Name: Un matériau fantôme stable pour l’imagerie optique et acoustique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-16T12:20:00.000+00:00
Duration: 4 min 54 s
Description: Découvrez la fabrication d'un matériau fantôme stable pour l'imagerie optique et acoustique biomédicale. Cette méthode utilise des polymères et une huile minérale pour créer un fantôme aux propriétés ajustables et durables.

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LH a été financé par le programme MedAccel de NPL financé par le Fonds de défi de la stratégie industrielle du ministère des Affaires, de l’Énergie et de la Stratégie industrielle. JMG a reçu un financement de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche) dans le cadre du projet GR 5824/1. JJ reconnaît le soutien financier de l’Academy of Medical Sciences Springboard (REF: SBF007\100007). SEB reconnaît le soutien de Cancer Research UK sous le numéro de subvention C9545/A29580. AMI, BZ et SR ont été soutenus par le ministère britannique des Affaires, de l’Énergie et de la Stratégie industrielle via le financement du système national de mesure. Les figures 1 et 2 ont été créées avec BioRender.

Fabrication d’un matériau fantôme stable et biologiquement pertinent

Sarah Bohndiek a déjà reçu un soutien de recherche de CYBERDYNE INC et iThera Medical GmbH, fournisseurs d’instruments d’imagerie photoacoustique. Les autres auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts lié au présent manuscrit à divulguer.

Ici, un protocole est présenté qui vise à fournir une recette polyvalente pour un matériau stable et biologiquement pertinent qui peut être utilisé pour créer des fantômes pour les mesures d’étalonnage et la normalisation dans les applications d’imagerie biomédicale acoustique et optique multimodales. Il a déjà été démontré que le matériau était stable dans le temps39, qu’il avait une reproductibilité élevée d’un lot à l’autre, qu’il était sûr à utiliser et qu’il se composait d’ingrédients facilement disponibles et rentables provenant de fournisseurs scientifiques standard. Les propriétés des matériaux sont réglables indépendamment dans les régimes acoustiques et optiques pertinents. De plus, il est mécaniquement robuste et insoluble dans l’eau, résistant ainsi à une manipulation brutale, et il est inerte aux agents de couplage à base d’eau utilisés dans la recherche ultrasonique / photoacoustique. Il a été souligné que différents modèles fantômes peuvent être créés avec différents types d’inclusions, composés du même type de matériau ou de types de matériaux différents. Compte tenu de ces propriétés, le matériau remplit les critères clés susmentionnés pour un fantôme biophotonique idéal et présente des avantages clés par rapport à d’autres matériaux imitant les tissusexistants 3. En détaillant le processus de fabrication exact, nous espérons minimiser les variations découlant de la procédure de fabrication, optimisant ainsi son utilisation pour l’étalonnage, la validation et le suivi des performances des systèmes d’imagerie.
Deux étapes clés ont été identifiées comme étant essentielles au processus de fabrication. Tout d’abord, les ingrédients doivent être soigneusement mélangés et chauffés uniformément pour la création d’un matériau homogène. L’utilisation d’un sonicateur et d’un agitateur magnétique pour le mélange et d’un bain d’huile pour le chauffage assure une répartition uniforme des composants matériels dans la matrice de base. Il faut veiller à ce que le bain d’huile n’atteigne pas des températures très élevées (>180 °C), car cela entraînerait une oxydation des composants du matériau, entraînant une décoloration jaunâtre. L’agitation manuelle peut soutenir le processus de mélange et compenser l’échauffement insuffisant de l’interface matière-air. Le temps de sonication et de mélange peut devoir être prolongé lorsqu’une concentration plus élevée de TiO2 et/ou de polymères est utilisée pour assurer une composition homogène du matériau. Deuxièmement, les bulles d’air doivent être éliminées pour empêcher la formation d’hétérogénéités au sein de la matrice de base. Bien que cela puisse être réalisé avec une pompe à vide ou un four, une coulée prudente à partir d’une faible hauteur doit également être pratiquée pour minimiser le piégeage de l’air dans le matériau.
Un avantage significatif du matériau est ses propriétés thermoplastiques (dérivées du polymère SEBS), ce qui lui permet d’être réchauffé et remoulé sans impact significatif sur ses propriétés acoustiques et optiques39. Cependant, le réchauffage doit être effectué progressivement et soigneusement, car le matériau peut facilement brûler et s’oxyder s’il est réchauffé trop rapidement. Le réchauffage devient également plus difficile lorsque des concentrations plus élevées de LDPE sont utilisées, car le LDPE ne présente pas le même comportement thermoplastique que le SEBS.
Plusieurs limites du protocole demeurent. En raison de la température de fusion élevée des polymères (150 °C), les moules fantômes doivent être fabriqués à partir d’un matériau résistant à la chaleur, tel que le verre ou l’acier inoxydable. De plus, le matériau est assez visqueux à l’état liquide si une concentration élevée de polymère est utilisée pour régler les propriétés acoustiques, ce qui rend difficile le remplissage de petites cibles d’imagerie. Enfin, l’accord des propriétés acoustiques est jusqu’à présent limité à une vitesse de gamme sonore de ~1450-1 516 m·s-1 qui supporte des tissus imitateurs tels que la poitrine ou la graisse (c = 1 450-1 480 m·s−1), mais peut être insuffisant pour des tissus comme les muscles ou les reins (c > 1 520 m·s−1). Le changement concomitant de l’atténuation acoustique doit également être pris en considération.
Ici, nous avons mis en évidence l’application du matériau en tant que fantôme stable pour les applications d’échographie et d’imagerie optique. Cependant, les matériaux copolymères dans l’huile se sont également révélés utiles dans les applications d’élastographie35 et pourraient potentiellement permettre la compatibilité avec d’autres modalités d’imagerie telles que l’imagerie par résonance magnétique. Un réalisme anatomique accru des fantômes peut être obtenu en utilisant des moules imprimés en 3D, comme le montrent des études similaires 29,47,48,49. Les premières études ont également démontré l’imprimabilité 3D du matériau lui-même, ce qui étend encore sa flexibilité en termes de traitement et de fabrication. Ces développements mettent en évidence le potentiel futur passionnant du matériau en tant que milieu fantôme stable et largement utilisé pour les applications d’imagerie multimodale.

