Fabricación y caracterización de tejido óptico fantasmas que contiene macroestructura

Resumen

Fantasmas de tejido óptico son herramientas esenciales para la calibración y caracterización de sistemas de proyección de imagen ópticos y validación de modelos teóricos. Este artículo detalla un método para la fabricación de fantasma que incluye replicación de propiedades ópticas del tejido y estructura tridimensional del tejido.

Resumen

El rápido desarrollo de nuevas técnicas de imagen ópticas depende de la disponibilidad de estándares de bajo costo, personalizables y fácilmente reproducibles. Al replicar el entorno de imagen, pueden eludirse costosos experimentos con animales para validar una técnica. Predecir y optimizar el rendimiento de en vivo y ex vivo , técnicas de imagen requieren pruebas en muestras que son ópticamente similares a los tejidos de interés. Fantasmas ópticos imitan tejido proporcionan un estándar para la evaluación, caracterización y calibración de un sistema óptico. Fantasmas de polímero homogéneo tejido óptico son ampliamente utilizados para imitar las propiedades ópticas de un tipo de tejido específico dentro de un rango espectral estrecho. Capas de tejidos, como la epidermis y la dermis, pueden mímico simplemente apilando estos fantasmas de losa homogénea. Sin embargo, muchos en vivo las técnicas de imagen se aplican a más del tejido espacial complejo donde tres estructuras dimensionales, tales como vasos sanguíneos, vías respiratorias o defectos de tejido, pueden afectar al rendimiento del sistema de proyección de imagen.

Este protocolo describe la fabricación de un fantasma imitando tejido que incorpora complejidad estructural tridimensional usando un material de propiedades ópticas del tejido. Tablas de consulta proporcionan recetas de tinta de la India y dióxido de titanio para objetivos de dispersión y absorción óptica. Se describen los métodos para caracterizar y ajustar las propiedades ópticas del material. El fantasma fabricación detallada en este artículo tiene un vacío interno de falsa vía aérea ramificación; sin embargo, la técnica puede aplicarse ampliamente a otras estructuras de tejido u órgano.

Introducción

Fantasmas de tejido se utilizan ampliamente para la caracterización del sistema y la calibración de instrumentos ópticos de proyección de imagen y espectroscopia, incluyendo sistemas multimodalidad con ultrasonido o modalidades nucleares^{1,2,3 ,4}. Fantasmas proporcionan un control entorno óptico para la caracterización del sistema y control de calidad de múltiples técnicas de imagen biológicas. Tejido imitando los fantasmas son útiles en predecir el rendimiento del sistema y optimizar el diseño del sistema para la tarea fisiológica; por ejem....

Protocolo

1. selección y verificación de las propiedades del Material matriz

1. Antes de iniciar el proceso de fabricación fantasma (figura 1), encuentra la absorción y los coeficientes de dispersión reducida de los tejidos biológicos de interés en la proyección de imagen wavelength(s). Las estimaciones preliminares pueden encontrarse en las referencias^35,36. Sin embargo, la validación de los coeficientes ópticos puede ser necesario.
2. Utilizando las tablas de consulta para el coeficiente de absorción μ_unay coeficiente de dispersión reducida, μ_s', en el ....

Resultados

Para demostrar la técnica de fabricación de fantasma, fantasmas de tejido de pulmón de ratón fueron fabricados para simular medidas propiedades ópticas del tejido suprimido pulmones murinos sanos e inflamados en 535 nm (tabla 5). Esta longitud de onda de interés es la longitud de onda de excitación de tdTomato proteína fluorescente utilizada en cepas recombinantes de reportero de micobacterias en anteriores estudios³³. Mediciones ópticas de tejido .......

Discusión

Hemos demostrado un método para crear fantasmas ópticos para representar un pulmón murino con una estructura de ramificación interna para simular la interfaz de aire-tejido interno. Las propiedades ópticas del tejido pulmonar murino se logran mediante la incorporación de concentración única de ópticamente dispersando y absorbiendo partículas distribuidas homogéneamente en el polímero de matriz a granel. Estas propiedades ópticas pueden ajustarse para imitar los valores fisiológicos dentro de diversas gamas espectrales de.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Dow Corning Sylgard 184 Encapsulante de Silicona Transparente 0.5 kg Kit	Adhesivos Ellsworth	184 SIL ELAST 0.5KG	Polidimetilsiloxano: base polimérica para maniquíes ópticos
Polvo de dióxido de titanio rutilo blanco	Atlantic Equipment Engineers	TI-602	Partículas dispersas para maniquíes ópticos
Pluma estilográfica Higgins Tinta china	Michaels Craft Stores	10015483	Partículas absorbentes para maniquí óptico
Cinta resistente al calor	Uline	S-7595	Cinta resistente al calor para moldes de polímero
Impresora 3D Fortus 360mc	Stratasys	N/A	Capaz de cambiar el material de construcción y soporte con este modelo de impresora
ABS Ivory Material del modelo	Stratasys	SDS-000001	Material para imprimir piezas de moldes y/o utilizarlo como soporte para imprimir estructura interna
SR-30 Soporte soluble	Stratasys	400638-0001	Base material de soporte soluble para impresión de estructura interna
Flacktek Speedmixer	Flacktek Inc.	DAC 150.1 FV	Para una mezcla eficiente de polímeros y partículas
Esfera integradora	Edmund Optics	58-585	Para medir las propiedades ópticas
Placas de construcción de policarbonato (1 mm)	Stratasys	N/A	También se pueden utilizar placas de construcción de policarbonato usadas de la impresora Stratasys