סמוי שעלולים לערער הייצוג של החומר פנטום של התכונות האופטיות של רקמות.

אדי מלוטשים 3D המודפס החלק נמדדה בעזרת מחוגה בבסיס ו בסניפים דיסטלי, מידות הן בהשוואה לדגם התלת-ממד מוצק טבלה 6. בעקבות פבריקציה נוספת של הפולימר פנטום, הפאנטום צולמה באמצעות מערכת הדמיה מיקרו-CT (3 חומר משלים). באמצעות את ערכת הנתונים תלת-ממד, ממדי החלל הפנימי בסניפים הבסיס ו דיסטלי נמדדו להשוואה (טבלה 6). העץ מלוטש אדי הוא קצת יותר קטן בבסיס בגלל החלקה של פני השטח על ידי האדים אצטון גורם משטח הפלסטיק לזרום. עם החלק מודפס 3D הושעה על ידי הבסיס, פני השטח זורם לכיוון הענפים הדיסטלי, גרימת שינוי קטן בממד של החלק. יש פשרה בין חלקות משטח ושמירה על גודל החלק. פולני אדי יותר תגרום משטח חלק, אבל יגרמו עוד חומר לזרום, וכתוצאה מכך שינו מידות.

מטוסי פאנטום היו עם תמונה של ויוו הדמיה המערכת עם יציאת גישה עבור החדרת צרור סיבי microendoscope (איור 7). Microendoscope הונח לתוך הריק בתוך הפאנטום שממנו כבר התפרקה החלק המודפס. Microendoscope שימשו תאורה פנימית-535 nm ו מסלול תאורה IVIS היה חסום. הצבת microendoscope מסומן ב- איור 7א. IVIS שימש לאיסוף חיצוני של אות. מטוסי פאנטום עם תמונה היה המבנה הפנימי אותו לאלה עם תמונה באיור3. עם המבנים הפנימיים זהים וממדים חיצוניים, ההבדל במאפייני אופטי בין רקמת הריאה בריא (איור 7א) רקמת הריאה הנגוע (איור 7B) הוא ניכרת irradiance משטח של מטוסי פאנטום. כל האשליות האלה לשמור על מענה הולם שינוי התכונות האופטיות, שיטה זו עבור ייצור דמה יכול להיות מיושם עבור מטוסי פאנטום שימוש במחקרים תאורה פנימית.

