Name: Agarose-basierte Gewebe imitiert optische Phantome für Diffuse Reflexion Spektroskopie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Lernen Sie die Herstellung agarosebasierter optischer Phantome zur Nachahmung biologischer Gewebe für die diffuse Reflexionsspektroskopie. Diese Methode ermöglicht präzise optische Charakterisierung mit integrierender Kugel.

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Teil dieser Arbeit wurde durch eine Beihilfe für Scientific Research (C) aus der japanischen Gesellschaft für Promotion of Science (25350520, 22500401, 15 K 06105) und der US-ARMY ITC-PAC Forschungs- und Entwicklungsprojekt (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132) unterstützt.

1. Bau eines konventionellen Diffuse Reflexion und totale Durchlässigkeit spektroskopische Systems
Hinweis: Erstellen Sie die Mess-Systeme für die diffuse Reflexion und totale Durchlässigkeit Spektren ein Breitband weiße Lichtquelle, ein Lichtleiter eine Achromatische Linse, einer Ulbricht-Kugel, einen Probenhalter, einer optischen Faser und ein Mehrkanal-Spektrometer. Die Rolle der Lichtfalle soll die spiegelnde Reflexion-Komponente aus dem Reflexionsvermögen-Spektrum zu entfernen. Der Probenhalter der Ulbricht-Kugel besteht aus einer Montageplatte und ein Schwalbenschwanz und federbelastete Klemme-Assembly, die die Probe gegen den Hafen hält. Der Schwalbenschwanz und federbelastete Klemme Montage werden aus dem Probenhalter entfernt und ein handgefertigten kubische Sockel aus Polystyrol-Hartschaum wird stattdessen mit der Montageplatte befestigt. Die Layouts der optischen Komponenten, dargestellt in Abbildung 1a und 1 b, können für den Bauablauf für die diffuse Reflexion-Messungen und der totale Durchlässigkeit Messungen bzw. bezeichnet werden.
<ol><li>Schließen Sie das Spektrometer und einem Personal-Computer mit dem universellen seriellen Bus (USB) Kabel zur Verfügung gestellt.</li>
	<li>Legen Sie den Port Adapter zu einem Detektor der Ulbricht-Kugel. Schließen Sie das Spektrometer und der Port Adapter von der Ulbricht-Kugel mit einer optischen Faser. 150 W Halogen Lampe Lichtquelle und den Lichtleiter zu verbinden.</li>
	<li>Legen Sie der Probenhalter mit einem Probe-Anschluss von der Ulbricht-Kugel. Legen Sie die Lichtfalle auf einen entsprechenden Anschluss der Ulbricht-Kugel, wenn die diffuse Reflexion Messungen durchführen. Schalten Sie die Lampe Halogenlampe beleuchtet ein Beispiel über Lichtleiter und das achromatische Objektiv.</li>
	<li>Öffnen Sie die Betriebssoftware des Spektrometers.</li>
</ol>2. Vorbereitung von einem Acryl Schimmel
Hinweis: Eine Acryl Form, die aus zwei rechteckige Acryl Stücke und eine u-förmige Acryl Stück ist konstruiert, um einen monomolekularen Film Gel Phantom zu erstellen. Abbildung 2 kann für dieses Bau-Verfahren bezeichnet werden.
<ol><li>Die zwei rechteckige Acryl Teile aus eine 2 mm Dicke Acrylplatte auf eine optionale Größe zuschneiden.</li>
	<li>Schneiden Sie ein Acryl Stück aus einer 1 mm dicken Acryl Platte auf eine optionale Größe. Schneiden Sie das 1 mm Dicke Acryl-Stück, so dass es ein u-förmiges Stück für die Form verwendet werden, um 1 mm dicken epidermalen Phantome zu machen wird.</li>
	<li>Schneiden Sie ein Acryl Stück aus einer 5 mm dicken Acryl Platte auf eine optionale Größe. Schneiden Sie die 5 mm Dicke Acryl Stück, so dass es ein u-förmiges Stück als Form verwendet werden, um 5 mm dicken dermalen Phantome zu machen wird.</li>
	<li>Entfernen Sie Grate aus Acryl mit einer Metallfeile.</li>
	<li>Machen Sie die epidermale phantom Form indem das 1 mm Dicke u-förmigen Stück mit 2 mm starkem Acryl zweiteilig und befestigen Sie diese mit fünf Foldback-Clips.</li>
	<li>Machen Sie die dermale phantom Form durch halten der 5 mm dicken u-förmigen Stück mit 2 mm starkem Acryl zweiteilig und befestigen Sie diese mit fünf Foldback-Clips.</li>
</ol>3. Vorbereitung des Grundwerkstoffes
<ol><li>Setzen Sie 500 mL standard Kochsalzlösung 0,9 % (w/V) NaCl in einer Schote. Fügen Sie langsam 5 g Agarose-Pulver unter Rühren die Mischung um Klumpenbildung zu vermeiden hinzu.</li>
	<li>Erhitzen Sie die Mischung aus Agarose-Pulver und Kochsalzlösung durch eine Elektroheizung Kochen mit einer 1.000 W Leistungseinstellung für 5 Minuten.</li>
	<li>Sobald die Mischung kocht, halten Sie die Mischung bei schwacher Hitze 3 Minuten lang.</li>
	<li>Abkühlen der Mischung auf eine Temperatur von ca. 70 ° C. Dann Gießen Sie die Mischung in einen Behälter und bewahren Sie es an eine Konstante Temperatur Bad bei 60 ° C für 30 min vor ein Phantom.</li>
</ol>4. Vorbereitung der Haut imitiert optische Phantome
Hinweis: Eine Kaffee-Lösung wird verwendet, um das Absorptionsspektrum von Melanin zu imitieren. Die Kaffee-Lösung enthält ein braunes Pigment Melanoidin genannt. Das Absorptionsspektrum des Melanoidin wurde berichtet, ähnlich dem von Melanin10sein.
<ol><li>
Vorbereiten einer epidermalen phantom
	<ol>
<li>Gießen Sie 100 mL reines Wasser in der Kaffeemaschine Behälter. Legen Sie einen Filter in der Kaffeemaschine-Korb. 24 g gemahlenen Kaffee in den Filter hinzufügen. Schalten Sie die Kaffeemaschine, und drücken Sie die Taste Gebräu brauen beginnen.</li>
		<li>Setzen Sie 4 mL Kaffeetemperatur und 16 mL Kochsalzlösung in einer Glasflasche, eine Kaffee-Lösung zu machen.</li>
		<li>Setzen Sie 5 mL Lipid-Emulsion (z.B. Intralipid 10 %) und 10 mL der Lösung in einem transparenten Kunststoff-Tasse Kaffee. Fügen Sie 35 mL des Grundmaterials langsam diese Mischung unter Rühren hinzu.</li>
