Method Article

רקמות מבוסס Agarose מחקה פאנטום אופטי עבור ' מאטום לשקוף ' ספקטרוסקופיה

DOI:

10.3791/57578

⸱

August 22nd, 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Graduate School of Bio-application & Systems Engineering, Tokyo University of Agriculture & Technology, 2Department of Mechanical Engineering, Kushiro National College of Technology, 3Division of Bioinformation and Therapeutic Systems, National Defense Medical College Research Institute, 4Graduate School of Science and Engineering, Yamagata University, 5College of Design and Manufacturing Technology, Muroran Institute of Technology, 6Department of Livestock Services, Ministry of Fisheries and Livestock, Government of Bangladesh

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

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

כאן, נדגים כיצד מבוססי agarose מחקה רקמות פאנטום אופטי נעשות וכיצד התכונות האופטיות שלהם נקבעים באמצעות מערכת אופטית קונבנציונאלי עם כדור שילוב.

Abstract

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

פרוטוקול זה מתאר כיצד להפוך מבוסס agarose פאנטום מחקה רקמות ומדגים כיצד לקבוע את התכונות האופטיות שלהם באמצעות מערכת אופטית קונבנציונאלי עם כדור שילוב. מדידה עבור הרכישה של השתקפות ' מאטום לשקוף ', הכולל להדמיה ספקטרה נבנות עם מקור אור לבן פס רחב, מדריך אור, של עדשה אכרומטית, כדור של שילוב, בעל מדגם, בדיקה עם סיב אופטי, ו- a ספקטרומטר רב ערוצית. עובש אקריליק בהיקף של שתי חתיכות אקריליק מלבניות, חתיכה אקריליק בצורת U הוא נבנה כדי ליצור פנטום באפידרמיס של רוח רפאים עורי עם דם. היישום של נתרן dithionite (Na2S2O4) פתרון הפאנטום עורי מאפשר deoxygenate המוגלובין בתאי דם אדומים מופץ ב הפאנטום עורי. ההופכי סימולציה מונטה קרלו עם השתקפות ' מאטום לשקוף ', הכולל להדמיה ספקטרה נמדדת ספקטרומטר עם כדור שילוב מתבצע כדי לקבוע הקליטה מקדם ספקטרום ממוצע(λ) ו מופחת פיזור מקדם ספקטרום ממוצעs' (λ) של כל אחת מהשכבות פנטום. פנטום דו שכבתי מחקה את השתקפות ' מאטום לשקוף ' של רקמת העור האנושי מומחש גם לערום את הפאנטום עוריות על הפאנטום עורי.

Introduction

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

מטוסי פאנטום אופטי אובייקטים מחקה את התכונות האופטיות של רקמות ביולוגיות, היה בשימוש נרחב בתחום אופטיקה ביו. הם מעוצבים כך תואמת התכונות האופטיות, כגון פיזור אור, מקדמי קליטה, עם אלה של רקמות אדם ובבעלי חיים. מטוסי פאנטום אופטי משמשות בדרך כלל למטרות המפורטות להלן: הדמיית התעבורה האור ברקמות ביולוגיות, כיול בעיצוב פיתח מערכת אופטית, להעריך את האיכות והביצועים של המערכות הקיימות, השוואת הביצועים בין מערכות ואימות של היכולת של השיטות אופטי כדי לכמת את התכונות האופטיות1,2,3,4,5. לכן, חומרים קלים להשגה, תהליך ייצור פשוטה, של הפארמצבטית גבוהה ויציבות אופטי של נדרשים לייצור מטוסי פאנטום אופטי.

סוגים שונים של פאנטום אופטי עם חומרי בסיס שונים כגון ההשעיה מימית6, ג'לטין ג'ל7, agarose ג'ל8,9,10, ג'ל לזיהוי11, שרף12, 13,14,15,16, ו- vulcanizing-החדר-הטמפרטורה סיליקון17 דווחו בספרות הקודם. בעבר דווח כי ג'לטין alginate מבוססות ג'לים שימושיים פאנטום אופטי עם מבנים הטרוגנית18. מטוסי פאנטום alginate יש יציבות מכנית וחום מתאימים להערכת photothermal אפקטים כגון מחקרים אבלציה לייזר ו היפרתרמיה מבוססת לייזר מחקרים18. Agarose ג'ל יש היכולת ליצור מבנים הטרוגנית, שלהם המכאניות והפיזיקליות יציבים במשך זמן רב18. טוהר גבוהה agarose ג'לים של עכירות נמוכה מאוד ויש קליטה אופטי חלש. לכן, התכונות האופטיות של פאנטום מבוססי agarose יכול בקלות להיות מתוכנן עם האור המתאימה פיזור וקליטת סוכנים. לאחרונה, styrene-אתילן-butylene-styrene (SEBS) בלוק copolymers19 ו פוליוויניל כלוריד (PVC) ג'לים20 דווחו כחומרי פנטום מעניין עבור אופטי וטכניקות photoacoustic.

