Name: Axée sur l’agarose tissus imitant les fantômes optiques pour la spectroscopie de réflectance Diffuse (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Apprenez à créer des fantômes optiques à base d'agarose imitant les tissus biologiques pour la spectroscopie de réflectance diffuse. Cette méthode permet de déterminer les propriétés optiques avec une sphère intégrante.

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Partie de ce travail a été soutenu par une subvention pour Scientific Research (C) de la société japonaise pour la Promotion de la Science (25350520, 22500401, 15 K 06105) et l’US-ARMY ITC-PAC projet de recherche et développement (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. construction d’un système de réflectance et facteur de transmission totale spectroscopique classique diffus
Remarque : Construire les ensembles de mesurage de la réflectance diffuse et spectres de transmittance total à l’aide d’une source de lumière blanche à large bande, un guide de lumière, une lentille achromatique, une sphère d’Ulbricht, un porte-échantillon, une fibre optique et un spectromètre à canaux multiples. Le rôle du piège à lumière doit supprimer le composant de réflexion spéculaire du spectre de réflectance. Le porte-échantillon de la sphère d’intégration se compose d’une plaque de montage et une queue d’aronde et le bloc d’attache à ressort qui maintient l’échantillon contre le port. La queue d’aronde et l’assemblage de la pince à ressort sont retirés le porte-échantillon et un piédestal cubique fabriqués à la main en mousse de polystyrène est fixé à la plaque de montage au lieu de cela. Les schémas des composants optiques, illustrés à la Figure 1bis et 1 b, peuvent être désignés pour la procédure de construction pour les mesures de réflectance diffuse et les mesures de facteur de transmission totale, respectivement.
<ol><li>Connectez le spectromètre et un ordinateur personnel en utilisant le câble de bus série universel (USB) fourni.</li>
	<li>Fixer l’adaptateur à un port de détecteur de la sphère d’intégration. Connectez le spectromètre et l’adaptateur de port de la sphère d’intégration à l’aide d’une fibre optique. Connectez la source lumineuse 150 W halogène lampe et le guide de lumière.</li>
	<li>Visser le support de l’échantillon sur un port de l’échantillon de la sphère d’intégration. Fixer le piège lumineux à un port approprié de la sphère d’intégration lors de l’exécution des mesures de réflectance diffuse. Allumez la source de lumière de lampe halogène pour éclairer un échantillon via le guide de lumière et de la lentille achromatique.</li>
	<li>Ouvrez le logiciel d’exploitation du spectromètre.</li>
</ol>2. Elaboration d’un moule acrylique
Remarque : Un moule acrylique qui se compose de deux pièces acryliques rectangulaires et une pièce acrylique en forme de U est construit pour créer un fantôme de gel monocouche. Figure 2 peuvent être désignés pour cette procédure de construction.
<ol><li>Découpez les deux pièces rectangulaires acryliques d’une plaque acrylique de 2 mm d’épaisseur à une taille facultative.</li>
	<li>Découper une pièce acrylique d’une plaque acrylique épaisseur de 1 mm à une taille facultative. Couper la pièce acrylique épaisseur de 1 mm pour qu’il devienne une pièce en forme de U à être utilisé pour le moule pour faire 1 mm épaisseur épidermiques fantômes.</li>
	<li>Découper une pièce acrylique d’une épaisseur de 5 mm plaque d’acrylique à une taille facultative. Couper la pièce acrylique épaisseur de 5 mm pour qu’il devienne une pièce en forme de U à être utilisé comme un moule pour faire 5 mm épaisseur cutanées fantômes.</li>
	<li>Enlever toutes les bavures sur chaque morceau acrylique à l’aide d’une lime en métal.</li>
	<li>Faire le moule fantôme épidermique en tenant la pièce en U de 1 mm d’épaisseur avec les deux pièces acryliques de 2 mm d’épaisseur et en fixant à cinq foldback clips.</li>
	<li>Faire le moule fantôme par voie cutanée en tenant la pièce en forme de U épaisseur de 5 mm avec les deux pièces acryliques de 2 mm d’épaisseur et en fixant à cinq foldback clips.</li>
</ol>3. préparation du matériau de Base
<ol><li>Mettre 500 mL d’une solution saline standard avec 0,9 % (p/v) NaCl dans une gousse. Lentement, ajouter 5 g de poudre d’agarose en remuant le mélange pour éviter les grumeaux.</li>
	<li>Faire chauffer le mélange de poudre d’agarose et une solution saline par un radiateur électrique de cuisson avec un réglage de puissance 1 000 W pendant 5 min.</li>
	<li>Une fois que le mélange bout, maintenir le mélange à feu doux pendant 3 min.</li>
	<li>Laisser refroidir le mélange à une température d’environ 70 ° C. Puis versez le mélange dans un récipient et gardez-le dans un Bain thermostaté à 60 ° C pendant 30 min avant de faire un fantôme.</li>
</ol>4. préparation de la peau-imitant les fantômes optiques
Remarque : Une solution café est utilisée pour imiter le spectre d’absorption de la mélanine. La solution de café contient un pigment brun appelé mélanoidine. Le spectre d’absorption de mélanoidine a été signalé à être similaire à celle de la mélanine10.
<ol><li>
Préparer un fantôme épidermique
	<ol>
<li>Versez 100 mL d’eau pure dans le réservoir de la cafetière. Placez un filtre dans le panier de la cafetière. Ajouter 24 g de café moulu dans le filtre. Mettre en marche la machine à café, puis appuyez sur le bouton d’infusion infusion.</li>
		<li>Mettre 4 mL de café infusé et 16 mL de solution saline dans un flacon de verre pour faire une solution de café.</li>
		<li>Mettre 5 mL d’émulsion lipidique (p. ex., Intralipide 10 %) et 10 mL de la solution de café dans un gobelet en plastique transparent. Lentement, ajouter 35 mL de matériau de base à ce mélange tout en remuant.</li>
