מאמר שיטה

ייצור ואפיון רקמות אופטי הפאנטומים המכיל למפלגות

DOI:

10.3791/57031

⸱

12 בפברואר 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Deparment of Molecular Pathogenesis and Immunology, Texas A&M College of Medicine

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מטוסי פאנטום רקמות אופטי הם כלים חיוניים כיול של אפיון של מערכות הדמיה אופטית ואימות של מודלים תיאורטיים. מאמר זה מפרט את שיטת ייצור דמה הכולל שכפול של רקמות התכונות האופטיות ואת מבנה רקמות תלת מימדי.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ההתפתחות המהירה של טכניקות דימות אופטי חדשות תלויה בזמינות של סטנדרטים נמוכים הניתנים להתאמה אישית, לשחזור בקלות. על-ידי שכפול הסביבה הדמיה, עשוי מצויין יקר לניסויים בבעלי חיים כדי לאמת טכניקה. חיזוי ומיטוב הביצועים של ויוו , לשעבר vivo הדמיה טכניקות דורש בדיקות על דגימות דומים שטיחות לרקמות של הריבית. מחקה רקמות פאנטום אופטי מספקות תקן עבור הערכה, אפיון או כיול של מערכת אופטית. פולימר הומוגנית רקמות אופטי פאנטום נמצאים בשימוש נרחב כדי לחקות את התכונות האופטיות של סוג רקמות ספציפיות בתוך טווח הספקטרום הצר. להיות חיקה רקמות בשכבות, כגון האפידרמיס בדרמיס, על-ידי פשוט לערום האשליות האלה, לוח הומוגני. עם זאת, רבים ויוו טכניקות הדמיה מוחלים יותר רקמות מורכבות במרחב שבו שלושה מבנים תלת-ממדי, כגון כלי דם, דרכי הנשימה או פגמים רקמות, יכולים להשפיע על הביצועים של מערכת ההדמייה.

פרוטוקול זה מתאר את הזיוף של רוח רפאים מחקה רקמות המשלבת תלת מימדי מורכבות מבנית באמצעות חומר עם התכונות האופטיות של רקמות. טבלאות בדיקת מידע מספקות מתכונים הודו ודיו טיטניום דו-חמצני הקליטה אופטי ומטרות פיזור. מתוארות שיטות כדי לאפיין ולכוונן את התכונות האופטיות גשמי. הזיוף פנטום מפורט במאמר זה יש של חלל פנימי מעושה דרכי הנשימה מסעף; עם זאת, הטכניקה ניתן להחיל באופן כללי מבנים אחרים איבר או רקמה.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מטוסי פאנטום רקמות משמשים נרחב עבור אפיון המערכת וכיול של מכשירי הדמיה וספקטרוסקופיה אופטי, כולל מערכות multimodality אולטראסאונד או שיטות גרעיני1,2,3 ,4. מטוסי פאנטום מספקים סביבה אופטי מבוקרת על אפיון המערכת ובקרת איכות של מספר טכניקות הדמיה ביולוגי. מטוסי פאנטום מחקה רקמות הינם כלים שימושיים לניבוי ביצועי המערכת, אופטימיזציה של מערכת עיצוב עבור הפעילות הפיזיולוגית לדוגמה, כדי לחזות את העומק החקרנית של הגששים ספקטרוסקופיות להערכת הגידול שוליים בימין5. התכונות האופטיות ותכנון קונסטרוקציה של הפאנטום ניתן לכוונן לחקות הסביבה פיזיולוגי מסוים שבו המכשיר ישמש, ומאפשר לפיכך הן כדאיות ואימות של ביצועי מערכת3, 6,7. אימות של הדמיה ביצועי המערכת עם מטוסי פאנטום אופטי מציאותי מיציאתם ניסויים קליניים או קליניים מפחית את הסיכון של תקלה או רכישה של נתונים לא שמיש במהלך לימודי ויוו . הפארמצבטית והיציבות של פאנטום אופטי להפוך אותם סטנדרטים כיול להתאמה אישית ללימוד טכניקות אופטי לפקח instrument אינטרה בין השתנות, בפרט multicenter ניסויים קליניים עם מכשירים שונים, אופרטורים, תנאים סביבתיים8,9.