L’établissement de la précision et de l’exactitude de nouveaux biomarqueurs d’imagerie optique par validation technique 1,2 est primordial pour assurer leur mise en œuvre réussie dans la pratique clinique. Pour ce faire, les études de validation technique utilisent fréquemment des fantômes physiques durables, ce qui facilite l’évaluation des performances inter-instruments et le contrôle de la qualité de routine. Pour une utilisation généralisée d’un matériau fantôme dans la recherche et l’application clinique, un protocole de fabrication simple et hautement reproductible est nécessaire. Un matériau fantôme biophotonique idéal devrait comprendre les propriétés suivantes3 : (1) propriétés accordables indépendamment dans des plages biologiquement pertinentes; 2° la robustesse mécanique; 3) la stabilité à long terme; (4) flexibilité dans la géométrie et l’architecture; 5° une manipulation sécuritaire; (6) les ingrédients largement disponibles qui peuvent être achetés auprès de fournisseurs scientifiques standard; et (7) faible coût. À l’heure actuelle, les applications biophotoniques n’ont pas de protocole normalisé pour un matériau fantôme largement accepté qui réponde aux exigences décrites et inclut également des propriétés acoustiques accordables pour les applications hybrides, telles que l’imagerie photoacoustique (PAI).
Les matériaux fantômes biologiquement pertinents ciblés pour les applications optiques et acoustiques combinées comprennent les hydrogels 4,5, l’alcool polyvinylique (PVA)6,7,8,9 et le polychlorure de vinyle plastisol (PVCP)10,11,12,13,14,15,16 . Cependant, ces matériaux sont caractérisés par certaines limitations qui limitent leur application en tant que matériau fantôme stable. Les hydrogels, par exemple, sont sujets à la déshydratation, aux dommages mécaniques et à la croissance bactérienne, ce qui limite leur durée de conservation17,18,19. L’ajout de produits chimiques peut augmenter la longévité, mais les conservateurs courants, tels que le formaldéhyde20 ou le chlorure de benzalkonium21, sont dangereux et nécessitent des mesures de précaution lors de la manipulation. De plus, les cibles contenant des colorants solubles dans l’eau peuvent diffuser dans le matériau de base si elles ne sont pas encapsulées. Les cryogels PVA se caractérisent par une longévité et une robustesse structurelle plus élevées, mais leur processus de préparation implique de longs cycles de gel-dégel22. Cela peut limiter l’accordabilité indépendante des paramètres acoustiques et optiques23 et, s’ils sont légèrement modifiés, peut conduire à des inhomogénéités6, compromettant ainsi la reproductibilité. De plus, la diffusion de colorants à partir d’inclusions a été observée après 1 an13. Le PVCP a un processus de fabrication complexe qui comprend des températures élevées allant jusqu’à 180-220 °C 13,14,24,25. Le PVCP souffre également d’un manque de chaîne d’approvisionnement avec des fournisseurs scientifiques26 et peut contenir des plastifiants à base de phtalates, qui peuvent nuire à la reproduction et au développement27, ce qui en fait des substances contrôlées dans certains pays.
Les compositions copolymères dans l’huile, telles que la cire gel 28,29,30,31 ou les mélanges à base d’élastomères styréniques thermoplastiques 32,33,34,35,36, présentent une bonne stabilité longitudinale et présentent des propriétés acoustiques et optiques semblables à celles des tissus. 31,35,36,37, ayant ainsi un potentiel élevé en tant que candidat fantôme durable dans les applications multimodales. De plus, cette classe de matériaux est rentable, non absorbant l’eau, non toxique et biologiquement inerte35,38. La vitesse du son c(f) et le coefficient d’atténuation acoustique α(f) peuvent être réglés dans une plage biologiquement pertinente (tableau 1) par variation de la concentration du polymère 33,35,39, tandis que l’absorption optique μa(λ) et les coefficients de diffusion réduite μs'(λ) peuvent être principalement modifiés par addition de colorants solubles dans l’huile ou de dioxyde de titane (TiO2)39, respectivement.
Ici, un protocole simple et facile à suivre est présenté pour la création de fantômes copolymères dans l’huile durables adaptés à une utilisation dans l’étalonnage de dispositifs optiques, ultrasonores ou photoacoustiques. Tous les ingrédients ont des numéros définis Chemical Abstract Service (CAS) et sont facilement disponibles auprès des fournisseurs scientifiques standard. Les difficultés potentielles dans la procédure de fabrication sont mises en évidence et les moyens de les surmonter sont présentés. Alors que le protocole permet la fabrication de matériaux avec une gamme de propriétés acoustiques et optiques, le protocole présenté donne un matériau avec une vitesse sonore de ~1 481 m·s-1, alignée sur la vitesse du son de l’eau à température ambiante (20 °C)40. Cette valeur a été choisie comme étalon neutre pour représenter le large éventail de propriétés tissulaires existantes (tableau 1), ce qui a permis d’établir un point de référence cohérent et fiable pour la comparaison. En fournissant ce protocole détaillé, nous visons à élargir l’adoption et la reproductibilité de fabrication de ce type de matériau fantôme prometteur, facilitant ainsi les études de validation biophotonique, acoustique et photoacoustique et soutenant le contrôle qualité de routine dans les applications d’imagerie préclinique et clinique.

