이 기사에서는 연조직을 모방 한 젤라틴 팬텀을 만드는 프로토콜과 압입 및 자기 공명 탄성 탄성을 사용한 해당 점탄성 특성화에 대한 데모 및 요약을 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
연질 생물학적 조직의 생체 역학적 특성화는 조직 역학을 이해하고 질병, 부상 및 발달의 생체 역학 관련 메커니즘을 탐구하는 데 중요합니다. 기계적 테스트 방법은 조직 특성화를 위한 가장 간단한 방법이며 생체 내 측정을 위한 검증으로 간주됩니다. 많은 생체 외 기계적 테스트 기술 중에서 압입 테스트는 특히 뇌 조직과 같이 작고 고정하기 어렵고 점탄성이 있는 샘플에 대해 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다. 자기 공명 탄성 검사(MRE)는 연조직의 생체역학적 특성을 측정하기 위해 임상적으로 사용되는 방법입니다. MRE를 사용하여 기록된 연조직의 전단파 전파를 기반으로 연조직의 점탄성 특성은 파동 방정식을 기반으로 생체 내에서 추정할 수 있습니다. 여기서, 두 가지 농도가 다른 젤라틴 팬텀의 점탄성 특성은 MRE와 압입으로 측정하였다. 팬텀 제조, 테스트 및 모듈러스 추정의 프로토콜이 제시되었습니다.
서론
대부분의 연질 생물학적 조직은 손상과 발달을 이해하는 데 중요한 점탄성 특성을 가진 것으로 보입니다1,2. 또한, 점탄성 특성은 섬유증 및 암 3,4,5,6과 같은 다양한 질환의 진단에 중요한 바이오마커이다. 따라서 연조직의 점탄성 특성의 특성화가 중요합니다. 사용되는 많은 특성화 기술 중에서 조직 샘플의 생체 외 기계적 테스트와 생물 의학 이미징을 사용한 생체 내 탄성 검사가 널리 사용되는 두 가지 방법입니다.
연조직 특성화를 위해 다양한 기계적 테스트 기술이 사용되었지만 샘플 크기 및 테스트 조건에 대한 요구 사항을 충족하기가 쉽지 않습니다. 예를 들어, 전단 시험은 전단 플레이트7 사이에 단단히 고정 된 샘플을 가져야합니다. 이축 테스트는 멤브레인 조직에 더 적합하며 특정 클램핑 요구 사항 ....
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프로토콜
1. 젤라틴 팬텀 준비
- 표 1에 따라 젤라틴, 글리세롤 및 물의 무게를 잰다. 젤라틴 분말을 물과 혼합하여 젤라틴 용액을 얻습니다.
참고: 두 팬텀을 준비하기 위한 개별 성분의 농도는 표 1에 나와 있습니다. 젤라틴 농도가 높을수록 팬텀이 더 단단해집니다. - 젤라틴 용액을 수조에서 60°C로 가열한다. 온도를 유지하면서 젤라틴 용액에 글리세롤을 첨가하십시오.
알림: 글리세롤은 용융 온도와 전단 계수17을 증가시켜 젤라틴 혼합물을 안정화시킵니다. - 용액을 저어주고 다시 60 ° C로 가열합니다. MRE 및 압입 테스트에 사용할 용기에 혼합 용액을 붓습니다. 용액을 실온으로 식히고 용액이 고형화 될 때까지 기다리십시오.
2. MRE 테스트
- 젤라틴 팬텀 위에 진동판을 놓습니다. 팬텀과 진동판 사이의 접촉이 단단한지 확인합니다(그림 1A).
알림: 진동판은 50 x 50 x 5 mm3 크기의 폴리아미드로 만들어졌습니다.
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결과
MRE 프로토콜에 따라 40Hz 및 50Hz에서 젤라틴 팬텀에서 명확한 전단파 전파가 관찰되었습니다(그림 3). MRE에서 측정한 점탄성 특성 및 압입 테스트는 그림 4에 나와 있습니다. 각 팬텀에 대한 각 테스트에서 추정된 G' 및 G" 값은 표 2에 요약되어 있습니다. 압입 프로토콜에 따라 각 테스트 지점에서 각 팬텀의 점탄성 특성이 표 3에 요약되어 있습니다.
그림 4에서 볼 수 있듯이 MRE를 사용한 측정의 경우 40Hz 및 50Hz에서 측정된 G' 및 G" 값의 비교는 두 젤라틴 팬텀 간에 상당한 차이를 보였습니다(스튜던트 t-test, p < 0.05). 또한 40Hz와 50Hz 측정 사이의 G' 및 G" 값 모두에 대해 유의미한.......
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토론
젤라틴 팬텀은 알고리즘 및 장치 17,19,22,23,24,25,26,27의 테스트 및 검증을 위한 조직-모방 재료로서 통상적으로 사용된다. MRE와 동적 전단 시험을 비교하기 위해 젤라틴 팬텀을 사용한 선구적인 연구 중 하나는 Okamoto et al. (2011) 17. 그들의 연구에서, 젤라틴의 질량 농도는 ~ 2.8 % 였고, 보정 후 추정 된 G '및 G ''값은 각각 1.06-1.15 kPa 및 0.11.......
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공개 사항
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
감사의 글
중국 국립 자연 과학 재단 (보조금 31870941), 상하이 자연 과학 재단 (보조금 22ZR1429600) 및 상하이시 과학 기술위원회 (보조금 19441907700)의 자금 지원이 인정됩니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 24채널 헤드 & 넥 코일 | United Imaging Healthcare | 100120 | 장비 |
| 3T MR 스캐너 | United Imaging Healthcare | uMR 790 | 장비 |
| 수집 보드 | Advantech Co | PCI-1706U | 장비 |
| 컴퓨터 -Windows | HP | 790-07 | 장비 |
| 전자기 액추에이터 | 상하이 Jiao Tong 대학 | 장비 | |
| 함수 발생기 | RIGOL | DG1022Z | 장비 |
| 젤라틴 | CARTE D'OR | 시약 | |
| 글리세롤 | 밴스 바이오 에너지 Sdn.Bhd | 시약 | |
| Indenter 제어 프로그램 | 맞춤형 | 소프트웨어; 다음을 통해 액세스: https://github.com/aaronfeng369/FengLab_indentation_code. | |
| 레이저 센서 | Panasonic | HG-C1050 | 장비 |
| : 로드셀 | 변환기 기술 | : GSO-10 | 장비 |
| : MATLAB | Mathworks | 소프트웨어 | |
| 전력 증폭기 | Yamaha | A-S201 | 장비 |
| : 음성 코일 전기 모터 | SMAC Corporation | DB2583 | 장비 |
참고문헌
- Qiu, S., et al. Viscoelastic characterization of injured brain tissue after controlled cortical impact (CCI) using a mouse model. Journal of Neuroscience Methods. 330, 108463(2020).
- Garcia, K. E., et al.
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