مقالة منهجية

تصنيع وتوصيف أشباح الأنسجة البصرية التي تتضمن حداتها

DOI:

10.3791/57031

⸱

فبراير 12, 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Deparment of Molecular Pathogenesis and Immunology, Texas A&M College of Medicine

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أشباح الأنسجة البصرية أدوات أساسية للمعايرة وتوصيف نظم التصوير الضوئي والتحقق من النماذج النظرية. تفاصيل هذه المقالة طريقة لتصنيع الوهمية تتضمن النسخ المتماثل الأنسجة الخصائص البصرية وبنية أنسجة ثلاثية الأبعاد.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التطور السريع في تقنيات التصوير الضوئي الجديد مرهون بتوافر معايير منخفضة التكلفة وقابلة للتخصيص واستنساخه بسهولة. بتكرار تصوير البيئة، يجوز التحايل على التجارب على الحيوانات مكلفة التحقق من صحة أسلوب. التنبؤ وتحسين الأداء في فيفو و السابقين فيفو تقنيات التصوير يتطلب اختبار عينات متشابهة بصريا للأنسجة للفائدة. محاكاة الأنسجة أشباح الضوئية تقدم معياراً للتقييم، والوصف، أو معايرة نظام بصري. بوليمر متجانس أشباح الأنسجة البصرية تستخدم على نطاق واسع لمحاكاة الخصائص البصرية لنوع الأنسجة محددة داخل نطاق طيفي ضيق. يمكن أن تحاكي الأنسجة الطبقات، مثل البشرة وباطن الجلد، قبل التراص ببساطة هذه أشباح لوح متجانسة. ومع ذلك، يتم تطبيق كثيرة في فيفو تقنيات التصوير الأنسجة مكانياً معقدة أكثر حيث هياكل الأبعاد الثلاثة، مثل الأوعية الدموية أو الخطوط الجوية أو عيوب الأنسجة، يمكن أن تؤثر على أداء نظام التصوير.

ويصف هذا البروتوكول تلفيق فانتوم محاكاة الأنسجة الذي يشتمل على التعقيد الهيكلي ثلاثي الأبعاد باستخدام المواد مع الخصائص البصرية للأنسجة. جداول البحث تقديم وصفات الحبر الهند وثاني أكسيد التيتانيوم للاستيعاب البصري وتشتت الأهداف. ويرد وصف أساليب تميز وضبط خصائص المواد البصرية. تصنيع الوهمية بالتفصيل في هذه المقالة قد فراغاً مجرى الهواء صورية تفريع داخلية؛ ومع ذلك، يمكن تطبيقها التقنية على نطاق واسع إلى هياكل الأنسجة أو هيئة أخرى.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأنسجة أشباح وتستخدم على نطاق واسع لوصف النظام ومعايرة أجهزة التصوير والتحليل الطيفي الضوئي، بما في ذلك نظم موقفية إدماج الموجات فوق الصوتية أو طرائق نووية1،2،3 ،4. أشباح توفير بيئة بصرية الخاضعة لتوصيف النظام ومراقبة الجودة لتقنيات التصوير بيولوجية متعددة. محاكاة الأنسجة أشباح أدوات مفيدة في التنبؤ بأداء النظام وتحسين تصميم نظام للمهمة الفسيولوجية في متناول اليد؛ على سبيل المثال، التنبؤ بعمق السبر المسابير الطيفية لتقييم الورم الهوامش5. الخصائص البصرية والتصميم الهيكلي الأشباح يمكن ضبطها لمحاكاة البيئة الفسيولوجية المحددة التي ستستخدم في الصك، وبالتالي السماح لدراسات الجدوى والتحقق من نظام الأداء3، 6،7. التحقق من أداء النظام مع أشباح البصري واقعية قبل دخول التجارب قبل الإكلينيكية أو السريرية التصوير يقلل من خطر حدوث الأعطال أو الحصول على بيانات غير صالحة للاستعمال خلال في فيفو الدراسات. إمكانية تكرار نتائج والاستقرار الأشباح الضوئية جعلها معايير المعايرة قابلة للتخصيص للتقنيات البصرية لرصد تقلب instrument داخلها، وبينها، لا سيما في تجارب سريرية متعددة المراكز بأدوات مختلفة، عوامل التشغيل، والظروف البيئية8،9.

