Name: Agarosio-basata del tessuto che imita Phantoms ottico per spettroscopia di riflettanza diffusa (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Impara a creare phantom ottici in agarosio che imitano i tessuti biologici per la spettroscopia di riflettanza diffusa. Questo metodo consente di determinare le proprietà ottiche con sistemi convenzionali e sfera integratrice.

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Parte di questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione per Scientific Research (C) dalla società giapponese per la promozione della scienza (25350520, 22500401, 15 K 06105) e l'US-ARMY ITC-PAC Research and Development Project (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. costruzione di un convenzionale sistema diffuso riflettanza e trasmittanza totale spettroscopico
Nota: Costruire i sistemi di misura per la riflettanza diffusa e spettri di trasmittanza totale utilizzando una sorgente di luce bianca a banda larga, una guida di luce, una lente acromatica, una sfera di integrazione, un portacampioni, una fibra ottica e uno spettrometro multicanale. Il ruolo della luce trappola consiste nel rimuovere il componente di riflessione speculare dallo spettro di riflettanza. Il portacampioni della sfera integrata è costituito da una piastra di montaggio e una coda di rondine e Assemblea del morsetto a molla che tiene il campione contro la porta. La coda di rondine e Assemblea del morsetto a molla vengono rimossi dal supporto del campione e un piedistallo cubico fatti a mano di polistirene espanso è fissato alla piastra di montaggio invece. I layout dei componenti ottici, mostrati in Figura 1a e 1b, possono essere indicati per la procedura di costruzione per le misure di riflettanza diffusa e le misure di trasmittanza totale, rispettivamente.
<ol><li>Collegare lo spettrometro e un personal computer utilizzando il cavo di bus seriale universale (USB) in dotazione.</li>
	<li>Collegare l'adattatore porta a una porta di rivelatore della sfera integrata. Collegare lo spettrometro e la scheda di porta della sfera integrata utilizzando una fibra ottica. Collegare la 150 W lampada lampada alogena e la Guida di luce.</li>
	<li>Collegare il portacampioni a una porta campione della sfera integrata. Allegare la trappola luminosa per una porta appropriata della sfera integrata quando si eseguono le misurazioni di riflettanza diffusa. Accendere la lampada lampada alogena per illuminare un campione tramite la Guida di luce e la lente acromatica.</li>
	<li>Aprire il software di gestione dello spettrometro.</li>
</ol>2. preparazione di uno stampo acrilico
Nota: Un stampo acrilico che consiste di due pezzi di acrilico rettangolare e un pezzo di acrilico a forma di U è costruito per creare un fantasma di gel monostrato. Figura 2 può essere indicato per questa procedura di costruzione.
<ol><li>Tagliare i due pezzi di acrilico rettangolari da una lastra di acrilico di 2 mm di spessore ad un formato opzionale.</li>
	<li>Tagliare un pezzo di acrilico da una lastra di acrilico di 1 mm di spessore per una dimensione opzionale. Tagliare il pezzo di acrilico di 1 mm di spessore in modo che diventa un pezzo a forma di U per essere usato per la muffa per fare 1 mm spessi epidermici fantasmi.</li>
	<li>Tagliare un pezzo di acrilico da una lastra acrilica spessore 5 mm ad un formato opzionale. Tagliare il pezzo di acrilico di spessore di 5 mm in modo che diventa un pezzo a forma di U per essere usato come uno stampo per fare 5 mm spessi dermici fantasmi.</li>
	<li>Rimuovere eventuali bave da ogni pezzo acrilico utilizzando un file di metallo.</li>
	<li>Fare la muffa fantasma epidermica tenendo il pezzo a forma di U di 1 mm di spessore con i due pezzi di acrilico di 2 mm di spessore e fissandoli con cinque foldback clip.</li>
	<li>Fare la muffa fantasma cutanea tenendo il pezzo a forma di U di 5 mm di spessore con i due pezzi di acrilico di 2 mm di spessore e fissandoli con cinque foldback clip.</li>
</ol>3. preparazione del materiale di Base
<ol><li>Mettere 500 mL di soluzione fisiologica standard con 0,9% (p/v) NaCl in un baccello. Lentamente aggiungere 5 g di agarosio in polvere mentre mescolando per evitare grumi.</li>