פולימר microspheres7,12,21,22, טיטניום אוקסיד אבקת1ו ליפיד אמולסיות23,24,25,26 כגון חלב, ליפיד אמולסיה משמשים כסוכנים פיזור אור, ואילו דיו שחור27,28 ו-29,מולקולרית צבעי30 משמשים בולמי אור. ' מאטום לשקוף ' השתקפות ספקטרום של איברים חיים ביותר נשלטים על ידי קליטת רווית חמצן, המוגלובין בתאי דם אדומים. לכן, המוגלובין פתרונות31,32 ו דם מלא8,9,10,33,36 משמשים לעתים קרובות בתור בולמי אור ב מטוסי פאנטום ספקטרוסקופיה ' מאטום לשקוף ', מולטי ספקטריאליות הדמיה.

השיטה המתוארת במאמר זה משמש ליצור של פנטום אופטי מחקה התעבורה האור ברקמות ביולוגיות לאפיון התכונות האופטיות שלה. כדוגמה, הוא הפגין דו שכבתי אופטי דמה היה שווה התכונות האופטיות של רקמת העור האנושי. היתרונות של שיטה זו על טכניקות חלופיות הם היכולת לייצג ספקטרום ' מאטום לשקוף ' השתקפות של רקמות ביולוגיות חי ב גלוי אורך הגל הקרוב אינפרא אדום באזור, כמו גם את הפשטות להגיע, שימוש זמין בקלות חומרים וכלים אופטיים קונבנציונלי. לכן, הפאנטום אופטי שנעשו על ידי שיטה זו יהיה שימושי עבור פיתוח שיטות אופטי מבוסס על ספקטרוסקופיה ' מאטום לשקוף ' והדמיה מולטי ספקטריאליות.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. בניית קונבנציונלי ' מאטום לשקוף ' השתקפות להדמיה הכולל ספקטרוסקופיות מערכת

הערה: לבנות את מערכות מדידה עבור השתקפות ' מאטום לשקוף ' וספקטרה להדמיה הכולל באמצעות מקור אור לבן פס רחב, מדריך אור, של עדשה אכרומטית, בתחום שילוב של, בעל מדגם, של סיב אופטי ספקטרומטר רב ערוצית. התפקיד של המלכודת אור הוא להסיר את הרכיב סימונים השתקפות השתקפות הספקטרום. בעל מדגם לספרה שילוב מורכב צלחת הרכבה ו dovetail הרכבה מלקחיים קפיץ שמכיל המדגם נגד היציאה. Dovetail והרכבה מלקחיים קפיץ יוסרו מן המחזיק לדוגמה, הדום מעוקב בעבודת יד של פוליסטירן מוקצף מחובר לצלחת הרכבה במקום. הפריסות של רכיבים אופטיים, המוצגת באיור 1a ו- 1b, ניתן להפנות עבור הליך הבנייה המדידות ' מאטום לשקוף ' השתקפות ומידות להדמיה הכולל, בהתאמה.

  1. לחבר את ספקטרומטר ומחשב אישי באמצעות כבל מסוג אפיק טורי אוניברסלי (USB) מסופק.
  2. לצרף את מתאם היציאה נמל גלאי של הספרה שילוב. מחברים את ספקטרומטר מתאם היציאה של הספרה שילוב באמצעות סיב אופטי. להתחבר 150 W הלוגן המנורה מקור האור לבין קו אור.
  3. לצרף את בעל מדגם נמל מדגם של הספרה שילוב. לצרף את המלכודת אור יציאת המתאים של הספרה שילוב בעת ביצוע המדידות השתקפות ' מאטום לשקוף '. הפעל את מנורת הלוגן ממקור אור כדי להאיר לדוגמה באמצעות המדריך אור, את עדשה אכרומטית.
  4. פתח את תוכנת ההפעלה של ספקטרומטר.

2. הכנה עובש אקריליק

הערה: עובש אקרילי מורכב שתי חתיכות אקריליק מלבניות, חתיכה אקריליק בצורת U הוא נבנה כדי ליצור טפט ג'ל פנטום. איור 2 ניתן להפנות להליך זה בנייה.