מטוסי פאנטום מחקה רקמות גם לשמש tunable לשחזור פיזי דגמים עבור אימות של מודלים תיאורטיים אופטי. סימולציות הסיוע עיצוב של אופטימיזציה של ויוו מכשירים אופטיים, תוך הקטנת הצורך חיה ניסויים10,11. פיתוח, אימות של סימולציות אופטי לייצג באופן מדויק את הסביבה ויוו יכול להיות מכוסה המורכבות של מבנה רקמות, התוכן הביוכימי, ואת המיקום של היעד או רקמה בגוף. השתנות בין נושאים עושה אימות של מודלים תיאורטיים מאתגר באמצעות מדידות בעלי חיים או אדם. פולימר רקמות אופטי פאנטום לאפשר אימות של מודלים תיאורטיים על ידי אספקת סביבה אופטי לשחזור וידוע שבו ללמוד פוטון ההעברה12,13,14,15.

לצורך כיול המערכת, פאנטום מוצקות אופטי עשוי מורכב לוח הומוגני יחיד של פולימר נרפא עם פיזור אופטי, קליטה, או קרינה פלואורסצנטית מכוון עבור אורכי הגל של ריבית. שכבות הפולימר פאנטום משמשים לעתים קרובות כדי לחקות בשינוי העומק של המאפיינים אופטי רקמות רקמת האפיתל מודלים16,17. אלה מבנים פנטום מספיקים עבור הדמיה אפיתל, מידול, בגלל מבנה רקמות הוא הומוגניות למדי דרך כל שכבה. עם זאת, מידה גדול ועל מבנים מורכבים יותר להשפיע על תחבורה קרינה באיברים אחרים. שיטות ליצירת פאנטום מורכבים יותר פותחו כדי לדמות את הסביבה אופטי של כלי דם תת עורי18,19 ו אפילו כל האיברים, כגון שלפוחית השתן20. מידול הובלה אור בריאות מספקת בעיה ייחודית בזכות מבנה הסתעפות של הממשק רקמות אוויר; פאנטום מוצקות לא סביר לשכפל תחבורה קרינה באיבר במדויק21. כדי לתאר את שיטת שילוב המבנה המורכב פנטום אופטי, אנו מתארים שיטה ליצירת עץ פרקטל פנימי, לשחזור של חלל זה מייצג את מבנה תלת-ממדי (3D) מאקרוסקופית של דרכי הנשימה (איור 1).

ב העשורים האחרונים, הדפסת תלת-ממד הפכה להיות שיטה השולט שטנץ מהירה של מכשירים רפואיים מודלים22, רקמות אופטי פאנטום אינם יוצאי דופן. הדפסה תלת-ממדית שימש ככלי הייצור מוספים עבור בדיית פאנטום אופטי עם ערוצי23, רשתות כלי דם24דגמים בעלי חיים קטנים לכל הגוף25. שיטות אלה להשתמש חומרי הדפסה אחד או שניים עם מאפיינים אופטיים ייחודיים. גם פותחו שיטות לכוון את התכונות האופטיות של חומר הדפסה לחקות רקמה ביולוגית כללית, עכורים25,26. עם זאת, טווח התכונות האופטיות השגה מוגבלים על ידי החומר ההדפסה, בדרך כלל פולימר כגון בוטאדיאן טבעי styrene (ABS)26, כך שיטה זו אינה מתאימה לכל רקמות ביולוגיות. Polydimethylsiloxane (PDMS) הוא פולימר שטיחות ברור זה ניתן לערבב בקלות עם פיזור וקליטת חלקיקים עם רמה גבוהה יותר של27,tunability28. PDMS שימש גם להעלות עובש פאנטום עם מפרצת מודלים עבור פריסה של התקנים embolic29,30. האשליות האלה גם לנצל חלק מודפס 3D נמסים, אך נשארים שטיחות ברור להמחשת פריסת מכשירים. כאן, אנו משלבים בשיטה זו עם tunability של מאפייני PDMS עם פיזור וקליטת חלקיקים כדי לבדות דגם ראשוני של הרקמה ואת דרכי הנשימה של הריאות מאתר אופטי.

