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Bioengineering

इंडेंटेशन और चुंबकीय अनुनाद इलास्टोग्राफी का उपयोग करके नरम ऊतक-नकल जिलेटिन फैंटम का विस्कोस्टिक लक्षण वर्णन

Published: May 10, 2022 doi: 10.3791/63770
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University

Summary

यह लेख जिलेटिन फैंटम बनाने के प्रोटोकॉल का प्रदर्शन और सारांश प्रस्तुत करता है जो नरम ऊतकों की नकल करते हैं, और इंडेंटेशन और चुंबकीय अनुनाद इलास्टोग्राफी का उपयोग करके संबंधित विस्कोस्टिक लक्षण वर्णन करते हैं।

Abstract

नरम जैविक ऊतकों के बायोमेकेनिकल गुणों का लक्षण वर्णन ऊतक यांत्रिकी को समझने और रोग, चोट और विकास के बायोमैकेनिक्स से संबंधित तंत्र का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण है। यांत्रिक परीक्षण विधि ऊतक लक्षण वर्णन के लिए सबसे सीधा तरीका है और इसे विवो माप में सत्यापन के रूप में माना जाता है। कई पूर्व विवो यांत्रिक परीक्षण तकनीकों में से, इंडेंटेशन परीक्षण एक विश्वसनीय तरीका प्रदान करता है, खासकर उन नमूनों के लिए जो छोटे, ठीक करने में कठिन और मस्तिष्क के ऊतकों जैसे विस्कोस्टिक हैं। चुंबकीय अनुनाद इलास्टोग्राफी (एमआरई) नरम ऊतकों के बायोमेकेनिकल गुणों को मापने के लिए एक चिकित्सकीय रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है। एमआरई का उपयोग करके दर्ज नरम ऊतकों में कतरनी तरंग प्रसार के आधार पर, तरंग समीकरण के आधार पर विवो में नरम ऊतकों के विस्कोस्टिक गुणों का अनुमान लगाया जा सकता है। यहां, दो अलग-अलग सांद्रता वाले जिलेटिन फैंटम के विस्कोस्टिक गुणों को एमआरई और इंडेंटेशन द्वारा मापा गया था। प्रेत निर्माण, परीक्षण और मापांक अनुमान के प्रोटोकॉल प्रस्तुत किए गए हैं।

Introduction

अधिकांश नरम जैविक ऊतकों में विस्कोस्टिक गुण होते हैं जो उनकी चोट और विकास को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसके अलावा, फाइब्रोसिस और कैंसर 3,4,5,6 जैसी विभिन्न बीमारियों के निदान में विस्कोस्टिक गुण महत्वपूर्ण बायोमार्कर हैं। इसलिए, नरम ऊतकों के विस्कोस्टिक गुणों का लक्षण वर्णन महत्वपूर्ण है। उपयोग की जाने वाली कई लक्षण वर्णन तकनीकों में, ऊतक के नमूनों के पूर्व विवो यांत्रिक परीक्षण और बायोमेडिकल इमेजिंग का उपयोग करके विवो इलास्टोग्राफी में दो व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले तरीके हैं।

यद्यपि नरम ऊतक लक्षण वर्णन के लिए विभिन्न यांत्रिक परीक्षण तकनीकों का उपयोग किया गया है, नमूना आकार और परीक्षण स्थितियों की आवश्यकताओं को पूरा करना आसान नहीं है। उदाहरण के लिए, कतरनी परीक्षण के लिए कतरनी प्लेटों 7 के बीच नमूने को मजबूती से तय करने की आवश्यकता होतीहै। द्विअक्षीय परीक्षण झिल्ली ऊतक के लिए अधिक उपयुक्त है और इसमें विशिष्ट क्लैंपिंग आवश्यकताएं 8,9 हैं। एक संपीड़न परीक्षण आमतौर पर ऊतक परीक्षण के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन एक नमूना10 के भीतर विशिष्ट स्थितियों को चिह्नित नहीं कर सकता है। इंडेंटेशन टेस्ट में ऊतक के नमूने को ठीक करने के लिए अतिरिक्त आवश्यकताएं नहीं होती हैं और इसका उपयोग मस्तिष्क और यकृत जैसे कई जैविक ऊतक नमूनों को मापने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, एक छोटे इंडेंटर हेड के साथ, एक नमूने के भीतर क्षेत्रीय गुणों का परीक्षण किया जा सकता है। इसलिए, विभिन्न प्रकार के नरम ऊतकों 1,3,11 का परीक्षण करने के लिए इंडेंटेशन परीक्षण ों को अपनाया गया है।

