Name: Fantomy optyczne na bazie agarozy naśladujące tkanki do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Poznaj tworzenie fantomów optycznych na bazie agarozy naśladujących tkanki biologiczne do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego. Ta metoda umożliwia dokładne wyznaczanie właściwości optycznych materiałów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Część tej pracy była wspierana przez Grant-in-Aid na badania naukowe (C) od Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki (25350520, 22500401, 15K06105) oraz projektu badawczo-rozwojowego US-ARMY ITC-PAC (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. Budowa konwencjonalnego systemu spektroskopowego o rozproszonym współczynniku odbicia i całkowitej transmitancji
Uwaga: Zbuduj systemy pomiarowe dla widm odbicia dyfuzyjnego i całkowitej transmitancji, używając szerokopasmowego źródła światła białego, światłowodu, soczewki achromatycznej, kuli całkującej, uchwytu na próbkę, światłowodu i spektrometru wielokanałowego. Rolą pułapki świetlnej jest usunięcie składowej odbicia zwierciadlanego ze spektrum odbicia. Uchwyt próbki kuli integrującej składa się z płyty montażowej oraz zespołu zacisku na jaskółczy ogon i sprężynę, który przytrzymuje próbkę przy porcie. Zespół zacisku na jaskółczy ogon i sprężynę jest wyjmowany z uchwytu próbki, a zamiast tego do płyty montażowej mocowany jest ręcznie wykonany sześcienny cokół z pianki polistyrenowej. Układy komponentów optycznych, pokazane na Rysunek 1a i 1b, mogą być wykorzystane w procedurze konstrukcyjnej dla pomiarów odbicia rozproszonego i pomiarów całkowitej transmitancji.
<ol>
	<li>Podłącz spektrometr do komputera osobistego za pomocą dostarczonego uniwersalnej magistrali szeregowej (USB).</li>
	<li>Podłącz adapter portu do portu detektora kuli integrującej. Podłącz spektrometr i adapter portu kuli integrującej za pomocą światłowodu. Podłącz halogen lamp o mocy 150 W i światłowód.</li>
	<li>Przymocuj uchwyt próbki do portu próbki kuli całkującej. Przymocuj pułapkę świetlną do odpowiedniego portu kuli całkującej podczas wykonywania pomiarów odbicia rozproszonego. Włącz źródło światła lampy halogenowej, aby oświetlić próbkę za pomocą światłowodu i soczewki achromatycznej.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie operacyjne spektrometru.</li>
</ol>
2. Przygotowanie formy akrylowej
Uwaga: Akrylowa forma, która składa się z dwóch prostokątnych kawałków akrylu i akrylowego elementu w kształcie litery U, jest skonstruowana w celu stworzenia monowarstwowego fantomu żelowego. Rysunek 2 może być wykorzystany do tej procedury konstrukcyjnej.
<ol>
	<li>Wytnij dwa prostokątne kawałki akrylu z płyty akrylowej o grubości 2 mm do opcjonalnego rozmiaru.</li>
	<li>Wytnij kawałek akrylu z płyty akrylowej o grubości 1 mm do opcjonalnego rozmiaru. Wytnij kawałek akrylu o grubości 1 mm tak, aby stał się kawałkiem w kształcie litery U, który zostanie użyty do formy do wykonania fantomów naskórka o grubości 1 mm.</li>
	<li>Wytnij kawałek akrylu z płyty akrylowej o grubości 5 mm do opcjonalnego rozmiaru. Wytnij kawałek akrylu o grubości 5 mm tak, aby stał się kawałkiem w kształcie litery U, który można wykorzystać jako formę do wykonania fantomów skórnych o grubości 5 mm.</li>
	<li>Usuń wszelkie zadziory z każdego elementu akrylowego za pomocą metalowego pilnika.</li>
	<li>Wykonaj naskórkową formę fantomową, przytrzymując kawałek w kształcie litery U o grubości 1 mm z dwoma elementami akrylowymi o grubości 2 mm i mocując je za pomocą pięciu składanych klipsów.</li>
	<li>Wykonaj formę fantomową skóry, przytrzymując kawałek w kształcie litery U o grubości 5 mm z dwoma elementami akrylowymi o grubości 2 mm i mocując je za pomocą pięciu składanych klipsów.</li>
</ol>
3. Przygotowanie materiału bazowego
<ol>
	<li>Umieść 500 ml standardowej soli fizjologicznej z 0,9% (w/v) NaCl w saszetce. Powoli dodawaj 5 g proszku agarozy, mieszając mieszaninę, aby uniknąć zbrylania.</li>
	<li>Podgrzej mieszaninę agarozy w proszku i soli fizjologicznej za pomocą elektrycznego podgrzewacza o mocy 1 000 W przez 5 minut.</li>
	<li>Gdy mieszanina się zagotuje, trzymaj ją na małym ogniu przez 3 minuty.</li>
	<li>Schłodzić mieszaninę do temperatury około 70 °C. Następnie przelej mieszaninę do pojemnika i przechowuj ją w łaźni o stałej temperaturze 60 °C przez 30 minut przed zrobieniem fantomu.</li>
</ol>
4. Przygotowanie fantomów optycznych naśladujących skórę
Uwaga: Roztwór kawy jest używany do naśladowania widma absorpcji melaniny. Roztwór kawy zawiera brązowy pigment zwany melanoidyną. Doniesiono, że spektrum absorpcji melanoidyny jest podobne do melaniny10.
<ol>
	<li>Przygotuj fantom naskórka
	<ol>
		<li>Wlej 100 ml czystej wody do zbiornika ekspresu do kawy. Umieść filtr w koszyku ekspresu do kawy. Do filtra wlej 24 g zmielonej kawy. Włącz ekspres do kawy i naciśnij przycisk parzenia, aby rozpocząć parzenie.</li>
		<li>Umieść 4 ml parzonej kawy i 16 ml soli fizjologicznej w szklanej butelce, aby przygotować roztwór kawy.</li>
		<li>Umieść 5 ml emulsji lipidowej (np. intralipidowej 10%) i 10 ml roztworu kawy do przezroczystego plastikowego kubka. Powoli dodawaj 35 ml materiału bazowego do tej mieszaniny, mieszając.</li>
		<li>Zassać mieszaninę do strzykawki i powoli wstrzykiwać ją do naskórkowej formy fantomowej, unikając tworzenia się pęcherzyków. Schłodzić akrylową formę zawierającą mieszaninę w temperaturze 5 °C przez 20 minut.</li>
		<li>Wyjmij składane klipsy z formy. Wysuń jeden z kawałków akrylu na zewnątrz i wyjmij go z formy. Wyjmij zestalony fantom żelowy o grubości 1 mm z formy i przytnij go do pożądanego rozmiaru za pomocą skalpela chirurgicznego.</li>
		<li>Umieść i przytrzymaj fantom żelowy między dwoma szkiełkami.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj fantom skórny zawierający natlenioną krew
	<ol>
		<li>Weź 5,0 ml emulsji lipidowej i 0,4 ml pełnej krwi koni z 45% hematokrytem i umieść w przezroczystym plastikowym kubku. Powoli dodawać 44,6 ml materiału bazowego, mieszając mieszaninę.</li>
		<li>Zassać mieszaninę do strzykawki i powoli wstrzykiwać ją do fantomowej formy skórnej, unikając tworzenia się pęcherzyków. Schłodzić akrylową formę zawierającą mieszaninę w temperaturze 5 °C przez 20 minut.</li>
		<li>Wyjmij składane klipsy z formy. Wysuń jeden z kawałków akrylu na zewnątrz i wyjmij go z formy. Wyjmij zestalony fantom żelowy o grubości 5 mm z formy i przytnij go do pożądanego rozmiaru za pomocą skalpela chirurgicznego.</li>
		<li>Umieść i przytrzymaj fantom żelowy między dwoma szkiełkami.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj fantom skórny zawierający odtlenioną krew
	<ol>
		<li>Umieścić fantom żelu skórnego zawierającego natlenioną krew (z kroku 4.2.3) na szklanym naczyniu.</li>
		<li>Rozpuścić 1 g ditionianu sodu (Na2S2O4) w 20 ml soli fizjologicznej w szklanej butelce.</li>
		<li>Dodać 0,05 g/ml roztworu Na2S2O4 na fantom za pomocą strzykawki w celu odtlenienia krwi w fantomie.</li>
		<li>Umieść i przytrzymaj fantom między dwoma szkiełkami, aby zapobiec jego wyschnięciu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj dwuwarstwowy fantom
	<ol>
		<li>Upuść 0,1 ml soli fizjologicznej na fantom skórny, aby zapewnić optyczne sprzężenie między warstwą naskórka i skóry właściwej. Umieść fantom naskórka na fantomie skórnym.</li>
		<li>Jeśli pomiędzy warstwami znajdują się pęcherzyki powietrza, wypchnij je, głaszcząc powierzchnię dwuwarstwowego fantomu opuszkiem palca.</li>
		<li>Trzymaj dwuwarstwowy fantom między dwoma szkiełkami, aby zapobiec jego wyschnięciu.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Akwizycja widm odbicia dyfuzyjnego
<ol>
	<li>Akwizycja ciemnych widm 