		<li>Aspirieren Sie das Gemisch in eine Spritze und injizieren sie langsam in die epidermalen phantom Form Blasenbildung zu vermeiden. Kühlen Sie die Acryl Form enthält die Mischung bei 5 ° C für 20 Minuten.</li>
		<li>Entfernen Sie die Foldback-Clips aus der Form. Schieben Sie eines der Acryl Stücke nach außen und entfernen Sie es aus der Form. Das 1 mm Dicke erstarrte Gel phantom aus der Form nehmen und auf die gewünschte Größe mit einem chirurgischen Skalpell schneiden.</li>
		<li>Legen und das Gel Phantom zwischen zwei Folie Gläser halten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bereiten Sie eine dermale Phantom mit sauerstoffreichem Blut
	<ol>
<li>Nehmen Sie 5,0 mL Lipid-Emulsion und 0,4 mL ganz equine Blut mit 45 % Hämatokrit und in einen durchsichtigen Plastikbecher. Fügen Sie langsam 44,6 mL des Grundmaterials beim rühren der Mischung hinzu.</li>
		<li>Aspirieren Sie das Gemisch in eine Spritze und injizieren sie langsam in die dermale phantom Form Blasenbildung zu vermeiden. Kühlen Sie die Acryl Form enthält die Mischung bei 5 ° C für 20 Minuten.</li>
		<li>Entfernen Sie die Foldback-Clips aus der Form. Schieben Sie eines der Acryl Stücke nach außen und entfernen Sie es aus der Form. Die 5 mm dicken erstarrte Gel phantom aus der Form nehmen und auf die gewünschte Größe mit einem chirurgischen Skalpell schneiden.</li>
		<li>Legen und das Gel Phantom zwischen zwei Folie Gläser halten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bereiten Sie eine dermale Phantom enthalten sauerstoffarmes Blut
	<ol>
<li>Legen Sie eine dermale Gel phantom mit sauerstoffreichem Blut (aus Schritt 4.2.3) auf einer Glasschale.</li>
		<li>1 g Natrium Dithionite (Na2S2O4) in 20 mL Kochsalzlösung in einer Glasflasche auflösen.</li>
		<li>Hinzugeben Sie 0,05 g/mL Na2S2O4 Lösung auf das Phantom mit einer Spritze, ebenso das Blut in das Phantom.</li>
		<li>Legen Sie und halten Sie das Phantom zwischen zwei Folie Gläser um Austrocknen zu vermeiden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bereiten Sie eine zweischichtige phantom
	<ol>
<li>Legen Sie 0,1 mL Kochsalzlösung auf eine dermale Phantom um optische Kopplung zwischen der dermalen und epidermalen Schichten zu gewährleisten. Die dermale Phantom der epidermale Phantom aufsetzen.</li>
		<li>Wenn keine Luftblasen zwischen den Schichten vorhanden sind, schieben Sie sie heraus durch die Oberfläche des zweischichtigen Phantom mit der Fingerspitze zu streicheln.</li>
		<li>Halten Sie das zweischichtige Phantom zwischen zwei Folie Gläser um Austrocknen zu vermeiden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Erwerb der diffusen Reflexion Spektren
<ol><li>
Erfassung von dunklen Spektren Hinweis: Der Sensor – Coupled Ladegerät (CCD) in das Spektrometer kann Lichtintensität basierend auf ein elektrisches Signal als Reaktion auf einfallendes Licht generiert abschätzen. Es gibt jedoch Dunkelrauschen37 die ist unabhängig von der Signale von Photonen erzeugt, sondern ist abhängig von der Gerätetemperatur, selbst wenn der Sensor das Licht nicht erkennt. Um die spektrale Intensität des Lichts genau zu messen, sollte das dunkle Stromsignal als dunkle Spektrum gemessen und dann von dem Probenspektrum abgezogen. Das dunkle Spektrum ist ein Spektrum mit den Lichtweg blockiert genommen.<ol>
<li>Positionieren Sie die Ulbricht-Kugel in eine optimale Position für die diffuse Reflexion Messungen (Abb. 1a).</li>
		<li>Schalten Sie die Lampe Halogenlampe. Blockieren Sie den Lichtweg an das Spektrometer mit einem Port-Stecker oder eine Abschirmung Platte.</li>
		<li>Wählen Sie den Befehl Speichern dunkel , ein dunkel Spektrum zu speichern im Dateimenü.</li>
		<li>Wählen Sie aus dem Dateimenü, das dunkle Spektrum aus der gemessenen Probenspektrum (siehe unten) zu subtrahieren subtrahieren dunklen Spektrum .</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Erfassung von Referenz-Spektren Hinweis: Die optischen Eigenschaften der Bauteile in diesem Experiment, wie die Lichtquelle, Lichtleiter, Achromatische Linse, Glasfaser und Spektrometer, haben ihre eigene Wellenlänge-Abhängigkeiten. Daher sollte die spektrale Intensität des Lichts ging durch diese optische Komponenten als ein Referenzspektrum gemessen werden. Für die Messung des Spektrums eine diffuse Reflexion ist das Referenzspektrum Spektrum aufgenommen mit einem standard weißen Diffusor mit dem Licht von der Lichtquelle beleuchtet.<ol>
<li>Die Halogen Lampe Lichtquelle durch Drücken des Netzschalters einschalten. Die Lampe für mindestens 10 Minuten vor dem Erwerb ein Referenzspektrum Aufwärmen.</li>
		<li>Legen Sie einen standard weißen Diffusor (z.B.Spectralon) am Beispiel Hafen der Ulbricht-Kugel.</li>
		<li>Einstellen Sie die Integrationszeit des Spektrometers durch Auswahl geeigneten Wert aus der Dropdown-Liste in der Betriebssoftware Spektrometer so dass die Spitze Signalintensität ca. 75 % der maximalen Intensität Spektrometer ist.</li>
		<li>Wählen Sie den Verweis speichern Befehl aus dem Dateimenü um ein Referenzspektrum zu speichern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Erfassung von Probe-Spektren Hinweis: Ein Spektrum an die diffuse Reflexion der Probe ist erworben und gespeichert auf der Festplatte eines PCs mit den gleichen Bedingungen der Übernahme.<ol>
<li>Legen Sie die epidermale Phantom durch die zwei Folie Gläser in den probenport eingeklemmt. Wählen Sie den Befehl Speichern im Dateimenü auf eine diffuse Reflexion Spektrum in einer Datei speichern.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 5.3.1 für die dermale und zweischichtige Phantome.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Übernahme des gesamten Transmission Spektrums