<table><tbody><tr><td>Polyéthylène basse densité (LDPE)</td><td>Alfa Aesar&nbsp ;</td><td>43949.30 CAS : 9002-88-4</td><td>6,70 g 5,8 % p/p</td></tr><tr><td>Huile minérale</td><td>Sigma Aldrich</td><td>330779-1L CAS : 8042-47-5</td><td>83,80 g 72,5 % p/p</td></tr><tr><td>Nigrosin&nbsp ;</td><td>Sigma Aldrich&nbsp ;</td><td>211680-100G CAS : 11099-03-9</td><td>0,4 g ;</td></tr><tr><td>Polystyrène-bloc-poly(éthylène-ran-butylène)-bloc-polystyrène (SEBS)</td><td>Sigma Aldrich&nbsp ;</td><td>200557-250G CAS : 66070-58-4</td><td>25,14 g 21,7 % p/p</td></tr><tr><td>Huile silicone pour bain d’huile</td><td>Sigma Aldrich&nbsp ;</td><td>85409-1L CAS : 63148-62-9 ~1 L (selon la taille du bain d’huile)</td><td></td></tr><tr><td>Oxyde de titane(IV), anatase (TiO2)</td><td>Sigma Aldrich&nbsp ;</td><td>232033 CAS : 1317-70-0</td><td>0,15 g</td></tr><tr><td>Antioxydant (facultatif ; p. ex., hydroxytoluène butylé)</td><td>Sigma Aldrich&nbsp ;</td><td>W218405-1KG-K CAS : 128-37-0</td><td>peut être ajouté pour éviter la décoloration si des températures de fabrication plus élevées sont utilisées.</td></tr><tr><td>Des colorants solulables à l’huile pour les inclusions (en option),</td> <td>par exemple, les encres en relief Caligo safe wash, Cranfield Colours, Cwmbran, UK*</td><td></td><td>peuvent être ajoutés en fonction de l’absorption préférée</td></tr><tr><td>.</td><td>Ultrawave Ltd, UK*</td><td>U500H Bain de nettoyage par ultrasons*</td><td>idéalement avec contrôle de la température ; fréquences de fonctionnement recommandées entre 30-50 kHz)</td></tr><tr><td>Plat de cristallisation pour bain d’huile de silicone (jusqu’à +200 &deg ; C)</td><td>tout fournisseur</td><td></td> approprié <td>(diamètre extérieur ~140 mm pour bécher en verre de 250 ml)</td></tr><tr><td>Bécher en verre (~250 mL) ; plats d’échantillonnage en verre/moule fantôme</td><td>tout fournisseur</td><td></td><td></td>approprié</tr><tr><td>Plaque chauffante avec agitateur magnétique et thermorégulateur (sonde externe, thermocouple) avec température maximale de > 200 &deg ; C</td><td>Thermo Fisher Scientific, Royaume-Uni*</td><td>Velp Scientifica AREC. X Agitateur numérique à plaque chauffante en céramique*</td><td></td></tr><tr><td>Balances de laboratoire / balances scientifiques précises à 0,01 g</td><td>tout fournisseur</td><td></td><td></td>approprié</tr><tr><td>Spatule métallique</td><td>tout fournisseur</td><td></td><td></td>approprié</tr><tr><td>Four à vide ou chambre à vide</td><td>Memmert, Allemagne (Four à vide)* Cole-Parmer Instrument Company, Royaume-Uni (chambre à vide)*</td><td>VO29 (four à vide) DWK Life Sciences (Kimble) Dessiccateur sous vide en verre avec collier (chambre à vide)*</td><td></td></tr><tr><td>1. Système de caractérisation acoustique*</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hydrophone</td><td>GEC Marconi</td><td>30 mm de diamètre de l’élément actif hydrophone</td><td></td>à membrane bilaminaire</tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronix UK, Bracknell, UK</td><td>DPO 7254&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Émetteur&ndash ; récepteur&nbsp ;</td><td>Olympus NDT, Waltham, MA, États-Unis</td><td>Olympus 5073PR</td><td></td></tr><tr><td>Porte-échantillon</td><td>Newport Spectra-Physics, Didcot,</td><td>Royaume-Uni Newport 605-4 Series Weak-Distortion Axial Clamping Gimbal Mount Optic Mount</td><td>peut nécessiter un adaptateur supplémentaire pour le maintien de l’échantillon</td></tr><tr><td>Thermomètre</td><td>G. H. Zeal, Londres, Royaume-Uni</td><td>Thermomètre à alcool en verre IP 39C calibré UKAS</td> Transducteur à ultrasons&nbsp ;<td></td></tr><tr><td></td><td>Force Technology, Brondby, Danemark</td><td>Sonde d’élément actif diamètre 10 mm&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Étriers Vernier</td><td>tout fournisseur</td><td></td><td></td>approprié</tr><tr><td>Réservoir d’eau rempli d’eau déminéralisée&nbsp ;</td><td>tout fournisseur</td><td></td> approprié <td>exige une taille suffisante (par exemple, dimensions 112 & times ; 38 & times ; 30 cm3)</td></tr><tr><td>2.Système de caractérisation optique*</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sphère d’intégration (deux)</td><td>Avantes, Apeldoorn, Pays-Bas</td><td>AvaSphere-50, diamètre</td><td></td>intérieur 50 cm</tr><tr><td>Source lumineuse&nbsp ;</td><td>Avantes, Apeldoorn, Pays-Bas</td><td>Avalight-HAL-s-mini</td><td></td></tr><tr><td>Platine motorisée (en option)</td><td>Thorlabs,Thorlabs MTS50</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Fibres optiques (trois)</td><td>tout fournisseur</td><td></td><td></td>approprié</tr><tr><td>Réflectance standard</td><td>Labsphere, North Sutton, USA</td><td>99 %, blanc, 1,25" de diamètre, USRS-99-010, AS-01158-060</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre</td><td>Avantes, Apeldoorn, le Pays-Bas</td><td>Starline Avaspec-2048</td><td></td></tr><tr><td>Logiciel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>d’acquisition de données (par exemple, Labview)</td><td>National Instruments, Austin, TX, États-Unis Logiciel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>d’analyse de données (par exemple, Matlab)</td><td>Mathworks, Natick, États-Unis</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Programme d’ajout inverse de doublage (IAD)&nbsp ;</td><td></td><td></td><td>Code source : http://omlc.org/software/iad/</td></tr><tr><td>*Veuillez noter qu’un équipement similaire peut également être utilisé.</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