	Uwaga: Czujnik urządzenia sprzężonego z ładunkiem (CCD) w spektrometrze może oszacować natężenie światła na podstawie sygnału elektrycznego generowanego w odpowiedzi na padające światło. Istnieje jednak ciemny szum37, który jest niezależny od sygnałów generowanych przez fotony, ale zależy od temperatury urządzenia, nawet jeśli czujnik nie wykrywa światła. Aby dokładnie zmierzyć intensywność widmową światła, sygnał ciemnego prądu należy zmierzyć jako ciemne widmo, a następnie odjąć od widma próbki. Ciemne widmo to widmo wykonane z zablokowaną ścieżką światła.
	<ol>
		<li>Ustaw kulę całkującą w optymalnej pozycji do pomiarów odbicia rozproszonego (<silna klasa="xfig">Rysunek 1a).</li>
		<li>Wyłącz halogen lamp źródło światła. Zablokuj drogę światła do spektrometru za pomocą wtyczki portu lub płytki ekranującej.</li>
		<li>Wybierz polecenie Zapisz ciemne z menu plików, aby zapisać ciemne spektrum.</li>
		<li>Wybierz polecenie Odejmij ciemne widmo z menu pliku, aby odjąć ciemne widmo od zmierzonego widma próbki (patrz poniżej).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Akwizycja widm referencyjnych 
	Uwaga: Właściwości optyczne komponentów użytych w tym eksperymencie, takich jak źródło światła, światłowód, soczewka achromatyczna, światłowód i spektrometr, mają swoje własne zależności długości fali. Dlatego natężenie widmowe światła przechodzącego przez te elementy optyczne powinno być mierzone jako widmo odniesienia. Do pomiaru rozproszonego widma odbicia widmo odniesienia jest widmem pobranym za pomocą standardowego białego dyfuzora oświetlonego światłem ze źródła światła.
	<ol>
		<li>Włącz halogen lamp źródło światła, naciskając przycisk zasilania. Rozgrzej lampę przez co najmniej 10 minut przed uzyskaniem widma referencyjnego.</li>
		<li>Umieścić standardowy biały dyfuzor (np. Spectralon) w porcie próbki kuli integrującej.</li>
		<li>Dostosuj czas całkowania spektrometru, wybierając odpowiednią wartość z listy rozwijanej w oprogramowaniu operacyjnym spektrometru tak, aby szczytowe natężenie sygnału wynosiło około 75% maksimum intensywności spektrometru.</li>
		<li>Wybierz polecenie Zapisz odniesienie z menu pliku, aby zapisać widmo odniesienia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Akwizycja widm próbek 
	Uwaga: Widmo odbicia rozproszonego próbki jest rejestrowane i zapisywane na dysku twardym komputera osobistego przy użyciu tych samych warunków akwizycji.
	<ol>
		<li>Umieścić fantom naskórka umieszczony na dwóch szkiełkach w porcie próbki. Wybierz polecenie Zapisz z menu pliku, aby zapisać widmo odbicia rozproszonego do pliku.</li>
		<li>Powtórzyć krok 5.3.1 dla fantomów skórnych i dwuwarstwowych.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. Przejęcie całkowitego widma transmitancji
<ol>
	<li>Akwizycja ciemnych widm 
	Uwaga: Czujnik w spektrometrze może oszacować natężenie światła na podstawie sygnału elektrycznego wygenerowanego w odpowiedzi na padające światło. Istnieje jednak ciemny szum, który jest niezależny od sygnałów generowanych przez fotony, ale jest zależny od temperatury urządzenia, nawet jeśli czujnik nie wykrywa światła. Aby dokładnie zmierzyć intensywność widmową światła, sygnał ciemnego prądu należy zmierzyć jako ciemne widmo, a następnie odjąć od widma próbki. Ciemne widmo to widmo wykonane z zablokowaną ścieżką światła.
	<ol>
		<li>Ustaw kulę całkującą w optymalnej pozycji dla całkowitych pomiarów transmitancji (<silna klasa="xfig">Rysunek 1b).</li>
		<li>Wyjmij pułapkę świetlną z portu kuli integrującej i podłącz wtyczkę portu do portu.</li>
		<li>Wyłącz halogen lamp źródło światła. Zablokuj ścieżkę światła do kuli integrującej za pomocą wtyczki portu lub płytki ekranującej.</li>
		<li>Wybierz polecenie Zapisz ciemne z menu plików, aby zapisać ciemne spektrum.</li>
		<li>Wybierz polecenie Odejmij ciemne widmo z menu pliku, aby odjąć ciemne widmo od zmierzonego widma próbki (patrz poniżej).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Akwizycja widm referencyjnych 
	Uwaga: Właściwości optyczne komponentów użytych w tym eksperymencie, takich jak źródło światła, światłowód, soczewka achromatyczna, światłowód i spektrometr, mają swoje własne zależności długości fali. W związku z tym natężenie widmowe światła przechodzącego przez te składowe powinno być mierzone jako widmo odniesienia. Do pomiaru całkowitego widma transmitancji widmo odniesienia jest widmem mierzonym, gdy światło ze źródła światła bezpośrednio wpada do kuli całkującej przez port próbki.
	<ol>
		<li>Włącz halogen lamp źródło światła, naciskając przycisk zasilania. Rozgrzej lampę przez co najmniej 10 minut przed uzyskaniem widma referencyjnego.</li>
		<li>Reguluj czas całkowania spektrometru, wybierając odpowiednią wartość z rozwijanej listy czasów integracji w oprogramowaniu operacyjnym spektrometru tak, aby największe natężenie światła dawało sygnał stanowiący około 75% wartości maksymalnych.</li>
		<li>Wybierz polecenie Zapisz odniesienie z menu pliku, aby zapisać widmo odniesienia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Akwizycja widm próbek 
	Uwaga: Widmo całkowitej transmitancji próbki jest rejestrowane i zapisywane na dysku twardym komputera osobistego przy użyciu tych samych warunków akwizycji.
	<ol>
		<li>Umieścić fantom naskórka umieszczony na dwóch szkiełkach w porcie próbki. Wybierz polecenie Zapisz z menu pliku, aby zapisać całkowite widmo transmitancji do pliku.</li>
		<li>Powtórzyć krok 6.3.1 dla fantomów skórnych i dwuwarstwowych.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. Szacowanie właściwości absorpcji i rozpraszania światła
Uwaga: Zestaw widma rozproszonego odbicia i całkowitego widma transmitancji jest zapisywany na dysku twardym komputera osobistego i analizowany w trybie offline. Następnie przeprowadzana jest odwrotna symulacja Monte Carlo8,38,39,40 jest następnie wykonywana w celu oszacowania widma współczynnika absorpcji μa(λ) oraz widma zredukowanego współczynnika rozpraszania μs'(λ). W tej odwrotnej symulacji Monte Carlo szacowany współczynnik rozpraszania μs, przy założeniu, że współczynnik anizotropii g wynosi 0, jest traktowany jako zredukowany współczynnik rozpraszania μs'. Zarówno dane dotyczące współczynnika odbicia, jak i transmitancji są wykorzystywane w jednym przebiegu symulacji. Szczegółowy algorytm zastosowany w tym protokole został opisany w poprzedniej literaturze8,39. Oszacowaliśmy widmo współczynnika absorpcji μa(λ) oraz widmo zmniejszonego współczynnika rozpraszania μs'(λ) warstwy naskórka ze zbioru widma odbicia rozproszonego i całkowitego widma przepuszczalności uzyskanego z warstwy naskórka. W ten sam sposób oszacowaliśmy μa(λ) i μs'(λ) warstwy skórnej z zestawu widma odbicia rozproszonego i całkowitego widma przepuszczalności uzyskanego z warstwy skórnej.
<ol>
	<li>Otwórz plik wejściowy dla symulacji Monte Carlo.</li>
	<li>Do pliku danych wejściowych należy wprowadzić wartości zmierzonego współczynnika odbicia rozproszonego i całkowitej transmitancji w określonym zakresie długości fal od 400 do 700 nm w odstępach 10 nm. Wprowadź wartość grubości fantomu w pliku danych wejściowych.</li>
	<li>Ustaw współczynnik załamania światła n warstwy jako odpowiednią wartość w pliku danych wejściowych (np. n = 1,33 przy 550 nm). Ustaw wartość współczynnika anizotropii g na 0 w pliku danych wejściowych.</li>
	<li>Ustawić początkowe wartości współczynnika absorpcji μ a i współczynnika rozpraszania μs jako odpowiednie wartości w pliku danych wejściowych (np. μa = 0,01, μs = 0,1).</li>
	<li>Wykonaj odwrócony program symulacyjny Monte Carlo.</li>
	<li>Wpisz nazwę pliku wejściowego, a następnie uruchom symulację.</li>
	<li>Otwórz plik wyjściowy i sprawdź końcowe wartości μa i μs po zakończeniu symulacji iteracyjnej.</li>
	<li>Powtórz kroki 7.1 - 7.7 dla innych żądanych długości fal.</li>
</ol>