विवो में नरम ऊतकों के बायोमेकेनिकल गुणों की विशेषता ट्रांसलेशनल अध्ययन और बायोमैकेनिक्स के नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। बायोमेडिकल इमेजिंग तौर-तरीके जैसे अल्ट्रासाउंड (यूएस) और चुंबकीय अनुनाद (एमआर) इमेजिंग सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली तकनीकें हैं। यद्यपि यूएस इमेजिंग अपेक्षाकृत सस्ता और करने में आसान है, यह कम कंट्रास्ट से ग्रस्त है और मस्तिष्क जैसे अंगों को मापना मुश्किल है। गहरी संरचनाओं की इमेजिंग करने में सक्षम, एमआर इलास्टोग्राफी (एमआरई) विभिन्न प्रकार के नरम ऊतकों 6,12, विशेष रूप से मस्तिष्क13,14 को माप सकता है। लागू बाहरी कंपन के साथ, एमआरई एक विशिष्ट आवृत्ति पर नरम ऊतकों के विस्कोस्टिक गुणों को माप सकता है।

अध्ययनों से पता चला है कि 50-60 हर्ट्ज पर, सामान्य मस्तिष्क का कतरनी मापांक सामान्य यकृत16 के लिए ~1.5-2.5 kPa 5,6,13,14,15 और ~ 2-2.5 kPa है। इसलिए, जिलेटिन फैंटम जिनके समान बायोमेकेनिकल गुण हैं, का व्यापक रूप से परीक्षण और सत्यापनके लिए नरम ऊतकों की नकल करने के लिए उपयोग किया गया है। इस प्रोटोकॉल में, दो अलग-अलग सांद्रता वाले जिलेटिन फैंटम तैयार किए गए और परीक्षण किए गए। जिलेटिन फैंटम के विस्कोस्टिक गुणों को कस्टम-निर्मित विद्युत चुम्बकीय एमआरई डिवाइस14 और एक इंडेंटेशन डिवाइस 1,3 का उपयोग करके विशेषता दी गई थी। परीक्षण प्रोटोकॉल का उपयोग मस्तिष्क या यकृत जैसे कई नरम ऊतकों के परीक्षण के लिए किया जा सकता है।

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Protocol

1. जिलेटिन प्रेत तैयारी

  1. तालिका 1 के अनुसार जिलेटिन, ग्लिसरॉल और पानी का वजन करें। जिलेटिन समाधान प्राप्त करने के लिए जिलेटिन पाउडर को पानी के साथ मिलाएं।
    नोट: दो प्रेतों को तैयार करने के लिए अलग-अलग घटकों की सांद्रता तालिका 1 में दिखाई गई है। जिलेटिन की सांद्रता जितनी अधिक होगी, प्रेत उतना ही कठोर होगा।
  2. जिलेटिन के घोल को पानी के स्नान में 60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें। तापमान बनाए रखते हुए जिलेटिन के घोल में ग्लिसरॉल मिलाएं।
    नोट: ग्लिसरॉल अपने पिघलने के तापमान और कतरनी मापांक17 को बढ़ाकर जिलेटिन मिश्रण को स्थिर करता है।
  3. घोल को हिलाएं और इसे फिर से 60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें। मिश्रित समाधान को एक कंटेनर में डालें जिसका उपयोग एमआरई और इंडेंटेशन परीक्षणों के लिए किया जाएगा। घोल को कमरे के तापमान पर ठंडा करें और समाधान के ठोस होने तक प्रतीक्षा करें।