Figure 1
איור 1: תזרים של ייצור של תעתוע אופטי רקמה. (א) מתכון אופטימלית לקבוע יעד התכונות האופטיות של רקמות עניין. (B) ודא מתכון. (ג) עיצוב המבנה הפנימי. (ד) הדפס המבנה הפנימי באמצעות חומרים נמסים. (ה) אדי פולנית החלק המודפס על משטח חלק. (נ) לערבב פולימר וחלקיקים אופטי, ויוצקים לתוך עובש עמידים בחום. (G) דגה ולריפוי polydimethylsiloxane (PDMS). (H) להמיס חלק מודפס כדי ליצור חלל פנימי. (I) ודא הגיאומטריה פנטום התכונות האופטיות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: מגמות מקדם ספיגה אינדיה אינק, TiO ריכוז2 . מקדמי קליטה מוצגים עבור ריכוזים טווח של הודו ודיו טיטניום דו-חמצני-488 ננומטר (א), 535 nm (B), 630 ננומטר (ג), ו- 775 nm (D). הקליטה נמוכה עבור ריכוזים נמוכים עבור שני חלקיקים, בדרך כלל עולה עם ריכוז של כל החלקיקים. מישור הושגה בין 5-7.5 µL אינדיה אינק לכל mL PDMS. קצב הגידול תלוי הריכוז של החלקיק השני ואת אורך הגל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: מגמות מקדם הפיזור מופחת ריכוז2 הודו ודיו TiO. המקדמים של פיזור מופחתת מוצגים עבור ריכוזים טווח של הודו ודיו טיטניום דו-חמצני-488 ננומטר (א), 535 nm (B), 630 ננומטר (ג), ו- 775 nm (D). המקדם מופחתת פיזור נמוך יותר עבור ריכוזים נמוכים עבור שני חלקיקים, בדרך כלל עולה עם ריכוזים של כל אחד. כמו הקליטה, קצב הגידול תלוי הריכוז של החלקיק השני ואת אורך הגל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 : Interdependency של התכונות האופטיות על ריכוז2 הודו ודיו TiO. הקליטה והקבוע פיזור מופחתת המקדמים מוצגים עבור מתכונים עם ריכוז קבוע של2 TiO של 1 מ"ג/מ"ל PDMS (A, B) והודו קבוע דיו ריכוז של 5 µL/mL PDMS (C, D). לוח (B) מראה כי פיזור מקדם ישתנה עם ריכוז קבוע של2 TiO כאשר ריכוז אינדיה אינק מגוונת, לוח (ג) מציג שאת מקדם ספיגה ישתנה עבור קבוע אינדיה אינק ריכוז כאשר TiO2 מגוון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: ערבוב השפעות על פיזור אופטי. ערבוב לא תקין של פולימר משומרים, חלקיקים אופטיים יכול לגרום שינוי של מאפייני אופטי. הפאנטום לקוי מעורב מיוצג באיור זה הראה שיקוע של TiO חלקיקים2 לפני ריפוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6 : נציג את דרכי הנשימה פאנטום בחומר מקדם פיזור נמוך כדי להמחיש פבריקציה נוספת שיוצרת ומצליח. אדי ליטוש, degassing נמצאים במרחק צעדים אינטגרלי בהפקת פאנטום יש אלמנטים פיזור uncharacterized מינימלי. (A-B) לבן אור תמונות של מטוסי פאנטום ללא אדים ליטוש, degassing (א) ועם אדי ליטוש, degassing (ב). (C-D) מטוסי פאנטום מטייסת A-B מוארים באור 535 nm. כניסות מ (ג) מוצגים כדי לתאר תופעות פיזור של בועות אוויר 1) ו- 2) 3D המודפס משטח מחוספס. (ה) עיבוד של סימולציה אופטי מבוסס על המחשב בעזרת עיצוב (CAD) מודל המשמש הזיוף פנטום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7 : הדמיה של פאנטום עם תאורה פנימית- סימולציה במחשב של הפאנטום (א) מדגים את הכיוון הפנימי הגיאומטריה ומקור להנחה (הטלאי הצהוב) לתמונות פנטום פאנלים (ג) ו- (ד). A מקוטע מיקרו-בדיקת ct של רקמת ריאה בריאה פנטום (B) מאשרת המבנה הפנימי הוא נוכח הפאנטום שטיחות אטום. דרכי הנשימה מעושה משמש מסלול אנדוסקופ עבור תאורה פנימית של הפאנטום אופטי באורך-גל של 535 nm. הפאנטום שני עם תמונה עם תאורה פנימית זהים צורה חיצונית, המבנה הפנימי, עם חומר התכונות האופטיות אופטימיזציה עבור בריא (ג) ואת מודלק רקמת הריאה (D) . כל תמונות ושרטוטים הם באותה רמה. סרגל קנה מידה = 1 ס מ (לוח C). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Table 1
טבלה 1: טבלת חיפוש צבעים עבור 488 ננומטר.

Table 2
טבלה 2: טבלת חיפוש צבעים עבור 535 nm.

Table 3
טבלה 3: טבלת חיפוש צבעים עבור 632 ננומטר.

Table 4
טבלה 4: טבלת חיפוש צבעים עבור 775 ננומטר.

מקדם ספיגה (ס מ-1) מופחת פיזור מקדם (ס מ-1)
רקמת הריאה עכבר בריא 2.05 ± 0.58 52.69 ± 7.83
פנטום בריא
(2 מ ג TiO2 + 3.5 µL אינדיה אינק)		 1.96 ± 0.699 49.66 ±.12
רקמת הריאה העכבר מודלק 5.49 ± 1.32 38.94 ± 9.68
פנטום מודלק
(1 מ ג TiO2 + 10 µL אינדיה אינק)		 4.34 ± 0.873 39.56 ± 5.02

טבלה 5: נמדד התכונות האופטיות של מתכונים פנטום תואמות למאפיינים אופטי נמדד רקמת הריאות העכבר מודלק ובריאה -535 nm.