<ol><li>Pogue, B. W., Patterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+tissue+simulating+phantoms+for+optical+spectroscopy%2C+imaging+and+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry.</a> Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102(2006).</li>
<li>Cohen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast--detail--dose+analysis+of+six+different+computed+tomographic+scanners%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Computer+Assisted+Tomography%22%5BJournal%5D)">Contrast--detail--dose analysis of six different computed tomographic scanners.</a> Journal of Computer Assisted Tomography. 3 (2), 197-203 (1979).</li>
<li>Seltzer, S. E., Swensson, R. G., Judy, P. F., Nawfel, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+discrimination+in+computed+tomographic+images.+Effects+of+feature+contrast+and+display+window%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Radiology%22%5BJournal%5D)">Size discrimination in computed tomographic images. Effects of feature contrast and display window.</a> Investigative Radiology. 23 (6), 455-462 (1988).</li>
<li>Pifferi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+assessment+of+photon+migration+instruments%3A+the+MEDPHOT+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Performance assessment of photon migration instruments: the MEDPHOT protocol.</a> Applied Optics. 44 (11), 2104-2114 (2005).</li>
<li>Prahl, S. A. Project: Optical Phantoms. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://omlc.org/~prahl/projects/phantoms.html">http://omlc.org/~prahl/projects/phantoms.html</a> (2014).</li>
<li>Linford, J., Shalev, S., Bews, J., Brown, R., Schipper, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+tissue-equivalent+phantom+for+diaphanography%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Development of a tissue-equivalent phantom for diaphanography.</a> Medical Physics. 13 (6), 869-875 (1986).</li>
<li>Durkin, A. J., Jaikumar, S., Richardskortum, R. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/as/abstract.cfm?uri=as-47-12-2114">Optically dilute, absorbing, and turbid phantoms for fluorescence spectroscopy of homogeneous and inhomogeneous samples.</a> Applied Spectroscopy. 47 (12), 2114-2121 (1993).</li>
<li>Nishidate, I., Aizu, Y., Mishina, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+melanin+and+hemoglobin+in+skin+tissue+using+multiple+regression+analysis+aided+by+Monte+Carlo+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Estimation of melanin and hemoglobin in skin tissue using multiple regression analysis aided by Monte Carlo simulation.</a> Journal of Biomedical Optics. 9 (4), 700-710 (2004).</li>
<li>Nishidate, I., Maeda, T., Aizu, Y., Niizeki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+depth+and+thickness+of+a+local+blood+region+in+skin+tissue+using+diffuse+reflectance+images%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Visualizing depth and thickness of a local blood region in skin tissue using diffuse reflectance images.</a> Journal of Biomedical Optics. 12 (5), 054006(2007).</li>
<li>Nishidate, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+imaging+of+human+skin+hemodynamics+using+a+digital+red-green-blue+camera%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Noninvasive imaging of human skin hemodynamics using a digital red-green-blue camera.</a> Journal of Biomedical Optics. 16 (8), 086012(2011).</li>
<li>Bharathiraja, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-modality+tissue-mimicking+phantom+for+thermal+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Multi-modality tissue-mimicking phantom for thermal therapy.</a> Physics in Medicine & Biology. 49 (13), 2767-2778 (2004).</li>
<li>Firbank, M., Oda, M., Delpy, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+improved+design+for+a+stable+and+reproducible+phantom+material+for+use+in+near-infrared+spectroscopy+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">An improved design for a stable and reproducible phantom material for use in near-infrared spectroscopy and imaging.</a> Physics in Medicine & Biology. 40 (5), 955-961 (1995).</li>
<li>Hebden, J. C., Hall, D. J., Firbank, M., Delpy, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Timeresolved+optical+imaging+of+a+solid+tissue-equivalent+phantom%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Timeresolved optical imaging of a solid tissue-equivalent phantom.</a> Applied Optics. 34 (34), 8038-8047 (1995).</li>
<li>Firbank, M., Delpy, D. T. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9155/39/9/015/meta">A phantom for the testing and calibration of near-infrared spectrometers.</a> Physics in Medicine & Biology. 39 (9), 1509-1513 (1994).</li>
<li>Sukowski, U., Schubert, F., Grosenick, D., Rinneberg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+solid+phantoms+with+defined+scattering+and+absorption+properties+for+optical+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Preparation of solid phantoms with defined scattering and absorption properties for optical tomography.</a> Physics in Medicine & Biology. 41, 1823-1844 (1996).</li>
<li>Beaudry, S., P, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+a+solid+polyurethane+phantom+for+optical+imaging+through+scattering+media%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of a solid polyurethane phantom for optical imaging through scattering media.</a> Applied Optics. 38 (19), 4247-4251 (1999).</li>
<li>Lualdi, M., Colombo, A., Farina, B., Tomatis, S., Marchesini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+phantom+with+tissue-like+optical+properties+in+the+visible+and+near+infrared+for+use+in+photomedicine%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+in+Surgery+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">A phantom with tissue-like optical properties in the visible and near infrared for use in photomedicine.</a> Lasers in Surgery and Medicine. 28 (3), 237-243 (2001).</li>
<li>Dabbagh, A., Abdullah, B. J., Ramasindarum, C., Abu Kasim, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue-mimicking+gel+phantoms+for+thermal+therapy+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonic+Imaging%22%5BJournal%5D)">Tissue-mimicking gel phantoms for thermal therapy studies.</a> Ultrasonic Imaging. 36 (4), 291-316 (2014).</li>
<li>Cabrelli, L. C., Pelissari, P. I., Deana, A. M., Carneiro, A. A., Pavan, T. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+phantom+materials+for+ultrasound+and+optical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging.</a> Physics in Medicine & Biology. 62 (2), 432-447 (2017).</li>
<li>Vogt, W. C., Jia, C., Wear, K. A., Garra, B. S., Pfefer, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biologically+relevant+photoacoustic+imaging+phantoms+with+tunable+optical+and+acoustic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Biologically relevant photoacoustic imaging phantoms with tunable optical and acoustic properties.</a> Journal of Biomedical Optics. 21 (10), 101405(2016).</li>
<li>Bays, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optical+phantom+and+its+application+in+photodynamic+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+in+Surgery+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optical phantom and its application in photodynamic therapy.</a> Lasers in Surgery and Medicine. 21 (3), 227-234 (1997).</li>
<li>Ramella-Roman, J. C., Bargo, P. R., Prahl, S. A., Jacques, S. L. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/1238994/">Evaluation of spherical particle sizes with an asymmetric illumination microscope.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 9 (2), 301-306 (2003).</li>
<li>Waterworth, M. D., Tarte, B. J., Joblin, A. J., van Doorn, T., Niesler, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+transmission+properties+of+homogenised+milk+used+as+a+phantom+material+in+visible+wavelength+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Australasian+Physical+and+Engineering+Science+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optical transmission properties of homogenised milk used as a phantom material in visible wavelength imaging.</a> Australasian Physical and Engineering Science in Medicine. 18 (1), 39-44 (1995).</li>
<li>Moes, C. J., van Gemert, M. J., Star, W. M., Marijnissen, J. P., Prahl, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+and+calculations+of+the+energy+fluence+rate+in+a+scattering+and+absorbing+phantom+at+633+nm%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Measurements and calculations of the energy fluence rate in a scattering and absorbing phantom at 633 nm.</a> Applied Optics. 28 (12), 2292-2296 (1989).</li>
<li>van Staveren, H. J., Moes, C. J., van Marie, J., Prahl, S. A., van Gemert, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+scattering+in+intralipid-10%25+in+the+wavelength+range+of+400-1100+nm%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Light scattering in intralipid-10% in the wavelength range of 400-1100 nm.</a> Applied Optics. 30 (31), 4507-4514 (1991).</li>
<li>Flock, S. T., Jacques, S. L., Wilson, B. C., Star, W. M., Vangemert, M. J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical-properties+of+intralipid+-+a+phantom+medium+for+light-propagation+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+in+Surgery+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optical-properties of intralipid - a phantom medium for light-propagation studies.</a> Lasers in Surgery and Medicine. 12 (5), 510-519 (1992).</li>
<li>Madsen, S. J., Patterson, M. S., Wilson, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+India+ink+as+an+optical+absorber+in+tissue-simulating+phantoms%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">The use of India ink as an optical absorber in tissue-simulating phantoms.</a> Physics in Medicine & Biology. 37, 985-993 (1992).</li>
<li>Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+solid+tissue+phantom+for+photon+migration+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">A solid tissue phantom for photon migration studies.</a> Physics in Medicine & Biology. 42 (10), 1971-1979 (1997).</li>
<li>Ebert, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+fluorescent+dyes+for+enhanced+contrast+in+optical+mammography%3A+phantom+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Near-infrared fluorescent dyes for enhanced contrast in optical mammography: phantom experiments.</a> Journal of Biomedical Optics. 6 (2), 134-140 (2001).</li>
<li>Sukowski, U., Schubert, F., Grosenick, D., Rinneberg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+solid+phantoms+with+defined+scattering+and+absorption+properties+for+optical+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Preparation of solid phantoms with defined scattering and absorption properties for optical tomography.</a> Physics in Medicine & Biology. 41, 1823-1844 (1996).</li>
<li>Yoshida, K., Nishidate, I., Ishizuka, T., Kawauchi, S., Sato, S., Sato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+imaging+of+absorption+and+scattering+properties+of+in+vivo+exposed+rat+brain+using+a+digital+red-green-blue+camera%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera.</a> Journal of Biomedical Optics. 20 (5), 051026(2015).</li>
<li>Lo, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+strategy+for+quantitative+spectral+imaging+of+tissue+absorption+and+scattering+using+light+emitting+diodes+and+photodiodes%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">A strategy for quantitative spectral imaging of tissue absorption and scattering using light emitting diodes and photodiodes.</a> Optics Express. 17 (3), 1372-1384 (2009).</li>
<li>Bednov, A., Ulyanov, S., Cheung, C., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlation+properties+of+multiple+scattered+light%3A+implication+to+coherent+diagnostics+of+burned+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Correlation properties of multiple scattered light: implication to coherent diagnostics of burned skin.</a> Journal of Biomedical Optics. 9 (2), 347-352 (2004).</li>
<li>Hull, E. L., Nichols, M. G., Foster, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+broadband+near-infrared+spectroscopy+of+tissue-simulating+phantoms+containing+erythrocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">Quantitative broadband near-infrared spectroscopy of tissue-simulating phantoms containing erythrocytes.</a> Physics in Medicine & Biology. 43 (11), 3381-3404 (1998).</li>
<li>Kienle, A., Patterson, M. S., Ott, L., Steiner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+scattering+coefficient+and+the+anisotropy+factor+from+laser+Doppler+spectra+of+liquids+including+blood%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Determination of the scattering coefficient and the anisotropy factor from laser Doppler spectra of liquids including blood.</a> Applied Optics. 35 (19), 3404-3412 (1996).</li>
<li>Srinivasan, S., Pogue, B. W., Jiang, S., Dehghani, H., Paulsen, K. D. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-44-10-1858">Spectrally constrained chromophore and scattering NIR tomography improves quantification and robustness of reconstruction.</a> Applied Optics. 44 (10), 1858-1869 (2004).</li>
<li>Ocean Optics Inc. Glossary. Dark Noise. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://oceanoptics.com/glossary/#d">https://oceanoptics.com/glossary/#d</a> (2018).</li>
<li>Friebel, M., Roggan, A., Müller, G., Meinke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+optical+properties+of+human+blood+in+the+spectral+range+250+to+1100+nm+using+Monte+Carlo+simulations+with+hematocrit-dependent+effective+scattering+phase+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Determination of optical properties of human blood in the spectral range 250 to 1100 nm using Monte Carlo simulations with hematocrit-dependent effective scattering phase functions.</a> Journal of Biomedical Optics. 11 (3), 34021(2006).</li>
<li>Nishidate, I., Aizu, Y., Mishina, H. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10043-003-0427-7">Estimation of absorbing components in a local layer embedded in the turbid media on the basis of visible to near- infrared (VIS-NIR) reflectance spectra.</a> Optical Review. 10 (5), 427-435 (2003).</li>
<li>Friebel, M., Helfmann, J., Netz, U., Meinke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+oxygen+saturation+on+the+optical+scattering+properties+of+human+red+blood+cells+in+the+spectral+range+250+to+2000+nm%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Influence of oxygen saturation on the optical scattering properties of human red blood cells in the spectral range 250 to 2000 nm.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034001(2009).</li>
<li>Jacques, S. L., Glickman, R. D., Schwartz, J. A. <a target="_blank" href="https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/2681/1/Internal-absorption-coefficient-and-threshold-for-pulsed-laser-disruption-of/10.1117/12.239608.short?SSO=1">Internal absorption coefficient and threshold for pulsed laser disruption of melanosomes isolated from retinal pigment epithelium.</a> SPIE Conference Proceedings. 2681, 468-477 (1996).</li>
<li>Park, J., Ha, M., Yu, M., Jung, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+various+optical+tissue+phantoms+by+the+spin-coating+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Fabrication of various optical tissue phantoms by the spin-coating method.</a> Journal of Biomedical Optics. 21 (6), 065008(2016).</li>
<li>Jacques, S. L. Skin Optics. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://omlc.org/news/jan98/skinoptics.html">https://omlc.org/news/jan98/skinoptics.html</a> (1998).</li>
<li>Prahl, S. A., van Gemert, M. J. C., Welch, A. J. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-32-4-559">Determining the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method.</a> Applied Optics. 32 (4), 559-568 (1993).</li>
<li>Hale, G. M., Querry, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+constants+of+water+in+the+200-nm+to+200-um+wavelength+region%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Optical constants of water in the 200-nm to 200-um wavelength region.</a> Applied Optics. 12 (3), 555-563 (1973).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Najważniejszym krokiem w tym protokole jest kontrola temperatury materiału bazowego. Temperatura potrzebna do utrzymania materiału bazowego wahała się od 58 do 60 °C. Jeśli temperatura jest wyższa niż 70 °C, nastąpi denaturacja zarówno emulsji lipidowej, jak i krwi pełnej. W konsekwencji właściwości optyczne fantomu ulegną pogorszeniu. Jeśli temperatura jest niższa niż 40 °C, materiał bazowy zostanie nierównomiernie zżelowany, a zatem czynniki rozpraszające i absorpcyjne światła będą niejednorodnie rozmieszczone w fantom...