	<li>Riscaldare la miscela di polvere di agarosio e soluzione fisiologica di una stufa di cottura elettrica con un'impostazione di potenza 1.000 W per 5 min.</li>
	<li>Una volta che il composto bolle, è possibile mantenere la miscela a fuoco basso per 3 min.</li>
	<li>Raffreddare la miscela ad una temperatura di circa 70 ° C. Quindi versare il composto in un contenitore e conservarlo in un bagno a temperatura costante a 60 ° C per 30 min prima di effettuare un fantasma.</li>
</ol>4. preparazione dei fantasmi ottici d'imitazione pelle
Nota: Una soluzione di caffè viene utilizzata per simulare lo spettro di assorbimento di melanina. La soluzione di caffè contiene un pigmento marrone chiamato melanoidin. Lo spettro di assorbimento di melanoidin è stato segnalato per essere simile a quella di melanina10.
<ol><li>
Preparare un fantasma epidermico
	<ol>
<li>Versare 100 mL di acqua pura nel serbatoio Bollitore per caffè. Inserire un filtro nel cestino Bollitore per caffè. Aggiungere 24 g di caffè macinato nel filtro. Accendere la macchina del caffè e premere il tasto di erogazione per iniziare la fermentazione.</li>
		<li>Mettere 4 mL di caffè macinato e 16 mL di soluzione fisiologica in una bottiglia di vetro per ottenere una soluzione di caffè.</li>
		<li>Mettere 5 mL di emulsione lipidica (ad es., intralipid 10%) e 10 mL della soluzione di caffè in una tazza di plastica trasparente. Lentamente aggiungere 35 mL di materiale di base per questo composto continuando a mescolare.</li>
		<li>Aspirare la miscela in una siringa e iniettare lentamente nello stampo fantasma epidermico, evitando qualsiasi formazione di bolle. Raffreddare lo stampo acrilico contenente la miscela a 5 ° C per 20 min.</li>
		<li>Rimuovere le clip foldback dallo stampo. Far scorrere uno dei pezzi acrilici esteriori e rimuoverlo dallo stampo. Prendere il gel solidificato di 1 mm di spessore fantasma dallo stampo e tagliarlo alla misura desiderata usando un bisturi chirurgico.</li>
		<li>Posizionare e tenere il fantasma di gel tra vetri due diapositive.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparare un fantasma cutaneo contenenti sangue ossigenato
	<ol>
<li>Prendere 5,0 mL di emulsione lipidica e 0,4 mL di sangue intero equina con 45%-ematocrito e mettere in una tazza di plastica trasparente. Lentamente aggiungere 44,6 mL del materiale base agitando la miscela.</li>
		<li>Aspirare la miscela in una siringa e iniettare lentamente nello stampo fantasma dermico, evitando qualsiasi formazione di bolle. Raffreddare lo stampo acrilico contenente la miscela a 5 ° C per 20 min.</li>
		<li>Rimuovere le clip foldback dallo stampo. Far scorrere uno dei pezzi acrilici esteriori e rimuoverlo dallo stampo. Prendere il gel solidificato di 5 mm di spessore fantasma dallo stampo e tagliarlo alla misura desiderata usando un bisturi chirurgico.</li>
		<li>Posizionare e tenere il fantasma di gel tra vetri due diapositive.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparare un fantasma cutaneo contenenti sangue deossigenato
	<ol>
<li>Mettere un gel dermico fantasma contenenti sangue ossigenato (dal punto 4.2.3) su un piatto di vetro.</li>
		<li>Sciogliere 1 g di Ditionito di sodio (Na2S2O4) in 20 mL di soluzione salina in una bottiglia di vetro.</li>
		<li>Aggiungere 0,05 g/mL della soluzione di Na2S2O4 sul fantasma utilizzando una siringa per deoxygenate il sangue nel fantasma.</li>
		<li>Posizionare e tenere il fantasma tra vetri due diapositive per evitare che si asciughi.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparare un fantasma a due strati
	<ol>
<li>Goccia di 0,1 mL di soluzione fisiologica in un fantasma dermico per garantire un accoppiamento ottico tra gli strati epidermici e cutanei. Posto il fantasma epidermico sul fantasma dermico.</li>
		<li>Se eventuali bolle d'aria sono presenti tra gli strati, li spingono fuori accarezzando la superficie del fantasma a due strati con un dito.</li>
		<li>Tenere il fantasma a due strati tra due bicchieri di diapositiva per evitare che si asciughi.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. acquisizione degli spettri di riflettanza diffusa
<ol><li>