קוטר בסיס (מ מ) סניף דיסטלי קוטר (מ מ)
הדגם 2.7 1.38
אדי הדפסה מלוטש 2.56 ± 0.026 1.38 אינץ ± 0.141
עובש PDMS (נמדד מ- CT) 2.55 ± 0.021 1.39± 0.055

טבלה 6: אימות של המבנה הפנימי של הפאנטום.

Supplemental Material 1
משלימה חומר 1: קובץ הקלט דוגמה IAD. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Supplemental Material 2
2 חומר משלים: פרקטל דרכי הנשימה עץ הדגם. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Supplemental Material 3
3 חומר משלים: מיקרו-CT זבוב-thru של רקמת הריאה עכבר בריא דוגמנות פנטום. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Supplemental Material 4
4 חומר משלים: וידאו של סיבוב מקוטע מיקרו-בדיקת ct. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הראו לנו שיטה ליצירת פאנטום אופטי כדי לייצג ריאה מאתר עם מבנה הסתעפות פנימית כדי לדמות את הממשק אוויר פנימי-רקמות. התכונות האופטיות של רקמת הריאה מאתר מושגות על ידי שילוב ייחודי ריכוזים של שטיחות פיזור וקליטת חלקיקים מופץ למשל בתוך מטריצת הפולימר בצובר. אלה התכונות האופטיות ניתן לכוונן לחקות את ערכי פיזיולוגיים שונים ספקטרלי טווחים של רקמות במצבים שונים (כלומר בריאים לעומת רקמות חולות). התכונות האופטיות תלויות אורך הגל של הריבית, חומר הבסיס ריכוז החלקיקים בתוך הרוח. עם זאת, עם מספר החלקיקים, היחסים בין פיזור וקליטה אינה תמיד אינטואיטיבי41. קצב הגידול של הספיגה תלויה הריכוז של החלקיק פיזור, כמו גם את החלקיקים סופג, כנ עבור קצב הגידול של מקדם הפיזור מופחת. (איורים 2-4). מטוסי פאנטום PDMS יש גם הוכח כדי לשמור על התכונות האופטיות שלהם במשך שנה עד 127,28. יש מדדנו יציבות 3 שבועות של מאפיינים אופטיים בתוך השגיאה של המדידות בתחום שילוב שלנו (< 15%). אחסון של אלה מטוסי פאנטום ותקנים במיכל חוסם אור יכול לעזור לשמר את התכונות האופטיות שלהם עבור תקופות זמן ארוכות יותר.

אדי ליטוש החלק המודפס נמסים מאפשר משטח חלק לשחזור בממשק אוויר פנימי של הפאנטום (איור 6). עבור הגיאומטריה הפרקטלית המוצגת כאן, ליטוש את המבנה הפנימי הניבו ירידה ברמת חספוס בפני השטח הממוצע של PDMS עי מיקרומטר 37.4 7.2 מיקרומטר. הדבר חשוב במיוחד אם הפאנטום משמש עבור אימות של סימולציה אופטי כי משטח מחוספס היא הרבה יותר קשה לחקות במדויק יותר משטח חלק, אחיד (איור 6E). Degassing הוא גם מאוד חשוב בשל העובדה כי בועות בתוך הרוח PDMS לשמש scatterers אופטי (איור 6C, הזחה 1). מיקום בועה לא צפויים לשכפל בסימולציה, יכול להטות את תוצאות אם הפאנטום משמש לסטנדרטים כיול.

לאחר אימות עם מיקרו-CT, נמצאה כמות קטנה של חומר שיורית בתוך הריק דרכי הנשימה (3 חומר משלים). בנוסף, פילוח ה-ct אותו זה מגלה בועת אוויר קטן ליד המבנה מסעף (4 חומר משלים). במהלך פבריקציה נוספת, פאנטום שטיחות ברור הניב של פירוק מלא של החומר של המבנה הפנימי, ללא בועות אוויר בתוך המטריצה פולימר. אימות עם מיקרו-CT הראה כי הרוחות שטיחות אטום עשוי להכיל פגמים קטנים, אינם גלויים אחרת.