Fantomy optyczne to obiekty naśladujące właściwości optyczne tkanek biologicznych i były szeroko stosowane w dziedzinie optyki biomedycznej. Są one zaprojektowane w taki sposób, aby właściwości optyczne, takie jak współczynniki rozpraszania i absorpcji światła, odpowiadały właściwościom żywych tkanek ludzkich i zwierzęcych. Fantomy optyczne są zwykle używane do następujących celów: symulacja transportu światła w tkankach biologicznych, kalibracja nowo opracowanego projektu systemu optycznego, ocena jakości i wydajności istniejących systemów, porównanie wydajności między systemami oraz walidacja zdolności metod optycznych do ilościowego określania właściwości optycznych1,2,3,4,5. Dlatego do tworzenia fantomów optycznych wymagane są łatwe do zdobycia substancje, prosty proces wytwarzania, wysoka powtarzalność i stabilność optyczna.
Różne rodzaje fantomów optycznych z różnymi materiałami bazowymi, takimi jak zawiesina wodna6, żel żelatynowy7, żel agarozowy8,9,10, żel poliakrylamidowy11, żywica12,13,14,15,16, oraz silikon wulkanizujący w temperaturze pokojowej17 zostały opisane w poprzedniej literaturze. Doniesiono, że żele na bazie żelatyny i alginianu są przydatne w fantomach optycznych o niejednorodnej strukturze18. Fantomy alginianowe mają odpowiednią stabilność mechaniczną i termiczną do oceny efektów fototermicznych, takich jak badania ablacji laserowej i badania hipertermii laserowej18. Żele agarozowe mają zdolność wytwarzania niejednorodnych struktur, a ich właściwości mechaniczne i fizyczne są stabilne przez długi czas18. Żele agarozowe o wysokiej czystości mają bardzo niskie zmętnienie i słabą absorpcję optyczną. W związku z tym właściwości optyczne fantomów na bazie agarozy można łatwo zaprojektować za pomocą odpowiednich środków rozpraszających i pochłaniających światło. Ostatnio kopolimer<y blokowe styren-etylen-butylen-styren (SEBS) class = "xref">19 i żele z polichlorku winylu (PVC) 20 zostały zgłoszone jako interesujące materiały fantomowe do technik optycznych i fotoakustycznych.
Mikrosfery polimerowe7,12,21,22, sproszkowany tlenek tytanu1, oraz emulsje lipidowe23,24,25,26 takie jak mleko i emulsja lipidowa są używane jako środki rozpraszające światło, podczas gdy tusz27,28 i barwniki molekularne29,30 są używane jako absorbery światła. Rozproszone widma odbicia większości żywych narządów są zdominowane przez absorpcję natlenionej i odtlenionej hemoglobiny w czerwonych krwinkach. Dlatego roztwory hemoglobiny31,32 i krew pełna8,9,10,33,36 są często używane jako absorbery światła w fantomach do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego i obrazowania wielospektralnego.
Metoda opisana w tym artykule służy do stworzenia optycznego fantomu naśladującego transport światła w tkankach biologicznych i do scharakteryzowania jego właściwości optycznych. Jako przykład przedstawiono dwuwarstwowy fantom optyczny naśladujący właściwości optyczne ludzkiej tkanki skórnej. Przewagą tej metody nad technikami alternatywnymi jest możliwość odwzorowania rozproszonych widm odbicia żywych tkanek biologicznych w zakresie długości fal od widzialnego do bliskiej podczerwieni, a także prostota wykonania przy użyciu łatwo dostępnych materiałów i konwencjonalnych instrumentów optycznych. W związku z tym fantomy optyczne wykonane tą metodą będą przydatne do opracowania metod optycznych opartych na spektroskopii odbicia dyfuzyjnego i obrazowaniu wielospektralnym.