בעוד הפאנטום המובאת כאן היא ספציפית אל הריאות, ניתן להחיל את התהליך למגוון של איברים אחרים. הדפסה תלת-ממדית של המבנה הפנימי של הפאנטום מאפשר את העיצוב להיות ניתנת להתאמה אישית עבור כל מטרה, מידה להדפסה, בין אם זה יהיה דם או רשת כלי לימפה, מח עצם או אפילו ארבע chambered מבנה הלב31. כי אנו מעוניינים דימות אופטי, מידול של הריאה33,32,, או34, אנחנו שבחרו שתשמש המבנה הפנימי עץ 4 הדור פרקטל להשתכפל בתוך הפולימר פנטום. מבנה זה נועד משוער המבנה הסתעפות של דרכי הנשימה ויש תמיכה הפסקה-משם חומר עבור תהליך ההדפסה התלת מימדית. יכול להיות מודפס של דרכי הנשימה יותר אנטומית אם תמיכה הפסקה-משם חומר אינה נחוצה. אף על פי המודל הזה מייצג של דרכי הנשימה, המבנה הפנימי של הפאנטום לא חייבים להישאר חלל גשמי. לאחר הפולימר שמסביב נרפאה, החלק מודפס 3D התפרקה, המבנה הפנימי יכול לשמש כמו מסלול הזרימה או תבנית משני חומר עם קליטה ייחודי ומאפיינים פיזור משלו. לדוגמה, אם המבנה הפנימי של פרוטוקול זה תוכנן עצם דיגיטלי ולא נתיב אוויר, מבנה העצם יכול להיות 3D מודפס, יצוק עם PDMS עם התכונות האופטיות של האצבע ולאחר מכן התפרקה הפאנטום. החלל הריק ואז יכול להיות מלא עם תערובת PDMS עם מאפיינים אופטיים שונים. בנוסף, כל עובש אינה מוגבלת לחלק נמסים יחיד. רוח רפאים של האצבע הצליחה לכלול העצם, ורידים, עורקים, שכבה כללי רקמות רכות, כל אחד עם מאפיינים אופטיים ייחודיים משלו.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. בחירת ואימות של תכונות החומר מטריקס

  1. לפני התחלת תהליך ייצור דמה (איור 1), למצוא את הספיגה ואת פיזור מופחתת המקדמים הרקמה ביולוגית של הריבית ב wavelength(s) הדמיה. הערכות ראשוניות עלול להימצא ב35,הפניות36. עם זאת, אימות של מקדמי אופטי ייתכן שיהיה צורך.
  2. באמצעות טבלאות בדיקת מידע עבור ממוצע של מקדם ספיגה ממוצע, מקדם הפיזור מופחתת-s', 488, 535, 632, 775 אורכי גל nm (טבלאות 1-4 ו- 2 דמויות–3), בחר את ריכוזי אינדיה אינק, טיטניום דו-חמצני (TiO2) זה משוער את המאפיינים הרצויים אופטי. המתכונים האלה הן ספציפיות עם רוחות רפאים מפוברק עם PDMS. כמו טבלאות אלה לספק נתוני הניסוי באורכי גל דיסקרטית, אופטימיזציה של המתכון עשוי להידרש עבור היישום הספציפי.
  3. לפברק נתחי המתכון הנבחר לאישור אופטיות ספקטרליות polydimethylsiloxane (PDMS).
    1. באמצעות יחס של 10:1 במשקל של PDMS שרף לסוכן ריפוי, מזוג מרכיבים לתוך הכוס ערבוב לפי הסדר הבא: PDMS שרף, TiO2, אינדיה אינק, PDMS אשפרה הסוכן.
      הערה: הנה, אנחנו נבדוק שני מתכונים: 1) 2 מ ג TiO2 + 3.5 µL דיו הודו לכל g PDMS ו-2) 1 מ ג TiO2 + 10 דיו הודו µL לכל g PDMS. עבור כל מתכון, שרף PDMS 4.5 g ו- 0.45 g PDMS ריפוי סוכן משמשים עם הכמויות המתאימות של חלקיקים אופטיים.
    2. לערבב במיקסר במהירות (ראה טבלה של חומרים) 60 s. אם טיו2 חלקיקים מקל ערבוב גביע (סביר עם ריכוזים גבוהים של TiO2) מערבבים ביד כדי להסיר את החלקיקים מהבסיס של הגביע, לערבב במיקסר במשך שלושים s.
    3. שופכים את התערובת לתוך בארות או צלחות פטרי לעשות דק (0.1-1 מ מ) לוחות של התערובת.
    4. דגה הלוחות למשך 10 דקות על-ידי הצבתם תא לחץ אוויר חזק שלילי, אז המקום בתנור מחומם מראש ב 80 מעלות צלזיוס במשך 30-60 דקות מוציאים מהתנור ומצננים.
    5. הסר את המתים פולימר מקורר המכיל שלו. לקצץ את הקצוות לעזוב לוח שטוח, אחיד. למדוד את העובי של לוח באמצעות מחוגה.
  4. למדוד להדמיה (T) והשתקפות (R) של slab(s) באמצעות כדור של שילוב. ניתן למצוא פרטים נוספים והוראות ידנית ההיפוך-הוספת הכפלה (IAD)37.
    1. הפעל את מקור האור ואת ספקטרומטר של ההתקנה ספירת שילוב. בדוק את היישור של המערכת כדי להבטיח קטן, קרן מקבילות ממורכזת על הנמלים כניסה ויציאה של הספרה שילוב.
    2. לכייל את המערכת בתחום שילוב.
      1. כבה את המקור, קאפ היציאה של הספרה שילוב ולהקליט שלושה ספקטרה כהה.
      2. להדליק את המקור כדי להשיג את ההפניה שידור עם היציאה הכתיר והנמל הכניסה ריק. שיא ספקטרה 3.
      3. להשיג השתקפות הפניה מדידות באמצעות השתקפות standard(s). מקם כל תקן בנמל היציאה של הכדור. שיא ספקטרה 3 עבור כל השתקפות סטנדרטית.
    3. למדוד את להדמיה של הלוח. עם הפקק היציאה, במקום המתים על יציאת הפוסט של הספרה שילוב עבור המידה שידור. שיא ספקטרה 3.
    4. למדוד את השתקפות של הלוח. הסירי את הפקק נמל היציאה ומניחים המתים על היציאה עבור המידה השתקפות. שיא ספקטרה 3.
  5. לקבוע מאפיינים אופטיים באמצעות תוכנה IAD. הדרכה מלאה על התוכנה ניתן למצוא במדריך IAD עם תוכנה37,להורדה, או38.
    1. ממוצע ספקטרום שלושה רכשה עבור כל אחת מהמידות.
    2. באמצעות המשוואות ב- IAD ידנית37, להמיר מדידות אלה ערכי R ו- T. במידת הצורך, לדחוס את הקבצים על-ידי הפחתת קצב הדגימה לאורך הקשת.
    3. להכין את הקובץ .rxt קלט (1 חומר משלים) IAD עם אורכי גל, השתקפות, להדמיה, עובי מדגם כמתואר ב- IAD ידנית37. באמצעות שורת הפקודה (מערכת ההפעלה של Windows) או מסוף (Mac OS), לנווט הדרך הנכונה. הקלד "iad ' קובץ הקלט שם'" כדי לנהל חקירות פנים. התוכנה תיצור קובץ טקסט פלט עם המאפיינים אופטי המשוער.
  6. אם המאפיינים אופטי נמצאים בטווח מקובל (~ 15%) של הערכים הרצויים, לשנות את המתכון בהתאם וחזור על שלבים 1.3-1.5.