un matériau fantôme stable pour l’imagerie optique et acoustique

A Stable Phantom Material for Optical and Acoustic Imaging

Il est impératif d’établir des matériaux fantômes biophotoniques imitant les tissus qui offrent une stabilité à long terme pour permettre la comparaison des dispositifs d’imagerie biomédicale entre les fournisseurs et les institutions, soutenir l’élaboration de normes reconnues à l’échelle internationale et faciliter l’application clinique de nouvelles technologies. Ici, un processus de fabrication est présenté qui aboutit à un matériau copolymère dans l’huile stable, peu coûteux et imitant les tissus pour une utilisation dans les efforts de normalisation photoacoustique, optique et ultrasonore.
Le matériau de base se compose d’huile minérale et d’un copolymère avec des numéros CAS (Chemical Abstract Service) définis. Le protocole présenté ici donne un matériau représentatif avec une vitesse du son c(f) = 1 481 ± 0,4 m·s-1 à 5 MHz (correspond à la vitesse du bruit de l’eau à 20 °C), une atténuation acoustique α(f) = 6,1 ± 0,06 dB·cm-1 à 5 MHz, une absorption optique μa(λ) = 0,05 ± 0,005 mm-1 à 800 nm, et la diffusion optique μs'(λ) = 1 ± 0,1 mm-1 à 800 nm. Le matériau permet un réglage indépendant des propriétés acoustiques et optiques en faisant varier respectivement la concentration en polymère ou la diffusion de la lumière (dioxyde de titane) et les agents absorbants (colorant soluble dans l’huile). La fabrication de différents modèles fantômes est affichée et l’homogénéité des objets de test résultants est confirmée à l’aide de l’imagerie photoacoustique.
En raison de son processus de fabrication facile et reproductible et de sa durabilité, ainsi que de ses propriétés biologiquement pertinentes, la recette du matériau est très prometteuse dans les initiatives de normalisation acoustique et optique multimodale.