<table><tbody><tr><td>Źródło światła lampy halogenowej 150 W</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japonia</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Światłowód</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japonia</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Integracja Sphere</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>RT-060-SF</td><td></td></tr><tr><td>Adapter portu</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>PA-050-SMA-SF</td><td></td></tr><tr><td>Pułapka świetlna</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>LTRP-100-C</td><td></td></tr><tr><td>Spektron biały standard z 99% odbiciem rozproszonym</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr><tr><td>Światłowód</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Floryda, USA</td><td>P400-2-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Miniaturowy spektrometr światłowodowy</td><td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Floryda, USA</td><td></td><td></td>USB2000</tr><tr><td>Soczewki achromatyczne</td><td>Chuo Precision Industrial Co., Ltd, Tokio, Japonia</td><td>ACL-50-75M</td><td></td></tr><tr><td>Intralipid</td><td>Fresenius Kabi AB, Uppsala, Szwecja</td><td>Intralipid 10%</td><td></td></tr> <tr><td>Kawa (Blendy Mocha Blend Regular Coffee)</td><td>Ajinomoto AGF, Inc. Tokio, Japonia</td><td>Niedostępne</td><td></td></tr><tr><td>Pełna krew</td><td>Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japonia</td><td>0103-2</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Nippon Genetics Co., Ltd, Tokio, Japonia</td><td>NE-AG02</td><td></td></tr><tr><td>Grzejnik kuchenny</td><td>TOSHIBA CORPORATION Tokio, Japonia</td><td>HP-103K</td><td></td></tr></tbody></table>