<ol><li>
Erfassung von dunklen Spektren Hinweis: Der Sensor in das Spektrometer kann abschätzen, Lichtintensität basierend auf ein elektrisches Signal als Reaktion auf einfallendes Licht generiert. Es gibt jedoch Dunkelrauschen, die unabhängig von der Signale von Photonen erzeugt, sondern ist abhängig von der Gerätetemperatur, selbst wenn der Sensor das Licht nicht erkennt. Um die spektrale Intensität des Lichts genau zu messen, sollte das dunkle Stromsignal als dunkle Spektrum gemessen und dann von dem Probenspektrum abgezogen. Das dunkle Spektrum ist ein Spektrum mit den Lichtweg blockiert genommen.<ol>
<li>Positionieren Sie die Ulbricht-Kugel in eine optimale Position für die gesamte Transmission-Messungen (Abbildung 1 b).</li>
		<li>Entfernen Sie die Lichtfalle vom Hafen der Ulbricht-Kugel und legen Sie einen Port-Stecker an den Anschluss.</li>
		<li>Schalten Sie die Lampe Halogenlampe. Blockieren Sie den Lichtweg, der Ulbricht-Kugel mit einem Port-Stecker oder Abschirmplatte.</li>
		<li>Wählen Sie den Befehl Speichern dunkel , ein dunkel Spektrum zu speichern im Dateimenü.</li>
		<li>Wählen Sie aus dem Dateimenü, das dunkle Spektrum aus der gemessenen Probenspektrum (siehe unten) zu subtrahieren subtrahieren dunklen Spektrum .</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Erfassung von Referenz-Spektren Hinweis: Die optischen Eigenschaften der Bauteile in diesem Experiment, wie die Lichtquelle, Lichtleiter, Achromatische Linse, Glasfaser und Spektrometer, haben ihre eigene Wellenlänge-Abhängigkeiten. Daher sollte die spektrale Intensität des Lichts durchlaufen diese Komponenten als ein Referenzspektrum gemessen werden. Für die Messung des Spektrums totale Durchlässigkeit ist das Referenzspektrum ein Spektrum aufgenommen, wenn das Licht von der Lichtquelle direkt die Ulbricht-Kugel durch den probenport eingibt.<ol>
<li>Die Halogen Lampe Lichtquelle durch Drücken des Netzschalters einschalten. Die Lampe für mindestens 10 Minuten vor dem Erwerb ein Referenzspektrum Aufwärmen.</li>
		<li>Die Integrationszeit des Spektrometers zu regulieren, indem die passenden Wert aus der Dropdown-Liste der Integrationszeiten in der Betriebssoftware des Spektrometers auswählen, so dass die größte Lichtstärke zeigt ein Signal, das etwa 75 % der maximalen Werte.</li>
		<li>Wählen Sie den Verweis speichern Befehl aus dem Dateimenü um ein Referenzspektrum zu speichern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Erfassung von Probe-Spektren Hinweis: Das Spektrum der gesamten Transmission der Probe ist erworben und gespeichert auf der Festplatte eines PCs mit den gleichen Bedingungen der Übernahme.<ol>
<li>Legen Sie die epidermale Phantom durch die zwei Folie Gläser in den probenport eingeklemmt. Wählen Sie den Befehl Speichern im Dateimenü auf eine totale Durchlässigkeit Spektrum in einer Datei speichern.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 6.3.1 für die dermale und zweischichtige Phantome.</li>
	</ol>
</li>
</ol>7. die Absorption und lichtstreuenden Eigenschaften zu schätzen
Hinweis: Eine Reihe von der diffusen Reflexion Spektrum und das totale Durchlässigkeit Spektrum ist auf der Festplatte eines PCs gespeichert und offline analysiert. Eine Inverse Monte-Carlo-Simulation8,38,39,40 wird dann durchgeführt, um die Absorption Koeffizient Spektrum µein(λ) und der reduzierte Streuung Koeffizient zu schätzen Spektrum µs'(λ). In diesem inversen Monte-Carlo-Simulation, die geschätzten Streuung Koeffizient µs, unter der Annahme, dass die Anisotropie Faktor g 0, gilt als die reduzierte Streuung Koeffizient µs" . Die Reflexion und Transmission-Daten werden für eine einzelne Simulation verwendet. Der genaue Algorithmus verwendet in diesem Protokoll wurde in der bisherigen Literatur8,39berichtet. Wir schätzten die Absorption Koeffizient Spektrum µein(λ) und die reduzierte Streuung Koeffizient Spektrum µs'(λ) der epidermalen Schicht aus einem Satz von der diffusen Reflexion Spektrum und die totale Durchlässigkeit Spektrum der epidermalen Schicht entnommen. Auf die gleiche Weise schätzten wir µein(λ) und µs'(λ) der dermalen Schicht aus einem Satz von der diffusen Reflexion Spektrum und das totale Durchlässigkeit Spektrum aus der dermalen gewonnen Schicht.
<ol><li>Öffnen Sie eine Eingabedatei für die Monte-Carlo-Simulation.</li>
	<li>Geben Sie die Werte der gemessenen diffuse Reflexion und die totale Durchlässigkeit bei bestimmten Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm in Intervallen von 10 nm in der input-Daten-Datei. Geben Sie den Wert der phantom Dicke in der input-Daten-Datei.</li>
	<li>Festlegen der Brechungsindex n eines Layers auf einen geeigneten Wert in der input-Daten-Datei sein (z.B., n = 1,33 bei 550 nm). Legen Sie den Wert der Anisotropie Faktor g 0 in der input-Daten-Datei verwendet.</li>
	<li>Legen Sie die Anfangswerte der Absorption Koeffizient µein und Streuung Koeffizient µs werden die entsprechenden Werte in der input-Daten-Datei (z.B., µein = 0,01 µs = 0,1 ).</li>
	<li>Führen Sie das Programm der inversen Monte-Carlo-Simulation.</li>
	<li>Geben Sie den Namen der Eingabedatei, und führen Sie dann die Simulation.</li>
	<li>Öffnen Sie die Ausgabe-Datei zu und überprüfen Sie die endgültigen Werte µein und µs nachdem die iterative Simulation beendet wird.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 7,1-7,7 für andere gewünschte Wellenlängen.</li>
</ol>