2. एमआरई परीक्षण

  1. जिलेटिन प्रेत के ऊपर कंपन प्लेट रखें। सुनिश्चित करें कि प्रेत और कंपन प्लेट के बीच संपर्क दृढ़ है (चित्रा 1 ए)।
    नोट: कंपन प्लेट 50 x 50 x 5 मिमी3 के आयाम के साथ पॉलियामाइड से बना है।
  2. जिलेटिन प्रेत को सिर के कुंडल में रखें। जिलेटिन प्रेत के चारों ओर स्पंज और सैंडबैग लगाएं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि प्रेत मजबूती से रखा गया है। ट्रांसमिशन बार14,18 के साथ कस्टम-निर्मित विद्युत चुम्बकीय एक्ट्यूएटर का उपयोग करें। हेड कॉइल पर एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एक्ट्यूएटर माउंट करें। ट्रांसमिशन बार को कंपन प्लेट से कनेक्ट करें (चित्रा 1 बी)।
  3. एम्पलीफायर के साथ एक्ट्यूएटर की बिजली लाइनों को कनेक्ट करें। नियंत्रक के साथ नियंत्रण लाइनों को कनेक्ट करें (चित्रा 1 सी)।
  4. एक्ट्यूएटर और एमआरआई स्कैन पैरामीटर सेटिंग्स
    1. फ़ंक्शन जनरेटर में तरंग, कंपन आवृत्ति और आयाम सेट करें। पावर एम्पलीफायर को समायोजित करके वांछित कंपन आयाम सेट करें।
      नोट: यहां, तरंग को फ़ंक्शन जनरेटर में साइनसॉइडल पर सेट किया गया है; कंपन आवृत्ति 40 हर्ट्ज या 50 हर्ट्ज पर सेट है, और आयाम 1.5 वीपीपी पर सेट है। पावर एम्पलीफायर में, प्रवर्धन अनुपात 40% पर सेट किया गया है।
    2. ट्रिगर मोड में काम करने के लिए फ़ंक्शन जनरेटर सेट करें। ट्रिगर लाइन को एमआरआई मशीन के बाहरी ट्रिगर पोर्ट से कनेक्ट करें।
    3. एमआरई स्कैनिंग (एक्ट्यूएटर) आवृत्ति को फ़ंक्शन जनरेटर के समान सेट करें, ताकि गति एन्कोडिंग ढाल कंपन प्लेट की गति के साथ सिंक्रनाइज़ हो।
  5. डेटा माप और विश्लेषण
    1. नियमित इमेजिंग पोजिशनिंग प्रक्रियाओं का पालन करें। जिलेटिन फैंटम20 की इमेजिंग के लिए 2 डी ग्रेडिएंट-इको (जीआरई) आधारित एमआरई अनुक्रम का उपयोग करें। जीआरई-एमआरई इमेजिंग पैरामीटर निम्नानुसार सेट करें: फ्लिप-एंगल = 30 ° ; टीआर / टीई = 50/31 एमएस; फील्ड-ऑफ-व्यू = 300 मिमी; स्लाइस मोटाई = 5 मिमी; वोक्सेल आकार = 2.34 x 2.34 मिमी2.
    2. एक साइनसॉइडल चक्र में चार अस्थायी बिंदुओं पर चरण छवियों को मापें। प्रत्येक समय बिंदु पर सकारात्मक और नकारात्मक गति एन्कोडिंग ग्रेडिएंट दोनों लागू करें।
    3. प्राप्त चरण छवि के आधार पर, सकारात्मक और नकारात्मक एन्कोडेड चरण छवियों को घटाकर पृष्ठभूमि चरण को हटा दें। विश्वसनीयता सॉर्टिंग-आधारित एल्गोरिथ्म21 के साथ चरण को अनरैप करें।
    4. अनरैप किए गए चरण छवियों पर तेजी से फूरियर ट्रांसफॉर्म लागू करके गति के प्रमुख घटक को निकालें। चरण छवि को डिजिटल बैंडपास फ़िल्टर के साथ फ़िल्टर करें। भंडारण मापांक G' और हानि मापांक G'13,14 प्राप्त करने के लिए 2D प्रत्यक्ष व्युत्क्रम (DI) एल्गोरिथ्म के साथ कतरनी मापांक का अनुमान लगाएं।
      नोट: बैंडपास फ़िल्टर की कट-ऑफ आवृत्ति [0.04 0.08] है। डीआई एल्गोरिथ्म की फिटिंग विंडो का आकार 11 x 11 है।