Acquisizione di spettri scuri Nota: Il sensore charge coupled device (CCD) nello spettrometro può stimare intensità luminosa basato su un segnale elettrico generato in risposta a luce incidente. Tuttavia, c'è rumore scuro37 che è indipendente i segnali generati dai fotoni ma è funzione della temperatura del dispositivo, anche se il sensore non rileva la luce. Per misurare con precisione l'intensità spettrale della luce, il segnale di corrente scuro dovrebbe essere misurato come uno spettro scuro e quindi sottratto dallo spettro del campione. Lo spettro scuro è uno spettro scattato con il percorso della luce bloccato.<ol>
<li>Posizionare la sfera di integrazione in una posizione ottimale per le misure di riflettanza diffusa (Figura 1a).</li>
		<li>Spegnere la sorgente di luce di lampada alogena. Bloccare il percorso della luce per lo spettrometro usando un tappo di porta o una piastra di schermo.</li>
		<li>Selezionare il comando di memorizzare scuro dal menu file per memorizzare uno spettro scuro.</li>
		<li>Selezionare il comando Sottrai scuro spettro dal menu file per sottrarre lo spettro scuro dallo spettro del campione misurato (Vedi sotto).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisizione degli spettri di riferimento Nota: Le proprietà ottiche dei componenti utilizzati in questo esperimento, come la sorgente luminosa, luce guida, lente acromatica, fibra ottica e spettrometro, avere la propria lunghezza d'onda-dipendenze. Di conseguenza, dovrebbe essere misurata l'intensità spettrale della luce passata attraverso questi componenti ottici come uno spettro di riferimento. Per la misura di uno spettro di riflettanza diffusa, lo spettro di riferimento è uno spettro scattato con un diffusore standard bianco illuminato con la luce della sorgente luminosa.<ol>
<li>Accendere la sorgente di luce di lampada alogena premendo il pulsante di alimentazione. Scaldare la lampada per almeno 10 minuti prima di acquisire uno spettro di riferimento.</li>
		<li>Collocare un diffusore bianco standard (ad esempio, Spectralon) presso il porto di campione della sfera integrata.</li>
		<li>Regolare il tempo d'integrazione dello spettrometro selezionando il valore adatto dall'elenco a discesa nel software operativo spettrometro in modo che l'intensità del segnale di picco è di circa il 75% dell'intensità massima spettrometro.</li>
		<li>Selezionare il comando di memorizzare riferimento dal menu file per memorizzare un spettro di riferimento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisizione degli spettri del campione Nota: Uno spettro di riflettanza diffusa del campione viene acquisito e salvato sul disco rigido di un personal computer utilizzando le stesse condizioni di acquisizione.<ol>
<li>Posizionare il fantasma epidermico inserito dagli occhiali due diapositive al pozzetto del campione. Selezionare il comando Salva dal menu file per salvare un spettro di riflettanza diffusa in un file.</li>
		<li>Ripetere i fantasmi punto 5.3.1 per il cutaneo e a due strati.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. acquisizione dello spettro di trasmittanza totale
<ol><li>
Acquisizione di spettri scuri Nota: Il sensore nello spettrometro può stimare intensità luminosa basato su un segnale elettrico generato in risposta a luce incidente. Tuttavia, c'è rumore scuro che è indipendente i segnali generati dai fotoni ma è funzione della temperatura del dispositivo, anche se il sensore non rileva la luce. Per misurare con precisione l'intensità spettrale della luce, il segnale di corrente scuro dovrebbe essere misurato come uno spettro scuro e quindi sottratto dallo spettro del campione. Lo spettro scuro è uno spettro scattato con il percorso della luce bloccato.<ol>
<li>Posizionare la sfera di integrazione in una posizione ottimale per le misure di trasmittanza totale (Figura 1b).</li>
		<li>Rimuovere la trappola di luce dal porto della sfera integrata e collegare una spina di porta alla porta.</li>
		<li>Spegnere la sorgente di luce di lampada alogena. Bloccare il percorso della luce per la sfera di integrazione utilizzando un tappo di porta o piastra di schermatura.</li>
		<li>Selezionare il comando di memorizzare scuro dal menu file per memorizzare uno spettro scuro.</li>