Suivant cette recette, trois modèles fantômes représentatifs ont été créés à des fins d’imagerie photoacoustique, ciblés pour différentes conceptions de systèmes avec différentes géométries d’éclairage optique et de détection acoustique (Figure 3A). Si la procédure de préparation fantôme est effectuée avec succès, le matériau fantôme apparaît lisse et homogène sans bulles d’air piégées ni impuretés, et aucun artefact ne peut être vu dans l’image résultante (ici visualisée à l’aide de l’imagerie photoacoustique; Figure 3B, C). Le protocole donne un matériau représentatif avec une vitesse du son c(f) = 1481 ± 0,4 m·s-1 (correspondant à la vitesse du bruit de l’eau à 20 °C40), une atténuation acoustique α(f) = 6,1 ± 0,06 dB·cm-1 (toutes deux à 5 MHz), une absorption optique μa(λ) = 0,05 ± 0,005 mm-1 et une diffusion optique μs'(λ) = 1 ± 0,1 mm-1 (les deux à 800 nm) (l’incertitude illustre l’écart type par rapport à n = 3 lots produits indépendamment par différents opérateurs; toutes les mesures ont été effectuées à température ambiante [20 °C]).
Le coefficient de diffusion optique peut être réglé par la variation de TiO 2, tandis que le coefficient d’absorption optique peut être réglé par l’ajout de tout colorant soluble dans l’huile, démontré ici avec la nigcolonine (Tableau 2 et Figure 3D). Bien que les valeurs du tableau 2 soient axées sur les tissus à faible absorption et diffusion, tels que les muscles ou les seins (tableau 1), nous n’avons rencontré aucune difficulté à ajouter des absorbeurs et des diffuseurs à des concentrations plus élevées. Cependant, l’ajout de diffuseurs/absorbeurs optiques à des concentrations plus élevées peut nécessiter des temps de sonication plus longs pour obtenir un mélange homogène de la solution.
L’atténuation acoustique et la vitesse du son peuvent être réglées par variation de la concentration du polymère (tableau 3). Ici, l’accord est jusqu’à présent limité à une vitesse de gamme sonore de ~1 450-1 516 m·s-1. Des concentrations respectives plus faibles de polymères peuvent entraîner une faible stabilité physique de l’échantillon, entraînant une déformation plastique au fil du temps34. Des concentrations plus élevées de polymères entraînent une fragilité et une texture inégale du matériau. La gamme de propriétés acoustiques peut aider à imiter des tissus tels que le sein ou la graisse (c = 1 450-1 480 m·s−1), mais peut être insuffisante pour des tissus tels que les muscles ou les reins (c &gt; 1 520 m·s−1; Tableau 1).
Les sources d’erreur courantes dans la préparation fantôme comprennent l’élimination insuffisante des bulles d’air et le mélange non homogène des composants de base (figure 4). Cela peut être minimisé en passant l’aspirateur et en versant soigneusement, et en remuant / vortex, respectivement.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig02.jpg"> Figure 2 : Installation expérimentale pour la fabrication du fantôme. Le bécher en verre contenant les ingrédients fantômes est placé dans le bain d’huile de silicone à l’aide d’une pince pour éviter tout contact direct entre les surfaces du bain d’huile et le bécher en verre. Le retour de température sur la plaque chauffante assure un contrôle minutieux de la température. Les agitateurs magnétiques permettent de mélanger à la fois l’huile de silicone et les ingrédients fantômes. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig03.jpg"> Figure 3 : Résultats représentatifs de la procédure de fabrication du fantôme. (A) Diverses conceptions de fantômes montrant une polyvalence pour une application dans différents systèmes d’imagerie photoacoustique. À gauche : petit fantôme rectangulaire avec des chaînes intégrées à différentes profondeurs (0,5, 1,5 et 2,5 mm ; distance inter-cibles de 1,25 mm) conçu pour tester des systèmes d’imagerie haute résolution ; milieu : fantôme cylindrique avec deux inclusions (distance d’inter-inclusion de 12 mm) utilisant un colorant soluble dans l’huile vert et violet, conçu pour tester les systèmes de tomographie; À droite : Grand fantôme rectangulaire avec canaux intégrés à différentes profondeurs (6 mm, 10 mm et 14 mm ; distance d’inter-inclusion de 3,5 mm), conçu pour tester un système portatif. (B) Exemple d’image photoacoustique du fantôme rectangulaire avec chaînes intégrées, acquise à 532 nm avec un système d’imagerie photoacoustique commercial. (C) Exemple d’image photoacoustique du fantôme tomographique cylindrique, acquise à 800 nm avec un système d’imagerie photoacoustique commercial. (D) Fantômes avec des concentrations d’absorption optique croissantes par des concentrations croissantes de nigcolonine (concentrations données en pourcentage en poids du volume total d’huile minérale sur l’image). La figure 3B,C est tirée de Hacker et coll.39. Barres d’échelle = 10 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig04.jpg"> Figure 4 : Défaillances fantômes courantes. (A,B) Photographies montrant des bulles d’air piégées à l’intérieur de la matrice de base. (C) Un mélange insuffisant des composants de base entraîne des inhomogénéités (flèches rouges) dans l’image photoacoustique résultante. Barre d’échelle = 5 mm (A). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Tableau 2 : Vue d’ensemble tabulaire de l’ajustement des valeurs d’absorption optique (μa) et de diffusion (μs'). Les valeurs en pourcentage sont données en pourcentage en poids du volume total de la solution de base (huile minérale, colonne 1) et du poids total de la matière fantôme (colonne 2). Les concentrations de nigcolonine représentent la quantité totale de nigcolonine absolue (et non de solution mère). Tous les échantillons comprenaient de l’hydroxytoluène butylé à 5 % comme antioxydant (facultatif). n = 3 mesures par échantillon. Une représentation visuelle du tableau se trouve dans Hacker et al.39. Abréviation : neg = négligeable. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/Table%202v3.xlsx" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.</a>
Tableau 3 : Vue d’ensemble tabulaire de l’accord des valeurs d’atténuation acoustique (α) et de vitesse du son (c). Décrit par la loi de puissance α 0f n avec α0 et n paramètres obtenus à partir d’un ajustement non linéaire des moindres carrés (n = 4 mesures par échantillon). F représente la fréquence en MHz. Les valeurs en pourcentage sont données en pourcentage en poids par rapport au poids total de la solution de base (huile minérale). Tous les échantillons comprenaient de l’hydroxytoluène butylé à 5 % comme antioxydant (facultatif). Une représentation visuelle du tableau se trouve dans Hacker et al.39. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475_Table%203_rev.xlsx" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.</a>
Figure supplémentaire S1 : Configuration des systèmes de caractérisation acoustique et optique utilisés pour les vérifications. Une photographie (A) et un schéma (B) du système de caractérisation acoustique pour la détermination du coefficient d’atténuation acoustique et de la vitesse du son sont affichés. Les composants individuels du système sont indiqués par des annotations HP (HydroPhone), S (échantillon) et T (transducteur) sur la photo et le schéma. Une photographie (C) et un schéma (D) du système de sphère à double intégration pour l’évaluation du coefficient d’absorption optique et du coefficient de diffusion réduit sont présentés. Les composants individuels du système sont désignés par les annotations S (échantillon), RS (sphère de réflectance), TS (sphère de transmission), OF (fibre optique) et MS (étage motorisé) sur la photo et le schéma. Cette figure est reproduite à partir de Hacker et al. 39. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/Suppl.%20Fig%201.pdf" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>