<ol><li>Pogue, B. W., Patterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+tissue+simulating+phantoms+for+optical+spectroscopy%2C+imaging+and+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry.</a> Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102(2006).</li>
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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Der wichtigste Schritt in diesem Protokoll wird die Temperaturregelung des Grundmaterials. Die Temperatur weiterhin das Grundmaterial reichte von 58 bis 60 ° C. Wenn die Temperatur über 70 ° C ist, wird eine Denaturierung der Lipid-Emulsion und die Vollblut auftreten. Infolgedessen werden die optischen Eigenschaften des Phantoms verschlechtern. Wenn die Temperatur unter 40 ° C, das Grundmaterial wird ununiformly geliert und somit die Licht Streuung und Absorption Agenten im Phantom heterogen verteilt werden. Obwohl das G...

Optische Phantome sind Objekte, die imitiert der optischen Eigenschaften der biologischen Gewebe und haben im Bereich Biomedizinische Optik verbreitet. Sie sind entworfen, so dass die optischen Eigenschaften, wie leichte Streuung und Absorption Koeffizienten, mit denen der lebenden menschlichen und tierischen Geweben übereinstimmen. Optische Phantome sind in der Regel für folgende Zwecke verwendet: simuliert den Lichttransport in biologischen Geweben, Kalibrierung von einem neu entwickelten optischen Systemdesign, Bewertung der Qualität und Leistung der bestehenden Systeme, Vergleich der Leistungsfähigkeit zwischen den Systemen und die Möglichkeit der optischen Methoden zur Quantifizierung der optischen Eigenschaften1,2,3,4,5Validierung. Daher sind Stoffe zu bekommen, eine einfache Fertigung, eine hohe Reproduzierbarkeit und eine optische Stabilität benötigt für die Herstellung von optischen Phantome.
Verschiedene Arten von optischen Phantome mit unterschiedlichen Trägermaterialien wie wässrige Suspension6Gelatine gel7, Agarose-Gel8,9,10, Polyacrylamid-Gel11, Harz12, 13,14,15,16und Raum-Temperatur-Vulkanisieren Silikon17 in der bisherigen Literatur berichtet wurde. Es wurde berichtet, dass Gelatine und Alginat-basierten Gele für optische Phantome mit heterogenen Strukturen18nützlich sind. Alginat Phantome haben eine geeignete mechanische und thermische Stabilität für die Bewertung der PHOTOTHERMISCHE Effekte wie Laser Ablation Studien und Laser-basierten Hyperthermie Studien18. Agarose-Gele sind in der Lage, heterogene Strukturen zu fabrizieren, und ihre mechanischen und physikalischen Eigenschaften sind stabil für eine lange Zeit18. Hochreine Agarose-Gele haben eine sehr geringe Trübung und eine schwache optische Absorption. Optische Eigenschaften der Agarose-basierte Phantome konnte daher leicht mit dem entsprechenden Licht Streuung und Absorption Agenten entworfen werden. Vor kurzem, Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS) Block-Copolymere19 und Polyvinylchlorid (PVC) Gele20 berichtet als interessante phantom Materialien für optische und photoakustische Techniken.
Polymer Mikrosphären7,12,21,22, Titan-oxid Pulver1und Lipid-Emulsionen23,24,25,26 wie Milch und Lipid Emulsion dienen als Lichtstreuung Agenten, während schwarze Tinte27,28 und molekularen Farbstoffe29,30 als Licht-Absorber eingesetzt werden. Diffuse Reflexion Spektren von den meisten lebenden Organe durch die Absorption von sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Hämoglobin in den roten Blutkörperchen dominiert sind. Daher, Hämoglobin Lösungen31,32 und Vollblut8,9,10,33,36 dienen Sie häufig als Licht-Absorber in der Phantome für eine diffuse Reflexion Spektroskopie und multispektralen Imaging.
In diesem Artikel beschriebene Methode wird verwendet, um eine optische Phantom imitiert den Lichttransport in biologischen Geweben zu erstellen und seine optischen Eigenschaften zu charakterisieren. Als Beispiel wird eine zweischichtige optische phantom imitiert optischen Eigenschaften der menschlichen Hautgewebe demonstriert. Die Vorteile dieser Methode gegenüber alternativen Techniken sind die Fähigkeit zur Darstellung der diffusen Reflexion Spektren von lebenden biologischen Geweben im sichtbaren infraroten Wellenlängenbereich sowie die Einfachheit, mit leicht zur Verfügung zu stellen Materialien und konventionelle optische Instrumente. Daher werden die optische Phantome machte von dieser Methode für die Entwicklung von optischen Methoden basierend auf diffuse Reflexion Spektroskopie und multispektralen Imaging nützlich sein.