		<li>Selezionare il comando Sottrai scuro spettro dal menu file per sottrarre lo spettro scuro dallo spettro del campione misurato (Vedi sotto).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisizione degli spettri di riferimento Nota: Le proprietà ottiche dei componenti utilizzati in questo esperimento, come la sorgente luminosa, luce guida, lente acromatica, fibra ottica e spettrometro, avere la propria lunghezza d'onda-dipendenze. Di conseguenza, l'intensità spettrale della luce passata attraverso questi componenti dovrebbe essere misurata come uno spettro di riferimento. Per la misura dello spettro di trasmittanza totale, lo spettro di riferimento è uno spettro preso quando la luce della sorgente luminosa è entrare direttamente la sfera di integrazione attraverso l'orificio di campione.<ol>
<li>Accendere la sorgente di luce di lampada alogena premendo il pulsante di alimentazione. Scaldare la lampada per almeno 10 minuti prima di acquisire uno spettro di riferimento.</li>
		<li>Regolare il tempo di integrazione dello spettrometro selezionando il valore adatto dall'elenco a discesa dei tempi di integrazione nel software operativo dello spettrometro in modo che la massima intensità di luce mostra un segnale che è circa il 75% della massima valori.</li>
		<li>Selezionare il comando di memorizzare riferimento dal menu file per memorizzare un spettro di riferimento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisizione degli spettri del campione Nota: Lo spettro della trasmittanza totale del campione viene acquisito e salvato sul disco rigido di un personal computer utilizzando le stesse condizioni di acquisizione.<ol>
<li>Posizionare il fantasma epidermico inserito dagli occhiali due diapositive al pozzetto del campione. Selezionare il comando Salva dal menu file per salvare un spettro di trasmittanza totale in un file.</li>
		<li>Ripetere i fantasmi punto 6.3.1 per il cutaneo e a due strati.</li>
	</ol>
</li>
</ol>7. stima dell'assorbimento e proprietà di luce-dispersione
Nota: Un set dello spettro di riflettanza diffusa e lo spettro di trasmittanza totale è salvato sul disco rigido di un personal computer e analizzato non in linea. Un inverso di simulazione Monte Carlo8,38,39,40 viene quindi eseguito per stimare l'assorbimento coefficiente spettro µun(λ) e il coefficiente di dispersione ridotta spettro µs'(λ). In questa simulazione Monte Carlo inversa, la dispersione stimato coefficiente µs, sotto l'ipotesi che l'anisotropia fattore g è 0, è considerato come la ridotta dispersione coefficiente µs' . Sia la riflettanza e i dati di trasmittanza sono utilizzati per una singola esecuzione della simulazione. L'algoritmo dettagliata utilizzata in questo protocollo è stato segnalato nella precedente letteratura8,39. Abbiamo stimato l'assorbimento coefficiente spettro µun(λ) e la ridotta dispersione coefficiente spettro µs'(λ) di uno strato epidermico da un insieme di riflettanza diffusa spettro e lo spettro di trasmittanza totale ottenuto dallo strato epidermico. Allo stesso modo, abbiamo stimato µun(λ) e µs'(λ) di uno strato cutaneo da un set dello spettro di riflettanza diffusa e lo spettro di trasmittanza totale ottenuto dal cutaneo strato.
<ol><li>Aprire un file di input per la simulazione Monte Carlo.</li>
	<li>Inserire i valori della riflettanza diffusa e la trasmittanza totale nell'intervallo di lunghezza d'onda specifica da 400 a 700 nm a intervalli di 10 nm nel file di dati di input. Inserire il valore dello spessore del fantasma nel file di dati di input.</li>
	<li>Impostare l'indice di rifrazione n di un livello per essere un valore appropriato nel file di dati di input (ad esempio, n = 1.33 a 550 nm). Impostare il valore di anisotropia fattore g a 0 nel file di dati di input.</li>
	<li>Impostare i valori iniziali dell'assorbimento coefficiente µun e il coefficiente di scattering µs essere i valori appropriati nel file di dati di input (ad esempio, µun = 0,01, µs = 0,1 ).</li>
	<li>Eseguire il programma di simulazione Monte Carlo inversa.</li>
	<li>Digitare il nome del file di input e quindi eseguire la simulazione.</li>
	<li>Aprire il file di output e controllare i valori finali di µun e µs dopo la simulazione iterativa è terminata.</li>
	<li>Ripetere i passaggi da 7.1-7.7 altre lunghezze d'onda desiderata.</li>
</ol>

