의공학

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷 광학 현미경은 수세기 동안 주변에 있었고, 수십 년 전에 해상도의 이론적 한계에 도달했지만, 공초점 및 디지털 이미지 처리와 같은 새로운 장비와 기술은 광학 이미징 분야 내에 새로운 틈새 시장을 만들었습니다. 최고의 광학 현미경은 일반적으로 이상적인 조건에서 200 nm까지 해상도를 가질 것입니다. 그러나, 광학 현미경은 가시광선을 위한 약 500nm인 파장의 기능인 파장의 회절에 의해 제한됩니다. 광학 현미경의 해상도는 전자 현미경의 그에 도달하지 않는 동안, 그(것)들은 생물학 거대 구조의 화상 진찰에 있는 가장 귀중한 공구이고 어떤 생물학 실험실든지에서 주식입니다. 종래의 광 현미경에서, 이미지 된 물체로부터 생성된 신호는 시편의 전체 두께로부터 관찰관에게 초점을 맞출 수 없습니다. 이렇게 하면 이미지가 "포커스 가 미림"이 발생합니다. 반면에 공초점 현미경은 핀...

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷 스캐닝 전자 현미경(SEM)은 전자 빔을 사용하여 진공 상태에서 전도성 물질을 비파괴적으로 이미지화하고 특성화하는 계측기입니다. 비유로서, 전자빔은 광현미경에 빛이 있는 것처럼 SEM에 있다. 차이점은 전자 현미경이 훨씬 더 높은 해상도와 배율의 이미지를 산출한다는 것입니다. 최고의 광학 현미경은 일반적으로 200 nm까지 해상도를 가지고, SEM은 일반적으로 0.5 nm의 해상도를 주장하는 반면. 이는 광현미경이 가시광선의 약 500nm인 파장의 화절에 의해 광학 현미경이 제한되어 있기 때문이다. 반대로, SEM은 1nm의 파장으로 활력을 공급되는 전자 빔을 사용합니다. 이 특성은 나노 및 미세 구조의 연구를위한 매우 신뢰할 수있는 도구를 만든다. 전자 현미경은 또한 광학 현미경검사에 너무 작은 특징 크기를 가진 생물학 견본의 연구 연구를 가능하게 합니다. 본 데모는...

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷 나노 입자는 점점 표적으로 한 약 납품 및 통제된 약 방출을 향한 연구를 이용하고 있습니다. 이러한 입자의 대부분은 생체 적합성 때문에 중합체 또는 리포소말 입자로 개발되었지만, 금속 및 자기 나노 입자의 사용에 대한 현재 연구에 추세가 있다. 이 금속 나노 입자는 원래 화상 진찰에 있는 조영제로 이용되었습니다, 그러나 최근 어드밴스는 약과 유전자 납품 및 치료에서 얼마나 중요한지 보여주었습니다. 금, 은 및 파라자성 나노 입자는 연구에서 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다. 그(것)들은 좋은 생체 적합성및 자기 나노 입자의 특정 품종이 이미 개발되고 치료 표적으로 한 약으로 분포된 것으로 나타났습니다. 이러한 무거운 원소는 전형적으로 형광을 사용하여 전달 및 분포를 평가하기 위한 연구를 위해 이미지되지만, 원자 중량은 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 사용하여 백스캐터 전자...

출처: 아멜리아 R. 아델스퍼거, 에반 H. 필립스, 크레이그 J. 괴르겐,용접대학교 생물의학 공학, 퍼듀 대학교, 웨스트 라파예트, 인디애나 고주파 초음파 시스템은 고해상도 이미지를 획득하는 데 사용됩니다. 여기서, 최첨단 시스템의 사용은 생쥐와 쥐에서 발견되는 작은 맥동 동맥과 정맥의 형태와 혈역학을 이미지화하기 위해 입증될 것이다. 초음파는 크고 작은 동물뿐만 아니라 인간의 혈관의 비 침습적 평가를위한 비교적 저렴하고 휴대가 편리하며 다재 다능한 방법입니다. 이들은 ultraound가 컴퓨터 단층 촬영 (CT), 자기 공명 화상 진찰 (MRI), 근적외선 형광 단층 촬영 (NIRF)와 같은 그밖 기술에 비교된 몇몇 중요한 이점입니다. CT는 방사선을 이온화해야 하며 MRI는 일부 시나리오에서 엄청나게 비싸고 비현실적일 수 있습니다. NIRF는, 한편으로, 형광 조영제에 흥분시키는 데 필요한 빛의 침투 깊이에 의해 제한됩니다. 초음파는 이미징 깊이의 측면에서 한계가 있습니다.