		<li>Aspirer le mélange dans une seringue et injecter lentement dans le moule épidermique fantôme tout en évitant toute formation de bulles. Laisser refroidir le moule acrylique contenant le mélange à 5 ° C pendant 20 min.</li>
		<li>Retirer les clips foldback du moule. Glisser une des pièces acryliques vers l’extérieur et le retirer du moule. Prendre le gel solidifié de 1 mm d’épaisseur fantôme hors du moule et coupez à la taille désirée à l’aide d’un bistouri.</li>
		<li>Placez et maintenez le fantôme de gel entre les verres de deux diapositives.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparer un fantôme cutané contenant du sang oxygéné
	<ol>
<li>Prenez 5,0 mL d’émulsion lipidique et 0,4 mL de sang entier équine avec 45 %-hématocrite et mettre dans un gobelet en plastique transparent. Ajouter lentement 44,6 mL du matériau de base en remuant le mélange.</li>
		<li>Aspirer le mélange dans une seringue et injecter lentement dans le moule fantôme cutané tout en évitant toute formation de bulles. Laisser refroidir le moule acrylique contenant le mélange à 5 ° C pendant 20 min.</li>
		<li>Retirer les clips foldback du moule. Glisser une des pièces acryliques vers l’extérieur et le retirer du moule. Prenez le gel solidifié épaisseur de 5 mm fantôme hors du moule et coupez à la taille désirée à l’aide d’un bistouri.</li>
		<li>Placez et maintenez le fantôme de gel entre les verres de deux diapositives.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparer un fantôme cutané contenant le sang désoxygéné
	<ol>
<li>Mettre un gel dermique fantôme contenant du sang oxygéné (de l’étape 4.2.3) sur un plat en verre.</li>
		<li>Dissoudre 1 g de dithionite de sodium (Na2S2O4) dans 20 mL d’une solution saline dans un flacon de verre.</li>
		<li>Ajouter 0,05 g/mL de la solution Na2S2O4 sur le fantôme à l’aide d’une seringue à désoxygéner le sang dans le fantôme.</li>
		<li>Placez et maintenez le fantôme entre les verres de deux diapositives pour éviter qu’il sèche.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparer un fantôme de deux couches
	<ol>
<li>Baisse de 0,1 mL de sérum physiologique sur un fantôme dermique pour assurer un couplage optique entre les couches épidermiques et dermiques. Placez le fantôme épidermique sur le fantôme par voie cutanée.</li>
		<li>Si les bulles d’air sont présentes entre les couches, les pousser dehors en caressant la surface de la phantom deux couches avec un doigt.</li>
		<li>Tenez le fantôme de deux couches entre deux verres de diapositive pour éviter qu’il sèche.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. acquisition des spectres de réflectance Diffuse
<ol><li>
Acquisition de spectres sombres Remarque : Le capteur de dispositif à couplage de charge (CCD) dans le spectromètre peut estimer l’intensité lumineuse basée sur un signal électrique généré en réponse à la lumière incidente. Cependant, il y a bruit sombre37 qui est indépendante des signaux générés par des photons mais est dépendante de la température de l’appareil, même si le détecteur ne détecte pas la lumière. Pour mesurer avec précision l’intensité spectrale de la lumière, le signal de courant sombre devrait être mesuré en un spectre foncé et ensuite soustraites du spectre de l’échantillon. Le spectre foncé est un spectre pris avec le trajet optique bloqué.<ol>
<li>Positionnez la sphère d’intégration à une position optimale pour les mesures de réflectance diffuse (Figure 1 a).</li>
		<li>Éteindre la source lumineuse de la lampe halogène. Bloquer le parcours lumineux vers le spectromètre à l’aide d’un bouchon de l’orifice ou une plaque de blindage.</li>
		<li>Sélectionnez la commande stocker sombre dans le menu fichier pour enregistrer un spectre noir.</li>
		<li>Sélectionnez la commande soustraction spectre foncé dans le menu fichier pour soustraire le sombre spectre du spectre de l’échantillon mesuré (voir ci-dessous).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisition des spectres de référence Remarque : Les propriétés optiques des composants utilisés dans cette expérience, comme la source de lumière, guide de lumière, lentille achromatique, fibre optique et spectromètre, ont leurs propre longueur d’onde-dépendances. Par conséquent, l’intensité spectrale de la lumière transmise par le biais de ces composants optiques devrait être mesurée comme un spectre de référence. Pour la mesure d’un spectre de réflectance diffuse, le spectre de référence est un spectre avec un diffuseur blanc standard, éclairé par la lumière de la source lumineuse.<ol>
<li>Allumez la source lumineuse de la lampe halogène en appuyant sur le bouton d’alimentation. Échauffement de la lampe pendant au moins 10 min avant d’acquérir un spectre de référence.</li>
		<li>Placez un diffuseur blanc standard (p. ex., Spectralon) à l’emplacement de l’échantillon de la sphère d’intégration.</li>
		<li>Régler le temps d’intégration du spectromètre en sélectionnant la valeur appropriée dans la liste déroulante dans le logiciel d’exploitation de spectromètre afin que l’intensité de signal de crête est d’environ 75 % de l’intensité du spectromètre maximale.</li>
		<li>Sélectionnez la commande enregistrer la référence dans le menu fichier pour enregistrer un spectre de référence.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisition de spectres de l’échantillon Remarque : Un spectre du facteur de réflexion diffuse de l’échantillon est acquis et sauvegardé sur le disque dur d’un ordinateur personnel en utilisant les mêmes conditions d’acquisition.<ol>
<li>Placez le fantôme épidermique en sandwich par les verres de deux diapositives dans le port de l’échantillon. Sélectionnez la commande Enregistrer dans le menu fichier pour enregistrer un spectre de réflectance diffuse dans un fichier.</li>
		<li>Répétez les fantômes étape 5.3.1 pour la voie cutanée et deux couches.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. l’acquisition du spectre Total Transmittance
<ol><li>