2. הכנת 3D נמסים מודפס המבנה הפנימי

  1. עיצוב המבנה הפנימי באמצעות המחשב בעזרת תוכנת עיצוב (CAD). מבנה הדגם להמיר קובץ stereolithography עבור ייצור מדפסת תלת-ממד. אם זמין, בדיקת ct מקוטע ניתן גם להמיר לקובץ stereolithography ולא ציור דגם אחיד של המבנה הפנימי.
    הערה: קובץ CAD של פרקטל עץ מבנה המשמש כאן מסופק 2 חומר משלים. המדפסת בשימוש הנייר הזה הוא המדפסת extruding, ולכן החלק תוכננה כך שתהיה לה תמיכה הפסקה-משם חומר.
  2. בחר חומר תפרתי עבור הדפסה, כגון פולי ויניל אלכוהול (PVA) או high-השפעה פוליסטירן (ירכיים) (ראה טבלה של חומרים). הדפס את הדגם בחומר זה נמסים.
  3. כאשר חלקים המודפס מספיק מצוננים, לשבור, להמיס או מכונת החומר תמיכה ממני החלק המודפס. קובץ או חול. פגמים גדולים.
  4. אדי פולנית החלק המודפס להפחית חספוס פני השטח.
    1. עם החלק המודפס מאובטח בתוך מלחציים, לקדוח חור דרך עם סיווג עבור חוט פלדה או ניטינול דק בבסיס של החלק המודפס.
    2. שרשור של פלדת אל-חלד או חוט ניטינול דרך החור. לכופף את קצות חוט לעשוק ביחד. זה יאפשר לתפקיד להיות שקוע לחלוטין באצטון אדים בתוך הספל. הגדר תיל והחלק הצדה.
    3. למלא גביע גדול בערך 10% מלא של אצטון. גביע המקום על פלטה חמה תוך כדי חימום עד 100 ° C. התראה: לבצע שלב זה בשכונה fume כדי למנוע שאיפת אדי אצטון.
    4. כאשר אצטון אדי מגיע עיבוי על באמצע הדרך במעלה הקיר של הספל, לתלות את החוט שיכורה עם האוויר מדומה על חוט השני להשעות ב אדי אצטון עבור ודא ס' 15-30 מודפס חלקים אל תיגע כשהספל קירות או כל אחרים (אם אדי ליטוש חלקים מרובים בבת אחת).
    5. הסר חלק מודפס, להשעות את גביע ריק או מכיל. תן חלק יבש במשך לפחות 4 שעות.
  5. ודא ממדי המבנה הפנימי בתוך סובלנות על עיצוב CAD, לפי הצורך. בהתאם לדרישות הדיוק, calipers או בסורק לייזר 3D יכול לשמש כדי למדוד את המבנה.