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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

La fase più critica in questo protocollo è il controllo della temperatura del materiale base. La temperatura per mantenere il materiale di base hanno variato da 58 a 60 ° C. Se la temperatura è superiore a 70 ° C, si verificherà una denaturazione di sia l'emulsione del lipido e il sangue intero. Di conseguenza, le proprietà ottiche del fantasma si deteriorano. Se la temperatura è inferiore a 40 ° C, il materiale di base sarà essere ununiformly gelificato e, così, gli agenti di assorbimento e scattering di luce saranno et...

Ottici fantasmi sono oggetti che imita le proprietà ottiche dei tessuti biologici e sono stati ampiamente usati nel campo di ottica biomedica. Essi sono progettati in modo che le proprietà ottiche, come la dispersione della luce e coefficienti di assorbimento, corrispondano con quelli di tessuti umani e animali viventi. Ottici fantasmi sono generalmente utilizzati per le seguenti finalità: simulando il trasporto leggero nei tessuti biologici, calibrazione di una progettazione di sistema ottico di nuova concezione, valutando la qualità e le prestazioni dei sistemi esistenti, confrontando le prestazioni tra i sistemi e convalidare la capacità dei metodi ottici per quantificare le proprietà ottiche1,2,3,4,5. Pertanto, facile da ottenere sostanze, un processo di fabbricazione semplice, un'elevata riproducibilità e una stabilità ottica sono necessari per la fabbricazione di fantasmi ottici.
Vari tipi di fantasmi ottici con diversi materiali di base come sospensione acquosa6, gelatina gel7, gel di agarosio8,9,10, gel di poliacrilammide11, resina12, 13,14,15,16e camera-temperatura di vulcanizzazione del silicone17 sono stati segnalati nella letteratura precedente. È stato segnalato che il gel a base di gelatina e di alginato sono utili per fantasmi ottici con strutture eterogenee18. Fantasmi di alginato hanno una stabilità meccanica e termica adatta per valutare gli effetti di photothermal come studi di ablazione laser e ipertermia laser-ha basato gli studi18. Gel dell'agarosi hanno la capacità di fabbricare strutture eterogenee, e le loro proprietà fisiche e meccaniche sono stabili per un lungo periodo di tempo18. Gel di agarosio ad alta purezza hanno una bassissima torbidità e un debole assorbimento ottico. Pertanto, le proprietà ottiche dei fantasmi basati su agarosio facilmente potrebbero essere progettate con luce appropriata di scattering e assorbimento di agenti. Recentemente, copolimeri di stirene-etilene-butilene-stirene (SEBS) blocco19 e cloruro di polivinile (PVC) gel20 sono stati segnalati come materiali interessanti fantasma per ottiche e tecniche fotoacustico.
23,24,25,26 delle emulsioni polimeriche microsfere7,12,21,22, polvere di ossido di titanio1e lipidi come latte e lipidico emulsione sono usati come agenti di dispersione della luce, mentre inchiostro nero27,28 e coloranti molecolare29,30 sono utilizzati come assorbitori di luce. Riflettanza diffusa spettri della maggior parte dei organi viventi sono dominati dall'assorbimento di ossigenato e deossigenato dell'emoglobina nei globuli rossi. Di conseguenza, emoglobina soluzioni31,32 e sangue intero8,9,10,33,36 sono spesso utilizzati come assorbitori di luce nella fantasmi per una spettroscopia di riflettanza diffusa e l'imaging multispettrale.
Il metodo descritto in questo articolo viene utilizzato per creare un'ottico fantasma che imita il trasporto leggero in tessuti biologici e per caratterizzare le sue proprietà ottiche. Ad esempio, è dimostrato un due strati ottici fantasma che imita proprietà ottiche del tessuto della pelle umana. I vantaggi di questo metodo rispetto tecniche alternative sono la capacità di rappresentare gli spettri di riflettanza diffusa di tessuti biologici viventi nel visibile alla regione di lunghezza d'onda del vicino infrarosso, così come la semplicità di renderlo, utilizzando facilmente disponibile materiali e strumenti ottici convenzionali. Di conseguenza, i fantasmi ottici fatti da questo metodo sarà utili per lo sviluppo di metodi ottici basati sulla spettroscopia di riflettanza diffusa e l'imaging multispettrale.

<table><tbody><tr><td>Sorgente luminosa con lampada alogena da 150 W</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Giappone</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Guida di luce</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Giappone</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Sfera integrata</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>RT-060-SF</td><td></td></tr><tr><td>Adattatore porta</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>PA-050-SMA-SF</td><td></td></tr><tr><td>Trappola luminosa</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>LTRP-100-C</td><td></td></tr><tr><td>Spectralon bianco standard con riflettanza diffusa del 99%</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr><tr><td>Fibra ottica</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td><td>P400-2-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro miniaturizzato a fibra ottica</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td><td></td><td></td>USB2000</tr><tr><td>Lente acromatica</td><td>Chuo Precision Industrial Co., Ltd, Tokyo, Giappone</td><td>ACL-50-75M</td><td></td></tr><tr><td>Intralipid</td><td>Fresenius Kabi AB, Uppsala, Svezia</td><td>Intralipid 10%</td><td></td></tr><tr><td>Coffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee)</td><td>Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Giappone</td><td>Non disponibile</td><td></td></tr><tr><td>Sangue intero</td><td>Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Giappone</td><td>0103-2</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Giappone</td><td>NE-AG02</td><td></td></tr><tr><td>Stufa da cucina</td><td>TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Giappone</td><td>HP-103K</td><td></td></tr></tbody></table>

agarosio-basata del tessuto che imita phantoms ottico per spettroscopia di riflettanza diffusa