출처: 한나 엘 세불1,아르빈 에이치 소프리야트나1,존 J. 보일2, 크레이그 J. 괴르겐1 1 웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 2 기계 공학 및 재료 과학, 세인트 루이스워싱턴 대학, 세인트 루이스, 미주리 혈관, 피부, 힘줄 및 기타 장기와 같은 연조직의 기계적 행동은 탄성과 강도를 제공하는 엘라스틴과 콜라겐의 구성에 의해 강하게 영향을 받습니다. 이 단백질의 섬유 방향은 연조직의 유형에 따라 다르며 병들게 된 조직에서 변경될 수 있는 단일 바람직한 방향에서 복잡한 메쉬 네트워크에 이르기까지 다양합니다. 따라서 연조직은 세포 및 장기 수준에서 비상적으로 행동하여 3차원 특성화의 필요성을 만듭니다. 복잡한 생물학적 조직 또는 구조 내에서 변형 필드를 안정적으로 추정하는 방법을 개발하는 것은 질병을 기계적으로 특성화하고 이해하는 데 중요합니다. 스트레인은 연조직이 시간이 지남에 따라 상대적으로 변형되는 방법을 나타내며 다양한 추정을 통해...

출처: 거니트 S. 상하와 크레이그 J. 괴르겐,생명 의학 공학의 용접 학교, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 광음향 단층 촬영(PAT)은 조직에서 조성 정보를 얻기 위해 빛 생성 음향 파를 활용하는 새로운 생체 의학 이미징 양식입니다. PAT는 혈액 및 지질 성분을 이미지화하는 데 사용할 수 있으며, 이는 심혈관 및 종양 이미징을 포함한 다양한 응용 분야에 유용합니다. 현재 사용되는 이미징 기술은 연구원 및 의사와의 사용을 제한하는 내재된 한계가 있습니다. 예를 들어, 긴 취득 시간, 높은 비용, 유해한 대비사용, 높은 침습성까지 최소화하는 것은 실험실과 클리닉에서 다양한 양식의 사용을 제한하는 모든 요인입니다. 현재 PAT에 대한 유일한 유사한 이미징 기술은 새로운 광학 기술입니다. 그러나 이들은 또한 침투의 제한된 깊이 및 외인성 조영제에 대한 필요성과 같은 단점이 있습니다. PAT는 신속하고 비침습적이며 라벨이 없는 방식으로 의미 있는 정보를 제공합니다. 초음파와...

출처: 프레드릭 W. 다멘과 크레이그 J. 괴르겐,웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 이 비디오에서는 생리적 모니터링을 통해 고장, 소형 보어 자기 공명 영상(MRI)이 뮤린 심혈관 시스템의 게이트 시네 루프를 획득하는 것으로 입증된다. 이 절차는 좌심실 기능을 평가하고, 혈관 네트워크를 시각화하고, 호흡으로 인한 장기의 움직임을 정량화하기 위한 기초를 제공합니다. 비교 가능한 작은 동물 심혈관 화상 진찰 양식에는 고주파 초음파 및 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 포함됩니다. 그러나 각 양식은 고려해야 할 절충안과 관련이 있습니다. 초음파는 높은 공간 및 시간적 해상도를 제공하지만 이미징 유물은 일반적입니다. 예를 들어, 조밀한 조직(즉, 흉골 및 갈비뼈)은 이미징 침투 깊이를 제한할 수 있으며, 가스와 액체(즉, 폐를 둘러싼 흉막) 사이의 인터페이스에서 초반향 신호가 주변 조직에서 대비를 흐리게 할 수 있다. 대조적으로 마이크로 CT는 많은...