  1. לגזור שני מלבני אקריליק החלקים של צלחת אקריליק 2-מ מעבה לגודל אופציונלי.
  2. גוזרים חתיכה אקריליק מצלחת אקרילי 1-מ מעבה לגודל אופציונלי. לחתוך את פיסת אקרילי 1-מ מעבה כך שהוא הופך כלי בצורת U כדי לשמש את התבנית כדי להפוך פאנטום עוריות בעובי 1 מ מ.
  3. גוזרים חתיכה אקריליק מצלחת אקריליק 5-מ מעבה לגודל אופציונלי. לחתוך את פיסת אקריליק 5-מ מעבה כך שהוא הופך כלי בצורת U כדי לשמש כתבנית כדי להפוך פאנטום עורי בעובי 5 מ מ.
  4. הסר כל הזיזים כל חתיכה אקריליק באמצעות קובץ מתכת.
  5. הפוך כייר פנטום עוריות על ידי 1-מ מעבה בצורת U חלק 2-מ מעבה שתי חתיכות אקריליק ותיקונן עם חמישה סרטונים foldback.
  6. הפוך כייר פנטום עורי על ידי 5-מ מעבה בצורת U חלק 2-מ מעבה שתי חתיכות אקריליק ותיקונן עם חמישה סרטונים foldback.

3. הכנת חומר הבסיס

  1. לשים 500 מ"ל של תמיסת מלח רגיל עם 0.9% (w/v) NaCl בתרמיל. לאט לאט מוסיפים 5 גר' אבקת agarose תוך כדי ערבוב את התערובת להימנע clumping.
  2. מחממים את התערובת של אבקת agarose, תמיסת מלח על ידי הבישול והחימום החשמלי עם סביבה כוח W 1000 עבור 5 דקות.
  3. ברגע לתערובת לרתוח, לשמור את התערובת על אש נמוכה למשך 3 דקות.
  4. מגניב את התערובת לטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס. ואז שופכים את התערובת לתוך מיכל ולשמור אותו באמבט טמפרטורה קבועה ב 60 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות לפני ביצוע פנטום.

4. הכנת העור-מחקה פאנטום אופטי

הערה: פתרון קפה משמש כדי לחקות את ספקטרום הבליעה של מלנין. הפתרון קפה מכיל חום בפיגמנט שנקרא melanoidin. ספקטרום הבליעה של melanoidin דווח להיות דומה לזה של מלנין10.

  1. הכן של פנטום עוריות
    1. שופכים 100 מ של מים טהורים לתוך המאגר להכנת קפה. המקום מסנן בסל להכנת קפה. להוסיף 24 גרם קפה טחון לתוך המסנן. להפעיל את מכונת הקפה ולחץ על לחצן המבשלה להתחיל בישול.
    2. לשים 4 מ"ל של קפה טרי, 16 מ"ל של תמיסת מלח בבקבוק זכוכית כדי להפוך פתרון קפה.
    3. לשים 5 מ של השומנים אמולסיה (למשל, intralipid 10%) ו- 10 מ"ל של הפתרון קפה לתוך כוס פלסטיק שקופה. לאט לאט להוסיף 35 מ ל חומר בסיס תערובת זו תוך כדי ערבוב.
    4. וארוקן את התערובת לתוך מזרק ולהזריק אותו לאט כייר פנטום עוריות תוך הימנעות כל היווצרות בועה. מגניב כייר אקרילי המכיל התערובת ב 5 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות.
    5. הסר את הקליפים foldback העובש. שקופית אחד מהחלקים אקרילי חיצוני ומסירים אותו העובש. בג'ל 1-מ מעבה הקרושה פנטום העובש וחותכים אותו לגודל הרצוי באמצעות אזמל כירורגי.
    6. מקום והחזק הפאנטום ג'ל בין שקופיות שתי כוסות.
  2. להכין פנטום עורי המכילים דם מחומצן
    1. קח mL 5.0 של השומנים אמולסיה ו- 0.4 מ של דם הרכיבה כל עם 45%-המטוקריט והכניסו לתוך כוס פלסטיק שקופה. לאט לאט להוסיף 44.6 מ ל חומר הבסיס תוך ערבוב את התערובת.
    2. וארוקן את התערובת לתוך מזרק ולהזריק אותו לאט כייר פנטום עורי תוך הימנעות כל היווצרות בועה. מגניב כייר אקרילי המכיל התערובת ב 5 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות.
    3. הסר את הקליפים foldback העובש. שקופית אחד מהחלקים אקרילי חיצוני ומסירים אותו העובש. בג'ל 5-מ מעבה הקרושה פנטום העובש וחותכים אותו לגודל הרצוי באמצעות אזמל כירורגי.
    4. מקום והחזק הפאנטום ג'ל בין שקופיות שתי כוסות.
  3. להכין פנטום עורי המכילים דם דם לא מחומצן
    1. לשים ג'ל עורי פנטום המכילים דם מחומצן (מתוך שלב 4.2.3) על צלחת זכוכית.
    2. להמיס 1 גר' נתרן dithionite (Na2S2O4) לתוך 20 מ"ל של תמיסת מלח בבקבוק זכוכית.
    3. הוסף 0.05 גרם/מ ל נה2S2O4 פתרון על הפאנטום באמצעות מזרק כדי deoxygenate את הדם הפאנטום.
    4. מקום והחזק הפאנטום בין שתי שקופיות משקפיים כדי למנוע את זה מתייבש.
  4. להכין פנטום דו שכבתי
    1. ירידה 0.1 מ"ל של תמיסת מלח על גבי פנטום כדי להבטיח צימוד אופטי בין השכבות באפידרמיס, עורי עורי. במקום הפאנטום עוריות על הפאנטום עורי.
    2. אם יש בועות אוויר קיימים בין השכבות, לדחוף אותם החוצה על ידי ללטף את פני השטח של הפאנטום דו שכבתי עם קצה האצבע.
    3. החזק את הפאנטום דו שכבתי בין שתי כוסות שקופית כדי למנוע את זה מתייבש.