بمثابة محاكاة الأنسجة أشباح أيضا النماذج الفيزيائية الانضباطي واستنساخه للتحقق نماذج النظرية البصرية. المعونة المحاكاة في التصميم والتحسين في فيفو الأدوات البصرية، في حين أن الحد من الحاجة للحيوانات والتجارب10،11. يمكن أن يشغلها بالتنمية والتحقق من صحة المحاكاة البصرية تمثيل دقيق للبيئة في فيفو تعقيد هيكل الأنسجة ومحتوى الكيمياء الحيوية، وموقع الهدف أو الأنسجة داخل الجسم. تقلب بين المواضيع يجعل التحقق نماذج النظرية التي تطعن باستخدام قياسات الحيوان أو الإنسان. بوليمر الأنسجة الضوئية أشباح تسمح بالتحقق نماذج النظرية بتوفير بيئة بصرية المعروفة واستنساخه لدراسة فوتون الهجرة12،13،،من1415.

غرض نظام المعايرة، أشباح الضوئية الصلبة قد تتكون من لوح متجانسة واحدة من البوليمر شُفي مع التشتت البصري، والاستيعاب، أو الأسفار ضبطها للأطوال الموجية للفائدة. الطبقات البوليمر أشباح تستخدم بشكل متكرر لتقليد الفرق عمق الخصائص البصرية الأنسجة في نسيج طلائي نماذج16،17. هذه الهياكل الوهمية تكفي للتصوير الظهارية والنمذجة، لأن بنية أنسجة متجانسة إلى حد ما من خلال كل طبقة. ومع ذلك، أوسع نطاقا وأكثر تعقيداً من هياكل تؤثر على النقل الإشعاعي في الأجهزة الأخرى. وقد وضعت أساليب لإنشاء أشباح أكثر تعقيداً لمحاكاة البيئة البصرية من الأوعية الدموية تحت الجلد18،19 وحتى كل الأجهزة، مثل المثانة20. نماذج النقل الخفيفة في الرئتين ويوفر مشكلة فريدة من نوعها بسبب هيكل المتفرعة من واجهة الهواء-النسيج؛ الوهمية صلبة سوف لا يحتمل النسخ المتماثل النقل الإشعاعي في الجهاز بدقة21. لوصف طريقة لإدماج بنية معقدة شبح ضوئية، يصف لنا طريقة لإنشاء شجرة كسورية الداخلية، واستنساخه بالفراغ الذي يمثل الهيكل العيانية ثلاثي الأبعاد (3D) لمجرى الهواء (الشكل 1).

في العقود القليلة الماضية، 3D الطباعة أصبح أسلوب الغالبة للنماذج الأولية السريعة للأجهزة الطبية والنماذج22، وأشباح الأنسجة البصرية ليست استثناء. 3D الطباعة قد استخدمت كأداة تصنيع المواد مضافة لاختلاق أشباح بصري مع23من قنوات و شبكات الأوعية الدموية24نماذج حيوانية صغيرة الجسم كله25. هذه الأساليب تستخدم مواد الطباعة واحد أو اثنين مع خصائص بصرية فريدة من نوعها. كما وضعت أساليب لضبط الخصائص البصرية لمواد الطباعة لتقليد الأنسجة البيولوجية العامة، عكر25،26. ومع ذلك، محدودة مجموعة الخصائص البصرية يمكن تحقيقه بمواد الطباعة، عادة ما تكون بوليمر مثل أكريلونيتريل بيوتادايين ستايرين (ABS)26، حتى هذه الطريقة ليست مناسبة لجميع الأنسجة البيولوجية. بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) هو بوليمر بصريا واضحة التي يمكن أن تكون مختلطة سهولة التشتت وامتصاص الجزيئات مع مستوى أعلى من ألواح27،28. وقد استخدمت أيضا PDMS العفن وأشباح مع نماذج تمدد الأوعية الدموية لنشر أجهزة embolic29،30. هذه الأشباح أيضا الاستفادة من جزء مطبوعة 3D ديسولفابل ولكن تبقى بصريا واضحة لتصور نشر الجهاز. هنا، نجمع بين هذا الأسلوب مع ألواح الخصائص البصرية ل PDMS مع تناثر وامتصاص الجزيئات اختﻻق نموذجا أولياً للأنسجة والخطوط الجوية في الرئة مورين.