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Questo protocollo viene descritto come rendere basati su agarosio fantasmi che imita il tessuto e viene illustrato come determinare le loro proprietà ottiche utilizzando un sistema ottico convenzionale con una sfera di integrazione. Sistemi di misura per l'acquisizione della riflettanza diffusa e spettri di trasmittanza totale sono costruiti con una sorgente di luce bianca a banda larga, una guida di luce, una lente acromatica, una sfera di integrazione, un portacampioni, una sonda a fibra ottica e un spettrometro multicanale. Uno stampo acrilico composto da due pezzi di acrilico rettangolare e un pezzo di acrilico a forma di U è costruito per creare un fantasma epidermico e un fantasma dermico con sangue intero. L'applicazione di una soluzione di sodio ditionito (Na2S2O4) per il fantasma cutaneo permette al ricercatore di deoxygenate dell'emoglobina nei globuli rossi distribuiti nel fantasma dermico. L'inverso di simulazione Monte Carlo con la riflettanza diffusa e spettri di trasmittanza totale misurati da uno spettrometro con una sfera di integrazione viene eseguita per determinare l'assorbimento coefficiente spettro µun(λ) e la ridotto coefficiente di scattering spettro µs' (λ) di ogni strato fantasma. Un fantasma a due strati che imita la riflettanza diffusa del tessuto della pelle umana è dimostrato anche dai accumulando il fantasma epidermico sul fantasma dermico.

La figura 3 Mostra gli spettri stimati rappresentante il coefficiente di dispersione ridotta e il coefficiente di assorbimento per phantom epidermico e dermico fantasma. I risultati mostrati nella Figura 3 sono le medie di dieci misurazioni degli spettri sia in riflettanza e trasmittanza. La ridotta dispersione coefficiente µs' ha uno spettro di ampia diffusione, che esibiscono una magnitudo superiore...

Qui, dimostriamo come basati su agarosio che imita il tessuto ottici fantasmi sono fatte e come loro proprietà ottiche sono determinate utilizzando un sistema ottico convenzionale con una sfera di integrazione.

Agarosio-basata del tessuto che imita Phantoms ottico per spettroscopia di riflettanza diffusa