fantomy optyczne na bazie agarozy naśladujące tkanki do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Ten protokół opisuje, jak tworzyć fantomy naśladujące tkanki na bazie agarozy i pokazuje, jak określić ich właściwości optyczne za pomocą konwencjonalnego systemu optycznego z całkującą kulą. Układy pomiarowe do akwizycji widm odbicia rozproszonego i całkowitej transmitancji są zbudowane z szerokopasmowego źródła światła białego, światłowodu, soczewki achromatycznej, kuli całkującej, uchwytu próbki, sondy światłowodowej i spektrometru wielokanałowego. Forma akrylowa składająca się z dwóch prostokątnych kawałków akrylu i kawałka akrylu w kształcie litery U jest skonstruowana tak, aby stworzyć fantom naskórka i fantom skórny z pełną krwią. Zastosowanie roztworu ditionianu sodu (Na2S2O4) do fantomu skórnego umożliwia badaczowi odtlenienie hemoglobiny w czerwonych krwinkach rozmieszczonych w fantomie skóry. Odwrotną symulację Monte Carlo z widmami rozproszonego współczynnika odbicia i całkowitej transmitancji mierzonymi za pomocą spektrometru ze sferą całkującą przeprowadza się w celu wyznaczenia widma współczynnika absorpcji μa(λ) i widma zredukowanego współczynnika rozpraszania μs'(λ) każdego fantomu warstwy. Dwuwarstwowy fantom naśladujący rozproszony współczynnik odbicia ludzkiej tkanki skórnej jest również demonstrowany przez nawarstwienie fantomu naskórka na fantomie skórnym.