بينما الوهمية المقدمة هنا محددة إلى الرئتين، العملية يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من الأجهزة الأخرى. الطباعة ثلاثية الأبعاد للهيكل الداخلي للوهمية يسمح التصميم لتكون قابلة للتخصيص لأي غرض ونطاق الطباعة، سواء كان ذلك دم أو الليمفاوية شبكة السفينة أو نخاع العظام حتى هيكل أربع غرف القلب31. لأننا مهتمون بالتصوير الضوئي والنمذجة من الرئة32،،من3334، اخترنا لاستخدام شجرة الجيل أربعة النمطي هندسي متكرر كالهيكل الداخلي للنسخ المتماثل داخل البوليمر الوهمية. صمم هذا الهيكل التقريبي هيكل المتفرعة من مجرى الهواء ومواد الدعم كسر بعيداً عن عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. يمكن طباعة مجرى الهواء أكثر تشريحيا صحيح إذا لم يكن دعم كسر بعيداً المواد اللازمة. على الرغم من أن هذا نموذج معين يمثل مجرى الهواء، ليس لديه البنية الداخلية للوهمية يظل فراغ مادي. متى يشفي البوليمر المحيطة به وهو حل الجزء المطبوع 3D، يمكن استخدام الهيكل الداخلي كمسار تدفق أو العفن ثانوية لمادة مع الاستيعاب فريدة من نوعها ونثر الخصائص الخاصة به. على سبيل المثال، إذا تم تصميم الهيكل الداخلي من هذا البروتوكول كالعظام رقمية بدلاً من مجرى الهواء، يمكن أن تكون بنية العظام 3D مطبوعة ومصبوب مع PDMS مع الخصائص البصرية للاصبع وحلت ثم الخروج من شبح. ثم تكون مليئة الفراغ خليط PDMS مع خصائص بصرية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، كل العفن لا يقتصر على جزء واحد في ديسولفابل. يمكن إنشاء فانتوم الإصبع لتشمل العظام والاوردة والشرايين وطبقة أنسجة لينة عامة، كل منها مع الخصائص البصرية الفريدة الخاصة به.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-التحديد والتحقق من خصائص المواد المصفوفة