3. इंडेंटेशन टेस्ट

  1. जिलेटिन प्रेत को क्रमशः बेलनाकार या घनाभ नमूने में ट्रिम करने के लिए एक गोलाकार पंच या सर्जिकल ब्लेड का उपयोग करें। सुनिश्चित करें कि नमूना मोटाई 3 और 10 मिमी के बीच है और बेलनाकार नमूने का व्यास या घनाकार का लंबा हिस्सा 4 मिमी से बड़ा है। इंडेंटेशन के लिए इसे यथासंभव चिकना बनाने के लिए नमूने की सतह को ट्रिम करने के लिए एक तेज ब्लेड का उपयोग करें।
  2. इंडेंटेशन परीक्षक की शक्ति चालू करें। इंडेंटर संपर्क प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए डिज़ाइन किए गए इंडेंटर नियंत्रण प्रोग्राम का उपयोग करके निम्न कार्य करें (कस्टम प्रोग्राम; सामग्री तालिका देखें)।
    1. अंशांकन प्रक्रिया (चित्रा 2 बी) शुरू करने के लिए जीयूआई में बैक ऑफ बटन पर क्लिक करें। लेज़र सेंसर से मान पढ़ें और BaseLine बॉक्स में मान लिखें।
      नोट: अंशांकन प्रक्रिया के दौरान, लेजर सेंसर और बैफल प्लेट के बीच की दूरी को एक विशिष्ट पूर्व-परिभाषित मूल्य में समायोजित किया जाता है।
    2. बैफल प्लेट पर एक ग्लास स्लाइड रखें और लेजर सेंसर द्वारा दिखाए गए मूल्य को रिकॉर्ड करें। इसके बाद, नमूना ग्लास स्लाइड पर रखें और उन्हें बैफल प्लेट पर एक साथ रखें। लेज़र सेंसर से मान पढ़ें और नमूना + स्लाइड बॉक्स में यह मान लिखें।
      नोट: लेजर सेंसर का उपयोग इंडेंटेशन के विस्थापन को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग परीक्षण से पहले नमूना मोटाई को मापने के लिए भी किया जाता है।
    3. चरण 3.2.2 में प्राप्त दो मानों के बीच के अंतर को रुचि के क्षेत्र (आरओआई) पर नमूना मोटाई के रूप में लें।
    4. ध्यान से नमूना को अंतर्निहित ग्लास स्लाइड के साथ इंडेंटर के ठीक नीचे रखें, और फिर इंडेंटर और नमूना सतह के बीच स्वचालित संपर्क शुरू करने के लिए संपर्क बटन पर क्लिक करें।
      नोट: यदि स्वचालित संपर्क संतोषजनक नहीं है, यानी, इंडेंट नमूने में गहराई से दबाता है या कोई संपर्क नहीं है, तो ऑफसेट बॉक्स में 0.05-0.1 मिमी की सीमा में मान लिखकर इंडेंटर स्थिति को समायोजित करें और चरण 1.2.1-1.2.4 दोहराएं।
    5. मापा नमूना मोटाई (चरण 3.2.3) के आधार पर, इंडेंटेड परीक्षण तनाव के साथ मोटाई को गुणा करके इंडेंटेशन विस्थापन (यानी, कुल इंडेंटेशन गहराई) का अनुमान लगाएं (यहां, इंडेंटेशन को छोटे तनाव धारणा के भीतर रखने के लिए इसे ≤8% पर सेट किया गया है)।
    6. विस्थापन ( mm) बॉक्स में विस्थापन मान (चरण 3.2.5) लिखें। Dwell टाइम बॉक्स में विश्राम समय को 180 s पर सेट करें। इंडेंटेशन बटन पर क्लिक करें। रैंप-होल्ड प्रक्रिया के दौरान विस्थापन और प्रतिक्रियाशील बल स्वचालित रूप से रिकॉर्ड किया जाएगा और निर्दिष्ट फ़ाइल पथ पर एक फ़ाइल में सहेजा जाएगा।
      नोट: फ़ाइल पथ को परीक्षण डेटा सहेजने के लिए पथ के रूप में पूर्व-परिभाषित किया जा सकता है।
  3. इंडेंटेशन डेटा को स्प्रेडशीट में निर्यात करें। बल विश्राम वक्र 1,3,11 को फिट करने के लिए दो-अवधि प्रोनी श्रृंखला Equation 1का उपयोग करें:
    Equation 2
  4. फिट किए गए मापदंडों के आधार पर तात्कालिक कतरनी मापांक (जी0) और दीर्घकालिक कतरनी मापांक (जी∞) का अनुमान लगाएं:
    Equation 3
    नोट: उपरोक्त समीकरणों में, C 0, Ci, और YI प्रोनी श्रृंखला के मॉडल पैरामीटर हैं, F इंडेंटेशन बल है, R इंडेंटर की त्रिज्या है, X अनंत आधे अंतरिक्ष धारणा के लिए मुआवजा कारक है, V इंडेंटेशन वेग है, t समय चर है, और tR रैंप समय है।