<table><tbody><tr><td>150-W-Halogenlampen-Lichtquelle</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japan</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Lichtleiter</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japan</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Integrating Sphere Labsphere</td><td>Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>RT-060-SF</td><td></td></tr><tr><td>Port-Adapter</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>PA-050-SMA-SF</td><td></td></tr><tr><td>Lichtfalle</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>LTRP-100-C</td><td></td></tr><tr><td>Spectralon weißer Standard mit 99% diffusem Reflexionsgrad</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr><tr><td>Optische Faser</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td><td>P400-2-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Miniatur-faseroptisches Spektrometer</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td><td></td><td></td>USB2000</tr><tr><td>Achromatische Linse</td><td>Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokio, Japan</td><td>ACL-50-75M</td><td></td></tr><tr><td>Intralipid</td><td>Fresenius Kabi AB, Uppsala, Schweden</td><td>Intralipid 10%</td><td></td></tr><tr><td>Kaffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee)</td><td>Ajinomoto AGF, Inc. Tokio, Japan</td><td>Nicht verfügbar</td><td></td></tr><tr><td>Vollblut</td><td>Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan</td><td>0103-2</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Nippon Genetics Co., Ltd, Tokio, Japan</td><td>NE-AG02</td><td></td></tr><tr><td>Kocherhitzer</td><td>TOSHIBA CORPORATION Tokio, Japan</td><td>HP-103K</td><td></td></tr></tbody></table>

agarose-basierte gewebe imitiert optische phantome für diffuse reflexion spektroskopie