출처: 조셉 C. 머스킷, 비탈리 엘 레이즈, 크레이그 J. 괴르겐, 웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 이 비디오의 목적은 환자 또는 동물별 혈관을 기반으로 한 전산 유체 동적(CFD) 시뮬레이션의 최근 발전을 설명하는 것입니다. 여기서, 주체 기반 선박 세분화가 만들어졌고, 오픈 소스및 상용 공구의 조합을 사용하여, 고해상도 수치 솔루션은 유량 모델 내에서 결정되었다. 수많은 연구는 혈관 내의 혈역학적 조건이 동맥 경화증, 동맥류 및 기타 말초 동맥 질환의 발달 과 진행에 영향을 미친다는 것을 입증했습니다. 수반되 게도, 직루압, 벽전단 응력(WSS) 및 입자 거주 시간(PRT)의 직접 측정은 생체 내에서획득하기 어렵다. CFD를 사용하면 이러한 변수를 비침습적으로 평가할 수 있습니다. 또한 CFD는 수술 후 흐름 조건에 관한 의사에게 더 나은 선견지명을 제공하는 수술 기술을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 자기 공명 영상(MRI), 자기 공명...

출처: 아르빈 H. 소에프리아나1,켈시 에이 불렌스2, 크레이그 J. 괴르겐1 1 웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 2 인디애나 주 웨스트 라파예트 퍼듀 대학교 생화학학과 근적외선 형광(NIRF) 이미징은 형광 프로브를 활용하여 조직에 복잡한 생체 분자 어셈블리를 시각화하는 흥미로운 광학 기술입니다. NIRF 화상 진찰은 질병의 비침습적인 화상 진찰을 위한 전통적인 화상 진찰 방법 위에 많은 이점이 있습니다. 단일 광자 방출 컴퓨팅 단층 촬영(SPECT) 및 양전자 방출 단층 촬영(PET)과 달리 NIRF 이미징은 신속하고 높은 처리량이며 이온화 방사선을 포함하지 않습니다. 또한, 엔지니어링 표적 특이적 및 활성형 형광 프로브의 최근 개발은 NIRF에 높은 특이성과 민감성을 제공하여 암과 심혈관 질환을 연구하는 데 매력적인 양상을 제공합니다. 제시된 절차는 NIRF 화상 진찰의 뒤에 원리 및 다양한 질병을 공부하기 위하여 작은 동물에 있는 생체...

출처: 함나 J. 쿠레시와 크레이그 J. 괴르겐,웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 여기에서 우리는 인간과 설치류 사이 비침습적인 혈압 측정 기술의 중요한 유사점 그리고 다름을 강조하고 혈압을 통제하는 공학 원리를 검토할 것입니다. 수축기 및 확장기 압력을 얻기 위해 현재 의 커프 기술을 제어하는 원칙도 논의 될 것입니다. 모바일 장치와 연결하는 상용 커프스는 일반적으로 컴팩트하고 휴대성이 뛰어나 거의 모든 곳에서 측정할 수 있습니다. 비침습적, 휴대용 혈압 소맷은 고혈압 및 혈압의 변화에 대한 신중한 모니터링 및 조기 발견이 필요한 다른 심혈관 문제를 가진 환자에게 특히 유용합니다. 마찬가지로, 비침습적 혈압 측정 시스템은 설치류에도 사용할 수 있습니다. 이 기술은 실험실 설정에서 사용되며 연구 전반에 걸쳐 동물의 건강을 모니터링하는 데 유용합니다. 방사선 원격 측정은 설치류에 대한 혈압 측정의 금 본위제이지만,이 기술은 침략적이며 잘못...

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷 심전도는 심장 활동을 입증하기 위해 환자의 몸통에 놓인 전극 사이에 발생하는 전기 전위 적 변화에 의해 기록된 그래프입니다. 심전도 신호는 심장 리듬과 심장에 대한 혈액 흐름 저하 및 구조적 이상과 같은 많은 심장 질환을 추적합니다. 심장 벽의 수축에 의해 생성 된 행동 잠재력은 몸 전체에 심장에서 전류를 확산. 확산 전류는 피부에 배치된 전극에 의해 감지될 수 있는 바디의 지점에서 다른 잠재력을 만듭니다. 전극은 금속과 염으로 만든 생물학적 트랜스듀서입니다. 실제로, 10 전극은 바디에 다른 점에 붙어 있습니다. 심전도 신호를 획득하고 분석하기 위한 표준 절차가 있습니다. 건강한 개인의 전형적인 심전도 물결은 다음과 같습니다. 그림 1. 심전도 파동. "P" 웨이브는 심방 수축에 해당하며, "QRS" 복합체는 심실의 수축에 해당합니다. "QRS' 복합체는 아리아와 심실의...