כראוי ערבוב חלקיקי אופטי עם הפולימר משומרים הכרחי על מנת להשיג קליטה אופטי צפוי הדירים ואת פיזור. מפנה מקדם הפיזור מופחתת הנגרמת על ידי ערבוב המסכן מוצגת באיור5. לפני לשפוך הפולימר לתבנית, וודאו כי אין הוכחות של TiO2 חלקיקים ליישב או "ribboning" בתערובת, אין עדויות דיות צביעת המכולה ערבוב. הוספת החלקיקים לפי הסדר המומלץ צריך למזער בעיות אלה.

העיצוב של האשליות האלה הוא מוגבל על ידי החלק המודפס תלת-ממד. האוויר מעושה מתוכנן כך החומר התמיכה יכול לחטט, כמו שלא נמסים. זה ניתן להתגבר על ידי העברת מדפסת מתקדמים יותר יכולים גם חומרי הדפסה עם מסיסות בדרגות שונות, או מדפסת לייזר מתיכות, שאינו צריך תומך חומר. חשוב גם לציין כי הריאות הוא מטבעו הרבה פירצות איבר בשל דרכי הנשימה דיסטלי alveoli. בזמן זה אינו מיוצג בלוח הפאנטום הזה, ההשפעות אופטי של מבנים דומים נצפו באמצעות רפסודה בועה בראג-ניי טומוגרפיה אופטית קוהרנטית21, אוויר בועות שמן זית42, ו קרם גילוח או חומרי מאכל עבור תהודה מגנטית גרעינית הדמיה43. יצירת קצף פולימרי עם מאפיינים לשחזור יוכל ליישב את ההבדל הזה בין הרוחות מוצק המובאת כאן מיקרו ריאות44.

הצורה של הפאנטום האחרון באפשרותך גם להתאים אישית בהתאם ליישום. הפאנטום מלבני המוצגת כאן היה עם תמונה עם תאורה פנימית, שימוש עבור אימות של מודל חישובי של הריאות בריא ולא נגוע (איור 7). עיצוב זה יכול להתעדכן בהמשך כדי לייצג את הגוף גלילי של העכבר פשוט על ידי שינוי עיצוב כייר פולימר חיצוניים.

בעוד שתוארו כאן את העיצוב של הריאה מאתר ואת דרכי הנשימה פנטום, שיטות אלה יכול להיות שונה כדי להתאים איברים או בעלי עניין אחרים. המבנה הפנימי ניתן להמיר את מסלול זרימה עבור מטוסי פאנטום כלי הדם, או יכול לשמש גבס עבור מבנה פנימי מורכב עם מאפיינים אופטיים ייחודיים. ניתן גם לכוונן אותו היישום, בעלי חיים, או איבר עניין הצורה הכללית של הפאנטום. הדפסה תלת-ממדית של המבנים הפנימיים והן תבניות פולימרי נותן חופש תהליך העיצוב של פאנטום אופטי פולימר מובנית. אלה הם כלים אינטגרלי סימולציה אימות וכיול של טכניקות הדמיה אופטית בתוך vivo , משום שהן יכולות לייצג באופן מדויק יותר את הסביבה ויוו יותר הומוגנית פאנטום יחיד או רב-שכבתית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי קרן המדע הלאומית הקריירה הפרס. לא. CBET-1254767, המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות הענק לא. R01 AI104960. אנו להכיר בהכרת תודה פטריק גריפין והובלה דן לסיוע שלהם עם אפיון מידות, טקסס A & M לב וכלי דם לפתולוגיה מעבדה עבור מיקרו-CT הדמיה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dow Corning Sylgard 184 Silicone Encapsulant Clear 0.5 kg Kit Ellsworth Adhesives 184 SIL ELAST KIT 0.5KG Polydimethylsiloxane: polymer base for optical phantoms
White Rutile Titanium Dioxide powder Atlantic Equipment Engineers TI-602 Scattering particles for optical phantoms
Higgins Fountain Pen India Ink Michaels Craft Stores  10015483 Absorbing particles for optical phantom
Heat Resistant tape Uline S-7595 Heat resistant tape for polymer molds
Fortus 360mc 3D printer Stratasys N/A Able to switch build and support material with this model printer
ABS Ivory Model Material Stratasys SDS-000001 Material for printing mold parts and/or using as support for printing internal structure 
SR-30 Soluble Support Stratasys 400638-0001 Base soluble support material for printing internal structure
Flacktek Speedmixer Flacktek Inc. DAC 150.1 FV For efficient mixing of polymer and particles 
Integrating sphere Edmund Optics 58-585 For measuring optical properties
Polycarbonate build plates (1 mm) Stratasys N/A Used polycarbonate build plates from Stratasys printer can also be used