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Dieses Protokoll beschreibt die Agarose-basierte Gewebe imitiert Phantome zu machen und zeigt, wie Sie ihre optischen Eigenschaften, die mit einem herkömmlichen optischen System mit einer Ulbricht-Kugel zu bestimmen. Mess-Systeme für der Erwerb der diffusen Reflexion und totale Durchlässigkeit Spektren sind mit einer Breitband-weiße Lichtquelle, ein Lichtleiter, eine achromatische Objektiv, einer Ulbricht-Kugel, einen Probenhalter ein Glasfaser-Sonde gebaut und eine Mehrkanal-Spektrometer. Ein Acryl Schimmel, bestehend aus zwei rechteckige Acryl Stücke und eine u-förmige Acryl Stück ist konstruiert, um eine epidermalen Phantom und ein dermal Phantom mit Vollblut zu schaffen. Die Anwendung einer Natrium Dithionite (Na2S2O4) Lösung der dermalen Phantom ermöglicht den Forscher zu Hämoglobin der roten Blutkörperchen in der dermalen Phantom verteilt ebenso. Die Inverse Monte-Carlo-Simulation mit der diffusen Reflexion und totale Durchlässigkeit Spektren gemessen durch ein Spektrometer mit einer Ulbricht-Kugel wird durchgeführt, um die Absorption Koeffizient Spektrum µein(λ) bestimmen und die reduzierte Streuung Koeffizient Spektrum µs"(λ) der einzelnen Layer phantom. Eine zweischichtige Phantom imitiert die diffuse Reflexion des menschlichen Hautgewebe beweist auch häufen sich die epidermalen Phantom auf die dermale Phantom.

Abbildung 3 zeigt die repräsentative geschätzte Spektren von der geringeren Streuung-Koeffizient und der Absorptionskoeffizient für die Phantom epidermalen und dermalen Phantom. Die Ergebnisse in Abbildung 3 dargestellt sind die Mittelwerte von zehn Messungen von Reflexion und Transmission Spektren. Reduzierte Streuung Koeffizient µs' hat eine breite Streuung Spektrum, zeigen eine höhere Größenordnung...

Hier zeigen wir wie Agarose-basierte Gewebe imitiert optische Phantome vorgenommen werden und wie ihre optischen Eigenschaften werden mit einem herkömmlichen optischen System mit einer Ulbricht-Kugel bestimmt.

Agarose-basierte Gewebe imitiert optische Phantome für Diffuse Reflexion Spektroskopie

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a ...

