用于光学和声学成像的稳定幻影材料
June 16th, 2023
该协议描述了用于光学和声学生物医学成像应用的稳定，生物学相关模型材料的制造，具有独立可调的声学和光学特性。
我们的研究重点是开发用于早期癌症检测的新成像模式。特别是在这项研究中，我们专注于开发一个稳定的测试对象，也称为幻影，以验证基于光和/或声音的成像模式。已经提出了不同的资源来开发声学光学方案中的组织模拟材料。
例如，PVA、水凝胶、聚氨酯或 PVCP。本研究重点研究了一种基于岩心Polyman油成分的有前途的新材料类型，该材料类型克服了许多可调性和稳定性挑战。生物医学光学领域涵盖了广泛的成像模式，可以应用于当今医学面临的一些关键挑战。
许多光学成像模式的深度相对有限，但我们也可以通过光声效应将光与声音耦合，以利用超声波的一些深度穿透优势。光声成像在从炎症成像到癌症诊断的广泛临床试验中显示出前景。然而，由于缺乏能够准确模拟组织的光学和声学特性并随着时间的推移保持稳定的可用模型材料，定量性能评估仍然具有挑战性。
许多新的光学和光声成像系统正在开发中，但我们缺乏标准化的参考模型来验证这些系统并比较它们的性能。我们的材料是填补这一空白并支持这些令人兴奋的新技术的进一步发展和转化为临床的有希望的候选者。将来，我们希望专注于创建更逼真的解剖学模型设计和架构，以适应评估不同系统配置的性能。
例如，微观、介观和宏观系统，它们具有不同的几何形状和空间分辨率。
概述
本研究提出了一种用于创建稳定的光学和声学生物医学成像假体材料的协议。该假体材料具有可调的声学和光学特性，能够解决验证成像模式的挑战。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物医学成像
- 光学成像
- 声学成像
背景
- 开发组织模拟材料对于验证成像技术至关重要。
- 现有材料通常缺乏稳定性和可调性。
- 光声成像结合光和声音以实现更深层的组织穿透。
- 需要标准化的参考假体来评估成像系统的性能。
研究目的
- 制造用于光学和声学成像的稳定假体材料。
- 为生物医学光学中可靠假体材料的缺乏提供解决方案。
- 支持新成像技术在临床环境中的开发和转化。
使用的方法
- 在矿物油中对二氧化钛和染料进行超声处理。
- 在超声处理的溶液中加热并混合聚合物（SEBS和LDPE）。
- 真空去除混合物中的气泡。
- 将溶液倒入模具中，在室温下静置。
主要结果
- 成功制备了光滑均匀的假体材料。
- 为不同的成像系统创建了三种不同的假体设计。
- 该材料在光学和声学特性上表现出稳定性和可调性。
- 解决了现有光声成像假体材料面临的挑战。
结论
- 开发的假体材料是验证成像模式的有前途的候选者。
- 未来的工作将专注于创建解剖学上更真实的设计。
- 本研究支持成像技术在临床应用中的进步。
常见问题
Executive Industry Relevance
Standardized, stable phantom materials are critical for benchmarking and validating optical and acoustic imaging platforms across biopharma R&D. This copolymer-in-oil phantom enables reproducible, quantitative device comparison and supports the development of cross-institutional imaging standards. Its tunable, tissue-mimicking properties directly impact translational imaging workflows and technology adoption.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous hypothesis testing of imaging-based biomarker detection systems.
- Supports mechanistic de-risking by providing biologically relevant, reproducible test conditions.
- Facilitates functional validation of imaging targets through standardized reference materials.
Screening & Assay Development
- Provides a validated substrate for quantitative assay calibration and device standardization.
- Ensures reproducibility and comparability of imaging outputs across platforms and sites.
- Enables scalable, repeatable preparation for high-throughput screening environments.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging system performance with disease-relevant tissue properties for translational continuity.
- Supports preclinical model validation by mimicking human tissue acoustic and optical characteristics.
- Reduces risk in advancing imaging biomarkers toward clinical application.
Pipeline & Workflow Integration
This phantom material integrates into the imaging validation continuum from early discovery through preclinical development, supporting device calibration, assay development, and translational research.
- Discovery Biology: Provides a controlled environment for hypothesis-driven imaging studies and pathway interrogation.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts for device and assay benchmarking.
- Analytics: Enables precise measurement of acoustic and optical parameters for cross-system comparison.
- Translational Research: Bridges preclinical imaging validation with clinical translation by mimicking relevant tissue properties.
- Enterprise Reuse: Offers a durable, scalable standard for ongoing imaging platform evaluation and method development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces ambiguity in imaging-based target validation.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows and enhances reproducibility across R&D teams.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making for imaging technology investments and portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of imaging modalities and translational biomarker strategies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in material preparation and imaging system calibration.
- Needs access to sonication, heating, and vacuum equipment for reproducible fabrication.
- Demands cross-team standardization of phantom preparation and imaging protocols.
- Adaptable to various imaging geometries and system configurations as demonstrated in the protocol.
- Homogeneity and air bubble removal are critical for reliable imaging outputs.