Acquisition de spectres sombres Remarque : Le capteur dans le spectromètre peut estimer l’intensité lumineuse basée sur un signal électrique généré en réponse à la lumière incidente. Cependant, il y a bruit sombre qui est indépendante des signaux générés par des photons mais est dépendante de la température de l’appareil, même si le détecteur ne détecte pas la lumière. Pour mesurer avec précision l’intensité spectrale de la lumière, le signal de courant sombre devrait être mesuré en un spectre foncé et ensuite soustraites du spectre de l’échantillon. Le spectre foncé est un spectre pris avec le trajet optique bloqué.<ol>
<li>Positionnez la sphère d’intégration à une position optimale pour les mesures de facteur de transmission totale (Figure 1 b).</li>
		<li>Retirer le piège à lumière du port de la sphère d’intégration et fixer un bouchon de l’orifice au port.</li>
		<li>Éteindre la source lumineuse de la lampe halogène. Bloquer le parcours lumineux vers la sphère d’intégration à l’aide d’un bouchon de l’orifice ou plaque de blindage.</li>
		<li>Sélectionnez la commande stocker sombre dans le menu fichier pour enregistrer un spectre noir.</li>
		<li>Sélectionnez la commande soustraction spectre foncé dans le menu fichier pour soustraire le sombre spectre du spectre de l’échantillon mesuré (voir ci-dessous).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisition des spectres de référence Remarque : Les propriétés optiques des composants utilisés dans cette expérience, comme la source de lumière, guide de lumière, lentille achromatique, fibre optique et spectromètre, ont leurs propre longueur d’onde-dépendances. Par conséquent, l’intensité spectrale de la lumière transmise par le biais de ces composants doit être mesurée comme un spectre de référence. Pour la mesure du spectre total transmittance, le spectre de référence est un spectre franchie avec la lumière de la source lumineuse est entrant directement dans la sphère d’intégration via le port de l’échantillon.<ol>
<li>Allumez la source lumineuse de la lampe halogène en appuyant sur le bouton d’alimentation. Échauffement de la lampe pendant au moins 10 min avant d’acquérir un spectre de référence.</li>
		<li>Régler le temps d’intégration du spectromètre en sélectionnant la valeur appropriée dans la liste déroulante des temps d’intégration dans le logiciel de fonctionnement du spectromètre jusqu'à ce que la plus grande intensité lumineuse indique un signal qui est d’environ 75 % du maximum valeurs.</li>
		<li>Sélectionnez la commande enregistrer la référence dans le menu fichier pour enregistrer un spectre de référence.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisition de spectres de l’échantillon Remarque : Le spectre du facteur total de transmission de l’échantillon est acquis et sauvegardé sur le disque dur d’un ordinateur personnel en utilisant les mêmes conditions d’acquisition.<ol>
<li>Placez le fantôme épidermique en sandwich par les verres de deux diapositives dans le port de l’échantillon. Sélectionnez la commande Enregistrer dans le menu fichier pour enregistrer un spectre de transmission totale dans un fichier.</li>
		<li>Répétez les fantômes étape 6.3.1 pour la voie cutanée et deux couches.</li>
	</ol>
</li>
</ol>7. estimation de l’Absorption et les propriétés de dispersion de la lumière
Remarque : Un ensemble du spectre de réflectance diffuse et le spectre de transmission total est sauvegardé sur le disque dur d’un ordinateur personnel et analysé en mode hors connexion. Un inverse de simulation Monte-Carlo8,38,39,40 est ensuite effectué afin d’estimer l’absorption coefficient spectre µun(λ) et le coefficient de diffusion réduite spectre µs'(λ). Dans cet inverse simulation Monte Carlo, la diffusion estimée coefficient µs, sous l’hypothèse que l’anisotropie facteur g est 0, est considéré comme la dispersion réduit coefficient µs' . La réflectance tant les données de transmission sont utilisées pour une simulation unique exécutée. L’algorithme détaillé utilisé dans le présent protocole a été signalé dans le précédent littérature8,39. Nous avons estimé l’absorption coefficient spectre µun(λ) et la dispersion réduit coefficient spectre µs'(λ) d’une couche épidermique d’une série de la réflectance diffuse spectre et le spectre de transmission total provenant de la couche épidermique. De la même manière, nous avons estimé µun(λ) et µs'(λ) d’une couche cutanée d’un ensemble de l’éventail de réflectance diffuse et le spectre de transmission total obtenu par l’exposition cutanée couche.
<ol><li>Ouvrir un fichier d’entrée pour la simulation de Monte Carlo.</li>
	<li>Renseignez les valeurs de la réflectance diffuse mesurée et le facteur de transmission totale à la gamme de longueur d’onde spécifique de 400 à 700 nm à 10 nm-intervalles dans le fichier de données d’entrée. Renseignez la valeur de l’épaisseur de fantôme dans le fichier de données d’entrée.</li>
	<li>La valeur de l’indice de réfraction n d’un calque pour être une valeur appropriée dans le fichier de données d’entrée (par exemple, n = 1,33 à 550 nm). La valeur de l’anisotropie facteur g à 0 dans le fichier de données d’entrée.</li>
	<li>Définissez les valeurs initiales de l’absorption coefficient µun et la diffusion coefficient µs comme les valeurs appropriées dans le fichier de données d’entrée (p. ex., µa = 0,01, µs = 0,1 ).</li>
	<li>Exécutez le programme de simulation de Monte Carlo inverse.</li>
	<li>Tapez le nom du fichier d’entrée, puis exécuter la simulation.</li>
	<li>Ouvrir le fichier de sortie et les valeurs finales de µa et µs après que la simulation itérative est terminée.</li>
	<li>Répétez les étapes 7.1 à 7.7 pour autres longueurs d’onde désirées.</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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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