5. רכישת ספקטרום ' מאטום לשקוף ' השתקפות

  1. רכישת ספקטרה כהה
    הערה: החיישן תשלום מצמידים מכשיר (CCD) בספקטרומטר יכולים להעריך את עוצמת האור בהתבסס על אות חשמלי שנוצר בתגובה התקרית אור. עם זאת, יש רעש כהה37 עצמאי של האותות שנוצר על ידי פוטונים, אך היא תלויה הטמפרטורה המכשיר, אפילו אם החיישן אינו מזהה את האור. כדי למדוד במדויק את עוצמת ספקטרלי האור, האות האפל הנוכחי עליו להיות הנמדדת קשת כהה, ואז המופחת הספקטרום מדגם. הקשת האפל הוא קשת נלקח בנתיב האור נחסם.
    1. הצב לספרה שילוב במיקום האופטימלי עבור המדידות ' מאטום לשקוף ' השתקפות (איור 1 א').
    2. בטל את מקור האור של מנורת הלוגן. לחסום את הנתיב אור ספקטרומטר באמצעות שקע הנמל או צלחת מיגון.
    3. בחירת הפקודה לאחסן כהה ' מתפריט ' קובץ ' כדי לאחסן מגוון כהה.
    4. בחירת הפקודה ספקטרום כהה הפחת ' מתפריט ' קובץ ' כדי לחסר את הספקטרום כהה מהספקטרום מדגם נמדד (ראו להלן).
  2. רכישת הפניה ספקטרה
    הערה: מאפייני הרכיבים המשמשים בניסוי זה, כגון מקור האור, מדריך קל, עדשה אכרומטית, סיבים אופטיים, ספקטרומטר אופטי יש אורך גל-dependences שלהם. לכן, יש למדוד את עוצמת ספקטרלי האור עברו אלה רכיבים אופטיים כמו קשת הפניה. לשקילת קשת השתקפות ' מאטום לשקוף ', הספקטרום הפניה הוא ספקטרום שצולמו עם מפזר לבן סטנדרטיים מואר עם אור מקור האור.
    1. הפעל את מקור האור של מנורת הלוגן על-ידי לחיצה על לחצן ההפעלה. חממו המנורה לפחות 10 דקות לפני רכישת את קשת הפניה.
    2. הצב מפזר לבן רגיל (לדוגמה, Spectralon) בנמל הדגימה של הספרה שילוב.
    3. שינוי משך הזמן אינטגרציה של ספקטרומטר על-ידי בחירת הערך המתאים מהרשימה הנפתחת בתוכנת ההפעלה ספקטרומטר כך עוצמת אות שיא היא כ- 75% של עוצמת ספקטרומטר המרבי.
    4. בחירת הפקודה לאחסן הפניה מתוך תפריט קובץ לאחסון קשת הפניה.
  3. רכישת המדגם ספקטרה
    הערה: קשת של השקיפות ' מאטום לשקוף ' של המדגם רכשה, לשמור על הכונן הקשיח של מחשב אישי באמצעות רכישה באותם התנאים.
    1. מקם את הפאנטום עוריות דחוקה מאת המשקפיים שתי שקופיות בנמל הדגימה. בחר בפקודה שמור בתפריט קובץ כדי לשמור את קשת ' מאטום לשקוף ' השתקפות לקובץ.
    2. חזור על שלב 5.3.1 עבור עורי, דו שכבתי פאנטום.

