На основе агарозы ткани, подражая оптических фантомы для диффузного отражения спектроскопии

Эта ракета может помочь в решении ключевых проблем в области биомедицинской оптики, таких как разработка оптических ракет на основе спектроскопии диффузного отражателя. Основное преимущество этой методики заключается в том, что диффузный отражательный спектр помогает живым, биологическим тканям, невидимым для ближнего инфракрасного излучения области мозга, быть представлена с помощью легкодоступных материалов. Создание монослойных гелевых фантомов требует использования пресс-форм.

Эпидермальная фантомная форма состоит из акриловой пластины толщиной в один миллиметр, вырезанной в форме буквы U. Существует также акриловая пластина толщиной до миллиметра для покрытия первой пластины. Эта пластина образует одну сторону формы.

Вторая пластина толщиной два миллиметра образует другую сторону формы. Когда компоненты на месте, зафиксируйте их с помощью пяти зажимов. Постройте дермальную фантомную форму аналогично с помощью U-образной акриловой пластины толщиной пять миллиметров между пластинами толщиной два-два миллиметра.

Зафиксируйте эти детали зажимами. Для производства основного материала необходим солевой раствор и порошок агарозы. Налейте в кастрюлю 500 миллилитров физраствора.

Затем помешиваем, медленно добавляя пять грамм агарозы. Добавьте термометр и поставьте кастрюлю на горячую плиту на 1000 Вт на пять минут. Как только смесь закипит, убавьте огонь до слабого огня на три минуты.

Подождите, пока смесь остынет до температуры около 70 градусов по Цельсию, прежде чем перелить ее в емкость. Держите его в бане постоянной температуры при температуре 60 градусов Цельсия в течение 30 минут. Меланин в эпидермисе имитируется кофейным раствором в эпидермальном фантоме.

Создайте его, смешав четыре миллилитра сваренного кофе и 16 миллилитров физиологического раствора в стеклянной бутылке. Далее налейте пять миллилитров липидной эмульсии в прозрачный пластиковый стаканчик и добавьте 10 миллилитров кофейного раствора. Перемешайте смесь, добавляя при этом 35 миллилитров основного материала.

Приготовьте эпидермальную фантомную форму и аспирируйте смесь в шприц. Медленно впрыскивайте смесь в форму, избегая образования пузырьков. Заполненная форма готова к охлаждению для создания геля.

Возьмите его остыть при пяти градусах Цельсия в течение 20 минут. Когда охлаждение закончится, выньте зажимы из формы. Сдвиньте один из акриловых кусочков наружу, чтобы снять его.

Достаньте из формы затвердевший гелевый фантом толщиной в один миллиметр. С помощью хирургического скальпеля разрежьте фантом до нужного размера. Затем поместите и удерживайте гелевый фантом между двумя стеклянными предметными стеклами.

Начните с пяти миллилитров липидной эмульсии в прозрачном пластиковом стаканчике. Для насыщенной кислородом крови добавьте цельную кровь лошади. Затем перемешайте смесь, добавляя основной материал.

Приготовьте дермальную фантомную форму и аспирируйте смесь в шприц. Медленно впрыскивайте смесь в форму и избегайте образования пузырьков. Вот форма после того, как она будет заполнена и готова к охлаждению.

Возьмите форму для охлаждения при пяти градусах Цельсия в течение 20 минут. Достаньте форму после остывания и снимите зажимы и одну внешнюю акриловую деталь. Выньте из формы затвердевший гелевый фантом толщиной пять миллиметров.

С помощью хирургического скальпеля разрежьте его до нужного размера. Поместите и удерживайте фантом между двумя стеклянными предметными стеклами. Для фантома, лишенного кислорода, начните с фантома с насыщенной кислородом крови.

С помощью шприца капните раствор дитионита натрия на фантом, чтобы лишить кровь кислорода. Поместите и удерживайте фантом между двумя стеклянными предметными стеклами, чтобы предотвратить его высыхание. Получают и эпидермальный, и дермальный фантом.