L’étape la plus critique dans le présent protocole est le contrôle de la température du matériau de base. La température à maintenir le matériau de base varie entre 58 et 60 ° C. Si la température est supérieure à 70 ° C, une dénaturation de l’émulsion lipidique et le sang se produit. Par conséquent, les propriétés optiques du fantôme seront détériorera. Si la température est inférieure à 40 ° C, le matériau de base va être ununiformly gélifié et, ainsi, les agents de diffusion et d’absorption lumineuses vont être hétéro...

Optiques fantômes sont des objets imitant les propriétés optiques des tissus biologiques et ont été largement utilisées dans le domaine de l’optique biomédicale. Ils sont conçus afin que les propriétés optiques, tels que la diffusion de la lumière et des coefficients d’absorption, correspondent à celles des tissus humains et animaux vivants. Les fantômes optiques sont généralement utilisés pour les fins suivantes : simulant le transport léger dans les tissus biologiques, calibrer un design nouveau système optique, évaluer la qualité et la performance des systèmes existants, en comparant la performance entre les systèmes et en validant la capacité des méthodes optiques de quantifier les propriétés optiques1,2,3,4,5. Par conséquent, les substances facile à obtenir, un procédé de fabrication simple, une grande reproductibilité et une stabilité optique sont requis pour la fabrication des fantômes optiques.
Différents types de fantômes optiques avec différents matériaux de base comme la suspension aqueuse6, gélatine gel7, agarose gel8,9,10, gel de polyacrylamide11, résine12, 13,14,15,16et chambre-température-vulcanisation silicone17 ont été rapportés dans la littérature antérieure. Il a été rapporté que les gels à base de gélatine et de l’alginate sont utiles pour des fantômes optiques avec des structures hétérogènes18. Phantoms de l’alginate ont une stabilité mécanique et thermique approprié d’évaluation des effets tels que les études d’ablation au laser et par laser hyperthermie études18photothermique. Des gels d’agarose ont la capacité de fabriquer des structures hétérogènes, et leurs propriétés mécaniques et physiques sont stables pendant une longue période18. Des gels d’agarose de haute pureté ont une très faible turbidité et une faible absorption optique. Donc, les propriétés optiques des fantômes basé sur gel d’agarose pourraient facilement être conçues avec la lumière appropriée de diffusion et d’absorber des agents. Récemment, styrène-éthylène-butylène (SEBS), copolymères bloc19 et polychlorure de vinyle (PVC) gels20 ont été signalés comme matériaux fantômes intéressants pour les optiques et techniques photoacoustiques.
Polymère microsphères7,12,21,22, oxyde de titane en poudre1et lipides émulsions23,24,25,26 comme le lait et les lipides émulsion sont utilisés comme agents de dispersion de la lumière, tandis que d’encre noire27,28 et colorants moléculaire29,30 sont utilisés comme amortisseurs de la lumière. Diffuser les spectres de réflectance de vivre la plupart organes sont dominées par l’absorption de l’hémoglobine oxygénée et désoxygéné dans les globules rouges. Donc, l’hémoglobine solutions31,32 et sang total8,9,10,33,36 sont souvent utilisés comme absorbeurs de lumière dans la fantômes de spectroscopie de réflectance diffuse et imagerie multispectrale.
La méthode décrite dans cet article est utilisée pour créer un fantôme optique imitant le transport léger dans les tissus biologiques et de caractériser ses propriétés optiques. À titre d’exemple, un deux couches optiques fantôme imitant propriétés optiques des tissus de la peau humaine est démontrée. Les avantages de cette méthode par des techniques alternatives sont la capacité de représenter les spectres de réflectance diffuse dans des tissus biologiques vivants dans le visible à la longueur d’onde du proche infrarouge, ainsi que la simplicité de le rendre, à l’aide de facilement disponible matériaux et instruments d’optique conventionnelles. Par conséquent, les fantômes optiques effectués par cette méthode sera utiles pour le développement de méthodes optiques basée sur la spectroscopie de réflectance diffuse et imagerie multispectrale.