6. רכישת הספקטרום להדמיה סה

  1. רכישת ספקטרה כהה
    הערה: החיישן בספקטרומטר יכולים להעריך את עוצמת האור בהתבסס על אות חשמלי שנוצר בתגובה התקרית אור. עם זאת, יש רעש כהה אשר עצמאי של האותות שנוצר על ידי פוטונים אבל היא תלויה הטמפרטורה המכשיר, אפילו אם החיישן אינו מזהה את האור. כדי למדוד במדויק את עוצמת ספקטרלי האור, האות האפל הנוכחי עליו להיות הנמדדת קשת כהה, ואז המופחת הספקטרום מדגם. הקשת האפל הוא קשת נלקח בנתיב האור נחסם.
    1. הצב לספרה שילוב במיקום האופטימלי עבור המדידות להדמיה הכולל (איור 1b).
    2. הסר את המלכודת אור מהנמל של הספרה שילוב וחבר פקק נמל ליציאה.
    3. בטל את מקור האור של מנורת הלוגן. לחסום את נתיב האור אל הספירה שילוב באמצעות שקע הנמל או הגנה על צלחת.
    4. בחירת הפקודה לאחסן כהה ' מתפריט ' קובץ ' כדי לאחסן מגוון כהה.
    5. בחירת הפקודה ספקטרום כהה הפחת ' מתפריט ' קובץ ' כדי לחסר את הספקטרום כהה מהספקטרום מדגם נמדד (ראו להלן).
  2. רכישת הפניה ספקטרה
    הערה: מאפייני הרכיבים המשמשים בניסוי זה, כגון מקור האור, מדריך קל, עדשה אכרומטית, סיבים אופטיים, ספקטרומטר אופטי יש אורך גל-dependences שלהם. לכן, יש למדוד את עוצמת האור עברו דרך רכיבים אלה ספקטרלי כמו קשת הפניה. המדידה של הספקטרום להדמיה הכולל, הספקטרום הפניה היא קשת כאשר אור מקור האור ישירות נכנס לספרה שילוב דרך היציאה מדגם.
    1. הפעל את מקור האור של מנורת הלוגן על-ידי לחיצה על לחצן ההפעלה. חממו המנורה לפחות 10 דקות לפני רכישת את קשת הפניה.
    2. לווסת את הזמן אינטגרציה של ספקטרומטר על-ידי בחירת הערך המתאים מהרשימה הנפתחת של אינטגרציה פעמים ב תוכנות הפעלה של ספקטרומטר כך עוצמת האור הגדול מראה אות זה כ- 75% מהערך המרבי ערכים.
    3. בחירת הפקודה לאחסן הפניה מתוך תפריט קובץ לאחסון קשת הפניה.
  3. רכישת המדגם ספקטרה
    הערה: הספקטרום של להדמיה הכולל המדגם רכשה, לשמור על הכונן הקשיח של מחשב אישי באמצעות רכישה באותם התנאים.
    1. מקם את הפאנטום עוריות דחוקה מאת המשקפיים שתי שקופיות בנמל הדגימה. בחר בפקודה שמור בתפריט קובץ כדי לשמור את קשת להדמיה הכולל לקובץ.
    2. חזור על שלב 6.3.1 עבור עורי, דו שכבתי פאנטום.

7. הערכת את הקליטה והמאפיינים אור-פיזור

הערה: ערכה של הקשת ' מאטום לשקוף ' השתקפות הספקטרום להדמיה הכולל נשמרת על הכונן הקשיח של מחשב אישי ואם ניתח באופן לא מקוון. הפוך מונטה קרלו סימולציה8,38,39,40 ואז מתבצעת לקבלת הערכה הקליטה מקדם ספקטרום ממוצע(λ), המקדם פיזור מופחת ספקטרום ממוצעs'(λ). בבית הזה הפוך סימולציה מונטה קרלו, פיזור מוערך מקדם ממוצעs, תחת ההנחה כי חיזקו גורם g הוא 0, נחשב את פיזור מופחתת מקדם ממוצעs' . השקיפות והן את הנתונים אנו משמשים עבור הדמיה יחיד להפעיל. האלגוריתם מפורטת בשימוש פרוטוקול זה דווח בשנים קודמות ספרות8,39. אנחנו מעריכים הקליטה מקדם ספקטרום ממוצע(λ) ו את פיזור מופחתת מקדם ספקטרום ממוצעs'(λ) של שכבת אפידרמיס מתוך קבוצת השקיפות ' מאטום לשקוף ' ספקטרום, הכולל להדמיה הספקטרום המתקבל על השכבה האפידרמלית. באותו אופן, אנחנו מעריכים ממוצע(λ) וממוצעs'(λ) של שכבת הדרמיס מתוך קבוצה של הספקטרום השתקפות ' מאטום לשקוף ', הכולל להדמיה הספקטרום המתקבל את עורי שכבה.

