광학 및 음향 이미징을 위한 안정적인 팬텀 소재
2023년 6월 16일
이 프로토콜은 독립적으로 조정 가능한 음향 및 광학 특성을 특징으로 하는 광학 및 음향 생물 의학 이미징 응용 분야를 위한 안정적이고 생물학적으로 관련된 팬텀 재료의 제조를 설명합니다.
우리의 연구는 조기 암 발견을 위한 새로운 이미징 방식을 개발하는 데 중점을 두고 있습니다. 특히 이 연구에서는 빛 및/또는 소리를 기반으로 이미징 양식을 검증하기 위해 안정적인 테스트 개체 또는 팬텀이라고도 하는 개체를 개발하는 데 중점을 두었습니다. 음향 광학 요법에서 조직 모방 물질을 개발하기 위해 다양한 자원이 제안되었습니다.
예를 들어, PVA, 하이드로겔, 폴리우레탄 또는 PVC이다. 이 연구는 많은 조정 가능성 및 안정성 문제를 극복하는 코어 폴리만 오일 조성을 기반으로 하는 유망한 신소재 유형에 중점을 둡니다. 생물 의학 광학 분야는 오늘날 의학이 직면한 몇 가지 주요 과제에 적용할 수 있는 광범위한 이미징 방식을 다룹니다.
모든 광학 이미징 양식의 대부분은 상대적으로 깊이가 제한되어 있지만 광음향 효과를 통해 빛과 소리를 결합하여 초음파의 깊이 침투 이점 중 일부를 활용할 수도 있습니다. 광음향 영상은 염증 영상에서 암 진단에 이르기까지 광범위한 임상 시험에서 가능성을 보여주었습니다. 그러나 정량적 성능 평가는 조직의 광학 및 음향 특성을 정확하게 모방하고 시간이 지남에 따라 안정적으로 유지될 수 있는 사용 가능한 팬텀 재료가 부족하기 때문에 여전히 어려운 과제입니다.
많은 새로운 광학 및 광음향 이미징 시스템이 개발되고 있지만 이러한 시스템을 검증하고 성능을 비교할 수 있는 표준화된 참조 팬텀이 부족합니다. 우리의 자료는 이러한 격차를 메우고 이러한 흥미진진한 새로운 기술을 클리닉으로 추가 개발 및 번역하는 데 도움이 되는 유망한 후보입니다. 앞으로 우리는 다양한 시스템 구성의 성능을 평가하는 데 적합한 보다 해부학적으로 사실적인 팬텀 디자인과 아키텍처를 만드는 데 집중하고 싶습니다.
예를 들어, 현미경, mesoscopic 및 거시적 시스템은 서로 다른 기하학적 구조와 공간 해상도를 가지고 있습니다.
개요
본 연구는 광학 및 초음파 생체 의료 영상에 설계된 안정적인 팬텀 재료를 제작하는 프로토콜을 제시합니다. 이 팬텀 재료는 조절 가능한 음향 및 광학적 특성을 갖추어, 영상 기법의 검증 과정에서 발생하는 문제들을 해결합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 생의학 영상 처리
- 광학 영상 처리
- 음향 영상 처리
배경
- 영상 기술을 검증하기 위해서는 조직 모사 재료의 개발이 매우 중요합니다.
- 기존 재료들은 안정성과 조절 가능성이 부족한 경우가 많습니다.
- 광음향 영상술은 빛과 소리를 결합하여 조직 내부로 더 깊게 침투할 수 있습니다.
- 영상 시스템의 성능 평가를 위해서는 표준화된 참조 팬텀이 필요합니다.
연구 목적
- 광학 및 음향 영상 진단용 안정적인 팬텀 재료를 제작한다.
- 생의학 광학 분야에서 신뢰할 수 있는 팬텀 재료의 부족 문제를 해결하기 위한 방안을 제공한다.
- 새로운 영상 기술의 개발 및 임상 환경으로의 적용을 지원한다.
사용된 방법
- 미네랄 오일 내 이산화티타늄과 염료의 초음파 처리.
- 초음파 처리된 용액에 폴리머(SEBS 및 LDPE)를 넣고 가열 및 혼합.
- 진공 처리를 통한 혼합물 내 기포 제거.
- 용액을 몰드에 붓고 실온에서 경화.
주요 결과
- 매끄럽고 균질한 팬텀 재료의 성공적인 제조.
- 다양한 영상 시스템을 위해 세 가지 서로 다른 팬텀 디자인을 제작함.
- 해당 재료는 광학 및 음향 특성에 대한 안정성과 조절 가능성을 보여줌.
- 광음향 영상용 기존 팬텀 재료의 문제점들을 해결함.
결론
- 개발된 팬텀 재료는 영상 기법을 검증하기 위한 유망한 후보 물질입니다.
- 향후 연구는 해부학적으로 실제와 유사한 설계를 구현하는 데 집중할 것입니다.
- 본 연구는 임상 적용 분야에서 영상 기술의 발전을 뒷받침합니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
표준화되고 안정적인 팬텀 재료는 바이오 제약 R&D 전반에 걸쳐 광학 및 음향 영상 플랫폼을 벤치마킹하고 검증하는 데 매우 중요합니다. 이 공중합체-오일(copolymer-in-oil) 팬텀은 재현 가능하고 정량적인 장치 비교를 가능하게 하며, 기관 간 영상 표준 개발을 지원합니다. 조절 가능한 조직 모사 특성은 중개 영상 워크플로우 및 기술 도입에 직접적인 영향을 미칩니다.
바이오 제약 R&D에서의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 영상 기반 바이오마커 검출 시스템의 엄격한 가설 검증을 가능하게 합니다.
- 생물학적으로 유의미하고 재현 가능한 테스트 조건을 제공함으로써 기전적 리스크 감소(de-risking)를 지원합니다.
- 표준화된 참조 물질을 통해 영상 타겟의 기능적 검증을 용이하게 합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 정량 분석 교정 및 장치 표준화를 위해 검증된 기질을 제공합니다.
- 플랫폼 및 사이트 간 이미지 출력의 재현성과 비교 가능성을 보장합니다.
- 고속 스크리닝 환경에 적합한 확장 가능하고 반복 가능한 준비 과정을 가능하게 합니다.
중개 및 전임상 연구
- 중개 연구의 연속성을 위해 영상 시스템의 성능을 질병 관련 조직 특성에 맞춥니다.
- 인체 조직의 음향 및 광학적 특성을 모사하여 전임상 모델 검증을 지원합니다.
- 영상 바이오마커를 임상 적용으로 발전시키는 과정에서의 리스크를 줄입니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
이 팬텀 재료는 초기 발견부터 전임상 개발에 이르기까지 영상 검증 연속체에 통합되어, 장치 교정, 분석법 개발 및 중개 연구를 지원합니다.
- 발견 생물학: 가설 기반의 이미징 연구 및 경로 조사를 위한 제어된 환경을 제공합니다.
- 스크리닝: 장치 및 분석법 벤치마킹을 위해 재현 가능하고 정량적인 판독값을 제공합니다.
- 분석: 시스템 간 비교를 위해 음향 및 광학 파라미터의 정밀한 측정을 가능하게 합니다.
- 중개 연구: 관련 조직 특성을 모사함으로써 전임상 이미징 검증과 임상 적용 사이의 가교 역할을 합니다.
- 기업적 재사용: 지속적인 이미징 플랫폼 평가 및 방법론 개발을 위한 내구성이 뛰어나고 확장 가능한 표준을 제공합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 영상 기반 표적 검증의 예측 신뢰도를 높이고 모호성을 줄입니다.
- 운영적 가치: 영상 워크플로우를 표준화하고 R&D 팀 간의 재현성을 향상시킵니다.
- 전략적 가치: 영상 기술 투자 및 포트폴리오 추진을 위한 go/no-go 의사결정을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 영상 양상 및 중개 바이오마커 전략의 위험 조정 우선순위 설정을 가능하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 재료 준비 및 영상 시스템 보정 분야의 전문 지식이 필요합니다.
- 재현 가능한 제작을 위해 초음파 처리, 가열 및 진공 장비의 사용이 가능해야 합니다.
- 팬텀 준비 및 영상 촬영 프로토콜에 대한 팀 간 표준화가 요구됩니다.
- 프로토콜에서 입증된 바와 같이, 다양한 영상 기하학적 구조 및 시스템 구성에 적용 가능합니다.
- 신뢰할 수 있는 영상 결과물을 얻기 위해서는 균질성과 기포 제거가 매우 중요합니다.