<table><tbody><tr><td>Source lumineuse à lampe halogène 150 W</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japon</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Guide de lumière</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japon</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Sphère d’intégration</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, États-Unis</td><td>RT-060-SF</td><td></td></tr><tr><td>Adaptateur de port</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, États-Unis PA-050-SMA-SF</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Piège à lumière</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, États-Unis</td><td>LTRP-100-C</td><td></td></tr><tr><td>Spectralon blanc standard avec réflectance diffuse de 99 %</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, États-Unis</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr><tr><td>Fibre optique</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Floride, États-Unis</td><td>P400-2-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre miniature à fibre optique</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Floride, États-Unis</td><td></td><td></td>USB2000</tr><tr><td>Lentille achromatique</td><td>Chuo Precision Industrial Co., Ltd, Tokyo, Japon</td><td>ACL-50-75M</td><td></td></tr><tr><td>Intralipid</td><td>Fresenius Kabi AB, Uppsala, Suède</td><td>Intralipid 10 %</td><td></td></tr><tr><td>Coffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee)</td><td>Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japon</td><td>Indisponible</td><td></td></tr><tr><td>Sang total</td><td>Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japon</td><td>0103-2</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japon</td><td>NE-AG02</td><td></td></tr><tr><td>Chauffage de cuisson</td><td>TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japon</td><td>HP-103K</td><td></td></tr></tbody></table>

axée sur l’agarose tissus imitant les fantômes optiques pour la spectroscopie de réflectance diffuse