3. בנייה של חום עמיד עובש

הערה: להכין תבנית עמיד בפני נזילה, עמידים בחום כדי ליצור את הפאנטום PDMS. בחר של הגיאומטריה עובש שתתאים בצורה הטובה ביותר את העיצוב הסופי פנטום. . הנה, מתואר תבנית מלבנית לשימוש חוזר.

  1. עיצוב בסיס מוצק-המודל של העובש הדפסה תלת-ממד. עובש זה מיועד פנטום עם בסיס של 1.17 ס"מ 1.79 ס"מ. הבסיס של העובש יש בעובי 1 מ מ, ההפסקה עמוק 5 מ מ עם מידותיו הפנימיות תואמות את הבסיס של הפאנטום. פעולה זו מאפשרת את התבנית כדי sidings יוסרו ועובש להיות רמקול ניתן לפירוק, בהם שימוש חוזר.
  2. הדפס בסיס עבור כייר עם שיבוץ של רוחב מספיקות כדי לאבטח את sidings של העובש.
  3. מקום sidings במעמקי לבסיס עובש. . הנה, גליונות פוליקרבונט בעובי 1 מ מ משמשים sidings עובש.
  4. באמצעות הקלטת עמידים בחום, לאטום את הקצוות של העובש. זה הכרחי כי כל פינות וקצוות מספיק חתומות עם אין בועות את הקלטת כדי למנוע דליפה כלשהי בתהליך היציקה.
  5. מניחים צלחת הבסיס פוליקרבונט בתוך כייר מוכן בשלב 3.4. זו צלחת הבסיס הוא פוליקרבונט בעובי 1 מ מ אותו גיליון כמו ציפוי עובש ונותן בסיס פנטום משטח חלק ללא החספוס של פני השטח המודפס תלת-ממד של הבסיס עובש. הדבק האדים מיובש באופן מלא מלוטשים חלק ללוחית התחתונה. לאפשר מספיק זמן עבור דבק יבש.

4. ייצור של פולימר פנטום

הערה: השתמש במתכון מאומת החומר מטריקס בצובר שנקבע בשלב 1 עבור היישום הספציפי. פרוטוקול כאן מספק את השלבים של רקמת ריאה בריאה מאתר פנטום-535 nm עם ממוצעs' של 40 ס"מ-1 וממוצע 2 ס מ-1. זה עשוי להיות שימושי כדי לפברק פנטום השני עם אין חלקיקי אופטי להשתמש כהפניה בתהליך ייצור.

  1. שופכים 9.1 גרם של שרף PDMS לתוך כוס ערבול פלסטיק. הוסף 20 מ ג של הרוטיל TiO2, ואחריו µl 35 של הודו דיו. לבסוף להוסיף g 0.91 של ריפוי סוכן לחלק העליון של התערובת. לפי התקנון ערבוב בשלב 1.3.2.
  2. שופכים את התערובת הסופית פולימר עמיד חום לתבנית.
  3. יוצקים כמות קטנה של התערובת לתוך מיכל נפרדת כדי ליצור לוח פולימר לאישור של התכונות האופטיות גשמי. ודא שפולימר מספיק הוא שפך לי פרוסת לפחות 100 עובי מיקרומטר.
  4. הצב כייר מעושה דרכי הנשימה וגם לוח נפרד לתוך צנצנת עבור degassing. להתחיל תהליך ואקום. אם הפולימר ב כייר דרכי הנשימה מעושה מתחיל לקום, תנו לאוויר בחזרה לתוך הצנצנת בל להתפוצץ בועות פני השטח, ואז להתחיל לקחת אויר שוב. חזור על תהליך זה עד הפולימר לא עולים באופן משמעותי. זה ייקח בין 5-10 דקות תלוי כמה אוויר נלכד במהלך שלב 4.2. ברגע PDMS כבר לא עולה, להמשיך דגה למשך עוד 15 דקות.
  5. אחרי degassing, לאט תני האוויר בחזרה אל החדר. להסיר את האוויר מעושה פנטום והן המתים פולימר ומניחים בתנור ברמה ב 80 מעלות צלזיוס במשך שעתיים.
  6. הסר את הפאנטום ואת לוח התנור ומצננים במשך 20 דקות Disassemble כייר פולימר עם אזמל ללא חיתוך הפולימר נרפא. הצמד את צלחת הבסיס ליד הבסיס מוק-דרכי הנשימה.
  7. המקום דמה באמבטיה מחוממת (60 ° C) ~0.5 מ' הידרוקסיד הנתרן (NaOH) הבסיס עד התפרקה לחלוטין החלק הפנימי. הפנטום התייחסות ברורה שטיחות עשוי לעזור כדי לקבוע את הזמן המסת עבור הרכיב פנימי. ברגע המבנה הפנימי התפרקה, פנטום מהאמבטיה ולתת באופן מלא יבש (~ 24 h) לפני כל מדידה אופטית.