  1. قبل البدء في عملية تصنيع الوهمية (الشكل 1)، العثور على الاستيعاب وانخفاض نثر معاملات للأنسجة البيولوجية للفائدة في wavelength(s) التصوير. يمكن الاطلاع على تقديرات أولية في ال35،مراجع36. ومع ذلك، قد يكون من الضروري التحقق المعاملات الضوئية.
  2. باستخدام جداول البحث لمعامل الاستيعاب، μ، ومعامل انخفاض نثر، μs'، 488، 535، 632 وأطوال موجية nm 775 (الجداول 1-4 و 2 أرقام–3)، قم بتحديد تركيزات الحبر الهند و ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) التي تقارب الخصائص البصرية المطلوبة. هذه الوصفات محددة لأشباح ملفقة مع PDMS. كما توفر هذه الجداول البيانات التجريبية عند أطوال موجية منفصلة، قد يكون الأمثل للوصفة المطلوبة لتطبيق معين.
  3. اختﻻق لوح بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) الوصفة المحددة لتأكيد الخصائص البصرية.
    1. استخدام نسبة 10:1 في وزن راتنج PDMS عامل التجفيف، صب المكونات في كأس خلط بالترتيب التالي: PDMS الراتنج، TiO2، الحبر الهند، PDMS علاج عامل.
      ملاحظة: هنا، نقوم باختبار وصفات هما: 1) 2 مغ TiO2 + 3.5 ميليلتر الهند الحبر الواحدة ز PDMS و 2) 1 ملغ TiO2 + 10 ميليلتر الهند الحبر الواحدة ز PDMS. لكل وصفه، يستخدم الراتنج PDMS ز 4.5 و PDMS ز 0.45 عامل علاج مع المبالغ المقابلة للجسيمات الضوئية.
    2. المزيج في خلاط سرعة (انظر الجدول للمواد) 60 ثانية. إذا TiO2 جزيئات التمسك خلط كوب (المحتمل مع تركيزات عالية من TiO2) وتخلط باليد لإزالة الجسيمات من قاعدة كأس وتخلط في الخلاط لآخر 30 ثانية.
    3. صب الخليط في الآبار أو أطباق بيتري جعل رقيقة (0.1-1 مم) ألواح الخليط.
    4. ديغا ألواح لمدة 10 دقيقة عن طريق وضعها في غرفة الضغط السلبي الغلق، ثم مكان في فرن ساخن مسبقاً عند 80 درجة مئوية للحد الأدنى 30-60 إزالة من الفرن والسماح لتبرد.
    5. إزالة لوح تبريد البوليمر من الحاوية الخاصة به. تقليم قبالة الحواف لمغادرة لوح مسطح، موحدة. قياس سمك البلاطة استخدام الفرجار.
  4. قياس نفاذية (T) والانعكاس (R) من slab(s) استخدام مجال إدماج. ويمكن الاطلاع على تفاصيل إضافية والتعليمات في دليل مضاعفة إضافة معكوس (الشعبة)37.
    1. قم بتشغيل مصدر الضوء ومطياف إدماج مجال الإعداد. تحقق من يتم توسيط المحاذاة للنظام لضمان شعاع صغير، وتحديدالمنطقه على منافذ الدخول والخروج من مجال التكامل.
    2. معايرة نظام مجال التكامل.
      1. إيقاف المصدر وكاب ميناء الخروج من مجال التكامل، وتسجيل ثلاثة أطياف الظلام.
      2. تشغيل المصدر مرة أخرى على الحصول على إشارة الإرسال مع ميناء الخروج توج ومنفذ المدخل فارغ. تسجيل الأطياف الثلاثة.
      3. الحصول على قياسات مرجعية الانعكاس باستخدام الانعكاس standard(s). ضع كل معيار في ميناء الخروج على المجال. تسجيل الأطياف الثلاثة لكل الانعكاس القياسية.
    3. قياس نفاذية البلاطة. مع الغطاء على ميناء الخروج، وضع لوح على ميناء دخول مجال التكامل لقياس انتقال. تسجيل الأطياف الثلاثة.
    4. قياس انعكاس البلاطة. إزالة غطاء منفذ الخروج ووضع لوح على منفذ خروج لقياس الانعكاس. تسجيل الأطياف الثلاثة.
  5. تحديد الخصائص البصرية باستخدام برامج الشعبة. يمكن الاطلاع على البرنامج تعليمي كامل على البرامج في دليل الشعبة مع37،تحميل البرنامج38.
    1. متوسط الأطياف الثلاثة المكتسبة لكل قياس.
    2. استخدام المعادلات في دليل الشعبة37، تحويل هذه القياسات إلى قيم R و T. إذا لزم الأمر، تتكثف الملفات بتقليل معدل أخذ العينات على امتداد الطيف.
    3. إعداد ملف الإدخال.rxt (1 مواد تكميلية) للشعبة مع الأطوال الموجية والانعكاس، ومنافذه، وسمك العينة كما هو موضح في دليل الشعبة37. استخدام موجه الأوامر (نظام التشغيل Windows) أو المحطة الطرفية (في Mac OS)، انتقل إلى المسار الصحيح. اكتب "الشعبة' إدخال اسم الملف '" لتشغيل معهد التنمية الإدارية. البرنامج سوف ينتج ملف إخراج نص مع الخصائص البصرية المقدرة.
  6. إذا كانت الخصائص البصرية ليست ضمن نطاق مقبول (~ 15 ٪) من القيم المطلوبة، تعديل الوصفة تبعاً لذلك وكرر الخطوات 1.3 – 1.5.