  1. פתח את קובץ הקלט עבור הסימולציה מונטה קרלו.
  2. למלא את הערכים של השקיפות ' מאטום לשקוף ' נמדד, את להדמיה הכולל-טווח אורך הגל הספציפי מ 400 ל- 700 nm ב nm 10-מרווחי בקובץ נתוני הקלט. מלאו את הערך של עובי פנטום בקובץ נתוני הקלט.
  3. הגדר את השבירה n של שכבה כדי להיות ערך מתאים בקובץ נתוני הקלט (למשל, n = 1.33 ב 550 ננומטר). להגדיר את הערך של מקדם חיזקו g 0 בקובץ נתוני הקלט.
  4. הגדרת הערכים ההתחלתיים של הקליטה מקדם ממוצע , של פיזור מקדם ממוצעs להיות הערכים המתאימים בקובץ נתוני הקלט (למשל, ממוצע = 0.01, ממוצעs = 0.1 ).
  5. ביצוע התוכנית הופכי סימולציה מונטה קרלו.
  6. הקלד את שם קובץ הקלט ולאחר מכן הפעל את הסימולציה.
  7. פתח את הקובץ פלט וסמנו הערכים הסופיים של ממוצע ו ממוצעs לאחר איטרטיבי הסימולציה הסתיים.
  8. חזור על הצעדים 7.1-7.7 אחרים אורכי הגל הרצוי.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

איור 3 מראה ספקטרום מוערך נציג של המקדם פיזור מופחתת, המקדם הקליטה עבור פנטום עוריות ו פנטום עורי. התוצאות המוצגות באיור 3 הן הממוצעים של עשרה המידות של השתקפות והן להדמיה ספקטרה. פיזור מופחתת מקדם ממוצעs' יש קשת פיזור רחב, מפגין בעוצמה גבוהה יותר באורכי גל קצרים יותר. תכונות ספקטרליות תואמות ספקטרום אופייני פיזור של רקמות רכות. הקליטה מקדם ממוצע של נרקב פנטום עוריות אקספוננציאלית ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

השלב הקריטי ביותר של פרוטוקול זה הוא השליטה בטמפרטורה של חומר הבסיס. הטמפרטורה כדי לשמור על חומר הבסיס נע בין 58 עד 60 מעלות צלזיוס. אם הטמפרטורה היא יותר מ 70 מעלות צלזיוס, תתרחש דנטורציה של האמולסיה השומנים והן את כל הדם. כתוצאה מכך, יחריף התכונות האופטיות של הפאנטום. אם הטמפרטורה הוא פחות מ 40 ° צלזיוס, חומר הבסיס להיות הג'לי ununiformly ו, לכן, הסוכנים פיזור וקליטה קלה heterogeneously יחולקו הפאנטום. למרות חומר הבסיס נשמרת ב 60 מעלות צלזיוס, suctioning אותו עם מזרק מורידה את הטמפרטורה. הטמפרטורה של חומר בסיס מוריד עד...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

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

חלק מעבודה זו נתמכה על ידי מענק הסיוע על Scientific Research (C) של החברה היפנית עבור קידום של המדע (25350520, 22500401, 15 K 06105) ואת צבא ארה ב המרכז לטניס בישראל-פאק מחקר בפרויקט פיתוח (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
150-W הלוגן-מנורת אור מקורHayashi Watch Works Co., Ltd, טוקיו, יפןLA-150SAE
מדריך אורHayashi Watch Works Co., Ltd, טוקיו, יפןLGC1-5L1000
שילוב SphereLabsphere Incorporated, צפון סאטון, NH, ארה"בRT-060-SF
מתאם יציאהLabsphere Incorporated, צפון סאטון, NH, ארה"בPA-050-SMA-SF
מלכודת אורLabsphere Incorporated, North Sutton, NH, ארה"בLTRP-100-C
ספקטרלון תקן לבן עם 99% השתקפות מפוזרתLabsphere Incorporated, North Sutton, NH, ארה"בSRS-99-020
סיבים אופטייםOcean Optics Inc., דנידין, פלורידה, ארה"בP400-2-VIS-NIR
ספקטרומטר סיבים אופטיים מיניאטורייםOcean Optics Inc., דנידין, פלורידה, ארה"ב
עדשה אכרומטיתChuo Precision Industrial Co., Ltd, טוקיו, יפןACL-50-75M
IntralipidFresenius Kabi AB, אופסלה, שוודיהאינטרליפיד 10%
קפה
(תערובת תערובת מוקה קפה רגיל)		Ajinomoto AGF, Inc. טוקיו, יפןלא זמין
מלאNippon Bio-Test Laboratories Inc. סאיטאמה, יפן0103-2
AgaroseNippon Genetics Co., Ltd, טוקיו, יפןNE-AG02
תנור בישולTOSHIBA CORPORATION טוקיו, יפןHP-103K
USB2000 דם