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷 4000 년 이상, 봉합사는 의학 개입으로 사용되었습니다. 초기 기록은 린넨이 선택한 생체 재료였다는 것을 나타냅니다. Catgut, 이는 현재 사용 중인, 소문에 의하면 약 검투사를 치료하는 데 사용되었다 150 AD. 오늘날 봉합사에는 수많은 재료가 사용되고 있습니다. 봉합사는 그들의 조성물 (천연 또는 합성) 및 그들의 흡수 (비 resorbable 또는 resorbable)에 의해 분류됩니다. 재흡수성(또는 흡수가능한) 봉합사는 중합체 사슬에서 특정 그룹과의 물의 상호 작용에 의한 효소 분해 또는 프로그래밍된 저하를 통해 신체에서 저하된다. 이러한 봉합사는 종종 폴리 글리콜산, 폴리디옥사네, 폴리 카폴락톤, 또는 실크와 같은 천연 생체 재료와 같은 합성 물질로 만들어집니다. 그들은 일반적으로 특정 내부 절차에 대 한 사용, 일반 수술 처럼. 재사용 가능한 봉합사는...

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷 엑스레이의 발견과 (의도하지 않은) 사용이 물리학에서 최초의 노벨상을 얻었다는 것은 잘 알려지지 않은 사실입니다. 1895년 론겐 박사의 아내의 손에 대한 유명한 엑스레이 이미지는 과학계를 통해 충격파를 보냈으며, 이는 대부분의 현대 2D 의료 X선 이미지처럼 보입니다. 최신 기술은 아니지만 X선 흡수 이미징은 필수 불가결한 도구이며 세계 최고의 R&D 및 대학 실험실, 병원, 공항에서 찾을 수 있습니다. 틀림없이 X 선 흡수 이미징의 가장 진보 된 용도는 2D 의료 X 선에서 발견하지만 컴퓨터 단층 촬영 (CT 또는 마이크로 CT)을 통해 3D로 실현된 종류와 같은 정보를 얻는 것을 포함합니다. 일련의 2D X-ray 프로젝션을 사용하여 고급 소프트웨어는 데이터를 재구성하여 3D 볼륨을 형성할 수 있습니다. 3D 정보는 할 수 있으며, 대부분 은 열려 절단 할...

출처: 린지 K. 레플리1,2,스티븐 M. 다비1,티모시 A. 버터필드3,4, 시나 샤바즈모하마디5, 1 코네티컷 대학교, 스토스, CT, 운동학학과; 2 정형 외과학과, 코네티컷 보건 센터의 대학, 파밍턴, CT; 3 재활 과학학과, 켄터키 대학, 렉싱턴, 켄터키; 4 근육 생물학 센터, 생리학과, 켄터키 대학, 렉싱턴, 켄터키; 5 생물 의학 공학 과, 코네티컷 대학, 스토스, CT 전방 십자 인대 (ACL) 무릎부상은 극적으로 외상 후 골관절염의 위험을 증가 (PTOA), 개인의 약 1/3A는 ACL 부상 후 첫 10 년 이내에 방사선 PTOA를 시연 할 것이다. ACL 재건 (ACLR)이 성공적으로 무릎 관절 안정성을 복원하지만, ACLR 및 현재 재활 기술은 PTOA의 발병을 방지하지 않습니다. 따라서, ACL 상해는 외상성 합동 상해 후에 PTOA의 발달을 공부하는 이상적인 모형을 나타냅니다. 쥐 모델은 PTOA에 ACL 부상의 발병과 효과를 연구하기 위해 광범위하게...

출처: Alycia G. Berman, 제임스 A. 샤버, 크레이그 J. 괴르겐,웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나 여기에서 우리는 마우스를 사용하여 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영 (SPECT/ CT) 이미징의 기초를 보여줍니다. 이 기술은 마우스에 방사성 핵종을 주입하고, 신체 전체에 분포된 후 동물을 이미징한 다음, 생성된 이미지를 재구성하여 체적 데이터 집합을 만드는 것을 포함합니다. 이 해부학에 대 한 정보를 제공할 수 있습니다., 생리학, 그리고 질병 진단을 개선 하 고 그것의 진행을 모니터링 하는 물질 대사. 수집된 데이터의 관점에서 SPECT/CT는 양전자 방출 단층 촬영(PET)/CT와 유사한 정보를 제공합니다. 그러나 PET는 반대 방향으로 방출되는 두 개의 감마 광자를 감지해야 하기 때문에 이 두 기술의 기본 원칙은 근본적으로 다릅니다. 대조적으로 SPECT 이미징은 감마 카메라를 통해 방사선을 직접...