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Ce protocole décrit comment faire basé sur agarose tissus imitant fantômes et explique comment déterminer leurs propriétés optiques en utilisant un système optique conventionnel avec une sphère d’Ulbricht. Systèmes de mesure pour l’acquisition de la réflectance diffuse et les spectres de transmittance total sont construits avec une source de lumière blanche à large bande, un guide de lumière, une lentille achromatique, une sphère d’Ulbricht, un porte-échantillon, une sonde de fibre optique et un spectromètre à canaux multiples. Un moule acrylique composé de deux pièces acryliques rectangulaires et une pièce acrylique en forme de U est construit pour créer un fantôme épidermique et un fantôme cutané avec sang. L’application d’une solution de (Na2S2O4) le dithionite de sodium à la phantom cutanée permet au chercheur de désoxygéner hémoglobine dans les globules rouges distribués dans le fantôme par voie cutanée. L’inverse de simulation Monte Carlo avec les spectres de transmittance total mesurés par un spectromètre avec une sphère d’Ulbricht et réflexion diffuse est effectué afin de déterminer l’absorption coefficient spectre µun(λ) et le réduit le coefficient de diffusion du spectre µs' (λ) de chaque couche fantôme. Un fantôme à deux couches imitant la réflectance diffuse du tissu de la peau humaine est également démontré en entassant le fantôme épidermique sur le fantôme par voie cutanée.

La figure 3 montre les spectres représentatifs estimations du coefficient de diffusion réduite et le coefficient d’absorption pour le fantôme épidermique et dermique fantôme. Les résultats présentés à la Figure 3 sont les moyennes des dix mesures de spectres de réflectance et de transmission. La dispersion réduit coefficient µs' a un spectre de diffusion large, présentant une magnitude plus élevée à c...

Ici, nous démontrons comment axée sur l’agarose imitant le tissu optiques fantômes sont faits et comment leurs propriétés optiques sont déterminées à l’aide d’un système optique conventionnel avec une sphère d’Ulbricht.

Axée sur l’agarose tissus imitant les fantômes optiques pour la spectroscopie de réflectance Diffuse

