Dieser Artikel präsentiert eine Demonstration und Zusammenfassung von Protokollen zur Herstellung von Gelatinephantomen, die Weichteile nachahmen, und die entsprechende viskoelastische Charakterisierung mittels Eindringung und Magnetresonanzelastographie.
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Methodenartikel
Viskoelastische Charakterisierung weichgewebenachahmender Gelatinephantome mittels Eindringung und Magnetresonanz-Elastographie
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die Charakterisierung biomechanischer Eigenschaften von weichen biologischen Geweben ist wichtig, um die Gewebemechanik zu verstehen und die biomechanischen Mechanismen von Krankheit, Verletzung und Entwicklung zu erforschen. Die mechanische Testmethode ist der einfachste Weg zur Gewebecharakterisierung und gilt als Nachweis für die In-vivo-Messung . Unter den vielen ex vivo mechanischen Testtechniken bietet der Eindrucktest einen zuverlässigen Weg, insbesondere für kleine, schwer zu fixierende und viskoelastische Proben wie Hirngewebe. Die Magnetresonanz-Elastographie (MRE) ist eine klinisch eingesetzte Methode zur Messung der biomechanischen Eigenschaften von Weichteilen. Basierend auf der Ausbreitung von Scherwellen in Weichteilen, die mit MRE aufgezeichnet wurde, können viskoelastische Eigenschaften von Weichteilen in vivo basierend auf einer Wellengleichung geschätzt werden. Hier wurden die viskoelastischen Eigenschaften von Gelatinephantomen mit zwei unterschiedlichen Konzentrationen mittels MRE und Indentation gemessen. Die Protokolle der Phantomherstellung, des Testens und der Modulschätzung wurden vorgestellt.
Einleitung
Die meisten weichen biologischen Gewebe scheinen viskoelastische Eigenschaften zu haben, die wichtig sind, um ihre Verletzung und Entwicklung zu verstehen 1,2. Darüber hinaus sind viskoelastische Eigenschaften wichtige Biomarker bei der Diagnose einer Vielzahl von Krankheiten wie Fibrose und Krebs 3,4,5,6. Daher ist die Charakterisierung der viskoelastischen Eigenschaften von Weichteilen entscheidend. Unter den vielen verwendeten Charakterisierungstechniken sind die mechanische Ex-vi....
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Protokoll
1. Gelatine-Phantom-Zubereitung
- Wiegen Sie Gelatine, Glycerin und Wasser gemäß Tabelle 1. Mischen Sie das Gelatinepulver mit Wasser, um die Gelatinelösung zu erhalten.
ANMERKUNG: Die Konzentrationen der einzelnen Komponenten zur Herstellung der beiden Phantome sind in Tabelle 1 dargestellt. Je höher die Konzentration der Gelatine, desto steifer das Phantom. - Die Gelatinelösung im Wasserbad auf 60 °C erhitzen. Fügen Sie der Gelatinelösung Glycerin hinzu, während Sie die Temperatur beibehalten.
HINWEIS: Glycerin stabilisiert Gelatinegemische, indem es deren Schmelztemperatur und Schermodul
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Ergebnisse
Nach dem MRE-Protokoll wurde eine klare Scherwellenausbreitung in den Gelatinephantomen bei 40 und 50 Hz beobachtet (Abbildung 3). Die aus MRE und Eindringversuchen gemessenen viskoelastischen Eigenschaften sind in Abbildung 4 dargestellt. Die geschätzten G'- und G'-Werte bei jeder Prüfung für jedes Phantom sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Nach dem Eindringprotokoll sind die viskoelastischen Eigenschaften jedes Phantoms an jedem Prüfpunkt in
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Diskussion
Gelatinephantome werden üblicherweise als gewebenachahmende Materialien zum Testen und Validieren von Algorithmen und Geräten verwendet 17,19,22,23,24,25,26,27. Eine der bahnbrechenden Studien mit dem Gelatinephantom zum Vergleich von MRE und dynamischen Sc.......
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Offenlegungen
Die Autoren erklären keine Interessenkonflikte.
Danksagungen
Die finanzielle Unterstützung durch die National Natural Science Foundation of China (grant 31870941), die Natural Science Foundation of Shanghai (grant 22ZR1429600) und die Science and Technology Commission of Shanghai Municipality (grant 19441907700) wird anerkannt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 24-Kanal-Kopf & Halsspule | United Imaging Healthcare | 100120 | Ausrüstung |
| 3T MR Scanner | United Imaging Healthcare | uMR 790 | Ausrüstung |
| Erfassungsplatine | Advantech Co | PCI-1706U | Ausrüstung |
| Computer-Windows | HP | 790-07 | Ausrüstung |
| Elektromagnetischer Aktuator | Shanghai Jiao Tong Universität | Ausrüstung | |
| Funktionsgenerator | RIGOL | DG1022Z | Ausrüstung |
| Gelatine | CARTE D'OR | Reagenz | |
| Glycerin | Vance Bioenergy Sdn.Bhd | Reagenz | |
| Eindringkörper Kontrollprogramm | kundenspezifische | Software; Zugriff über: https://github.com/aaronfeng369/FengLab_indentation_code. | |
| Lasersensor | Panasonic | HG-C1050 | Ausrüstung |
| Wägezelle | Wandler Technik | GSO-10 | Ausrüstung |
| MATLAB | Mathworks | Software | |
| Leistungsverstärker | Yamaha | A-S201 | Ausrüstung |
| Schwingspule Elektromotor | SMAC Corporation | DB2583 | Ausrüstung |
Referenzen
- Qiu, S., et al. Viscoelastic characterization of injured brain tissue after controlled cortical impact (CCI) using a mouse model. Journal of Neuroscience Methods. 330, 108463(2020).
- Garcia, K. E., et al.
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Nachdrucke und Genehmigungen