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Curatolo, A., Kennedy, B. F., Sampson, D. D. Structured three-dimensional optical phantom for optical coherence tomography. Opt Express. 19 (20), 19480-19485 (2011).
  2. Miranda, D. A., Cristiano, K. L., Gutiérrez, J. C. Breast phantom for mammary tissue characterization by near infrared spectroscopy. J Phys Conf Ser. 466 (1), 012018 (2013).
  3. Solomon, M., et al. Multimodal Fluorescence-Mediated Tomography and SPECT/CT for Small-Animal Imaging. J Nucl Med. 54 (4), 639-646 (2013).
  4. Wagnières, G., et al. An optical phantom with tissue-like properties in the visible for use in PDT and fluorescence spectroscopy. Phys Med Biol. 42 (7), 1415-1426 (1997).
  5. Rajaram, N., Reesor, A. F., Mulvey, C. S., Frees, A. E., Ramanujam, N. Non-Invasive, Simultaneous Quantification of Vascular Oxygenation and Glucose Uptake in Tissue. PLoS ONE. 10 (1), 0117132 (2015).
  6. Niedre, M. J., Turner, G. M., Ntziachristos, V. Time-resolved imaging of optical coefficients through murine chest cavities. J Biomed Opt. 11 (6), 064017 (2006).
  7. Schmidt, F. E. W., et al. Multiple-slice imaging of a tissue-equivalent phantom by use of time-resolvedoptical tomography. Appl Opt. 39 (19), 3380-3387 (2000).
  8. Cerussi, A. E., et al. Tissue phantoms in multicenter clinical trials for diffuse optical technologies. Biomed Opt Express. 3 (5), 966-971 (2012).
  9. Marín, N. M., et al. Calibration standards for multicenter clinical trials of fluorescence spectroscopy for in vivo diagnosis. J Biomed Opt. 11 (1), 014010 (2006).
  10. Alexandrakis, G., Rannou, F. R., Chatziioannou, A. F. Tomographic bioluminescence imaging by use of a combined optical-PET (OPET) system: a computer simulation feasibility study. Phys Med Biol. 50 (17), 4225-4241 (2005).
  11. Wan, Q., Beier, H. T., Ibey, B. L., Good, T., Coté, G. L. Optical Diagnostics and Sensing VII. Coté, G. L., Priezzhev, A. V. , SPIE. (2007).
  12. Chen, C., et al. Preparation of a skin equivalent phantom with interior micron-scale vessel structures for optical imaging experiments. Biomed Opt Express. 5 (9), 3140-3149 (2014).
  13. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. J Biomed Opt. 11 (4), 041102 (2006).
  14. Wróbel, M. S., et al. Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy. J Biomed Opt. 20 (8), 085003 (2015).
  15. Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. A solid tissue phantom for photon migration studies. Phys Med Biol. 42 (10), 1971-1979 (1997).
  16. Bae, Y., Son, T., Park, J., Jung, B. Fabrication of a thin-layer solid optical tissue phantom by a spin-coating method: pilot study. J Biomed Opt. 18 (2), 025006 (2013).
  17. Park, J., et al. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. Nordstrom, R. J., et al. , SPIE. (2013).
  18. Luu, L., Roman, P. A., Mathews, S. A., Ramella-Roman, J. C. Microfluidics based phantoms of superficial vascular network. Biomed Opt Express. 3 (6), 1350-1364 (2012).
  19. Chen, A. I., et al. Multilayered tissue mimicking skin and vessel phantoms with tunable mechanical, optical, and acoustic properties. Med Phys. 43 (6), Part 1 3117-3131 (2016).
  20. Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy. J Biomed Opt. 19 (3), 036009 (2014).
  21. Golabchi, A., et al. Refractive errors and corrections for OCT images in an inflated lung phantom. Biomed Opt Express. 3 (5), 1101-1109 (2012).
  22. Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. Int J Comput Assist Radiol and Surg. 5 (4), 335-341 (2010).
  23. Wang, J., et al. Three-dimensional printing of tissue phantoms for biophotonic imaging. Opt Lett. 39 (10), 3010-3013 (2014).