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

Questo missile può aiutare ad affrontare questioni chiave nel campo dell'ottica biomedica, come lo sviluppo di missili ottici basati sulla spettroscopia a riflettore diffuso. Il vantaggio principale di questa tecnica è che lo spettro riflettore diffuso aiuta i tessuti biologici viventi invisibili alla regione del cervello del vicino infrarosso a rappresentare utilizzando materiali facilmente disponibili. La creazione di fantocci in gel monostrato richiede l'utilizzo di stampi.Lo stampo fantasma epidermico è costituito da una lastra acrilica spessa un millimetro tagliata a forma di U. C'è anche una lastra acrilica spessa al millimetro per coprire la prima lastra. Questa piastra forma un lato dello stampo.Una seconda piastra spessa due millimetri forma l'altro lato dello stampo. Con i componenti in posizione, fissarli utilizzando cinque clip. Costruisci lo stampo fantasma dermico in modo simile con una lastra acrilica a forma di U spessa cinque millimetri tra piastre spesse due-due millimetri.Fissa questi pezzi con le clip. La produzione del materiale di base richiede una soluzione salina e polvere di agarosio. Metti 500 millilitri di soluzione salina in una pentola.Quindi mescolate aggiungendo lentamente cinque grammi di agarosio. Aggiungi un termometro e posiziona la pentola su una piastra calda a 1000 watt per cinque minuti. Una volta che il composto bolle, accendi la fiamma al minimo per tre minuti.Attendere che il composto si raffreddi a una temperatura di circa 70 gradi Celsius prima di versarlo in un contenitore. Conservalo in un bagno a temperatura costante a 60 gradi Celsius per 30 minuti. La melanina nell'epidermide è imitata da una soluzione di caffè nel fantasma epidermico.Creane mescolando quattro millilitri di caffè preparato e 16 millilitri di soluzione salina in una bottiglia di vetro. Successivamente, metti cinque millilitri di emulsione lipidica in un bicchiere di plastica trasparente e aggiungi 10 millilitri di soluzione di caffè. Mescolare il composto aggiungendo 35 millilitri di materiale di base.Tenere pronto lo stampo fantasma epidermico e aspirare la miscela in una siringa. Iniettare lentamente il composto nello stampo evitando la formazione di bolle. Questo stampo riempito è pronto per essere raffreddato per creare il gel.Portalo a raffreddare a cinque gradi Celsius per 20 minuti. Al termine del raffreddamento, rimuovere le clip dallo stampo. Fai scorrere uno dei pezzi acrilici verso l'esterno per rimuoverlo.Prendi il fantoccio di gel solidificato di un millimetro di spessore dallo stampo. Usa un bisturi chirurgico per tagliare il fantasma alla dimensione desiderata. Quindi, posiziona e tieni premuto il fantasma di gel tra due vetrini.Inizia con cinque millilitri di emulsione lipidica in un bicchiere di plastica trasparente. Per il sangue ossigenato, aggiungere sangue equino intero. Quindi, mescola il composto aggiungendo il materiale di base.Tenere pronto lo stampo fantasma dermico e aspirare la miscela in una siringa. Iniettare lentamente il composto nello stampo ed evitare la formazione di bolle. Ecco lo stampo dopo che è stato riempito ed è pronto per il raffreddamento.Prendete lo stampo da raffreddare a cinque gradi per 20 minuti. Recuperare lo stampo dopo il raffreddamento e rimuovere le clip e un pezzo acrilico esterno. Prendi il fantasma di gel solidificato di cinque millimetri di spessore esposto dallo stampo.Usa un bisturi chirurgico per tagliarlo alla dimensione desiderata. Posizionare e tenere il fantasma tra due vetrini. Per il fantasma deossigenato, iniziare con un fantasma di sangue ossigenato.Utilizzare una siringa per far cadere la soluzione di ditionito di sodio sul fantasma per deossigenare il sangue. Posizionare e tenere il fantasma tra due vetrini per evitare che si asciughi. Ottenere un epidermico e un fantasma dermico.Far cadere 0,1 millilitri di soluzione salina sul fantoccio dermico per facilitare l'accoppiamento ottico. Quindi posizionare il fantasma epidermico sopra il fantasma dermico e la soluzione salina. Accarezza la superficie per espellere eventuali bolle d'aria tra gli strati.Costruisci il fantasma a due strati tra due vetrini per evitare che si asciughi. Impostare l'apparecchio per misurare gli spettri di riflettanza. La chiave per le misurazioni è una sfera integratrice che ha un supporto per campioni su un lato.Dall'altro lato ci sono una trappola per la luce e una porta d'ingresso per la luce incidente. Uno spettrometro raccoglie la luce con una fibra ottica dalla porta del rivelatore della sfera. Questo schema fornisce una panoramica della configurazione.Si noti che le porte inutilizzate sono tappate per evitare che la luce entri nella sfera. La sorgente luminosa è una lampada alogena da 150 watt con una guida di luce che utilizza una lente acromatica per focalizzare la luce sul campione. Accendere la lampada alogena.Man mano che si riscalda, spostarsi sulla porta di campionamento della sfera integratrice. Lì, posiziona un diffusore bianco standard sul supporto del campione e preparati per una misurazione. Regolare il tempo di integrazione dello spettrometro e memorizzare uno spettro di riferimento.Portare uno dei fantasmi al supporto del campione. Posizionare il fantoccio, ancora inserito tra due vetrini, sulla porta del campione e prepararsi per un'altra misurazione. Misura uno spettro trasmesso e memorizza i dati in un file.Per misurare gli spettri di trasmittanza, modificare la configurazione in modo che sia coerente con questo schema. Si noti che la luce ora entra nella sfera di integrazione attraverso il campione nella porta del campione. Le altre porte sono collegate.Questa è la sfera integratrice pronta per misurare gli spettri di trasmittanza. Per una misurazione, posizionare un fantasma inserito tra due vetrini nel portacampioni. Eseguire la misurazione e salvare i dati.Questi spettri provengono da un fantasma a due strati con sangue ossigenato nello strato dermico che ha una concentrazione del 3%Gli spettri sono per campioni con due diverse concentrazioni di soluzione di caffè nello strato epidermico. La riflettanza diffusa diminuisce con l'aumentare della soluzione di caffè che imita la melanina. Ciò è particolarmente evidente a lunghezze d'onda corte.Ecco gli spettri per una concentrazione costante di soluzione di caffè nello strato epidermico del 7% e una concentrazione ematica variabile nello strato dermico. Il forte assorbimento della luce dell'emoglobina spiega le differenze negli spettri nell'intervallo da 500 a 600 nanometri. Gli spettri di riflettanza diffusa differiscono con lo stato di ossigenazione del sangue.Per ciascuno di questi spettri la concentrazione della soluzione di caffè nello strato epidermico è fissata al 7% e la concentrazione ematica nello strato dermico è fissata al 3%I dati raccolti sono utili per stimare le proprietà ottiche dei fantocci tramite la simulazione Monte Carlo inversa. Questi sono gli esempi dello spettro del coefficiente di dispersione ridotto medio calcolato e del coefficiente di assorbimento degli strati epidermico e dermico. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in sei ore se è programmata correttamente.Durante la realizzazione dei fantocci è importante ricordare di mantenere il materiale di base in un bagno a temperatura costante a 60 gradi Celsius. Eseguendo questa procedura, è possibile costruire fantocci a tre o quattro strati per esplorare altri argomenti come le rappresentazioni dei precedenti spettri di riflettanza per tessuti biologici con schemi più complicati. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dell'ottica biomedica per delegare nuovi modi di missili e sistemi ottici.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come creare un fantoccio ottico che imita il trasporto della luce nei tessuti biologici e di caratterizzare le sue proprietà ottiche. Non dimenticare che lavorare con il ditionito di sodio può essere pericoloso e che è necessario indossare attrezzature adeguate come occhiali, guanti e una maschera facciale durante la creazione di un fantasma dermico contenente il sangue ossigenato.