Diese Rakete kann dazu beitragen, Schlüsselprobleme auf dem Gebiet der biomedizinischen Optik anzugehen, wie z. B. die Entwicklung optischer Raketen auf der Grundlage der diffusen Reflektorspektroskopie. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass diffuse Reflektorspektren dazu beitragen, dass lebende, biologische Gewebe, die für die Gehirnregion des Nahinfrarotstrahls unsichtbar sind, mit leicht verfügbaren Materialien dargestellt werden können. Die Herstellung von Monolayer-Gelphantomen erfordert die Verwendung von Formen.Die epidermale Phantomform besteht aus einer ein Millimeter dicken Acrylplatte, die in eine U-Form geschnitten ist. Es gibt auch eine bis zu Millimeter dicke Acrylplatte, um die erste Platte abzudecken. Diese Platte bildet eine Seite der Form.Eine zweite, zwei Millimeter dicke Platte bildet die andere Seite der Form. Wenn die Komponenten an Ort und Stelle sind, befestigen Sie sie mit fünf Klammern. Konstruieren Sie die dermale Phantomform auf ähnliche Weise mit einer fünf Millimeter dicken U-förmigen Acrylplatte zwischen zwei bis zwei Millimeter dicken Platten.Befestigen Sie diese Teile mit Klammern. Für die Herstellung des Grundmaterials werden Kochsalzlösung und Agarosepulver benötigt. Geben Sie 500 Milliliter Kochsalzlösung in einen Topf.Dann umrühren und dabei langsam fünf Gramm Agarose hinzufügen. Fügen Sie ein Thermometer hinzu und stellen Sie den Topf fünf Minuten lang auf eine Herdplatte mit 1000 Watt. Sobald die Mischung kocht, die Hitze drei Minuten lang auf niedrige Hitze stellen.Warte, bis die Mischung auf eine Temperatur von etwa 70 Grad Celsius abgekühlt ist, bevor du sie in einen Behälter gießt. Bewahren Sie es 30 Minuten lang in einem Bad mit konstanter Temperatur bei 60 Grad Celsius auf. Das Melanin in der Epidermis wird durch eine Kaffeelösung im epidermalen Phantom nachgeahmt.Mischen Sie dazu vier Milliliter gebrühten Kaffee und 16 Milliliter Kochsalzlösung in einer Glasflasche. Geben Sie anschließend fünf Milliliter Lipidemulsion in einen durchsichtigen Plastikbecher und fügen Sie 10 Milliliter der Kaffeelösung hinzu. Rühren Sie die Mischung um und fügen Sie 35 Milliliter des Grundmaterials hinzu.Halten Sie die epidermale Phantomform bereit und saugen Sie die Mischung in eine Spritze ab. Injizieren Sie die Mischung langsam in die Form und vermeiden Sie dabei Blasenbildung. Diese gefüllte Form kann abgekühlt werden, um das Gel herzustellen.Lassen Sie es 20 Minuten lang bei fünf Grad Celsius abkühlen. Wenn das Abkühlen beendet ist, entfernen Sie die Clips aus der Form. Schiebe eines der Acrylstücke nach außen, um es zu entfernen.Nehmen Sie das ein Millimeter dicke erstarrte Gelphantom aus der Form. Schneiden Sie das Phantom mit einem chirurgischen Skalpell auf die gewünschte Größe zu. Platzieren und halten Sie dann das Gelphantom zwischen zwei Objektträgern.Beginnen Sie mit fünf Millilitern Lipidemulsion in einem transparenten Plastikbecher. Für sauerstoffreiches Blut fügen Sie Vollblut von Pferden hinzu. Rühren Sie dann die Mischung unter Zugabe von Grundmaterial um.Halten Sie die dermale Phantomform bereit und saugen Sie die Mischung in eine Spritze ab. Spritzen Sie die Mischung langsam in die Form und vermeiden Sie die Bildung von Blasen. Hier ist die Form, nachdem sie gefüllt wurde und zum Abkühlen bereit ist.Nehmen Sie die Form, um sie 20 Minuten lang bei fünf Grad Celsius abzukühlen. Nehmen Sie die Form nach dem Abkühlen heraus und entfernen Sie die Clips und ein äußeres Acrylstück. Nehmen Sie das freigelegte, fünf Millimeter dicke, erstarrte Gelphantom aus der Form.Schneiden Sie es mit einem chirurgischen Skalpell auf die gewünschte Größe zu. Platzieren und halten Sie das Phantom zwischen zwei Glasobjektträgern. Beginnen Sie bei sauerstoffarmem Phantom mit einem sauerstoffhaltigen Blutphantom.Verwende eine Spritze, um Natriumdithionitlösung auf das Phantom zu tropfen, um das Blut sauerstoffarm zu machen. Platzieren und halten Sie das Phantom zwischen zwei Objektträgern, um ein Austrocknen zu verhindern. Erhalten Sie ein epidermales und ein dermales Phantom.Tropfen Sie 0,1 Milliliter Kochsalzlösung auf das Hautphantom, um die optische Kopplung zu unterstützen. Legen Sie dann das epidermale Phantom auf das dermale Phantom und die Kochsalzlösung. Streichen Sie über die Oberfläche, um eventuelle Luftblasen zwischen den Schichten herauszudrücken.Bauen Sie das zweischichtige Phantom zwischen zwei Glasobjektträgern auf, um ein Austrocknen zu verhindern. Richten Sie das Gerät ein, um die Reflexionsspektren zu messen. Herzstück der Messungen ist eine Ulbrichtkugel, die auf einer Seite einen Probenhalter hat.Auf der anderen Seite befinden sich eine Lichtfalle und eine Eintrittsöffnung für das einfallende Licht. Ein Spektrometer sammelt Licht mit einer optischen Faser aus dem Detektoranschluss der Kugel. Dieser Schaltplan gibt einen Überblick über den Aufbau.Beachten Sie, dass die nicht verwendeten Anschlüsse verstopft sind, um zu verhindern, dass Licht in die Kugel eindringt. Die Lichtquelle ist eine 150-Watt-Halogenlampe mit einem Lichtleiter, der eine achromatische Linse verwendet, um das Licht auf die Probe zu fokussieren. Schalten Sie die Halogenlampe ein.Wenn sie sich erwärmt, begeben Sie sich zum Probenanschluss der Ulbrichtkugel. Setzen Sie dort einen weißen Standarddiffusor auf den Probenhalter und bereiten Sie eine Messung vor. Passen Sie die Integrationszeit des Spektrometers an und speichern Sie ein Referenzspektrum.Bringen Sie eines der Phantome zum Probenhalter. Platzieren Sie das Phantom, das immer noch zwischen zwei Objektträgern eingeklemmt ist, an der Probenöffnung und bereiten Sie sich auf eine weitere Messung vor. Messen Sie ein übertragenes Spektrum und speichern Sie die Daten in einer Datei.Um Transmissionsspektren zu messen, ändern Sie die Konfiguration so, dass sie mit diesem Schema konsistent ist. Beachten Sie, dass das Licht nun durch die Probe in der Probenöffnung in die Ulbrichtsche Kugel eintritt. Die anderen Ports sind verstopft.Dies ist die Ulbrichtsche Kugel, die für die Messung von Transmissionsspektren bereit ist. Für eine Messung platzieren Sie ein Phantom, das zwischen zwei Objektträgern eingeklemmt ist, in den Probenhalter. Führen Sie die Messung durch und speichern Sie die Daten.Diese Spektren stammen von einem zweischichtigen Phantom mit sauerstoffreichem Blut in der Hautschicht, das eine Konzentration von 3% aufweist. Die Spektren beziehen sich auf Proben mit zwei verschiedenen Konzentrationen von Kaffeelösungen in der Epidermisschicht. Der diffuse Reflexionsgrad nimmt mit zunehmender Kaffeelösung ab, die Melanin nachahmt. Dies macht sich vor allem bei kurzen Wellenlängen bemerkbar.Hier sind Spektren für eine konstante Kaffeelösungskonzentration in der Epidermisschicht von 7% und eine variierende Blutkonzentration in der Hautschicht. Die starke Lichtabsorption des Hämoglobins erklärt die Unterschiede in den Spektren im Bereich von 500 bis 600 Nanometern. Die diffusen Reflexionsspektren unterscheiden sich mit dem Sauerstoffversorgungszustand des Blutes.Für jedes dieser Spektren wird die Konzentration der Kaffeelösung in der Epidermisschicht auf 7 % und die Blutkonzentration in der Hautschicht auf 3 % festgelegt. Die gesammelten Daten sind nützlich für die Abschätzung der optischen Eigenschaften der Phantome mittels inverser Monte-Carlo-Simulation. Dies sind die Beispiele für das berechnete durchschnittliche reduzierte Streukoeffizientenspektrum und den Absorptionskoeffizienten der epidermalen und dermalen Schichten. Einmal gemeistert, kann diese Technik in sechs Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig programmiert ist.Bei der Herstellung der Phantome ist es wichtig, daran zu denken, das Grundmaterial in einem konstant temperierten Bad bei 60 Grad Celsius zu halten. Auf diese Weise können drei- oder vierschichtige Phantome konstruiert werden, um andere Themen wie Darstellungen der bisherigen Reflexionsspektren für biologische Gewebe mit komplizierteren Schemata zu untersuchen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der biomedizinischen Optik, neue Wege für optische Raketen und Systeme zu delegieren.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein optisches Phantom erstellt, das den Lichttransport in biologischen Geweben nachahmt, und wie man seine optischen Eigenschaften charakterisiert. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Natriumdithionit gefährlich sein kann und geeignete Ausrüstung wie Brille, Handschuhe und eine Gesichtsmaske getragen werden sollte, während Sie ein dermales Phantom herstellen, das das sauerstoffreiche Blut enthält.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Nahinfrarot-Fluoreszenzbildgebung (NIRF) kann das therapeutische Ergebnis von Brustkrebsoperationen verbessern, indem sie die intraoperative Tumorlokalisierung und die Bewertung des chirurgischen Randstatus ermöglicht. Unter Verwendung von gewebesimulierenden Brustphantomen, die fluoreszierende tumorsimulierende Einschlüsse enthalten, können potenzielle klinische Anwendungen der NIRF-Bildgebung bei Brustkrebspatientinnen zu Standardisierungs- und Schulungszwecken bewertet werden.