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102(2006).
  2. Cohen, G. Contrast--detail--dose analysis of six different computed tomographic scanners. Journal of Computer Assisted Tomography. 3 (2), 197-203 (1979).
  3. Seltzer, S. E., Swensson, R. G., Judy, P. F., Nawfel, R. D. Size discrimination in computed tomographic images. Effects of feature contrast and display window. Investigative Radiology. 23 (6), 455-462 (1988).
  4. Pifferi, A., et al. Performance assessment of photon migration instruments: the MEDPHOT protocol. Applied Optics. 44 (11), 2104-2114 (2005).
  5. Prahl, S. A. Project: Optical Phantoms. , Available from: http://omlc.org/~prahl/projects/phantoms.html (2014).
  6. Linford, J., Shalev, S., Bews, J., Brown, R., Schipper, H. Development of a tissue-equivalent phantom for diaphanography. Medical Physics. 13 (6), 869-875 (1986).
  7. Durkin, A. J., Jaikumar, S., Richardskortum, R. Optically dilute, absorbing, and turbid phantoms for fluorescence spectroscopy of homogeneous and inhomogeneous samples. Applied Spectroscopy. 47 (12), 2114-2121 (1993).
  8. Nishidate, I., Aizu, Y., Mishina, H. Estimation of melanin and hemoglobin in skin tissue using multiple regression analysis aided by Monte Carlo simulation. Journal of Biomedical Optics. 9 (4), 700-710 (2004).
  9. Nishidate, I., Maeda, T., Aizu, Y., Niizeki, K. Visualizing depth and thickness of a local blood region in skin tissue using diffuse reflectance images. Journal of Biomedical Optics. 12 (5), 054006(2007).
  10. Nishidate, I., et al. Noninvasive imaging of human skin hemodynamics using a digital red-green-blue camera. Journal of Biomedical Optics. 16 (8), 086012(2011).
  11. Bharathiraja, S., et al. Multi-modality tissue-mimicking phantom for thermal therapy. Physics in Medicine & Biology. 49 (13), 2767-2778 (2004).
  12. Firbank, M., Oda, M., Delpy, D. T. An improved design for a stable and reproducible phantom material for use in near-infrared spectroscopy and imaging. Physics in Medicine & Biology. 40 (5), 955-961 (1995).
  13. Hebden, J. C., Hall, D. J., Firbank, M., Delpy, D. T. Timeresolved optical imaging of a solid tissue-equivalent phantom. Applied Optics. 34 (34), 8038-8047 (1995).
  14. Firbank, M., Delpy, D. T. A phantom for the testing and calibration of near-infrared spectrometers. Physics in Medicine & Biology. 39 (9), 1509-1513 (1994).
  15. Sukowski, U., Schubert, F., Grosenick, D., Rinneberg, H. Preparation of solid phantoms with defined scattering and absorption properties for optical tomography. Physics in Medicine & Biology. 41, 1823-1844 (1996).
  16. Beaudry, S., P, Fabrication and characterization of a solid polyurethane phantom for optical imaging through scattering media. Applied Optics. 38 (19), 4247-4251 (1999).
  17. Lualdi, M., Colombo, A., Farina, B., Tomatis, S., Marchesini, R. A phantom with tissue-like optical properties in the visible and near infrared for use in photomedicine. Lasers in Surgery and Medicine. 28 (3), 237-243 (2001).
  18. Dabbagh, A., Abdullah, B. J., Ramasindarum, C., Abu Kasim, N. H. Tissue-mimicking gel phantoms for thermal therapy studies. Ultrasonic Imaging. 36 (4), 291-316 (2014).
  19. Cabrelli, L. C., Pelissari, P. I., Deana, A. M., Carneiro, A. A., Pavan, T. Z. Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging. Physics in Medicine & Biology. 62 (2), 432-447 (2017).
  20. Vogt, W. C., Jia, C., Wear, K. A., Garra, B. S., Pfefer, T. J. Biologically relevant photoacoustic imaging phantoms with tunable optical and acoustic properties. Journal of Biomedical Optics. 21 (10), 101405(2016).
  21. Bays, R., et al. Three-dimensional optical phantom and its application in photodynamic therapy. Lasers in Surgery and Medicine. 21 (3), 227-234 (1997).
  22. Ramella-Roman, J. C., Bargo, P. R., Prahl, S. A., Jacques, S. L. Evaluation of spherical particle sizes with an asymmetric illumination microscope. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 9 (2), 301-306 (2003).
  23. Waterworth, M. D., Tarte, B. J., Joblin, A. J., van Doorn, T., Niesler, H. E. Optical transmission properties of homogenised milk used as a phantom material in visible wavelength imaging. Australasian Physical and Engineering Science in Medicine. 18 (1), 39-44 (1995).
  24. Moes, C. J., van Gemert, M. J., Star, W. M., Marijnissen, J. P., Prahl, S. A. Measurements and calculations of the energy fluence rate in a scattering and absorbing phantom at 633 nm. Applied Optics. 28 (12), 2292-2296 (1989).