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

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L'imaging a fluorescenza nel vicino infrarosso (NIRF) può migliorare l'esito terapeutico della chirurgia del cancro al seno consentendo la localizzazione intraoperatoria del tumore e la valutazione dello stato del margine chirurgico. Utilizzando fantocci mammari che simulano tessuti contenenti inclusioni fluorescenti che simulano il tumore, le potenziali applicazioni cliniche dell'imaging NIRF nei pazienti con carcinoma mammario possono essere valutate a scopo di standardizzazione e formazione.

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Viene descritto l'assemblaggio e l'uso di un microendoscopio multimodale in grado di co-registrare i dati dell'immagine del tessuto superficiale con parametri fisiologici del tessuto tra cui la concentrazione di emoglobina, la concentrazione di melanina e la saturazione di ossigeno. Questa tecnica può essere utile per valutare la struttura e la perfusione dei tessuti e può essere ottimizzata per le esigenze individuali dello sperimentatore.

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Questo protocollo descrive come l'uso della spettroscopia di polarizzazione diffusa può migliorare l'utilità clinica del test ricarica capillare. Suggeriamo un'analisi più dettagliata del corso del refill capillare in volontari sani utilizzando nuovi endpoint informatici e video di spettroscopia di riflettanza diffusa.

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Fantasmi di tessuto ottico sono strumenti essenziali per la calibrazione e la caratterizzazione di sistemi di imaging ottici e validazione di modelli teorici. Questo articolo descrive in dettaglio un metodo per la fabbricazione di fantasma che include la replica delle proprietà ottiche del tessuto e la struttura tridimensionale del tessuto.

Fabbricazione e caratterizzazione dei fantasmi di tessuto ottico contenente macrostruttura

Il rivestimento a spin, la stampa polijet e la modellazione della deposizione fusa sono integrati per produrre fantasmi eterogenei multistrato che simulano le proprietà strutturali e funzionali del tessuto biologico.

Stampa 3D multimodale di fantasmi per simulare il tessuto biologico

Questo protocollo descrive la fabbricazione di un materiale fantasma stabile e biologicamente rilevante per applicazioni di imaging biomedico ottico e acustico, caratterizzato da proprietà acustiche e ottiche sintonizzabili in modo indipendente.

Un materiale fantasma stabile per l'imaging ottico e acustico

Questo articolo presenta il protocollo per la preparazione di fantocci di tessuto tumorale che replicano le proprietà ottiche per la terapia fototermica plasmonica. Descrive in dettaglio la preparazione dei fantocci, le valutazioni fototermiche e la convalida del modello numerico sviluppato basato su misurazioni della temperatura fototermica per la valutazione dei parametri terapeutici, offrendo un'alternativa etica ed economica agli studi in vivo per i test preliminari.

Terapia plasmonica fototermica del cancro: fantocci che imitano il tessuto tumorale inclusi in nanoparticelle per la visualizzazione della distribuzione fototermica della temperatura

Quantitativa, high-throughput in tempo reale, e l'etichetta-libero di rilevamento biomolecolare (DNA, proteine, ecc) su...

Biomolecolare Detection impiega il sensore di immagine interferometrica riflettanza (IRIS)

Spettroscopia Raman è una tecnica adatta per il non-contatto, label-free analisi di cellule viventi, dell'ingegneria tissutale costrutti e tessuti nativi. Fonte specifici per le impronte digitali spettrali possono essere generati ed analizzati utilizzando l'analisi multivariata.

Senza contatto, Label-free monitoraggio delle cellule e matrice extracellulare mediante Spettroscopia Raman

Impara a creare phantom ottici in agarosio che imitano i tessuti biologici per la spettroscopia di riflettanza diffusa. Questo metodo consente di determinare le proprietà ottiche con sistemi convenzionali e sfera integratrice.

Agarosio-basata del tessuto che imita Phantoms ottico per spettroscopia di riflettanza diffusa

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