5. אימות של ייצור דמה

  1. ודא פנטום גיאומטריה שימוש ברזולוציה גבוהה-דימות תהודה מגנטית (MRI) או מיקרו-שחושב טומוגרפיה ממוחשבת (CT) הדמיה, אם רצונך בכך. שיטות אלה לספק אימות תלת-ממד של המבנים הפנימיים בתוך חומר עכורים עם מפוח רזולוציות של < מיקרומטר 40039,40. לחלופין, פנטום התייחסות ברורה שטיחות יכול שטיחות לדימות לצורך אימות כי החלק המודפס מפורקת לחלוטין, החלל הריק שנותר ויש הגיאומטריה הנכון.
    הערה: אימתנו את גיאומטריית פנטום שטיחות אטום (2 מ ג TiO2 + 3.5 µl דיו הודו) עם מיקרו-CT על כוכב הצפון הדמיה (NSI) X50 פנימי. הפאנטום צולמה ברזולוציה 20 מיקרומטר בממדים כל (תוספת חומרים 3, 4).
  2. ודא התכונות האופטיות של הפאנטום באמצעות לוח פולימר לספרה שילוב (המתוארות בצעדים 1.5-1.6).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כדי להדגים את טכניקת ייצור דמה, פאנטום רקמת הריאות העכבר היו מפוברק כדי לדמות נמדד התכונות האופטיות של רקמת הריאה מאתר נכרת מודלק ובריאה -535 nm (טבלה 5). אורך גל זה עניין הוא אורך הגל עירור עבור tdTomato חלבון פלואורסצנטי בשימוש הכתב רקומביננטי זנים של mycobacteria ב מחקרים קודמים33. אופטי מדידות של רקמת הריאה העכבר התקבלו עם אותו בשיטות המתוארות בצעדים 1.4-1.5. השימוש בבעלי חיים אושרה על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC)-טקסס A...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הראו לנו שיטה ליצירת פאנטום אופטי כדי לייצג ריאה מאתר עם מבנה הסתעפות פנימית כדי לדמות את הממשק אוויר פנימי-רקמות. התכונות האופטיות של רקמת הריאה מאתר מושגות על ידי שילוב ייחודי ריכוזים של שטיחות פיזור וקליטת חלקיקים מופץ למשל בתוך מטריצת הפולימר בצובר. אלה התכונות האופטיות ניתן לכוונן לחקות את ערכי פיזיולוגיים שונים ספקטרלי טווחים של רקמות במצבים שונים (כלומר בריאים לעומת רקמות חולות). התכונות האופטיות תלויות אורך הגל של הריבית, חומר הבסיס ריכוז החלקיקים בתוך הרוח. עם זאת, עם מספר החלקיקים, היחסים בין פיזור וקל...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי קרן המדע הלאומית הקריירה הפרס. לא. CBET-1254767, המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות הענק לא. R01 AI104960. אנו להכיר בהכרת תודה פטריק גריפין והובלה דן לסיוע שלהם עם אפיון מידות, טקסס A & M לב וכלי דם לפתולוגיה מעבדה עבור מיקרו-CT הדמיה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
Dow Corning Sylgard 184 סיליקון Encapsulant שקוף 0.5 ק"ג ערכתאלסוורת' דבקים184 SIL ELAST KIT 0.5 ק"גפולידימתילסילוקסן: בסיס פולימרי לפנטומים אופטיים
רוטיל לבן אבקת טיטניום דו חמצנימהנדסי ציוד אטלנטיTI-602חלקיקי פיזור עבור פנטומים אופטיים
עט נובע היגינס הודו דיומייקלס חנויות יצירה  10015483ספיגת חלקיקים לפנטום אופטי
סרט עמיד בחוםUlineS-7595סרט עמיד בחום לתבניות פולימר
Fortus 360mc מדפסת תלת מימדStratasys N/ Aמסוגל להחליף לבנות ולתמוך בחומר עם מדפסת דגם
זה ABS Ivory דגם חומרStratasysSDS-000001חומר להדפסת חלקי תבנית ו/או שימוש כתמיכה להדפסת מבנה פנימי 
SR-30 תמיכה מסיסהStratasys400638-0001חומר תמיכה מסיס בסיס להדפסת מבנה פנימי
Flacktek SpeedmixerFlacktek Inc.DAC 150.1 FVלערבוב יעיל של פולימרים וחלקיקים 
שילוב כדוראופטיקה אדמונד58-585למדידת תכונות אופטיות
בלוחות בנייה מפוליקרבונט (1 מ"מ)StratasysN/Aלהשתמש גם בלוחות בנייה משומשים מפוליקרבונט ממדפסת Stratasys
ניתן להשתמש גם ניתן