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Representative Results

एमआरई प्रोटोकॉल के बाद, जिलेटिन फैंटम में 40 और 50 हर्ट्ज पर एक स्पष्ट कतरनी तरंग प्रसार देखा गया (चित्रा 3)। एमआरई से मापा गया विस्कोस्टिक गुण, और इंडेंटेशन परीक्षण चित्रा 4 में दिखाए गए हैं। प्रत्येक प्रेत के लिए प्रत्येक परीक्षण में अनुमानित जी और जी " मूल्यों को तालिका 2 में संक्षेपित किया गया है। इंडेंटेशन प्रोटोकॉल के बाद, प्रत्येक परीक्षण बिंदु पर प्रत्येक प्रेत के विस्कोस्टिक गुणों को तालिका 3 में संक्षेपित किया गया है।

जैसा कि चित्रा 4 में दिखाया गया है, एमआरई का उपयोग करके माप के लिए, 40 और 50 हर्ट्ज पर मापा गया जी और जी " मानों की तुलना ने दो जिलेटिन फैंटम (छात्र का टी-टेस्ट, पी < 0.05) के बीच महत्वपूर्ण अंतर दिखाया। इसके अलावा, 40 और 50 हर्ट्ज माप (छात्र का टी-टेस्ट, पी < 0.05) के बीच जी और जी दोनों मूल्यों के लिए महत्वपूर्ण अंतर देखा गया। इसी तरह, इंडेंटेशन टेस्ट का उपयोग करके माप के लिए, जी 0 और जी∞ मानों (छात्र का टी-टेस्ट, पी < 0.05) के लिए दो प्रेतों के बीच महत्वपूर्ण अंतर देखा गया। एमआरई और इंडेंटेशन दोनों ने नरम और कठोर जिलेटिन फैंटम को अलग करने के लिए लगातार परिणाम प्रदान किए।

Figure 1
चित्र 1: एमआरई परीक्षण। (ए) जिलेटिन प्रेत के शीर्ष पर कंपन प्लेट रखें। (बी) जिलेटिन प्रेत को हेड कॉइल के अंदर रखें और हेड कॉइल के शीर्ष पर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एक्ट्यूएटर माउंट करें। (सी) विद्युत चुम्बकीय एमआरई प्रणाली का अवलोकन प्रत्येक घटक के बीच कनेक्शन दिखाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्र 2: इंडेंटेशन टेस्ट। (ए) जिलेटिन फैंटम को परीक्षक में इंडेंटर सिर के ठीक नीचे रखें। (बी) जीयूआई में नियंत्रण सेटअप पैनल का उपयोग करके इंडेंटेशन तैयार करें। रैंप-विश्राम परीक्षण स्थापित करने के लिए जीयूआई में इंडेंटेशन पैरामीटर इनपुट करें। डेटा व्यूअर विंडो में इंडेंटेशन कर्व्स का निरीक्षण करें। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: 40 और 50 हर्ट्ज पर दो जिलेटिन फैंटम के लिए तरंग प्रसार छवियां। चार चरण एक साइनसॉइडल चक्र में चार अस्थायी बिंदुओं के अनुरूप हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: एमआरई और इंडेंटेशन प्रयोगों से मापा गया विस्कोस्टिक गुण। (ए) एमआरई से दो जिलेटिन प्रेतों के लिए 40 और 50 हर्ट्ज पर विशिष्ट अनुमानित जी और जी मानचित्र। (बी) छह दोहराए गए इंडेंटेशन परीक्षणों से दो प्रेतों के लिए जी 0 और जी∞ मानों का औसत और मानक विचलन। (C) छह दोहराए गए MRE परीक्षणों से दो प्रेतों के लिए 40 और 50 Hz पर G और G' मानों का औसत और मानक विचलन। तारांकन चिह्न एक महत्वपूर्ण अंतर को इंगित करता है (छात्र का टी-टेस्ट; पी < 0.05)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

सरेस पानी ग्लिसरॉल कुल
फैंटम 1 100 (4.35%) 1200 (52.17%) 1000 (43.48%) 2300 (100%)
फैंटम 2 160 (6.96%) 1140 (49.56%) 1000 (43.48%) 2300 (100%)

तालिका 1: जिलेटिन, ग्लिसरॉल और पानी का द्रव्यमान और द्रव्यमान एकाग्रता दो जिलेटिन प्रेतों को तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है। द्रव्यमान इकाई ग्राम है।