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

Establishing tissue-mimicking biophotonic phantom materials that provide long-term stability are imperative to enable the comparison of biomedical imaging ...

Notre recherche est axée sur le développement de nouvelles modalités d’imagerie pour la détection précoce du cancer. Dans cette étude en particulier, nous nous sommes concentrés sur le développement d’un objet de test stable, également appelé fantôme, pour valider les modalités d’imagerie basées sur la lumière et / ou le son. Différentes ressources ont été proposées pour développer des matériaux imitant les tissus dans le régime optique acoustique.Par exemple, PVA, hydrogels, polyuréthane ou PVCP. Cette étude se concentre sur un nouveau type de matériau prometteur basé sur la composition de l’huile polyman de base, qui surmonte de nombreux défis d’accordabilité et de stabilité. Le domaine de l’optique biomédicale couvre un large éventail de modalités d’imagerie qui peuvent être appliquées à certains des principaux défis auxquels la médecine est confrontée aujourd’hui.La plupart des modalités d’imagerie optique sont relativement limitées en profondeur, mais nous pouvons également coupler la lumière avec le son grâce à l’effet photoacoustique pour tirer parti de certains des avantages de pénétration de profondeur des ultrasons. L’imagerie photoacoustique s’est révélée prometteuse dans un large éventail d’essais cliniques, de l’imagerie de l’inflammation au diagnostic du cancer. Cependant, l’évaluation quantitative du rendement demeure difficile en raison d’un manque de matériaux fantômes disponibles capables d’imiter avec précision les propriétés optiques et acoustiques des tissus et de rester stables dans le temps.De nombreux nouveaux systèmes d’imagerie optique et photoacoustique sont en cours de développement, mais nous manquons d’un fantôme de référence normalisé pour valider ces systèmes et comparer leurs performances. Notre matériel est un candidat prometteur pour combler cette lacune et soutenir le développement et la traduction de ces nouvelles techniques passionnantes en clinique. À l’avenir, nous aimerions nous concentrer sur la création de conceptions et d’architectures fantômes plus anatomiquement réalistes qui conviennent à l’évaluation des performances de différentes configurations de systèmes.Par exemple, les systèmes microscopiques, mésoscopiques et macroscopiques, qui ont des géométries et des résolutions spatiales différentes.