2-إعداد Dissolvable 3D طبع البنية الداخلية

  1. تصميم الهيكل الداخلي باستخدام الكمبيوتر بمساعدة برامج التصميم (CAD). تحويل نموذج صلب هيكل ملف المجسمة لتلفيق على طابعة 3D. إذا كانت متوفرة، مقطعية مجزأة يمكن أيضا تحويلها إلى ملف المجسمة بدلاً من الرسم نموذجا صلبا للهيكل الداخلي.
    ملاحظة: يتم توفير ملف CAD لهيكل الشجرة النمطي هندسي متكرر المستخدمة هنا في 2 مواد تكميلية. الطابعة المستخدمة في هذه الورقة طابعة اكسترودينج، ذلك الجزء قد صمم ليكون مواد الدعم كسر بعيداً.
  2. حدد مادة ديسولفابل للطباعة، مثل، بولي فينيل الكحول (PVA) أو عالية التأثير البوليسترين (الوركين) (انظر الجدول للمواد). طباعة نموذج الصلبة في هذه المواد ديسولفابل.
  3. عندما يتم تبريد الأجزاء المطبوعة بما فيه الكفاية، كسر أو حل أو آلة مواد الدعم الخروج من الجزء المطبوع. ملف أو الرمال قبالة أي عيوب كبيرة.
  4. بخار البولندية الجزء المطبوع لتقليل خشونة السطح.
    1. مع الجزء المطبوع المضمونة في منصب نائب، حفر حفرة من خلال التخليص لسلك الفولاذ أو نيتينول رقيقة في قاعدة الجزء المطبوع.
    2. خيط من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الأسلاك نيتينول من خلال الثقب. ثني نهايات الأسلاك وربط معا. هذا سوف يسمح للجزء تكون مغمورة تماما في بخار الأسيتون داخل الكأس. وضع الأسلاك وجزء جانبا.
    3. ملء كوب كبير تقريبا 10% كاملة من الأسيتون. ضع الكأس على طبق ساخن أثناء التدفئة إلى 100 درجة مئوية. تنبيه: تنفيذ هذه الخطوة في غطاء دخان لمنع استنشاق بخار الأسيتون.
    4. عندما الأسيتون بخار الروافد التكثيف حول في منتصف الطريق حتى الجدار للكأس وشُنق السلك يحلق مع مجرى الهواء صورية في سلك ثانية وتعليق في بخار الأسيتون لضمان س. 15 – 30 مطبوعة أجزاء لا تلمس الكأس الجدران أو كل أخرى (إذا كان بخار التلميع أجزاء متعددة في وقت واحد).
    5. إزالة الجزء المطبوع وتعليق على الكأس الفارغ أو الحاوية. واسمحوا الجزء الجاف لمالا يقل عن 4 ح.
  5. التحقق من أبعاد الهيكل الداخلي حدود التسامح في تصميم CAD، حسب الحاجة. تبعاً لمتطلبات الدقة، يمكن استخدام الفرجار أو ماسح ليزر ثلاثية الأبعاد لقياس الهيكل.

3-بناء مقاومة للحرارة العفن

ملاحظة: تعد العفن مانعة للتسرب، ومقاومة للحرارة لتشكيل فانتوم PDMS. حدد هندسة قالب ليناسب التصميم النهائي الوهمية. ويرد هنا، العفن مستطيلة قابلة لإعادة الاستخدام.

  1. تصميم نموذج صلب قاعدة القالب إلى 3D الطباعة. هذا القالب صمم للوهمية مع قاعدة من 1.17 x 1.79 سم. قاعدة القالب يحتوي على 1 مم والعطلة البالغ 5 مم مع الأبعاد الداخلية مطابقة قاعدة الوهمية. يسمح هذا القالب الرصف يجب إزالتها والعفن وتفكيكها وإعادة استخدامها.
  2. طباعة قاعدة للقالب مع اقحم عرض كاف لتأمين الرصف العفن.
  3. ضع الرصف في تجاويف قاعدة العفن. هنا، يتم استخدام 1 مم البولي سميكة الأوراق الرصف العفن.
  4. باستخدام الشريط المقاوم للحرارة، ختم حواف القالب. من المحتم أن جميع الزوايا والحواف هي مختومة بما فيه الكفاية مع لا فقاعات في الشريط لمنع أي تسرب أثناء عملية صب.
  5. ضع لوحة البولي قاعدة داخل القالب إعدادها في الخطوة 3.4. هذه الصفيحة القاعدية هو نفس الورقة البولي سميكة 1 مم انحياز العفن ويعطي قاعدة الوهمية سطح أملس دون خشونة السطح المطبوع 3D من قاعدة العفن. بخار الغراء المجفف الكامل مصقول جزء للصفيحة القاعدية. السماح بوقت كاف للغراء لتجف.