मापांक (पीए) टेस्ट 1 टेस्ट 2 टेस्ट 3 टेस्ट 4 टेस्ट 5 टेस्ट 6 औसत एसटीडी
फैंटम 1 40 हर्ट्ज G' 2978 2976 2976 2974 2971 2972 2975 3
G'' 198 197 197 198 199 199 198 1
50 हर्ट्ज G' 2854 2852 2852 2851 2850 2848 2851 2
G'' 341 342 342 342 341 341 341 1
फैंटम 2 40 हर्ट्ज G' 5603 5589 5596 5590 5586 5588 5592 7
G'' 419 412 419 413 408 408 413 5
50 हर्ट्ज G' 5343 5341 5336 5336 5329 5331 5336 6
G'' 317 317 318 324 321 323 320 3

तालिका 2: एमआरई द्वारा मापे गए दो जिलेटिन प्रेतों का भंडारण मापांक (जी') और हानि मापांक (जी")। प्रत्येक फैंटम का परीक्षण 40 और 50 हर्ट्ज की एक्ट्यूशन आवृत्ति पर छह बार किया गया था।

टेस्ट 1 टेस्ट 2 टेस्ट 3 टेस्ट 4 टेस्ट 5 टेस्ट 6 औसत एसटीडी
फैंटम 1 C0 1.54 1.88 1.81 1.71 1.65 1.60 1.70 0.13
C1 0.64 0.16 0.09 0.16 0.16 0.21 0.23 0.20
C2 0.10 0.12 0.15 0.11 0.13 0.11 0.12 0.02
τ1 (s) 459.71 177.52 114.14 7.32 6.1 3.73 128.09 177.51
τ2 (s) 9.83 6.38 5.83 199.28 200.2 55.78 79.55 94.98
R2 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 0.00
G0 (Pa) 2273 2145 2040 1991 1935 1920 2051 136
G∞ (Pa) 1535 1875 1808 1714 1650 1601 1697 128
फैंटम 2 C0 5.97 6.29 6.16 6.20 6.14 6.11 6.14 0.11
C1 0.29 0.30 0.43 0.38 0.18 0.48 0.34 0.11
C2 0.64 0.24 0.24 0.17 0.39 0.18 0.31 0.18
τ1 (s) 5.99 3.50 2.46 2.71 69.34 2.36 14.39 26.95
τ2 (s) 96.28 124.98 123.87 88.01 2.34 63.35 83.14 45.88
R2 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.00
G0 (Pa) 6899 6827 6825 6751 6710 6771 6797 67
G∞ (Pa) 5967 6286 6160 6197 6144 6113 6145 105

तालिका 3: दो जिलेटिन फैंटम के लिए इंडेंटेशन परीक्षणों से अनुमानित विस्कोस्टिक पैरामीटर। प्रत्येक प्रेत का छह बार परीक्षण किया गया था।

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Discussion

जिलेटिन फैंटम आमतौर पर एल्गोरिदम और उपकरणों के परीक्षण और सत्यापन के लिए ऊतक-नकल सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है 17,19,22,23,24,25,26,27। एमआरई और गतिशील कतरनी परीक्षण की तुलना करने के लिए जिलेटिन फैंटम का उपयोग करने वाले अग्रणी अध्ययनों में से एक ओकामोटो एट अल (2011)17 द्वारा प्रस्तुत किया गया था। उनके अध्ययन में, जिलेटिन की द्रव्यमान एकाग्रता ~ 2.8% थी, और सुधार के बाद अनुमानित जी ' और जी ' मान क्रमशः 1.06-1.15 केपीए और 0.11-0.27 केपीए की सीमा में थे। (2020)19 ने एमआरई के लिए व्युत्क्रम एल्गोरिथ्म को मान्य करने के लिए जिलेटिन फैंटम का भी उपयोग किया। ~ 3.5% की जिलेटिन द्रव्यमान एकाग्रता के साथ, अनुमानित जी 'मान ~ 2.5 केपीए था। चूंकि जिलेटिन की एकाग्रता के साथ कतरनी मापांक बढ़ता है, इसलिए ये सभी मूल्य इस अध्ययन में अनुमान के अनुरूप थे।