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Fabrication fantôme d’alcool de polyvinyle patient-spécifique avec l’ultrason et le contraste de rayon X pour la planification de chirurgie de tumeur de cerveau

Les nanogouttelettes de perfluorocarbone optiquement activées sont prometteuses dans les applications d’imagerie en dehors du système vasculaire. Cet article montrera comment synthétiser ces particules, réticuler les fantômes de polyacrylamide et moduler les gouttelettes acoustiquement pour améliorer leur signal.

Formulation et modulation acoustique de nanogouttelettes de perfluorocarbone vaporisées optiquement

On combine dans le domaine fréquentiel des mesures de spectroscopie dans le proche infrarouge de l'oxygénation cérébrale avec l'hémoglobine diffuses mesures de spectroscopie de corrélation de l'indice de flux sanguin cérébral pour estimer un indice de métabolisme de l'oxygène. Nous avons testé l'utilité de cette mesure comme un outil de dépistage de chevet pour évaluer la santé et le développement du cerveau du nouveau-né.

Non-invasive de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons

Ensemble d'imagerie optique et μCT dans un modèle murin de l'infection de l'implant orthopédique, en utilisant un bioluminescente souche génétiquement de Staphylococcus aureus, à condition que la capacité de surveiller de manière non invasive et longitudinalement la dynamique de l'infection bactérienne, ainsi que de la réponse inflammatoire correspondant et modifications anatomiques dans l' os.

Combiné<em&gt; In vivo</em&gt; Optique et μCT imagerie pour surveiller l&#39;infection, l&#39;inflammation, et Bone Anatomy dans une infection orthopédique Implant souris

Dans ce reportage vidéo, nous montrons l’application de l’imagerie par luminescence Cerenkov (CLI) pour le tissu adipeux brun interscapulaire chez des souris dans des conditions activées et déprimées.

Cerenkov Luminescence imagerie de Interscapular le tissu adipeux brun

Nous décrivons un protocole par lequel le conditionnement au busulfan permet de remplacer la moelle osseuse d’une souris receveuse par des cellules de moelle osseuse de souris donneuses exprimant de manière ubiquitaire une protéine fluorescente verte, en l’absence d’irradiation. Cette technique est utile pour étudier l’accumulation de cellules de moelle osseuse dans le système nerveux central.

Busulfan comme agent myélosuppressive pour générer de haut niveau stable de moelle osseuse chez des souris chimérisme

Ici, nous décrivons une approche de microscopie optique semi-invasive pour l’induction d’un caillot photothrombotique Rose Bengal dans le cortex somatosensoriel d’une souris in vivo.  Les aspects techniques de la procédure d’imagerie sont décrits depuis l’induction d’un événement photothrombotique jusqu’à l’application et la collecte de données.

Rose Bengale Photothrombosis par imagerie optique confocal<em&gt; In Vivo</em&gt;: Un modèle de l&#39;unité des maladies du navire

Cet article décrit une méthode permettant de générer une lésion par compression de la moelle épinière (LME) reproductible chez la souris néonatale. Le modèle fournit une plate-forme avantageuse pour étudier les mécanismes de plasticité adaptative qui sous-tendent la récupération fonctionnelle spontanée.

Un nouveau-né de la moelle épinière de souris Compression Modèle de lésion

Découvrez la fabrication d'un matériau fantôme stable pour l'imagerie optique et acoustique biomédicale. Cette méthode utilise des polymères et une huile minérale pour créer un fantôme aux propriétés ajustables et durables.

Un matériau fantôme stable pour l’imagerie optique et acoustique

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