4-تصنيع البوليمر الوهمية

ملاحظة: استخدم الوصفة المتحقق منها للمواد السائبة مصفوفة تحديد في الخطوة 1 لتطبيق معين. ويوفر البروتوكول هنا الخطوات لنسيج رئة مورين صحية وهمية في 535 نانومتر مع μs' 40 سم-1 وμ لسم 2-1. قد يكون من المفيد اختﻻق فانتوم ثانية مع لا جزيئات ضوئية استخدامها كمرجع في عملية التصنيع.

  1. صب غ 9.1 راتنج PDMS في فنجان خلط بلاستيك. إضافة 20 ملغ روتيل TiO2، تليها 35 ميليلتر من الحبر الهند. وأخيراً إضافة 0.91 ز علاج عامل إلى الجزء العلوي من الخليط. يتبع البروتوكول خلط في خطوة 1-3-2.
  2. صب خليط البوليمر النهائي في العفن المقاوم للحرارة.
  3. صب كمية صغيرة من الخليط في وعاء منفصل لإنشاء لوح بوليمر لتأكيد الخصائص البصرية المادية. ضمان سكب البوليمر ما يكفي أن يكون لوح على الأقل 100 ميكرون سمك.
  4. ضع العفن مجرى الهواء صورية ولوح منفصل في جرة بيل جليحه. تبدأ عملية التفريغ. إذا البوليمر في مجرى الهواء صورية العفن يبدأ في الارتفاع، واسمحوا الهواء مرة أخرى في جرة بيل لتنفجر الفقاعات السطحية، ثم تبدأ بسحب الهواء مرة أخرى. كرر هذه العملية حتى البوليمر لا يرقى إلى حد كبير. هذا سوف يستغرق ما بين 5-10 دقيقة تبعاً للهواء كم كان محاصراً أثناء الخطوة 4.2. بمجرد PDMS لم يعد يرتفع، تواصل ديغا لمدة 15 دقيقة أخرى.
  5. بعد جليحه، اسمحوا ببطء في الهواء مرة أخرى إلى الدائرة. إزالة مجرى الهواء الصورية الوهمية ولوح البوليمر ووضعه في الفرن المستوى عند 80 درجة مئوية ح 2.
  6. إزالة الوهمية ولوح من الفرن والسماح لتبرد لتفكيك العفن البوليمر مع مشرط 20 دقيقة دون قطع البوليمر علاجه. انجذاب الصفيحة القاعدية قبالة قاعدة صورية-مجرى الهواء.
  7. ضع الوهمية في حمام قاعدة هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) ~0.5 م ساخنة (60 درجة مئوية) حتى يذوب الجزء الداخلي تماما. الوهمية إشارة واضحة بصريا قد تساعد على تحديد وقت حل للمكونات الداخلية. حالما يتم حل الهيكل الداخلي، أخذ الوهمية خارج الحمام والسماح الكامل الجاف (~ 24 ح) قبل اتخاذ أي القياسات الضوئية.