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Curatolo, A., Kennedy, B. F., Sampson, D. D. Structured three-dimensional optical phantom for optical coherence tomography. Opt Express. 19 (20), 19480-19485 (2011).
  2. Miranda, D. A., Cristiano, K. L., Gutiérrez, J. C. Breast phantom for mammary tissue characterization by near infrared spectroscopy. J Phys Conf Ser. 466 (1), 012018(2013).
  3. Solomon, M., et al. Multimodal Fluorescence-Mediated Tomography and SPECT/CT for Small-Animal Imaging. J Nucl Med. 54 (4), 639-646 (2013).
  4. Wagnières, G., et al. An optical phantom with tissue-like properties in the visible for use in PDT and fluorescence spectroscopy. Phys Med Biol. 42 (7), 1415-1426 (1997).
  5. Rajaram, N., Reesor, A. F., Mulvey, C. S., Frees, A. E., Ramanujam, N. Non-Invasive, Simultaneous Quantification of Vascular Oxygenation and Glucose Uptake in Tissue. PLoS ONE. 10 (1), 0117132(2015).
  6. Niedre, M. J., Turner, G. M., Ntziachristos, V. Time-resolved imaging of optical coefficients through murine chest cavities. J Biomed Opt. 11 (6), 064017(2006).
  7. Schmidt, F. E. W., et al. Multiple-slice imaging of a tissue-equivalent phantom by use of time-resolvedoptical tomography. Appl Opt. 39 (19), 3380-3387 (2000).
  8. Cerussi, A. E., et al. Tissue phantoms in multicenter clinical trials for diffuse optical technologies. Biomed Opt Express. 3 (5), 966-971 (2012).
  9. Marín, N. M., et al. Calibration standards for multicenter clinical trials of fluorescence spectroscopy for in vivo diagnosis. J Biomed Opt. 11 (1), 014010(2006).
  10. Alexandrakis, G., Rannou, F. R., Chatziioannou, A. F. Tomographic bioluminescence imaging by use of a combined optical-PET (OPET) system: a computer simulation feasibility study. Phys Med Biol. 50 (17), 4225-4241 (2005).
  11. Wan, Q., Beier, H. T., Ibey, B. L., Good, T., Coté, G. L. Optical Diagnostics and Sensing VII. Coté, G. L., Priezzhev, A. V. , SPIE. (2007).
  12. Chen, C., et al. Preparation of a skin equivalent phantom with interior micron-scale vessel structures for optical imaging experiments. Biomed Opt Express. 5 (9), 3140-3149 (2014).
  13. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. J Biomed Opt. 11 (4), 041102(2006).
  14. Wróbel, M. S., et al. Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy. J Biomed Opt. 20 (8), 085003(2015).
  15. Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. A solid tissue phantom for photon migration studies. Phys Med Biol. 42 (10), 1971-1979 (1997).
  16. Bae, Y., Son, T., Park, J., Jung, B. Fabrication of a thin-layer solid optical tissue phantom by a spin-coating method: pilot study. J Biomed Opt. 18 (2), 025006(2013).
  17. Park, J., et al. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. Nordstrom, R. J., et al. , SPIE. (2013).
  18. Luu, L., Roman, P. A., Mathews, S. A., Ramella-Roman, J. C. Microfluidics based phantoms of superficial vascular network. Biomed Opt Express. 3 (6), 1350-1364 (2012).
  19. Chen, A. I., et al. Multilayered tissue mimicking skin and vessel phantoms with tunable mechanical, optical, and acoustic properties. Med Phys. 43 (6), Part 1 3117-3131 (2016).
  20. Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy. J Biomed Opt. 19 (3), 036009(2014).
  21. Golabchi, A., et al. Refractive errors and corrections for OCT images in an inflated lung phantom. Biomed Opt Express. 3 (5), 1101-1109 (2012).
  22. Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. Int J Comput Assist Radiol and Surg. 5 (4), 335-341 (2010).