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

Ce missile peut aider à résoudre des problèmes clés dans le domaine de l’optique biomédicale, tels que le développement de missiles optiques basés sur la spectroscopie à réflecteur diffus. Le principal avantage de cette technique est que le spectre réflecteur diffus aide les tissus biologiques vivants invisibles à la région du cerveau des rayons infrarouges proches peut être représenté à l’aide de matériaux facilement disponibles. La création de fantômes de gel monocouches nécessite l’utilisation de moules.Le moule fantôme épidermique se compose d’une plaque acrylique d’un millimètre d’épaisseur découpée en forme de U. Il existe également une plaque acrylique d’une épaisseur millimétrique près pour couvrir la première plaque. Cette plaque forme un côté du moule.Une seconde plaque de deux millimètres d’épaisseur forme l’autre côté du moule. Une fois les composants en place, fixez-les à l’aide de cinq clips. Construisez le moule fantôme dermique de la même manière avec une plaque acrylique en forme de U de cinq millimètres d’épaisseur entre des plaques de deux ou deux millimètres d’épaisseur.Fixez ces pièces avec des clips. La production du matériau de base nécessite une solution saline et de la poudre d’agarose. Mettez 500 millilitres de solution saline dans une casserole.Remuez ensuite tout en ajoutant lentement cinq grammes d’agarose. Ajoutez un thermomètre et placez la casserole sur une plaque chauffante à 1000 watts pendant cinq minutes. Une fois le mélange bouillant, baissez le feu à feu doux pendant trois minutes.Attendez que le mélange refroidisse à une température d’environ 70 degrés Celsius avant de le verser dans un récipient. Conservez-le dans un bain à température constante à 60 degrés Celsius pendant 30 minutes. La mélanine de l’épiderme est imitée par une solution de café dans le fantôme de l’épiderme.Pour ce faire, mélangez quatre millilitres de café infusé et 16 millilitres de solution saline dans une bouteille en verre. Ensuite, mettez cinq millilitres d’émulsion lipidique dans un gobelet en plastique transparent et ajoutez 10 millilitres de la solution de café. Remuez le mélange tout en ajoutant 35 millilitres de matériau de base.Préparez le moule fantôme épidermique et aspirez le mélange dans une seringue. Injectez lentement le mélange dans le moule tout en évitant la formation de bulles. Ce moule rempli est prêt à être refroidi pour créer le gel.Laissez-le refroidir à cinq degrés Celsius pendant 20 minutes. Lorsque le refroidissement est terminé, retirez les clips du moule. Faites glisser l’un des morceaux d’acrylique vers l’extérieur pour le retirer.Prenez le fantôme de gel solidifié d’un millimètre d’épaisseur du moule. Utilisez un scalpel chirurgical pour couper le fantôme à la taille souhaitée. Ensuite, placez et maintenez le fantôme de gel entre deux lames de verre.Commencez avec cinq millilitres d’émulsion lipidique dans un gobelet en plastique transparent. Pour du sang oxygéné, ajoutez du sang équin entier. Ensuite, remuez le mélange tout en ajoutant le matériau de base.Préparez le moule fantôme dermique et aspirez le mélange dans une seringue. Injectez lentement le mélange dans le moule et évitez de former des bulles. Voici le moule une fois qu’il a été rempli et qu’il est prêt à être refroidi.Prenez le moule à refroidir à cinq degrés Celsius pendant 20 minutes. Récupérez le moule après refroidissement et retirez les clips et une pièce extérieure en acrylique. Retirez le fantôme de gel solidifié de cinq millimètres d’épaisseur exposé du moule.Utilisez un scalpel chirurgical pour le couper à la taille souhaitée. Placez et tenez le fantôme entre deux lames de verre. Pour un fantôme désoxygéné, commencez par un fantôme de sang oxygéné.À l’aide d’une seringue, versez une solution de dithionite de sodium sur le fantôme afin de désoxygéner le sang. Placez et tenez le fantôme entre deux lames de verre pour l’empêcher de sécher. Obtenir et épidermique et un fantôme dermique.Déposez une solution saline de 0,1 millilitre sur le fantôme dermique pour faciliter le couplage optique. Placez ensuite le fantôme épidermique sur le fantôme dermique et la solution saline. Caressez la surface pour expulser les bulles d’air entre les couches.Construisez le fantôme à deux couches entre deux lames de verre pour l’empêcher de sécher. Installez l’appareil pour mesurer les spectres de réflectance. La clé des mesures est une sphère d’intégration qui a un porte-échantillon d’un côté.De l’autre côté se trouvent un piège lumineux et un port d’entrée pour le feu incident. Un spectromètre collecte la lumière à l’aide d’une fibre optique à partir du port du détecteur de la sphère. Ce schéma fournit une vue d’ensemble de la configuration.Notez que les ports inutilisés sont bouchés pour empêcher la lumière de pénétrer dans la sphère. La source lumineuse est une lampe halogène de 150 watts avec un guide de lumière utilisant une lentille achromatique pour concentrer la lumière sur l’échantillon. Allumez la lampe halogène.Au fur et à mesure qu’il se réchauffe, déplacez-vous vers le port d’échantillonnage de la sphère d’intégration. Là, placez un diffuseur blanc standard sur le porte-échantillon et préparez-vous pour une mesure. Ajustez le temps d’intégration du spectromètre et stockez un spectre de référence.Apportez l’un des fantômes au porte-échantillon. Placez le fantôme, toujours pris en sandwich entre deux lames de verre, au niveau de l’orifice d’échantillonnage et préparez-vous pour une autre mesure. Mesurez un spectre transmis et stockez les données dans un fichier.Pour mesurer les spectres de transmittance, modifiez la configuration pour qu’elle soit cohérente avec ce schéma. Notez que la lumière pénètre maintenant dans la sphère d’intégration par l’intermédiaire de l’échantillon dans le port d’échantillon. Les autres ports sont branchés.Il s’agit de la sphère d’intégration prête à mesurer les spectres de transmittance. Pour une mesure, placez un fantôme pris en sandwich entre deux lames de verre dans le porte-échantillon. Effectuez la mesure et enregistrez les données.Ces spectres proviennent d’un fantôme à deux couches avec du sang oxygéné dans la couche dermique qui a une concentration de 3 %Les spectres concernent des échantillons avec deux concentrations différentes de solution de café dans la couche épidermique. La réflectance diffuse diminue avec l’augmentation de la solution de café qui imite la mélanine. Cela est particulièrement visible aux courtes longueurs d’onde.Voici les spectres pour une concentration constante de solution de café dans la couche épidermique de 7 % et une concentration sanguine variable dans la couche dermique. La forte absorption de la lumière de l’hémoglobine explique les différences de spectres dans la gamme de 500 à 600 nanomètres. Les spectres de réflectance diffuse diffèrent avec l’état d’oxygénation du sang.Pour chacun de ces spectres, la concentration de la solution de café dans la couche épidermique est fixée à 7 % et la concentration sanguine dans la couche dermique est fixée à 3 %. Les données collectées sont utiles pour estimer les propriétés optiques des fantômes via la simulation de Monte Carlo inverse. Ce sont les exemples du spectre moyen calculé du coefficient de diffusion réduit et du coefficient d’absorption des couches épidermiques et dermiques. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en six heures si elle est correctement programmée.Lors de la fabrication des fantômes, il est important de ne pas oublier de maintenir le matériau de base dans un bain à température constante à 60 degrés Celsius. En procédant à cette procédure, des fantômes à trois ou quatre couches peuvent être construits pour explorer d’autres sujets tels que les représentations des spectres de réflectance précédents pour les tissus biologiques avec des schémas plus complexes. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de l’optique biomédicale pour déléguer de nouvelles voies de missiles et de systèmes optiques.Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de créer un fantôme optique qui imite le transport de la lumière dans les tissus biologiques et de caractériser ses propriétés optiques. N’oubliez pas que travailler avec de la dithionite de sodium peut être dangereux et que des équipements appropriés tels que des lunettes, des gants et un masque facial doivent être portés lors de la fabrication d’un fantôme dermique contenant le sang oxygéné.

