Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur

Published: February 12, 2018 doi: 10.3791/57031
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1, 1
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Deparment of Molecular Pathogenesis and Immunology, Texas A&M College of Medicine

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 werden verkregen met dezelfde methoden beschreven in stap 1.4-1.5. Gebruik van dieren werd goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC) in Texas A & M University. Een geschikte verhouding van TiO2 tot en met Oost-Indische inkt werd gevonden voor zowel gezonde en ontstoken lymfkliertest longweefsel voor 535 nm golflengte licht (tabel 5).

Recepten voor materialen met verschillende optische eigenschappen worden weergegeven in de tabellen 1-4 en grafisch in de figuren 2–3. De afhankelijkheid van absorptie en verstrooiing op deeltje concentratie worden samengevat in Figuur 4. Trends in d'absorption acoustique en verminderde verstrooiing coëfficiënt voor spoken met een constante concentratie van TiO2 (verstrooiing particle) (Figuur 4A, 4B) en een constante concentratie van de Oost-Indische inkt (absorberende deeltjes ) (Figuur 4C, 4 D) tonen de relatie van optische eigenschappen aan beide deeltjes. Om ervoor te zorgen de reproduceerbaarheid van deze optische eigenschappen, moet goede mengen techniek worden gebruikt. Afwikkeling en ribboning van TiO2 deeltjes zal leiden tot een verschuiving in de coëfficiënt van de verstrooiing van de uitgeharde phantom (Figuur 5). Oost-Indische inkt vlekken de mengen container vermindert tevens de d'absorption acoustique.

De Long phantoms werden ontworpen met behulp van een fractal-boomstructuur voor de interne leegte (Figuur 1C). De 3D-gedrukte structuur moet damp gepolijst om te maken een goede interne oppervlak binnen de phantom (Figuur 1E). Figuur 6 geeft een vergelijking van licht verstrooiing van een phantom die niet ontgaste was of damp gepolijst (Figuur 6A, C), en een phantom die had een damp gepolijst binnenste gedeelte en was ontgast (Figuur 6B, 6 D). De spoken waren beeld met behulp van verlichting van een externe witte lichtbron (Figuur 6A, 6B) en met een interne microendoscope bron bij 535 nm (Figuur 6C, 6 D). Damp polijsten en ontgassing minimaliseren de aanwezigheid van irreproducible scatterers, met inbegrip van de oppervlakteruwheid (Figuur 6C, inset 2) en bubbels (Figuur 6C, inset 1). Ontgassing is bijzonder belangrijk, omdat lucht zeepbel locatie willekeurig en onvoorspelbaar is. Bovendien maken de lucht bubbels zijn verduisterd zodra TiO2 deeltjes zijn opgenomen (niet afgebeeld in Figuur 6), de phantom optisch ondoorzichtig. Daarom, onzichtbare bubbels de phantom materiaal vertegenwoordiging van optische eigenschappen van de weefsels in gevaar kunnen brengen.

De damp-gepolijst 3D gedrukte deel werd gemeten met remklauwen op het honk en in de distale vestigingen en afmetingen worden vergeleken met het 3D-solid model in tabel 6. Na de fabricage van het polymeer phantom, werd de phantom beeld met behulp van een micro-CT imaging systeem (aanvullend materiaal 3). Met de 3D dataset, werden afmetingen van de interne leegte in de basis en distale vestigingen gemeten voor vergelijking (tabel 6). De damp gepolijst boom is iets kleiner aan de basis, omdat het gladstrijken van het oppervlak door de damp van aceton het oppervlak van het plastic veroorzaakt te stromen. Met het 3D afgedrukte gedeelte geschorst door de base, het oppervlak stroomt naar de distale takken, waardoor een kleine verandering in de dimensie van het deel. Er is een trade-off tussen oppervlakte gladheid en het deel grootte behouden. Een langere damp Pools zal resulteren in een gladder oppervlak, maar zal veroorzaken meer materiaal te stromen, wat resulteert in gewijzigde afmetingen.

Phantoms waren beeld in een in vivo imaging systeem met een toegangspoort voor het inbrengen van een vezelbundel microendoscope (Figuur 7). De microendoscope werd geplaatst in de leegte binnen de fantomen waaruit het gedrukte deel had ontbonden. De microendoscope werd gebruikt voor interne verlichting op 535 nm en de IVIS verlichting traject werd geblokkeerd. De plaatsing van de microendoscope wordt aangegeven in Figuur 7A. De IVIS werd gebruikt voor externe collectie van signaal. Phantoms beeld had dezelfde interne structuur als die beeld in Figuur 3. Met identieke interne structuren en buitenafmetingen, het verschil in optische eigenschappen tussen gezond longweefsel (Figuur 7A) en besmette longweefsel (Figuur 7B) is herkenbaar in de oppervlakte bestralingssterkte van de spoken. Als deze phantoms een passende reactie op een verandering in de optische eigenschappen beweert, kan deze methode voor phantom fabrikatie voor phantoms in interne verlichting onderzoeken gebruikt worden toegepast.