  25. van Staveren, H. J., Moes, C. J., van Marie, J., Prahl, S. A., van Gemert, M. J. Light scattering in intralipid-10% in the wavelength range of 400-1100 nm. Applied Optics. 30 (31), 4507-4514 (1991).
  26. Flock, S. T., Jacques, S. L., Wilson, B. C., Star, W. M., Vangemert, M. J. C. Optical-properties of intralipid - a phantom medium for light-propagation studies. Lasers in Surgery and Medicine. 12 (5), 510-519 (1992).
  27. Madsen, S. J., Patterson, M. S., Wilson, B. C. The use of India ink as an optical absorber in tissue-simulating phantoms. Physics in Medicine & Biology. 37, 985-993 (1992).
  28. Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. A solid tissue phantom for photon migration studies. Physics in Medicine & Biology. 42 (10), 1971-1979 (1997).
  29. Ebert, B., et al. Near-infrared fluorescent dyes for enhanced contrast in optical mammography: phantom experiments. Journal of Biomedical Optics. 6 (2), 134-140 (2001).
  30. Sukowski, U., Schubert, F., Grosenick, D., Rinneberg, H. Preparation of solid phantoms with defined scattering and absorption properties for optical tomography. Physics in Medicine & Biology. 41, 1823-1844 (1996).
  31. Yoshida, K., Nishidate, I., Ishizuka, T., Kawauchi, S., Sato, S., Sato, M. Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera. Journal of Biomedical Optics. 20 (5), 051026(2015).
  32. Lo, J. Y., et al. A strategy for quantitative spectral imaging of tissue absorption and scattering using light emitting diodes and photodiodes. Optics Express. 17 (3), 1372-1384 (2009).
  33. Bednov, A., Ulyanov, S., Cheung, C., Yodh, A. G. Correlation properties of multiple scattered light: implication to coherent diagnostics of burned skin. Journal of Biomedical Optics. 9 (2), 347-352 (2004).
  34. Hull, E. L., Nichols, M. G., Foster, T. H. Quantitative broadband near-infrared spectroscopy of tissue-simulating phantoms containing erythrocytes. Physics in Medicine & Biology. 43 (11), 3381-3404 (1998).
  35. Kienle, A., Patterson, M. S., Ott, L., Steiner, R. Determination of the scattering coefficient and the anisotropy factor from laser Doppler spectra of liquids including blood. Applied Optics. 35 (19), 3404-3412 (1996).
  36. Srinivasan, S., Pogue, B. W., Jiang, S., Dehghani, H., Paulsen, K. D. Spectrally constrained chromophore and scattering NIR tomography improves quantification and robustness of reconstruction. Applied Optics. 44 (10), 1858-1869 (2004).
  37. Ocean Optics Inc. Glossary. Dark Noise. , Available from: https://oceanoptics.com/glossary/#d (2018).
  38. Friebel, M., Roggan, A., Müller, G., Meinke, M. Determination of optical properties of human blood in the spectral range 250 to 1100 nm using Monte Carlo simulations with hematocrit-dependent effective scattering phase functions. Journal of Biomedical Optics. 11 (3), 34021(2006).
  39. Nishidate, I., Aizu, Y., Mishina, H. Estimation of absorbing components in a local layer embedded in the turbid media on the basis of visible to near- infrared (VIS-NIR) reflectance spectra. Optical Review. 10 (5), 427-435 (2003).
  40. Friebel, M., Helfmann, J., Netz, U., Meinke, M. Influence of oxygen saturation on the optical scattering properties of human red blood cells in the spectral range 250 to 2000 nm. Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034001(2009).
  41. Jacques, S. L., Glickman, R. D., Schwartz, J. A. Internal absorption coefficient and threshold for pulsed laser disruption of melanosomes isolated from retinal pigment epithelium. SPIE Conference Proceedings. 2681, 468-477 (1996).
  42. Park, J., Ha, M., Yu, M., Jung, B. Fabrication of various optical tissue phantoms by the spin-coating method. Journal of Biomedical Optics. 21 (6), 065008(2016).
  43. Jacques, S. L. Skin Optics. , Available from: https://omlc.org/news/jan98/skinoptics.html (1998).
  44. Prahl, S. A., van Gemert, M. J. C., Welch, A. J. Determining the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method. Applied Optics. 32 (4), 559-568 (1993).
  45. Hale, G. M., Querry, M. R. Optical constants of water in the 200-nm to 200-um wavelength region. Applied Optics. 12 (3), 555-563 (1973).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Agarose PhantomsTissue MimickingDiffuse ReflectanceIntegrating SphereOptical PropertiesMonte Carlo SimulationEpidermal PhantomDermal PhantomSodium DithioniteBlood Oxygenation

Related Articles