agarose-based-tissue-mimicking-optical-phantoms-for-diffuse

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Bioingénierie

L’imagerie par fluorescence proche infrarouge (NIRF) pourrait améliorer le résultat thérapeutique de la chirurgie du cancer du sein en permettant la localisation peropératoire de la tumeur et l’évaluation de l’état de la marge chirurgicale. À l’aide de fantômes mammaires simulant des tissus contenant des inclusions fluorescentes simulant des tumeurs, les applications cliniques potentielles de l’imagerie NIRF chez les patientes atteintes d’un cancer du sein peuvent être évaluées à des fins de...

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L’assemblage et l’utilisation d’un microendoscope multimodal sont décrits, qui peuvent co-enregistrer des données d’imagerie tissulaire superficielle avec des paramètres physiologiques tissulaires, notamment la concentration d’hémoglobine, la concentration de mélanine et la saturation en oxygène. Cette technique peut être utile pour évaluer la structure et la perfusion des tissus, et peut être optimisée pour les besoins individuels de l’investigateur.

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Ce protocole décrit comment l’utilisation de la spectroscopie de polarisation diffuse peut améliorer l’utilité clinique de l’essai de remplissage capillaire. Nous proposons une analyse plus détaillée du déroulement de la remplissage capillaire chez des volontaires sains, à l’aide de vidéos de spectroscopie de réflectance diffuse et de nouveaux points de terminaison informatiques.

Spectroscopie de réflectance diffuse : Faire le Test de remplissage capillaire sous son pouce

Fantômes de tissu optique sont des outils essentiels pour le calibrage et la caractérisation des systèmes d’imagerie optiques et validation de modèles théoriques. Cet article décrit une méthode de fabrication fantôme qui inclut la réplication des propriétés optiques de tissu et structure du tissu en trois dimensions.

Fabrication et caractérisation des fantômes de tissu optique contenant la Macrostructure

Le revêtement de spin, l'impression de polyjet, et la modélisation fusionnée de dépôt sont intégrés pour produire les fantômes hétérogènes multicouches qui simulent des propriétés structurales et fonctionnelles du tissu biologique.

Impression 3D multimodale de fantômes pour simuler les tissus biologiques

Ce protocole décrit la fabrication d’un matériau fantôme stable et biologiquement pertinent pour les applications d’imagerie biomédicale optique et acoustique, présentant des propriétés acoustiques et optiques accordables indépendamment.

Un matériau fantôme stable pour l’imagerie optique et acoustique

Cet article présente le protocole de préparation de fantômes tumoraux qui reproduisent les propriétés optiques pour la thérapie photothermique plasmonique. Il détaille la préparation du fantôme, les évaluations photothermiques et la validation du modèle numérique développé basé sur des mesures de température photothermique pour évaluer les paramètres thérapeutiques, offrant une alternative éthique et rentable aux études in vivo pour les tests préliminaires.

Thérapie photothermique plasmonique contre le cancer : fantômes imitant les tissus tumoraux incorporés dans des nanoparticules pour visualiser la distribution photothermique de la température

Quantitatives à haut débit, en temps réel, et sans étiquette de détection biomoléculaire (ADN, protéines, etc) sur...

Détection biomoléculaire employant le capteur interférométrique Réflectance Imaging (IRIS)

La spectroscopie Raman est une technique appropriée pour le contact non-, sans étiquette analyse de cellules vivantes, de l'ingénierie tissulaire constructions et des tissus indigènes. Source spécifiques empreintes spectrales peuvent être générées et analysées en utilisant une analyse multivariée.

Sans contact, sans étiquette de surveillance des cellules et la matrice extracellulaire en utilisant la spectroscopie Raman

Apprenez à créer des fantômes optiques à base d'agarose imitant les tissus biologiques pour la spectroscopie de réflectance diffuse. Cette méthode permet de déterminer les propriétés optiques avec une sphère intégrante.

Axée sur l’agarose tissus imitant les fantômes optiques pour la spectroscopie de réflectance Diffuse

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