Капните 0,1 миллилитра физиологического раствора на дермальный фантом, чтобы помочь с оптическим соединением. Затем поместите эпидермальный фантом поверх дермального фантома и физиологического раствора. Погладьте поверхность, чтобы вытолкнуть пузырьки воздуха между слоями.

Постройте двухслойный фантом между двумя стеклянными предметными стеклами, чтобы предотвратить его высыхание. Настройте аппарат для измерения спектров отражения. Ключом к измерениям является интегрирующая сфера, которая имеет держатель образца с одной стороны.

С другой стороны находятся световая ловушка и входное отверстие для падающего света. Спектрометр собирает свет с помощью оптического волокна от детекторного порта сферы. На этой схеме представлен обзор настройки.

Обратите внимание, что неиспользуемые порты заглушены для предотвращения попадания света внутрь сферы. Источником света является галогенная лампа мощностью 150 Вт со световодом, использующим ахроматическую линзу для фокусировки света на образце. Включите галогенную лампу.

По мере нагревания перемещайтесь к порту образца интегрирующей сферы. Там поместите стандартный белый диффузор на держатель образца и подготовьтесь к измерению. Отрегулируйте время интеграции спектрометра и сохраните эталонный спектр.

Поднесите один из фантомов к держателю для образцов. Поместите фантом, все еще зажатый между двумя стеклянными предметными стеклами, в порт для образца и подготовьтесь к еще одному измерению. Измеряйте передаваемый спектр и сохраняйте данные в файле.

Чтобы измерить спектры коэффициента пропускания, измените настройку в соответствии с данной схемой. Обратите внимание, что теперь свет попадает в интегрирующую сферу через образец в порту образца. Остальные порты закупорены.

Это интегрирующая сфера, готовая к измерению спектров коэффициента пропускания. Для измерения поместите фантом, зажатый между двумя стеклянными предметными стеклами в держателе образца. Выполните измерение и сохраните данные.

Эти спектры взяты из двухслойного фантома с насыщенной кислородом кровью в дермальном слое, который имеет концентрацию 3%. Спектры относятся к образцам с двумя различными концентрациями кофейного раствора в эпидермальном слое. Диффузная отражательная способность уменьшается с увеличением количества кофейного раствора, который имитирует меланин. Это особенно заметно на коротких волнах.

Вот спектры для постоянной концентрации кофейного раствора в эпидермальном слое 7% и изменяющейся концентрации в крови в дермальном слое. Сильное поглощение света гемоглобина объясняет различия в спектрах в диапазоне от 500 до 600 нанометров. Спектры диффузного отражения различаются в зависимости от состояния оксигенации крови.

Для каждого из этих спектров концентрация раствора кофе в эпидермальном слое зафиксирована на уровне 7%, а концентрация крови в дермальном слое зафиксирована на уровне 3%. Собранные данные полезны для оценки оптических свойств фантомов с помощью обратного моделирования методом Монте-Карло. Это примеры расчетного среднего спектра пониженного коэффициента рассеяния и коэффициента поглощения эпидермального и дермального слоев. После освоения этой техники ее можно выполнить за шесть часов, если она правильно запрограммирована.

При изготовлении фантомов важно помнить о том, что материал основы должен находиться в ванне постоянной температуры при температуре 60 градусов по Цельсию. Выполняя эту процедуру, можно сконструировать трех- или четырехслойные фантомы для изучения других тем, таких как представления предыдущих спектров отражения для биологических тканей с более сложными схемами. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области биомедицинской оптики к делегированию новых способов создания оптических ракет и систем.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как создать оптический фантом, имитирующий перенос света в биологических тканях, и охарактеризовать его оптические свойства. Не забывайте, что работа с дитионитом натрия может быть опасной и при создании кожного фантома, содержащего насыщенную кислородом кровь, следует надевать соответствующее оборудование, такое как гугли, перчатки и маска для лица.