  23. Wang, J., et al. Three-dimensional printing of tissue phantoms for biophotonic imaging. Opt Lett. 39 (10), 3010-3013 (2014).
  24. Ghassemi, P., et al. Evaluation of Mobile Phone Performance for Near-Infrared Fluorescence Imaging. IEEE Trans Biomed Eng. 64 (7), 1650-1653 (2017).
  25. Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H. R., Webb, K. J. Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging. Appl Opt. 55 (2), 280-287 (2016).
  26. Diep, P., et al. Three-dimensional printed optical phantoms with customized absorption and scattering properties. Biomed Opt Express. 6 (11), 4212-4220 (2015).
  27. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102-041116 (2006).
  28. de Bruin, D. M., et al. Optical phantoms of varying geometry based on thin building blocks with controlled optical properties. J Biomed Opt. 15 (2), 025001-025010 (2010).
  29. Boyle, A. J., et al. In vitro performance of a shape memory polymer foam-coated coil embolization device. Med Eng Phys. 49, 56-62 (2017).
  30. Hwang, W., Singhal, P., Miller, M. W., Maitland, D. J. In Vitro Study of Transcatheter Delivery of a Shape Memory Polymer Foam Embolic Device for Treating Cerebral Aneurysms. J Med Dev. 7 (2), 020932(2013).
  31. Sgaragli, G., Frosini, M. Human Tuberculosis I. Epidemiology, Diagnosis and Pathogenetic Mechanisms. Curr Med Chem. 23 (25), 2836-2873 (2016).
  32. Mufti, N., Kong, Y., Cirillo, J. D., Maitland, K. C. Fiber optic microendoscopy for preclinical study of bacterial infection dynamics. Biomed Opt Express. 2 (5), 1121-1134 (2011).
  33. Nooshabadi, F., et al. Intravital fluorescence excitation in whole-animal optical imaging. PLoS One. 11 (2), 0149932(2016).
  34. Nooshabadi, F., et al. Intravital excitation increases detection sensitivity for pulmonary tuberculosis by whole-body imaging with beta-lactamase reporter enzyme fluorescence. J Biophotonics. , (2016).
  35. Duck, F. A. Physical Properties of Tissue: A Comprehensive Reference Book. , Academic Press, Inc. (1990).
  36. Tuchin, V. V., Tuchin, V. Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. 13, SPIE press. Bellingham. (2007).
  37. Prahl, S. Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling. , Oregon Tech. (2011).
  38. Inverse Adding-Doubling v.3-9-12. , (2014).
  39. Link, T. M., et al. A Comparative Study of Trabecular Bone Properties in the Spine and Femur Using High Resolution MRI and CT. J Bone Miner Res. 13 (1), 122-132 (1998).
  40. Batiste, D. L., et al. High-resolution MRI and micro-CT in an ex vivo rabbit anterior cruciate ligament transection model of osteoarthritis. Osteoarthr cartil. 12 (8), 614-626 (2004).
  41. Greening, G. J., et al. Characterization of thin poly(dimethylsiloxane)-based tissue-simulating phantoms with tunable reduced scattering and absorption coefficients at visible and near-infrared wavelengths. J Biomed Opt. 19 (11), 115002(2014).
  42. Meissner, S., Knels, L., Krueger, A., Koch, T., Koch, E. Simultaneous three-dimensional optical coherence tomography and intravital microscopy for imaging subpleural pulmonary alveoli in isolated rabbit lungs. J Biomed Opt. 14 (5), 054020(2009).
  43. Morris, A. H., et al. A new nuclear magnetic resonance property of lung. J Appl Phys. 58 (3), 759-762 (1985).
  44. Hearon, K., et al. Porous Shape Memory Polymers. Polym Rev (Phila Pa). 53 (1), 41-75 (2013).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

PDMS

מאמרים קשורים