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Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung eines stabilen, biologisch relevanten Phantommaterials für optische und akustische biomedizinische Bildgebungsanwendungen, das unabhängig voneinander einstellbare akustische und optische Eigenschaften aufweist.

Ein stabiles Phantommaterial für die optische und akustische Bildgebung

In diesem Artikel wird das Protokoll zur Herstellung von Tumor-Gewebe-Phantomen vorgestellt, die optische Eigenschaften für die plasmonische photothermische Therapie replizieren. Es beschreibt die Phantompräparation, photothermische Bewertungen und die Validierung des entwickelten numerischen Modells auf der Grundlage photothermischer Temperaturmessungen zur Bewertung therapeutischer Parameter und bietet eine ethische, kostengünstige Alternative zu In-vivo-Studien für Vortests.

Plasmonische photothermische Krebstherapie: Nanopartikel-eingebettete Tumorgewebe-imitierende Phantome zur Visualisierung der photothermischen Temperaturverteilung

Quantitative, High-Throughput-, Echtzeit-und Label-free biomolekularen Erkennung (DNA, Proteine, etc.) auf...

Biomolekulare Erkennung Einsatz der Interferometrische Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Raman-Spektroskopie ist eine geeignete Technik für die berührungslose, Label-freie Analyse lebender Zellen, Tissue-Engineering-Konstrukten und nativen Geweben. Quellenspezifische spektralen Fingerabdrücke können generiert und analysiert werden mit multivariaten Analyse.

Berührungslose, Label-freie Überwachung von Zellen und extrazellulären Matrix mittels Raman-Spektroskopie

Lernen Sie die Herstellung agarosebasierter optischer Phantome zur Nachahmung biologischer Gewebe für die diffuse Reflexionsspektroskopie. Diese Methode ermöglicht präzise optische Charakterisierung mit integrierender Kugel.

Agarose-basierte Gewebe imitiert optische Phantome für Diffuse Reflexion Spektroskopie

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