  24. Ghassemi, P., et al. Evaluation of Mobile Phone Performance for Near-Infrared Fluorescence Imaging. IEEE Trans Biomed Eng. 64 (7), 1650-1653 (2017).
  25. Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H. R., Webb, K. J. Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging. Appl Opt. 55 (2), 280-287 (2016).
  26. Diep, P., et al. Three-dimensional printed optical phantoms with customized absorption and scattering properties. Biomed Opt Express. 6 (11), 4212-4220 (2015).
  27. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102-041116 (2006).
  28. de Bruin, D. M., et al. Optical phantoms of varying geometry based on thin building blocks with controlled optical properties. J Biomed Opt. 15 (2), 025001-025010 (2010).
  29. Boyle, A. J., et al. In vitro performance of a shape memory polymer foam-coated coil embolization device. Med Eng Phys. 49, 56-62 (2017).
  30. Hwang, W., Singhal, P., Miller, M. W., Maitland, D. J. In Vitro Study of Transcatheter Delivery of a Shape Memory Polymer Foam Embolic Device for Treating Cerebral Aneurysms. J Med Dev. 7 (2), 020932 (2013).
  31. Sgaragli, G., Frosini, M. Human Tuberculosis I. Epidemiology, Diagnosis and Pathogenetic Mechanisms. Curr Med Chem. 23 (25), 2836-2873 (2016).
  32. Mufti, N., Kong, Y., Cirillo, J. D., Maitland, K. C. Fiber optic microendoscopy for preclinical study of bacterial infection dynamics. Biomed Opt Express. 2 (5), 1121-1134 (2011).
  33. Nooshabadi, F., et al. Intravital fluorescence excitation in whole-animal optical imaging. PLoS One. 11 (2), 0149932 (2016).
  34. Nooshabadi, F., et al. Intravital excitation increases detection sensitivity for pulmonary tuberculosis by whole-body imaging with beta-lactamase reporter enzyme fluorescence. J Biophotonics. , (2016).
  35. Duck, F. A. Physical Properties of Tissue: A Comprehensive Reference Book. , Academic Press, Inc. (1990).
  36. Tuchin, V. V., Tuchin, V. Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. 13, SPIE press. Bellingham. (2007).
  37. Prahl, S. Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling. , Oregon Tech. (2011).
  38. Inverse Adding-Doubling v.3-9-12. , (2014).
  39. Link, T. M., et al. A Comparative Study of Trabecular Bone Properties in the Spine and Femur Using High Resolution MRI and CT. J Bone Miner Res. 13 (1), 122-132 (1998).
  40. Batiste, D. L., et al. High-resolution MRI and micro-CT in an ex vivo rabbit anterior cruciate ligament transection model of osteoarthritis. Osteoarthr cartil. 12 (8), 614-626 (2004).
  41. Greening, G. J., et al. Characterization of thin poly(dimethylsiloxane)-based tissue-simulating phantoms with tunable reduced scattering and absorption coefficients at visible and near-infrared wavelengths. J Biomed Opt. 19 (11), 115002 (2014).
  42. Meissner, S., Knels, L., Krueger, A., Koch, T., Koch, E. Simultaneous three-dimensional optical coherence tomography and intravital microscopy for imaging subpleural pulmonary alveoli in isolated rabbit lungs. J Biomed Opt. 14 (5), 054020 (2009).
  43. Morris, A. H., et al. A new nuclear magnetic resonance property of lung. J Appl Phys. 58 (3), 759-762 (1985).
  44. Hearon, K., et al. Porous Shape Memory Polymers. Polym Rev (Phila Pa). 53 (1), 41-75 (2013).

Tags

בביו-הנדסה גיליון 132 רקמות להדמיית מטוסי פאנטום הדמיה אופטית כיול סטנדרטי אבטחת איכות אימות מודל מחשב הדפסת תלת-ממד
ייצור ואפיון רקמות אופטי הפאנטומים המכיל למפלגות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Durkee, M. S., Nash, L. D.,… More

Durkee, M. S., Nash, L. D., Nooshabadi, F., Cirillo, J. D., Maitland, D. J., Maitland, K. C. Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure. J. Vis. Exp. (132), e57031, doi:10.3791/57031 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter