Methodenartikel

Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur

DOI:

10.3791/57031

⸱

12 februari 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Deparment of Molecular Pathogenesis and Immunology, Texas A&M College of Medicine

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optische weefsel phantoms zijn essentiële instrumenten voor het kalibreren en karakterisatie van optische beeldvormingssystemen en validatie van theoretische modellen. In dit artikel een overzicht van een methode voor phantom fabrikatie waarin replicatie van weefsel optische eigenschappen en structuur van de drie-dimensionale weefsel.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De snelle ontwikkeling van nieuwe optische beeldvormingstechnieken is afhankelijk van de beschikbaarheid van goedkope, aanpasbare en gemakkelijk reproduceerbaar normen. Door te repliceren het imaging milieu, kunnen dure dierproeven voor het valideren van een techniek worden omzeild. Voorspellen en optimaliseren van de prestaties van in vivo en ex vivo beeldvormende technieken vereist testen op monsters die optisch vergelijkbaar met weefsels van belang zijn. Optische phantoms weefsel nabootsen bieden een standaard voor evaluatie, karakterisering, of kalibratie van een optisch systeem. Homogene polymeer optische weefsel phantoms worden veel gebruikt om na te bootsen de optische eigenschappen van een specifieke weefseltype binnen een smalle spectrale serie. Gelaagde weefsels, zoals de epidermis en dermis, kunnen worden geïmiteerd door gewoon stapelen deze homogene plaat spoken. Echter, veel in vivo imaging technieken worden toegepast op meer ruimtelijk complex weefsel waar drie dimensionale structuren, zoals bloedvaten, luchtwegen of weefsel gebreken, kunnen invloed hebben op de prestaties van het imaging systeem.

Dit protocol beschrijft de fabricage van een weefsel nabootsen phantom waarin drie-dimensionale structurele complexiteit met behulp van materiaal met optische eigenschappen van weefsel. Look-up tabellen bevatten Oost-Indische inkt en titaandioxide recepten voor optische absorptie en verstrooiing doelen. Methoden voor het karakteriseren en afstemmen van de optische eigenschappen van het materiaal worden beschreven. De phantom fabricage gedetailleerd beschreven in dit artikel heeft een interne vertakking mock airway leegte; echter kan de techniek in grote lijnen worden toegepast op andere structuren weefsel of orgaan.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Weefsel phantoms worden veel gebruikt voor de karakterisering van het systeem en kalibratie van optische beeldvorming en spectroscopie instrumenten, met inbegrip van multimodaliteit systemen integratie van echografie of nucleaire modaliteiten1,2,3 ,4. Phantoms zorgen voor een gecontroleerde optische omgeving voor systeem karakterisering en kwaliteitscontrole van meerdere biologische beeldvormingstechnieken. Weefsel-nabootsen phantoms zijn nuttige hulpmiddelen in het voorspellen van de systeemprestaties en optimaliseren van het ontwerp van het systeem voor de fysiologische taak bij de hand; bijvoorbeeld, marges om te voorspellen de indringende diepte van spectroscopische sondes voor het beoordelen van de tumor5. Optische eigenschappen en structurele ontwerp van de spoken kunnen worden afgestemd om na te bootsen de specifieke fysiologische omgeving waarin het instrument zal worden gebruikt, waardoor voor zowel haalbaarheidsstudies en verificatie van systeem prestaties3, 6,7. Controle van systeemprestaties met realistische optische phantoms precontractuele preklinische of klinische proeven imaging vermindert het risico van storing of verwerving van onbruikbaar gegevens tijdens in vivo studies. De reproduceerbaarheid en de stabiliteit van optische phantoms laten aanpasbare kalibratie standaarden voor optische technieken om te controleren van de intra - en intersite - instrument variabiliteit, met name in multicenter klinisch onderzoek met verschillende instrumenten, operators en milieuomstandigheden8,9.

Weefsel-nabootsen phantoms ook dienen als afstembare en reproduceerbare fysische modellen voor de validatie van theoretische optische modellen. De steun van de simulaties in het ontwerp en de optimalisatie van in vivo optische instrumenten, terwijl het verminderen van de noodzaak voor dier10,11 experimenten. De ontwikkeling en validatie van optische simulaties voor het milieu in vivo nauwkeurig kunnen worden bezwaard met de complexiteit van de structuur van het weefsel, de biochemische inhoud en de locatie van het doel of weefsel binnen het lichaam. Variabiliteit tussen onderwerpen maakt validatie van theoretische modellen uitdagend met behulp van menselijke of dierlijke metingen. Polymeer optische weefsel phantoms toestaan voor validatie van theoretische modellen door het verstrekken van een bekende en reproduceerbare optische omgeving waarin studie foton migratie12,13,14,15.

Met het oog op systeem kalibratie, kunnen vaste optische phantoms bestaan uit een enkele homogene plaat van genezen polymeer met de optische verstrooiing, absorptie of fluorescentie die speciaal zijn afgestemd op de golflengten van belang. Gelaagde polymeer phantoms vaak gebruikt worden om na te bootsen de variatie van de diepte van de optische eigenschappen van weefsel van epitheelweefsel modellen16,17. Deze phantom structuren zijn voldoende voor epitheliale beeldvormings- en modellering, omdat de structuur van het weefsel vrij homogeen door middel van elke laag is. Nochtans, grotere schaal en meer complexe structuren beïnvloeden radiatieve vervoer in andere organen. Methoden voor het maken van meer complexe phantoms zijn ontwikkeld om te simuleren de optische omgeving van subcutane bloedvaten18,19 en zelfs hele organen, zoals de blaas20. Modellering licht vervoer in de longen biedt een uniek probleem te wijten aan de vertakkende structuur van de lucht-weefsel-interface; een solide phantom zou niet waarschijnlijk repliceren radiatieve vervoer in het orgel nauwkeurig21. Om te beschrijven een methode voor het opnemen van complexe structuur in een optische phantom, beschrijven we een methode om te maken een interne, reproduceerbare fractal-tree nietig die vertegenwoordigt de driedimensionale (3D) macroscopische structuur van de luchtwegen (Figuur 1).

In de afgelopen decennia, 3D printen is een overheersende methode voor rapid prototyping van medische hulpmiddelen en modellen22geworden en optische weefsel phantoms zijn geen uitzondering. 3D printen is gebruikt als een additief productie-instrument voor het fabriceren van optische phantoms met kanalen23, bloedvat netwerken24en hele lichaam kleine dierlijke modellen25. Deze methoden maken gebruik van één of twee afdrukken materialen met unieke optische eigenschappen. Methoden zijn ook ontwikkeld om de optische eigenschappen van het afdrukken materiaal na te bootsen van algemene, troebel biologisch weefsel25,26af te stellen. Het bereik van haalbare optische eigenschappen zijn echter beperkt door het afdrukken materiaal, meestal een polymeer zoals acrylonitril butadieen styreen (ABS)26, dus deze methode is niet geschikt voor alle biologische weefsels. Polydimethylsiloxaan (PDMS) is een optisch duidelijk polymeer dat gemakkelijk kan worden gemengd met verstrooiing en het absorberen van deeltjes met een hoger niveau van tunability27,28. PDMS is ook gebruikt om schimmel phantoms met aneurysma modellen voor implementatie van embolisch apparaten29,30. Deze phantoms ook gebruik maken van een oplosbaar 3D gedrukte deel, maar blijven optisch duidelijk voor het visualiseren van de implementatie van het apparaat. Hier combineren we deze methode met tunability van de optische eigenschappen van PDMS met verstrooiing en absorberende deeltjes te fabriceren een voorontwerp model van het weefsel en luchtwegen van de lymfkliertest Long.

Terwijl de phantom hier gepresenteerd specifiek voor de longen is, kan het proces worden toegepast op een verscheidenheid van andere organen. 3D printen van de interne structuur van de phantom kan het ontwerp te worden aangepast voor elk doel en afdrukbare schaal, of het nu een bloed of lymfe vaartuig netwerk, beenmerg of zelfs de vier chambered structuur van de hart-31. Omdat we geïnteresseerd zijn in optische beeldvorming en modellering van de Long32,33,34, hebben wij gekozen voor het gebruik van een vier-generatie fractal boom als de interne structuur te repliceren binnen het polymeer phantom. Deze structuur is ontworpen om te benaderen de vertakkende structuur van de luchtwegen en hebben break-away dragermateriaal voor het 3D drukproces. Een meer anatomisch correcte airway kon worden afgedrukt als break-away dragermateriaal niet nodig is. Hoewel dit model een airway vertegenwoordigt, hoeft de interne structuur van de phantom niet te blijven een materiële leegte. Zodra het omliggende polymeer is genezen en het 3D gedrukte deel wordt ontbonden, kan de interne structuur worden gebruikt als een stroom-traject of als een secundaire mal voor een materiaal met een eigen unieke absorptie en verstrooiing kenmerken. Bijvoorbeeld, als de interne structuur van dit protocol is ontworpen als een digitale bone in plaats van een airway, zou de botstructuur 3D afgedrukt, gevormd met PDMS met optische eigenschappen van de vinger, en vervolgens uit de phantom ontbonden. De leegte kan worden gevuld met een mengsel van PDMS met verschillende optische eigenschappen. Bovendien, is elke schimmel niet beperkt tot een enkele oplosbaar deel. Een phantom van de vinger kan worden gemaakt als u wilt opnemen van bot, aders, slagaders en een algemene weke laag, elk met zijn eigen unieke optische eigenschappen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. selectie en controle van de materiaaleigenschappen van Matrix

  1. Voordat u begint de phantom Productie-procédé (Figuur 1), de absorptie en verminderde verstrooiing coëfficiënten voor de biologische weefsel van belang op de imaging wavelength(s) te vinden. Voorlopige schattingen kunnen worden gevonden in de referenties35,36. Validatie van de optische coëfficiënten kunnen echter noodzakelijk.
  2. Met behulp van de opzoektabellen voor d'absorption acoustique µeenen verminderde verstrooiing coëfficiënt, µs', op 488, 535, 632 en 775 nm golflengten (1 – 4 tabellen en figuren 2,–3), selecteer de concentraties van de Oost-Indische inkt en titaandioxide (TiO2) dat de onderlinge aanpassing van de gewenste optische eigenschappen. Deze recepten zijn specifiek voor phantoms vervaardigd met PDMS. Deze tabellen bieden experimentele gegevens op discrete golflengten, kan optimalisatie van het recept nodig zijn voor de specifieke toepassing.
  3. Het fabriceren van een plaat Polydimethylsiloxaan (PDMS) van het geselecteerde recept voor bevestiging van optische eigenschappen.
    1. Met behulp van een 10:1-verhouding in gewicht van PDMS hars te genezen agent, giet ingrediënten in de mengkamer cup in de volgende volgorde: PDMS hars, TiO2, Oost-Indische inkt, PDMS genezen van de agent.
      Opmerking: Hier, we testen twee recepten: 1) 2 mg TiO2 + 3,5 µL Oost-Indische inkt per g PDMS en 2) 1 mg TiO2 + 10 µL Oost-Indische inkt per g PDMS. Voor elk recept, worden 4.5 g PDMS hars en 0,45 g PDMS uithardende agent gebruikt met de overeenstemmende bedragen van optische deeltjes.
    2. Meng in een mixer snelheid (Zie Tabel of Materials) voor 60 s. Als TiO2 deeltjes aan het mengen vasthouden cup (waarschijnlijk met hoge concentraties van TiO2), meng met de hand om te verwijderen van de deeltjes van de boekwaarde van de cup, en mengen in de mixer voor nog eens 30 s.
    3. Giet het mengsel in putten of petrischalen om dunne (0,1-1 mm) platen van het mengsel.
    4. Degas de platen voor 10 min door ze te plaatsen in een luchtdichte onderdruk kamer, dan plaats in een voorverwarmde oven op 80 ° C gedurende 30-60 min. Verwijder uit oven en laat afkoelen.
    5. De afgekoelde polymeer plaat uit de container verwijderen. Trim weg van de randen te verlaten een platte, uniforme plaat. Het meten van de dikte van de plaat met behulp van de remklauwen.
  4. Doorlating (T) en reflectie (R) van slab(s) met een bolfotometer meten. Meer informatie en instructies vindt u in het toevoegen van Inverse verdubbeling (IAD) handmatige37.
    1. Zet de lichtbron en een spectrometer voor de integrerende bol setup. Controleer de uitlijning van het systeem om een kleine, collimated bundel is gecentreerd op de poorten van het betreden en verlaten van de bolfotometer.
    2. Kalibreer de integrerende bol-systeem.
      1. Uitschakelen van de bron, cap de uitlaatopening van de bolfotometer en drie donkere spectra opnemen.
      2. Zet de bron terug te verkrijgen van de Transmissieverwijzing met de uitlaatopening afgetopt en de inlaatopening leeg. Record drie spectra.
      3. Reflectie referentiemetingen met behulp van de reflectiecoëfficiënt norm(en) verkrijgen. Plaats elke standaard op de uitlaatopening van de bol. Drie spectra voor elke reflectiestandaard opnemen.
    3. Meet de doorlaatbaarheid van de plak. Met het GLB op de uitlaatopening, plaats u de slab op de ingangshaven van de bolfotometer voor het meten van de transmissie. Record drie spectra.
    4. Het meten van de reflectiecoëfficiënt van de plaat. Verwijder de dop van de haven verlaten en plaats de slab op de uitlaatopening voor de meting van de reflectiecoëfficiënt. Record drie spectra.
  5. Optische eigenschappen IAD softwarematig te bepalen. Een volledige tutorial over de software vindt u in de handleiding van de IAD met de software download37,38.
    1. Gemiddelde de drie spectra voor elke meting verworven.
    2. Met behulp van de vergelijkingen in de IAD handmatige37, omzetten in deze metingen R en T-waarden. Indien nodig, condenseren de bestanden door het verminderen van de samplefrequentie langs het spectrum.
    3. De invoer .rxt bestand (aanvullend materiaal 1) voorbereiden door IAD met de golflengten, reflectie, doorlating en dikte van het monster zoals beschreven in de handleiding van de IAD37. De MS-DOS-prompt (Windows OS) of een terminal (Mac OS) gebruikt, navigeer naar het juiste pad. Typ "iad ' input file naam'" IAD uitvoeren. De software zal produceren tekst een uitvoerbestand met de geschatte optische eigenschappen.
  6. Als de optische eigenschappen niet binnen een acceptabel bereik liggen (~ 15%) van de gewenste waarden zijn, het recept aanpassen en herhaalt u stappen 1.3-1.5.

2. voorbereiding van oplosbaar 3D afgedrukt interne structuur

  1. Interne structuur ontwerp met behulp van computer aided design (CAD) software. Solide structuurmodel omzetten in een stereolithography-bestand voor de fabricage op een 3D-printer. Indien beschikbaar, een gesegmenteerde CT-scan kan ook worden omgezet in een stereolithography-bestand in plaats van tekenen van een solide model van de interne structuur.
    Opmerking: Het CAD-bestand voor de fractal-boomstructuur die hier gebruikt worden verstrekt in aanvullend materiaal 2. De printer gebruikt in dit document is een extruding printer, zodat het deel is ontworpen voor break-away dragermateriaal.
  2. Selecteer een oplosbaar materiaal voor het afdrukken, zoals poly-vinylalcohol (PVA) of hoge impact polystyreen (heupen) (Zie Tabel van materialen). Afdrukken van de solide model in dit oplosbaar materiaal.
  3. Wanneer gedrukte onderdelen voldoende zijn afgekoeld, breken, ontbinden of machine van het dragermateriaal off van het gedrukte deel. Bestand of zand af een grote onvolkomenheden.
  4. Damp Pools het gedrukte deel te verminderen oppervlakteruwheid.
    1. Met het afgedrukte gedeelte beveiligd in een bankschroef, boor een door gat met goedkeuring voor een dun staal of de nitinol draad in de basis van het afgedrukte gedeelte.
    2. Rijg een roestvrij staal of de nitinol draad door het gat. Buig de uiteinden van de draad en haak samen. Dit zal zorgen voor het gedeelte dat moet worden volledig ondergedompeld in de aceton damp binnen het bekerglas. Gereserveerd draad en deel.
    3. Vul een groot bekerglas ruwweg 10% vol aceton. Plaats het bekerglas op een hete plaat tijdens verhitting tot 100 ° C. Let op: Voer deze stap uit in een zuurkast te voorkomen van inademing van aceton damp.
    4. Als aceton damp condensatie bereikt over halverwege de muur van het bekerglas, hang de lus draad met de mock luchtwegen op een tweede draad en schorten in aceton damp voor 15 – 30 s. Zorg ervoor afgedrukt onderdelen niet aanraken het bekerglas muren of elke andere (als damp polijsten meerdere onderdelen tegelijk).
    5. Gedrukte deel te verwijderen en blokkeren over lege bekerglas of container. Laten drogen voor ten minste 4 uur deel.
  5. Controleer of de afmetingen van de interne structuur binnen de tolerantie voor de CAD-ontwerpen, zoals nodig. Afhankelijk van de nauwkeurigheidsvoorschriften, kan remklauwen of een 3D-laserscanner worden gebruikt voor het meten van de structuur.

3. bouw van hittebestendige mal

Opmerking: Bereiden een lekvrije, hittebestendige mal om te vormen van het PDMS phantom. Selecteer een schimmel geometrie om het beste passen bij het definitieve phantom ontwerp. Hier, wordt een herbruikbare rechthoekige schimmel beschreven.

  1. Het ontwerp van een solide basismodel van de schimmel naar 3D print. Deze schimmel is ontworpen voor een phantom met een basis van 1,17 x 1.79 cm. De basis van de schimmel heeft een 1 mm dik en 5 mm diepe uitsparing met Binnenafmetingen overeenkomen met de basis van de phantom. Hierdoor is de schimmel op opstelsporen te worden verwijderd en de mal worden gedemonteerd en hergebruikt.
  2. Het afdrukken van een basis voor de mal met een inzet van voldoende breedte teneinde de opstelsporen van de schimmel.
  3. Plaats opstelsporen in de uitsparingen van de schimmel base. Hier, worden 1 mm dik polycarbonaat platen gebruikt als mal opstelsporen.
  4. Met behulp van hittebestendige tape, verzegelen de randen van de mal. Het is noodzakelijk dat alle hoeken en randen voldoende met geen luchtbellen in de tape afgedicht worden om lekkages te voorkomen dat tijdens de molding proces.
  5. Plaats een grondplaat van polycarbonaat binnen de mal bereid in stap 3.4. Deze basis plaat is hetzelfde 1 mm dik polycarbonaat blad als de schimmel gevelbeplating en geeft de phantom base een glad oppervlak zonder de ruwheid van de afgedrukte 3D-oppervlak voor de schimmel base. Lijm de volledig gedroogde damp gepolijst deel aan de grondplaat. Laat voldoende tijd voor de lijm drogen.

4. fabricage van polymeer Phantom

Opmerking: Gebruik het geverifieerde recept voor de matrix bulkmateriaal bepaald in stap 1 voor de specifieke toepassing. Voorziet het protocol hier de stappen een gezonde lymfkliertest longweefsel die phantom op 535 nm met µs' van 40 cm-1 en µeen van 2 cm-1. Het kan zinvol zijn om een tweede phantom met geen optische deeltjes te gebruiken als een verwijzing in het fabricageproces te fabriceren.

  1. Giet 9.1 g PDMS hars in een plastic mengen beker. Voeg toe 20 mg rutiel TiO2, gevolgd door 35 µl van Oost-Indische inkt. Ten slotte Voeg 0.91 g agent naar de top van het mengsel te genezen. Volg het mengen protocol in stap 1.3.2.
  2. Definitieve polymeer mengsel giet in de hittebestendige mal.
  3. Giet een kleine hoeveelheid van het mengsel in een afzonderlijke container voor het maken van een polymeer plaat voor bevestiging van de optische eigenschappen van het materiaal. Zorgen dat genoeg polymeer om een plaat met dikte van ten minste 100 µm wordt gegoten.
  4. Plaats zowel de mock airway-schimmel en de afzonderlijke plaat in een glazen stolp voor ontgassing. Beginnen met vacuüm proces. Als het polymeer in de mal mock airway begint te stijgen, laat de lucht in de stolp aan de oppervlakte bubbels barsten, dan beginnen te trekken van de lucht weer. Herhaal dit proces totdat het polymeer niet aanzienlijk stijgen. Dit duurt tussen de 5-10 minuten afhankelijk van hoeveel lucht werd gevangen tijdens stap 4.2. Zodra de PDMS niet meer stijgt, blijven ontgas voor een ander 15 min.
  5. Na de ontgassing, laat langzaam de lucht terug in de kamer. Verwijder zowel de mock luchtweg phantom en de polymeer-plaat en plaats in niveau oven op 80 ° C gedurende 2 uur.
  6. Verwijder de phantom en de plaat uit de oven en laat koel voor 20 min. Demonteer de mal polymeer met een scalpel zonder snijden de uitgeharde polymeer. Snap de grondplaat off van de mock-airway-base.
  7. Plaats phantom in een verwarmde (60 ° C) ~0.5 M natriumhydroxide (NaOH) basis bad tot het interne gedeelte is volledig opgelost. Een optisch duidelijke verwijzing phantom kan helpen om de oplossen tijd voor de interne component te bepalen. Zodra de interne structuur wordt ontbonden, neem phantom uit het bad en laat volledig drogen (~ 24 h) voor elke optische metingen.

5. controle van Phantom Fabrication

  1. Controleer of phantom geometrie met behulp van hoge resolutie magnetische resonantie beeldvorming (MRI) of micro-berekend tomografie (CT) imaging, indien gewenst. Deze methoden geven een 3D verificatie van interne structuren binnen troebel materiaal met axiale resoluties van < 400 µm39,40. Anderzijds kan een optisch duidelijke verwijzing phantom optisch beeld worden voor verificatie dat het gedrukte deel volledig ontbonden is en de resterende leegte de juiste geometrie is.
    Opmerking: We hebben de interne geometrie van een optisch ondoorzichtige phantom (2 mg TiO2 + 3,5 µl Oost-Indische inkt) met micro-CT op een Poolster Imaging (NSI) X50 gecontroleerd. De phantom werd beeld met 20 µm resolutie in alle dimensies (aanvullende materialen 3, 4).
  2. Controleer of de optische eigenschappen van de phantom met behulp van de polymeer-plaat en de bolfotometer (beschreven in stap 1.5 – 1.6).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Om aan te tonen de phantom fabricage techniek, muis Long weefsel phantoms werden vervaardigd ter simulering van de gemeten optische eigenschappen van verwijderde gezond en ontstoken lymfkliertest longweefsel op 535 nm (tabel 5). Deze golflengte van belang is de golflengte van de excitatie voor tdTomato fluorescerende eiwit gebruikt in recombinante verslaggever stammen van mycobacteriën in eerdere studies33. Optische metingen van muis longweefsel we...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We hebben aangetoond dat een methode voor het maken van optische spoken te vertegenwoordigen een lymfkliertest Long met een interne vertakkende structuur voor de simulatie van de interface van interne lucht-weefsel. De optische eigenschappen van lymfkliertest longweefsel worden bereikt door de integratie van unieke concentraties van optisch verstrooiing en absorberende deeltjes homogeen verspreid binnen het bulk matrix polymeer. Deze optische eigenschappen kunnen worden afgestemd om na te bootsen de fysiologische waarden...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gesteund door de National Science Foundation carrière award van neen. CBET-1254767 en National Institute of Allergy and Infectious Diseases verlenen neen. R01 AI104960. Wij erkennen dankbaar Patrick Griffin en Dan Tran voor hun hulp bij de metingen van de karakterisering en de Texas A & M cardiovasculaire pathologie laboratorium voor micro-CT beeldvorming.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Dow Corning Sylgard 184 Silicone Encapsulant Clear 0.5 kg KitEllsworth Adhesives184 SIL ELAST KIT 0.5KGPolydimethylsiloxaan: polymeerbasis voor optische phantoms
White Rutile Titanium Dioxide poederAtlantic Equipment EngineersTI-602Verstrooiende deeltjes voor optische phantoms
Higgins Fountain Pen India InkMichaels Craft Stores 10015483Absorbingende deeltjes voor optische phantom
Hittebestendige tapeUlineS-7595Hittebestendige tape voor polymeervormen
Fortus 360mc 3D printerStratasysN/AKan bouw- en ondersteuningsmateriaal wijzigen met deze printermodel
ABS Ivoor Model MateriaalStratasysSDS-000001Materiaal voor het afdrukken van malonderdelen en/of als ondersteuning voor het afdrukken van interne structuur 
SR-30 Oplosbaar OndersteuningsmateriaalStratasys400638-0001Basis oplosbaar ondersteuningsmateriaal voor het afdrukken van interne structuur
Flacktek SpeedmixerFlacktek Inc.DAC 150.1 FVVoor efficiënt mengen van polymeer en deeltjes 
Integrerende bolEdmund Optics58-585Voor het meten van optische eigenschappen
Polycarbonaat bouwplaten (1 mm)StratasysN/AGebruikte polycarbonaat bouwplaten van Stratasys-printer kunnen ook worden gebruikt

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Curatolo, A., Kennedy, B. F., Sampson, D. D. Structured three-dimensional optical phantom for optical coherence tomography. Opt Express. 19 (20), 19480-19485 (2011).
  2. Miranda, D. A., Cristiano, K. L., Gutiérrez, J. C. Breast phantom for mammary tissue characterization by near infrared spectroscopy. J Phys Conf Ser. 466 (1), 012018(2013).
  3. Solomon, M., et al. Multimodal Fluorescence-Mediated Tomography and SPECT/CT for Small-Animal Imaging. J Nucl Med. 54 (4), 639-646 (2013).
  4. Wagnières, G., et al. An optical phantom with tissue-like properties in the visible for use in PDT and fluorescence spectroscopy. Phys Med Biol. 42 (7), 1415-1426 (1997).
  5. Rajaram, N., Reesor, A. F., Mulvey, C. S., Frees, A. E., Ramanujam, N. Non-Invasive, Simultaneous Quantification of Vascular Oxygenation and Glucose Uptake in Tissue. PLoS ONE. 10 (1), 0117132(2015).
  6. Niedre, M. J., Turner, G. M., Ntziachristos, V. Time-resolved imaging of optical coefficients through murine chest cavities. J Biomed Opt. 11 (6), 064017(2006).
  7. Schmidt, F. E. W., et al. Multiple-slice imaging of a tissue-equivalent phantom by use of time-resolvedoptical tomography. Appl Opt. 39 (19), 3380-3387 (2000).
  8. Cerussi, A. E., et al. Tissue phantoms in multicenter clinical trials for diffuse optical technologies. Biomed Opt Express. 3 (5), 966-971 (2012).
  9. Marín, N. M., et al. Calibration standards for multicenter clinical trials of fluorescence spectroscopy for in vivo diagnosis. J Biomed Opt. 11 (1), 014010(2006).
  10. Alexandrakis, G., Rannou, F. R., Chatziioannou, A. F. Tomographic bioluminescence imaging by use of a combined optical-PET (OPET) system: a computer simulation feasibility study. Phys Med Biol. 50 (17), 4225-4241 (2005).
  11. Wan, Q., Beier, H. T., Ibey, B. L., Good, T., Coté, G. L. Optical Diagnostics and Sensing VII. Coté, G. L., Priezzhev, A. V. , SPIE. (2007).
  12. Chen, C., et al. Preparation of a skin equivalent phantom with interior micron-scale vessel structures for optical imaging experiments. Biomed Opt Express. 5 (9), 3140-3149 (2014).
  13. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. J Biomed Opt. 11 (4), 041102(2006).
  14. Wróbel, M. S., et al. Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy. J Biomed Opt. 20 (8), 085003(2015).
  15. Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. A solid tissue phantom for photon migration studies. Phys Med Biol. 42 (10), 1971-1979 (1997).
  16. Bae, Y., Son, T., Park, J., Jung, B. Fabrication of a thin-layer solid optical tissue phantom by a spin-coating method: pilot study. J Biomed Opt. 18 (2), 025006(2013).
  17. Park, J., et al. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. Nordstrom, R. J., et al. , SPIE. (2013).
  18. Luu, L., Roman, P. A., Mathews, S. A., Ramella-Roman, J. C. Microfluidics based phantoms of superficial vascular network. Biomed Opt Express. 3 (6), 1350-1364 (2012).
  19. Chen, A. I., et al. Multilayered tissue mimicking skin and vessel phantoms with tunable mechanical, optical, and acoustic properties. Med Phys. 43 (6), Part 1 3117-3131 (2016).
  20. Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy. J Biomed Opt. 19 (3), 036009(2014).
  21. Golabchi, A., et al. Refractive errors and corrections for OCT images in an inflated lung phantom. Biomed Opt Express. 3 (5), 1101-1109 (2012).
  22. Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. Int J Comput Assist Radiol and Surg. 5 (4), 335-341 (2010).
  23. Wang, J., et al. Three-dimensional printing of tissue phantoms for biophotonic imaging. Opt Lett. 39 (10), 3010-3013 (2014).
  24. Ghassemi, P., et al. Evaluation of Mobile Phone Performance for Near-Infrared Fluorescence Imaging. IEEE Trans Biomed Eng. 64 (7), 1650-1653 (2017).
  25. Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H. R., Webb, K. J. Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging. Appl Opt. 55 (2), 280-287 (2016).
  26. Diep, P., et al. Three-dimensional printed optical phantoms with customized absorption and scattering properties. Biomed Opt Express. 6 (11), 4212-4220 (2015).
  27. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102-041116 (2006).
  28. de Bruin, D. M., et al. Optical phantoms of varying geometry based on thin building blocks with controlled optical properties. J Biomed Opt. 15 (2), 025001-025010 (2010).
  29. Boyle, A. J., et al. In vitro performance of a shape memory polymer foam-coated coil embolization device. Med Eng Phys. 49, 56-62 (2017).
  30. Hwang, W., Singhal, P., Miller, M. W., Maitland, D. J. In Vitro Study of Transcatheter Delivery of a Shape Memory Polymer Foam Embolic Device for Treating Cerebral Aneurysms. J Med Dev. 7 (2), 020932(2013).
  31. Sgaragli, G., Frosini, M. Human Tuberculosis I. Epidemiology, Diagnosis and Pathogenetic Mechanisms. Curr Med Chem. 23 (25), 2836-2873 (2016).
  32. Mufti, N., Kong, Y., Cirillo, J. D., Maitland, K. C. Fiber optic microendoscopy for preclinical study of bacterial infection dynamics. Biomed Opt Express. 2 (5), 1121-1134 (2011).
  33. Nooshabadi, F., et al. Intravital fluorescence excitation in whole-animal optical imaging. PLoS One. 11 (2), 0149932(2016).
  34. Nooshabadi, F., et al. Intravital excitation increases detection sensitivity for pulmonary tuberculosis by whole-body imaging with beta-lactamase reporter enzyme fluorescence. J Biophotonics. , (2016).
  35. Duck, F. A. Physical Properties of Tissue: A Comprehensive Reference Book. , Academic Press, Inc. (1990).
  36. Tuchin, V. V., Tuchin, V. Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. 13, SPIE press. Bellingham. (2007).
  37. Prahl, S. Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling. , Oregon Tech. (2011).
  38. Inverse Adding-Doubling v.3-9-12. , (2014).
  39. Link, T. M., et al. A Comparative Study of Trabecular Bone Properties in the Spine and Femur Using High Resolution MRI and CT. J Bone Miner Res. 13 (1), 122-132 (1998).
  40. Batiste, D. L., et al. High-resolution MRI and micro-CT in an ex vivo rabbit anterior cruciate ligament transection model of osteoarthritis. Osteoarthr cartil. 12 (8), 614-626 (2004).
  41. Greening, G. J., et al. Characterization of thin poly(dimethylsiloxane)-based tissue-simulating phantoms with tunable reduced scattering and absorption coefficients at visible and near-infrared wavelengths. J Biomed Opt. 19 (11), 115002(2014).
  42. Meissner, S., Knels, L., Krueger, A., Koch, T., Koch, E. Simultaneous three-dimensional optical coherence tomography and intravital microscopy for imaging subpleural pulmonary alveoli in isolated rabbit lungs. J Biomed Opt. 14 (5), 054020(2009).
  43. Morris, A. H., et al. A new nuclear magnetic resonance property of lung. J Appl Phys. 58 (3), 759-762 (1985).
  44. Hearon, K., et al. Porous Shape Memory Polymers. Polym Rev (Phila Pa). 53 (1), 41-75 (2013).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

PDMS fabricage3D geprint bouwwerkintegrerende boloptische eigenschappenweefselnabootsingdamppolijstenoplosbaar materiaallichttransportluchtwegmodel

Gerelateerde artikelen