Um material fantasma estável para imagens ópticas e acústicas
16 de junho de 2023
Este protocolo descreve a fabricação de um material simulador estável e biologicamente relevante para aplicações de imagens biomédicas ópticas e acústicas, apresentando propriedades acústicas e ópticas ajustáveis independentemente.
Nossa pesquisa está focada no desenvolvimento de novas modalidades de imagem para detecção precoce do câncer. Neste estudo em particular, focamos no desenvolvimento de um objeto de teste estável, ou também chamado de simulador, para validar modalidades de imagem baseadas em luz e/ou som. Diferentes recursos têm sido propostos para desenvolver materiais imitadores de tecidos no regime óptico acústico.
Por exemplo, PVA, hidrogéis, poliuretano ou PVCP. Este estudo se concentra em um novo tipo de material promissor baseado na composição do óleo de polimanismo do núcleo, que supera muitos dos desafios de ajuste e estabilidade. O campo da óptica biomédica abrange uma ampla gama de modalidades de imagem que podem ser aplicadas a alguns dos principais desafios que a medicina enfrenta hoje.
Muitas das modalidades de imagem óptica são relativamente limitadas em profundidade, mas também podemos acoplar luz com som através do efeito fotoacústico para aproveitar alguns dos benefícios de penetração de profundidade do ultrassom. A imagem fotoacústica tem se mostrado promissora em uma ampla gama de ensaios clínicos, desde a inflamação por imagem até o diagnóstico de câncer. No entanto, a avaliação quantitativa do desempenho permanece desafiadora devido à falta de materiais simuladores disponíveis que possam imitar com precisão as propriedades ópticas e acústicas do tecido e permanecer estáveis ao longo do tempo.
Muitos novos sistemas de imagem óptica e fotoacústica estão sendo desenvolvidos, mas não temos um simulador de referência padronizado para validar esses sistemas e comparar seu desempenho. Nosso material é um candidato promissor para preencher essa lacuna e apoiar o desenvolvimento e a tradução dessas novas e empolgantes técnicas para a clínica. No futuro, gostaríamos de nos concentrar na criação de projetos e arquiteturas fantasmas anatomicamente mais realistas que sejam adequados para avaliar o desempenho de diferentes configurações de sistema.
Por exemplo, sistemas microscópicos, mesoscópicos e macroscópicos, que possuem diferentes geometrias e resoluções espaciais.
Visão Geral
Este estudo apresenta um protocolo para a criação de um material de fantasma estável projetado para imagem biomédica óptica e acústica. O material de fantasma possui propriedades acústicas e ópticas ajustáveis, abordando desafios na validação de modalidades de imagem.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Imagem biomédica
- Imagem óptica
- Imagem acústica
Antecedentes
- O desenvolvimento de materiais que imitam tecidos é crucial para validar técnicas de imagem.
- Os materiais existentes frequentemente apresentam falta de estabilidade e sintonizabilidade.
- A imagem fotoacústica combina luz e som para maior penetração em tecidos.
- São necessários fantomas de referência padronizados para avaliação de desempenho de sistemas de imagem.
Objetivo do Estudo
- Produzir um material estável para uso como fantoma em imagens ópticas e acústicas.
- Fornecer uma solução para a falta de materiais de fantoma confiáveis na óptica biomédica.
- Apoiar o desenvolvimento e a translação de novas técnicas de imagem para ambientes clínicos.
Métodos Utilizados
- Sonicar dióxido de titânio e corante em óleo mineral.
- Aquecer e misturar polímeros (SEBS e LDPE) na solução sonicada.
- Remoção a vácuo das bolhas de ar da mistura.
- Despejar a solução em moldes e deixar endurecer à temperatura ambiente.
Resultados Principais
- Preparação bem-sucedida de um material fantasma liso e homogêneo.
- Três designs distintos de fantomas foram criados para diferentes sistemas de imagem.
- O material demonstrou estabilidade e ajustabilidade nas propriedades ópticas e acústicas.
- Abordagem dos desafios nos materiais fantoma existentes para imagem fotoacústica.
Conclusões
- O material de fantasma desenvolvido é um candidato promissor para a validação de modalidades de imagem.
- O trabalho futuro focará na criação de designs anatomicamente realistas.
- Esta pesquisa contribui para o avanço das técnicas de imagem em aplicações clínicas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Materiais de fantoma padronizados e estáveis são essenciais para a avaliação e validação de plataformas de imagem óptica e acústica em P&D biofarmacêutica. Esse fantoma de copolímero em óleo permite comparação reprodutível e quantitativa de dispositivos e apóia o desenvolvimento de padrões de imagem entre instituições. Suas propriedades ajustáveis e que imitam tecidos impactam diretamente os fluxos de trabalho de imagem translacional e a adoção de tecnologias.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite testes rigorosos de hipóteses em sistemas de detecção de biomarcadores baseados em imagem.
- Auxilia na redução de riscos mecanicistas ao fornecer condições de teste biologicamente relevantes e reprodutíveis.
- Facilita a validação funcional de alvos de imagem por meio de materiais de referência padronizados.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaio
- Fornece um substrato validado para calibração de ensaios quantitativos e padronização de dispositivos.
- Garante reprodutibilidade e comparabilidade dos resultados de imagem entre plataformas e locais.
- Permite preparação escalonável e repetível para ambientes de triagem de alto rendimento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha o desempenho do sistema de imagem com propriedades teciduais relevantes para a doença, garantindo continuidade translacional.
- Apoia a validação de modelos pré-clínicos ao imitar as características acústicas e ópticas do tecido humano.
- Reduz o risco no avanço de biomarcadores de imagem rumo à aplicação clínica.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este material de fantasma integra-se ao continuum de validação de imagem desde a fase inicial de descoberta até o desenvolvimento pré-clínico, apoiando a calibração de dispositivos, o desenvolvimento de ensaios e a pesquisa translacional.
- Biologia Descoberta: Fornece um ambiente controlado para estudos de imagem orientados por hipóteses e interrogatório de vias.
- Triagem: Fornece leituras quantitativas e reprodutíveis para comparação de referência de dispositivos e ensaios.
- Análises: Permite a medição precisa de parâmetros acústicos e ópticos para comparação entre sistemas.
- Pesquisa Translacional: Conecta a validação de imagem pré-clínica com a tradução clínica, simulando propriedades teciduais relevantes.
- Reutilização Empresarial: Oferece um padrão durável e escalável para avaliação contínua de plataformas de imagem e desenvolvimento de métodos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz ambiguidades na validação de alvos baseada em imagem.
- Valor Operacional: Padroniza fluxos de trabalho de imagem e melhora a reprodutibilidade entre equipes de P&D.
- Valor Estratégico: Aprimora a tomada de decisões de prosseguir/interromper investimentos em tecnologias de imagem e no avanço da carteira de projetos.
- Impacto na Carteira: Permite a priorização ajustada ao risco de modalidades de imagem e estratégias de biomarcadores translacionais.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência na preparação de materiais e na calibração do sistema de imagem.
- Necessita de acesso a equipamentos de sonicação, aquecimento e vácuo para fabricação reprodutível.
- Exige padronização entre equipes nos protocolos de preparação do fantoma e de aquisição de imagens.
- Adaptável a diversas geometrias de imagem e configurações de sistema, conforme demonstrado no protocolo.
- A homogeneidade e a remoção de bolhas de ar são fundamentais para resultados de imagem confiáveis.