Rysunek 3 przedstawia reprezentatywne oszacowane widma zredukowanego współczynnika rozpraszania oraz współczynnika absorpcji dla fantoma naskórka i fantoma skóry właściwej. Wyniki przedstawione na Rysunku 3 stanowią średnią z dziesięciu pomiarów widm odbicia i transmisji. Zredukowany współczynnik rozpraszania µs' charakteryzuje się szerokim widmem rozpraszania, wykazując wyższą wartość przy krótszych ...

Tutaj pokazujemy, jak zbudowane są fantomy optyczne naśladujące tkanki na bazie agarozy i jak określa się ich właściwości optyczne za pomocą konwencjonalnego systemu optycznego z całkującą kulą.

Fantomy optyczne na bazie agarozy naśladujące tkanki do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a ...

Pocisk ten może pomóc w rozwiązaniu kluczowych problemów w dziedzinie optyki biomedycznej, takich jak rozwój pocisków optycznych opartych na spektroskopii reflektorów dyfuzyjnych. Główną zaletą tej techniki jest to, że widmo rozproszonego reflektora pomaga żywym, biologicznym tkankom niewidocznym dla obszaru mózgu w bliskiej podczerwieni można przedstawić za pomocą łatwo dostępnych materiałów. Tworzenie jednowarstwowych fantomów żelowych wymaga użycia form.Forma fantomowa naskórka składa się z płytki akrylowej o grubości jednego milimetra pociętej w kształcie litery U. Istnieje również rozmiar płyty akrylowej o grubości do milimetra, aby pokryć pierwszą płytę. Ta płyta tworzy jedną stronę formy.Druga płyta o grubości dwóch milimetrów tworzy drugą stronę formy. Po umieszczeniu elementów na miejscu przymocuj je za pomocą pięciu klipsów. Zbuduj fantomową formę skórną w podobny sposób z akrylową płytką w kształcie litery U o grubości pięciu milimetrów między płytkami o grubości dwóch-dwóch milimetrów.Przymocuj te elementy za pomocą klipsów. Produkcja materiału bazowego wymaga roztworu soli fizjologicznej i proszku agarozy. Umieść 500 mililitrów soli fizjologicznej w garnku.Następnie mieszaj, powoli dodając pięć gramów agarozy. Dodaj termometr i umieść garnek na płycie grzejnej na mocy 1000 watów na pięć minut. Gdy mieszanina się zagotuje, zmniejsz ogień na mały ogień na trzy minuty.Poczekaj, aż mieszanina ostygnie do temperatury około 70 stopni Celsjusza przed przelaniem jej do pojemnika. Przechowuj go w łaźni o stałej temperaturze 60 stopni Celsjusza przez 30 minut. Melanina w naskórku jest naśladowana przez roztwór kawy w fantomie naskórka.Stwórz to, mieszając cztery mililitry parzonej kawy i 16 mililitrów soli fizjologicznej w szklanej butelce. Następnie wlej pięć mililitrów emulsji lipidowej do przezroczystego plastikowego kubka i dodaj 10 mililitrów roztworu kawy. Wymieszaj mieszaninę, dodając 35 mililitrów materiału bazowego.Przygotuj naskórkową formę fantomową i odessaj mieszaninę do strzykawki. Powoli wstrzykuj mieszaninę do formy, unikając tworzenia się pęcherzyków. Ta wypełniona forma jest gotowa do schłodzenia w celu wytworzenia żelu.Weź go do schłodzenia w temperaturze pięciu stopni Celsjusza przez 20 minut. Po ostygnięciu wyjmij klipsy z formy. Wysuń jeden z elementów akrylu na zewnątrz, aby go usunąć.Wyjmij fantom zestalonego żelu o grubości jednego milimetra z formy. Użyj skalpela chirurgicznego, aby przyciąć fantom do pożądanego rozmiaru. Następnie umieść i przytrzymaj fantom żelu między dwoma szkiełkami.Zacznij od pięciu mililitrów emulsji lipidowej w przezroczystym plastikowym kubku. Aby uzyskać natlenioną krew, dodaj całą krew koni. Następnie wymieszaj mieszaninę, dodając materiał bazowy.Przygotuj fantomową formę skórną i odessaj mieszaninę do strzykawki. Powoli wstrzykuj mieszaninę do formy i unikaj tworzenia się pęcherzyków. Oto forma po jej napełnieniu i jest gotowa do schłodzenia.Weź formę do schłodzenia w temperaturze pięciu stopni Celsjusza przez 20 minut. Wyjmij formę po schłodzeniu i usuń klipsy oraz jeden zewnętrzny kawałek akrylu. Wyjmij odsłonięty fantom zestalonego żelu o grubości pięciu milimetrów z formy.Użyj skalpela chirurgicznego, aby przyciąć go do pożądanego rozmiaru. Umieść i przytrzymaj fantom między dwoma szkiełkami. W przypadku fantomu odtlenionego zacznij od fanmu natlenionej krwi.Za pomocą strzykawki wkroplić roztwór ditionianu sodu na fantom w celu odtlenienia krwi. Umieść i przytrzymaj fantom między dwoma szklanymi szkiełkami, aby zapobiec jego wyschnięciu. Uzyskać i fantom naskórkowy i skórny.Upuść 0,1 mililitra roztworu soli fizjologicznej na fantom skórny, aby pomóc w sprzężeniu optycznym. Następnie umieść fantom naskórka na fantomie skórnym i roztworze soli fizjologicznej. Pogłaszcz powierzchnię, aby wypchnąć pęcherzyki powietrza między warstwami.Zbuduj dwuwarstwowy fantom między dwoma szklanymi szkiełkami, aby zapobiec jego wyschnięciu. Ustaw aparaturę do pomiaru widm odbicia. Kluczem do pomiarów jest całkująca kula, która ma uchwyt na próbkę po jednej stronie.Po drugiej stronie znajduje się pułapka świetlna i otwór wejściowy dla padającego światła. Spektrometr zbiera światło za pomocą światłowodu z portu detektora kuli. Ten schemat zawiera przegląd konfiguracji.Zwróć uwagę, że nieużywane porty są zatkane, aby zapobiec przedostawaniu się światła do kuli. Źródłem światła jest lampa halogenowa o mocy 150 W z światłowodem wykorzystującym soczewkę achromatyczną do skupiania światła na próbce. Włącz lampę halogenową.Gdy się nagrzewa, przejdź do portu próbki kuli integrującej. Tam umieść standardowy biały dyfuzor na uchwycie próbki i przygotuj się do pomiaru. Dostosuj czas integracji spektrometru i zapisz widmo referencyjne.Zanieś jeden z fantomów do uchwytu na próbkę. Umieścić fantom, nadal umieszczony między dwoma szklanymi szkiełkami, w porcie próbki i przygotować do kolejnego pomiaru. Zmierz transmitowane widmo i zapisz dane w pliku.Aby zmierzyć widma transmitancji, zmień konfigurację tak, aby była zgodna z tym schematem. Zauważ, że światło dostaje się teraz do sfery całkującej przez próbkę w porcie próbki. Pozostałe porty są podłączone.Jest to kula całkująca gotowa do pomiaru widm transmitancji. W celu dokonania pomiaru należy umieścić fantom umieszczony między dwoma szkiełkami podstawowymi w uchwycie na próbkę. Wykonaj pomiar i zapisz dane.Widma te pochodzą z dwuwarstwowego fantomu z natlenioną krwią w warstwie skórnej o stężeniu 3%Widma dotyczą próbek o dwóch różnych stężeniach roztworu kawy w warstwie naskórka. Rozproszony współczynnik odbicia zmniejsza się wraz ze wzrostem roztworu kawy, który naśladuje melaninę. Jest to szczególnie widoczne na falach krótkich.Oto widma dla stałego stężenia roztworu kawy w warstwie naskórka wynoszącego 7% i zmiennego stężenia krwi w warstwie skórnej. Silna absorpcja światła hemoglobiny wyjaśnia różnice w widmach w zakresie od 500 do 600 nanometrów. Rozproszone widma odbicia różnią się w zależności od stanu natlenienia krwi.Dla każdego z tych widm stężenie roztworu kawy w warstwie naskórka jest ustalone na poziomie 7%, a stężenie krwi w warstwie skórnej jest ustalone na poziomie 3%Zebrane dane są przydatne do oszacowania właściwości optycznych fantomów za pomocą odwrotnej symulacji Monte Carlo. Są to przykłady obliczonego średniego widma zredukowanego współczynnika rozpraszania oraz współczynnika absorpcji warstwy naskórka i skóry właściwej. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu sześciu godzin, jeśli jest odpowiednio zaprogramowana.Podczas wykonywania fantomów należy pamiętać o utrzymywaniu materiału bazowego w kąpieli o stałej temperaturze 60 stopni Celsjusza. Wykonując tę procedurę, można skonstruować trzy- lub czterowarstwowe fantomy w celu zbadania innych tematów, takich jak reprezentacje poprzednich widm odbicia dla tkanek biologicznych z bardziej skomplikowanymi schematami. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się optyką biomedyczną do delegowania nowych sposobów tworzenia pocisków i systemów optycznych.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak stworzyć fantom optyczny, który naśladuje transport światła w tkankach biologicznych i scharakteryzować jego właściwości optyczne. Nie zapominaj, że praca z ditionitem sodu może być niebezpieczna, a odpowiedni sprzęt, taki jak gogle, rękawiczki i maska na twarz, powinien być noszony podczas tworzenia fantomu skórnego zawierającego natlenioną krew.