जिलेटिन फैंटम बनाने के लिए, यह ध्यान दिया जाता है कि पानी के साथ बड़ी मात्रा में जिलेटिन पाउडर मिलाते समय एक पूर्ण और पूरी तरह से सरगर्मी की आवश्यकता होती है। होमोजिनाइज्ड फैंटम बनाने के लिए पूर्ण विघटन के लिए यह आवश्यक है। पिघलने के तापमान और कतरनी मापांक को बढ़ाने के लिए, मिश्रण17 में ग्लिसरॉल जोड़ा गया था। लगभग 60 डिग्री सेल्सियस पर पानी का स्नान मिश्रण में तेजी लाने में मदद करेगा और सरगर्मी प्रक्रिया के दौरान अनुशंसित है। आमतौर पर, जिलेटिन एक विशिष्ट आकार के साथ एक कंटेनर में बनाया जाएगा, जैसे, घन या सिलेंडर। इसलिए, कंटेनर में मिश्रित समाधान डालने से पहले बुलबुले को फ़िल्टर करना महत्वपूर्ण है।

एमआरई परीक्षण की तैयारी करते समय, कतरनी लहर का एक स्थिर संचरण महत्वपूर्ण है। इसलिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि कंपन प्लेट को प्रेत के शीर्ष पर मजबूती से दबाया जाता है। यह प्लेट और प्रेत के बीच किसी भी संभावित फिसलने से बचने के लिए है। हालांकि, यह संभावित रूप से स्थानीय पूर्व-तनाव का एक निश्चित स्तर लाएगा। इस प्रकार, यह महत्वपूर्ण है कि प्रेत पर प्लेट को अधिक न दबाएं। एक्ट्यूएशन आवृत्ति स्थापित करते समय, यह ध्यान दिया जाता है कि आवृत्ति के साथ तरंग प्रसार की उदासीनता बढ़ जाती है।

इंडेंटेशन डिवाइस को कंपन आइसोलेशन टेबल पर रखने का सुझाव दिया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक छोटा सा कंपन भी रैंप-होल्ड रिकॉर्डिंग प्रक्रिया को प्रभावित करेगा। इसके अलावा, सेंसर के पुन: अंशांकन की आवश्यकता होती है यदि डिवाइस का उपयोग 1 महीने से अधिक समय तक नहीं किया गया है।

एमआरई का सबसे अच्छा माप प्रदर्शन करने के लिए, आवृत्ति को 100 हर्ट्ज के भीतर रखने का सुझाव दिया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि आवृत्ति जितनी अधिक होती है, कंपन का अधिक अपव्यय होता है, इस प्रकार अधिग्रहित छवियों का कम एसएनआर प्रेरित होता है। इंडेंटेशन टेस्ट मुख्य रूप से एमआरई की तुलना में कम आवृत्ति सीमा पर नमूने को मापता है। दो विधियों के बीच पैरामीटर रूपांतरणों की चर्चा के लिए, कोई चेन एट अल (2020)11 का उल्लेख कर सकता है। एमआरई और इंडेंटेशन का उपयोग बायोमैकेनिकल गुणों की जांच करने और रोग निदान या उपचार मूल्यांकन के लिए संभावित बायोमैकेनिक्स-आधारित बायोमाकर्स का पता लगाने के लिए कई नरम जैविक ऊतकों को मापने के लिए किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखक ों ने हितों के टकराव की घोषणा नहीं की है।

Acknowledgments

चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान 31870941), शंघाई के प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान 22ZR1429600), और शंघाई नगर पालिका के विज्ञान और प्रौद्योगिकी आयोग (अनुदान 19441907700) से वित्त पोषण सहायता स्वीकार की जाती है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
24-channel head & Neck coil United Imaging Healthcare 100120 Equipment
3T MR Scanner United Imaging Healthcare uMR 790 Equipment
Acquisition board Advantech Co PCI-1706U Equipment
Computer-Windows HP 790-07 Equipment
Electromagnetic actuator Shanghai Jiao Tong University Equipment
Function generator RIGOL DG1022Z Equipment
Gelatin CARTE D’OR Reagent
Glycerol Vance Bioenergy Sdn.Bhd Reagent
Indenter control program custom-designed Software; accessed via: https://github.com/aaronfeng369/FengLab_indentation_code.
Laser sensor Panasonic HG-C1050 Equipment
Load cell Transducer Technique GSO-10 Equipment
MATLAB Mathworks Software
Power amplifier Yamaha A-S201 Equipment
Voice coil electric motor SMAC Corporation DB2583 Equipment

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References

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