Fantomy optyczne na bazie agarozy naśladujące tkanki do spektroskopii odbicia dyfuzyjnego

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.