5-تحقق تلفيق الوهمية

  1. تحقق من الهندسة الوهمية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي عالية الدقة (MRI) أو التصوير الدقيقة المحسوبة التصوير المقطعي (CT)، إذا رغبت في ذلك. هذه الأساليب توفير تحقق 3D للهياكل الداخلية ضمن المواد عكر مع قرارات محورية < 400 ميكرون39،40. بدلاً من ذلك، يمكن تصويرها الوهمية إشارة واضحة بصريا بصريا للتحقق أن يذوب الجزء المطبوع كاملا والفراغ المتبقي هو هندسة الصحيح.
    ملاحظة: يمكننا التحقق من الهندسة الداخلية من فانتوم بصريا كامد (2 ملغ TiO2 + 3.5 ميليلتر الحبر الهند) مع مايكرو-CT على نجم الشمال التصوير (NSI) X50. وكان تصويرها الوهمية مع 20 ميكرومتر القرار في جميع الأبعاد (تكميلية المواد 3، 4).
  2. تحقق من الخصائص البصرية للوهمية باستخدام لوح البوليمر، ومجال التكامل (كما هو موضح في الخطوات 1.5 – 1.6).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وللتدليل على تقنية تصنيع الوهمية، كانت ملفقة أشباح أنسجة الرئة الماوس لمحاكاة قياس الخصائص البصرية لانسجة الرئة موريني قصت صحية والملتهبة في 535 نانومتر (الجدول 5). هذا الطول الموجي للاهتمام هو الطول الموجي الإثارة للبروتينات الفلورية تدتوماتو المستخدمة في مراسل المؤتلف سلالات من البكتيريا في الدراسات السابقة33. وتم الحصول على القياسات البصرية لانسجة الرئة الماوس مع نفس الأساليب الموضحة في الخطوات 1.4-1.5. وأقر استخدام الحيوانات "رعاية الحيوان المؤ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لقد أظهرنا أسلوب لخلق أشباح بصرية تمثل الرئة موريني مع بنية تفريع داخلية لمحاكاة واجهة الأنسجة الجوية الداخلية. الخصائص البصرية لانسجة الرئة موريني تتحقق من خلال دمج تركيزات فريدة من نوعها لنثر بصريا وامتصاص الجسيمات الموزعة المتجانسة داخل المجمع مصفوفة البوليمر. يمكن ضبطها هذه الخصائص البصرية لمحاكاة القيم الفسيولوجية داخل نطاقات طيفية مختلفة من الأنسجة في الدول المختلفة (أي صحية مقابل الأنسجة المريضة). الخصائص البصرية التي تعتمد على الطول الموجي للفائدة والمواد الأساسية، وتركيزات الجسيمات داخل الوهمية. ومع ذلك...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أيد هذا العمل "الوظيفي مؤسسة العلوم الوطنية" جائزة لا. كبيت-1254767، والمعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية منحة لا. R01 AI104960. ونعترف مع الامتنان باتريك غريفين ودان تران لمساعدتها مع قياسات توصيف وتكساس A & M مختبر أمراض القلب والأوعية الدموية للتصوير بالأشعة المقطعية الصغرى.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
داو كورنينج سيلجارد 184 مغلف سيليكون واضح 0.5 كجم كيتإلسورث مواد لاصقة184 SIL ELAST KIT 0.5 كجمبولي ثنائي ميثيل سيلوكسان: قاعدة بوليمر للأشباح البصرية مسحوق
ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل الأبيضمهندسي معدات الأطلسيTI-602جزيئات التشتت للأشباح البصرية
هيغينز حبر الهندمتاجر مايكلز كرافت  10015483امتصاص الجسيمات للشريط
المقاوم للحرارةUlineS-7595شريط مقاوم للحرارة لقوالب البوليمر
طابعة Fortus 360mc3D StratasysN / Aقادرة على تبديل البناء ودعم المواد باستخدام هذه الطابعة النموذجية
ABS Ivory Model MaterialStratasysSDS-000001مادة لطباعة أجزاء القالب و / أو استخدامها كدعم لطباعة الهيكل الداخلي 
SR-30 Stratasys400638-0001مادة دعم قابلة للذوبان للذوبان لطباعة الهيكل الداخلي
Flacktek SpeedmixerFlacktek Inc.DAC 150.1 FVللخلط الفعال للبوليمر والجسيمات 
دمج المجالEdmund Optics58-585لقياس الخصائص البصرية
لوحات بناء البولي كربونات (1 مم)أيضا استخدام لوحات بناء البولي كربونات المستعملة من طابعة Stratasys
الشبح البصري يمكن

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

PDMS

مقالات ذات صلة