agarose-based-tissue-mimicking-optical-phantoms-for-diffuse

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Obrazowanie fluorescencyjne w bliskiej podczerwieni (NIRF) może poprawić wyniki terapeutyczne operacji raka piersi, umożliwiając śródoperacyjną lokalizację guza i ocenę statusu marginesu chirurgicznego. Korzystając z symulujących tkankowo fantomów piersi zawierających fluorescencyjne inkluzje symulujące nowotwór, można ocenić potencjalne zastosowania kliniczne obrazowania NIRF u pacjentek z rakiem piersi w celach standaryzacyjnych i szkoleniowych.

Fantomy symulujące tkanki do oceny potencjalnych zastosowań obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni w chirurgii raka piersi

Opisano montaż i użycie multimodalnego mikroendoskopu, który może rejestrować dane obrazu tkanek powierzchownych z parametrami fizjologicznymi tkanek, w tym stężeniem hemoglobiny, stężeniem melaniny i nasyceniem tlenem. Technika ta może być przydatna do oceny struktury tkanki i perfuzji oraz może być zoptymalizowana pod kątem indywidualnych potrzeb badacza.

Multimodalna platforma obrazowania i spektroskopii mikroendoskopii z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo

Opisujemy konstrukcję spektrometru CW-SBS do szybkiego rozpraszania Brillouiny stymulowanego falami ciągłymi. Spektrometr wykorzystuje lasery diodowe o pojedynczej częstotliwości i atomowy filtr wycinający do pozyskiwania widm transmisyjnych mętnych/niemętnych próbek o wysokiej rozdzielczości spektralnej przy prędkościach do 100 razy większych niż w przypadku istniejących spektrometrów CW-SBS. To ulepszenie umożliwia szybką analizę materiału Brillouina.<br...

Szybki spektrometr rozpraszania Brillouina stymulowany falami ciągłymi do analizy materiałów

Ten protokół opisuje, w jaki sposób użycie spektroskopii polaryzacji dyfuzyjnej może poprawić kliniczną użyteczność testu uzupełniania naczyń włosowatych. Sugerujemy bardziej szczegółową analizę przebiegu uzupełniania naczyń włosowatych u zdrowych ochotników z wykorzystaniem filmów ze spektroskopii odbicia dyfuzyjnego oraz nowych informatycznych punktów końcowych.

Spektroskopia odbicia rozproszonego: test uzupełniania naczyń włosowatych pod kciukiem

Optyczne fantomy tkanek są niezbędnymi narzędziami do kalibracji i charakterystyki systemów obrazowania optycznego oraz walidacji modeli teoretycznych. W tym artykule szczegółowo opisano metodę wytwarzania fantomów, która obejmuje replikację właściwości optycznych tkanek i trójwymiarowej struktury tkanki.

Wytwarzanie i charakterystyka fantomów tkanek optycznych zawierających makrostrukturę

Powlekanie wirowe, druk polyjet i modelowanie osadzania topionego są zintegrowane w celu wytworzenia wielowarstwowych heterogenicznych fantomów, które symulują strukturalne i funkcjonalne właściwości tkanki biologicznej.

Multimodalny druk 3D fantomów symulujący tkankę biologiczną

Ten protokół opisuje wytwarzanie stabilnego, biologicznie istotnego materiału fantomowego do zastosowań optycznego i akustycznego obrazowania biomedycznego, o niezależnych właściwościach akustycznych i optycznych.

Stabilny materiał fantomowy do obrazowania optycznego i akustycznego

Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania fantomów tkanki nowotworowej, które replikują właściwości optyczne dla plazmonicznej terapii fototermicznej. Szczegółowo opisano w nim przygotowanie fantomowe, oceny fototermiczne i walidację opracowanego modelu numerycznego opartego na pomiarach temperatury fototermicznej w celu oceny parametrów terapeutycznych, oferując etyczną, opłacalną alternatywę dla badań in vivo do wstępnych testów.

Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury

Ilościowe, wysokoprzepustowe, w czasie rzeczywistym i bez znakowania wykrywanie biomolekuł (DNA, białek itp.) na powierzchniach SiO2 można osiągnąć za pomocą prostej techniki interferometrycznej, która opiera się na oświetleniu LED, minimalnej liczbie komponentów optycznych i kamerze. Sensor obrazowania odbiciowego interferometrycznego (IRIS) jest niedrogi, prosty w obsłudze i dostosowany do formatów mikromacierzy.

Detekcja biomolekularna z wykorzystaniem interferometrycznego czujnika obrazowania odbiciowego (IRIS)

Spektroskopia Ramana jest odpowiednią techniką do bezkontaktowej, bezetykietowej analizy żywych komórek, konstruktów inżynierii tkankowej oraz tkanek natywnych. Specyficzne dla źródła sygnatury spektralne mogą być generowane i analizowane przy użyciu analizy wielowariancyjnej.

Bezkontaktowy i bezetykietowy monitoring komórek oraz macierzy pozakomórkowej z wykorzystaniem spektroskopii Ramanowskiej

Poznaj tworzenie fantomów optycznych na bazie agarozy naśladujących tkanki biologiczne do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego. Ta metoda umożliwia dokładne wyznaczanie właściwości optycznych materiałów.

Fantomy optyczne na bazie agarozy naśladujące tkanki do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego

Przeglądaj więcej filmów