光学・音響イメージングのための安定したファントム材料
2023年6月16日
このプロトコルは、独立して調整可能な音響および光学特性を特徴とする、光学的および音響生物医学イメージングアプリケーション用の安定した生物学的に関連するファントム材料の製造について説明しています。
私たちの研究は、がんの早期発見のための新しいイメージングモダリティの開発に焦点を当てています。特に本研究では、光や音に基づくイメージングモダリティを検証するための安定したテストオブジェクト(ファントムとも呼ばれる)の開発に焦点を当てました。音響光学レジメンにおける組織模倣材料を開発するために、異なるリソースが提案されている。
例えば、PVA、ヒドロゲル、ポリウレタン、又はPVCPが挙げられる。この研究は、コアポリマンオイル組成に基づく有望な新しい材料タイプに焦点を当てており、調整性と安定性の課題の多くを克服しています。生物医学光学の分野は、今日の医学が直面している重要な課題のいくつかに適用できる幅広いイメージングモダリティをカバーしています。
すべての光学イメージングモダリティの多くは比較的深さが制限されていますが、光音響効果を介して光と音を結合し、超音波の深度透過の利点のいくつかを利用することもできます。光音響イメージングは、炎症のイメージングから癌の診断まで、幅広い臨床試験で有望であることが示されています。しかし、組織の光学的および音響的特性を正確に模倣し、長期にわたって安定を維持できる利用可能なファントム材料が不足しているため、定量的な性能評価は依然として困難です。
多くの新しい光学および光音響イメージングシステムが開発されていますが、これらのシステムを検証し、それらの性能を比較するための標準化されたリファレンスファントムがありません。私たちの資料は、このギャップを埋め、これらのエキサイティングな新技術のさらなる開発と臨床への翻訳をサポートする有望な候補です。将来的には、さまざまなシステム構成のパフォーマンスを評価するのに適した、より解剖学的にリアルなファントム設計とアーキテクチャの作成に注力したいと考えています。
たとえば、異なる形状と空間分解能を持つ微視的、メゾスコピック的、巨視的システム。
概要
本研究では、光学および音響バイオメディカルイメージング向けに設計された、安定したファントム材料を作製するためのプロトコルを提示します。このファントム材料は、調整可能な音響特性および光学特性を備えており、イメージングモダリティの検証における課題を解決します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 生物医学イメージング
- 光学イメージング
- 音響イメージング
背景
- 画像診断技術を検証するためには、生体組織模倣材料の開発が極めて重要です。
- 既存の材料は、安定性や調整能に欠けることが多いのが現状です。
- 光音響イメージングは、光と音を組み合わせることで、より深い組織への到達を可能にします。
- イメージングシステムの性能評価には、標準化された参照ファントムが必要です。
研究目的
- 光学および音響イメージング用の安定したファントム材料を作製すること。
- 生物医学光学において信頼性の高いファントム材料が不足しているという課題に対する解決策を提供すること。
- 新しいイメージング技術の開発および臨床現場への導入を支援すること。
使用した手法
- 鉱物油中での二酸化チタンと染料の超音波処理。
- 超音波処理した溶液中でのポリマー（SEBSおよびLDPE）の加熱および混合。
- 真空による混合物からの気泡除去。
- 溶液を型に注ぎ、室温で硬化させる。
主な結果
- 滑らかで均質なファントム材料の作製に成功した。
- 異なるイメージングシステム向けに、3種類の異なるファントム設計を作成した。
- この材料は、光学特性および音響特性における安定性と調整可能性を示した。
- 光音響イメージングにおける既存のファントム材料の課題を解決した。
結論
- 開発されたファントム材料は、イメージングモダリティの検証において有望な候補となります。
- 今後の課題は、解剖学的にリアルな設計を作成することに重点を置きます。
- 本研究は、臨床応用におけるイメージング技術の進歩を支援するものです。
よくある質問
産業界における重要性
標準化され、安定したファントム材料は、バイオファーマの研究開発における光学および音響イメージングプラットフォームのベンチマークと検証に不可欠です。この共重合体in-oilファントムにより、再現性のある定量的なデバイス比較が可能になり、機関をまたいだイメージング標準の開発を支援します。調整可能な組織模倣特性は、トランスレーショナルなイメージングワークフローおよび技術導入に直接的な影響を与えます。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 画像ベースのバイオマーカー検出システムの厳格な仮説検証を可能にします。
- 生物学的に関連性があり再現可能な試験条件を提供することで、メカニズムのデリスキングをサポートします。
- 標準化された参照物質を通じて、イメージングターゲットの機能的検証を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 定量アッセイのキャリブレーションおよびデバイスの標準化のための、検証済み基質を提供します。
- プラットフォームや拠点間におけるイメージング出力の再現性と比較可能性を確保します。
- ハイスループットスクリーニング環境に適した、スケーラブルで再現可能な調製を可能にします。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 疾患に関連する組織特性に合わせてイメージングシステムの性能を調整し、トランスレーショナルな連続性を確保します。
- ヒト組織の音響的および光学的特性を模倣することで、前臨床モデルのバリデーションを支援します。
- イメージングバイオマーカーを臨床応用に進める際のリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このファントム材料は、初期の探索段階から前臨床開発に至るイメージング検証のプロセスに組み込まれ、装置のキャリブレーション、アッセイの開発、およびトランスレーショナルリサーチを支援します。
- 探索生物学：仮説駆動型のイメージング研究およびパスウェイ解析のための制御された環境を提供します。
- スクリーニング：デバイスおよびアッセイのベンチマーキングのための、再現性のある定量的な読み取り結果を提供します。
- 分析：システム間の比較のための、音響および光学パラメータの精密な測定を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：関連する組織特性を模倣することで、前臨床イメージングの検証と臨床への応用の架け橋となります。
- エンタープライズ再利用：継続的なイメージングプラットフォームの評価および手法開発のための、耐久性と拡張性のある標準を提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： イメージングベースのターゲット検証における予測の信頼性を高め、曖昧さを軽減する。
- 運用的価値： イメージングのワークフローを標準化し、R&Dチーム間での再現性を向上させる。
- 戦略的価値： イメージング技術への投資およびポートフォリオの推進に関するGO/NO-GO判断を改善する。
- ポートフォリオへの影響： イメージングモダリティおよびトランスレーショナルバイオマーカー戦略のリスク調整済み優先順位付けを可能にする。
実施上の検討事項
- 材料調製およびイメージングシステムのキャリブレーションに関する専門知識が必要です。
- 再現性のある作製には、超音波処理、加熱、および真空装置へのアクセスが必要です。
- ファントム調製およびイメージングプロトコルのチーム間での標準化が求められます。
- 本プロトコルで示されているように、さまざまなイメージングジオメトリやシステム構成に適応可能です。
- 信頼性の高いイメージング出力を得るためには、均質性と気泡の除去が極めて重要です。