Figure 1
Figuur 1: Flow diagram van de fabricage van optische weefsel phantom. (A) bepalen optimale recept voor de optische eigenschappen van de doelstelling van weefsel van belang. (B) Controleer of recept. (C) de structuur van de interne ontwerpen. (D) afdrukken interne structuur met behulp van oplosbaar materiaal. (E) Vapor Pools gedrukte deel te glad oppervlak. (F) mengen van polymeer en optische deeltjes, en giet in een hittebestendige mal. (G) Degas en genezing Polydimethylsiloxaan (PDMS). (H) ontbinden gedrukte deel te maken van interne leegte. (I) controleren of phantom geometrische vorm en optische eigenschappen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: Trends in d'absorption acoustique voor Oost-Indische inkt en TiO2 concentratie. Absorptie coëfficiënten worden weergegeven voor een bereik van Oost-Indische inkt en titaandioxide concentraties op 488 nm (A), 535 nm (B), 630 nm (C), en 775 nm (D). Absorptie is laag voor lage concentraties voor beide deeltjes, en in het algemeen verhoogt met concentraties van elke deeltjes. Een plateau is bereikt tussen 5-7,5 µL Oost-Indische inkt per mL PDMS. Het stijgingspercentage is afhankelijk van de concentratie van de andere deeltjes en de golflengte. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: Trends in verminderde verstrooiing coëfficiënt voor Oost-Indische inkt en TiO2 concentratie. Verminderde verstrooiing coëfficiënten worden weergegeven voor een bereik van Oost-Indische inkt en titaandioxide concentraties op 488 nm (A), 535 nm (B), 630 nm (C), en 775 nm (D). De verminderde verstrooiing coëfficiënt is laag voor lage concentraties voor beide deeltjes, en in het algemeen verhoogt met concentraties van elk. Zoals absorptie, is het stijgingspercentage afhankelijk van de concentratie van de andere deeltjes en de golflengte. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Onderlinge afhankelijkheid van signaleringsroutes van optische eigenschappen op Oost-Indische inkt en TiO2 concentratie. Absorptie coëfficiënten en verminderde verstrooiing coëfficiënten worden weergegeven voor recepten met een constante TiO2 concentratie van 1 mg/mL PDMS (A, B) en constante India ink concentratie 5 µL/ml PDMS (C, D). Paneel (B) toont dat verstrooiing coëfficiënt met een constante concentratie van TiO2 veranderen zal wanneer de concentratie van de Oost-Indische inkt is gevarieerd, en (C) in het deelvenster wordt dat d'absorption acoustique zal veranderen voor een constante concentratie van de Oost-Indische inkt Wanneer TiO2 is gevarieerd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: mengen effecten op optische verstrooiing. Onjuiste vermenging van de niet-uitgeharde polymeer en optische deeltjes kan resulteren in een verschuiving in de optische eigenschappen. De slecht gemengde phantom vertegenwoordigd in deze afbeelding toonde beslechting van TiO2 deeltjes vóór het uitharden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Vertegenwoordiger airway phantoms met lage verstrooiing coëfficiënt materiaal ter illustratie van de succesvolle en suboptimaal fabricage. Damp polijsten en ontgassing zijn integraal stappen in het produceren van een phantom die minimale genfunctieonderzoek verstrooiing elementen heeft. (A-B) Witte lichte beelden van phantoms zonder damp polijsten en ontgassing (A) en met damp polijsten en ontgassing (B). (C-D) Phantoms van A-B is verlicht met 535 nm licht. Inzetstukken van (C) staan verbeelden verstrooiing effecten van 1) de luchtbellen en 2) in een ruwe 3D-gedrukte oppervlak. (E) weergave van een optische simulatie op basis van de computer aided design (CAD) model gebruikte voor de phantom fabricage. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : Imaging van spoken met interne verlichting. Een computersimulatie van de phantom (A) toont aan dat de oriëntatie van de interne geometrie en bron plaatsing (gele ster) voor de phantom beelden in panelen (C) en (D). A gesegmenteerd micro-CT-scan van de gezond longweefsel phantom (B) bevestigt de interne structuur is aanwezig in het optisch ondoorzichtige phantom. De mock luchtweg wordt gebruikt als een traject voor de endoscoop voor interne verlichting van de optische spoken bij een golflengte van 535 nm. De twee spoken beeld met interne verlichting zijn identiek in vorm van de externe en interne structuur, met materiaal optische eigenschappen geoptimaliseerd voor gezonde (C) en (D) longweefsel ontstoken. Alle afbeeldingen en renderings zijn op dezelfde schaal. Schaal bar = 1 cm (deelvenster C). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Table 1
Tabel 1: Look-up tabel voor 488 nm.

Table 2
Tabel 2: Look-up tabel voor 535 nm.

Table 3
Tabel 3: Look-up tabel voor 632 nm.

Table 4
Tabel 4: Look-up tabel voor 775 nm.

D'absorption acoustique (cm-1) Verminderd verstrooiing coëfficiënt (cm-1)
Gezonde muis longweefsel 2.05 ± 0,58 52.69 ± 7.83
Gezonde phantom
(2 mg TiO2 + 3,5 µL Oost-Indische inkt)		 1.96 ± 0.699 49.66 ±.12
Ontstoken muis longweefsel 5.49 ± 1.32 38.94 ± 9.68
Ontstoken phantom
(1 mg TiO2 + 10 µL Oost-Indische inkt)		 4.34 ± 0.873 39.56 ± 5.02

Tabel 5: Gemeten optische eigenschappen van phantom recepten komen overeen met de gemeten optische eigenschappen van gezonde en ontstoken muis longweefsel op 535 nm.

Basis diameter (mm) Distale tak diameter (mm)
Solide model 2.7 1,38
Damp gepolijst afdrukken 2.56 ± 0.026 1.38 ± 0.141
PDMS schimmel (gemeten vanaf CT) 2.55 ± 0.021 1.39± 0.055

Tabel 6: Controle van de interne structuur van de phantom.

Supplemental Material 1
Aanvullend materiaal 1: voorbeeld IAD invoerbestand. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Supplemental Material 2
Aanvullend materiaal 2: Fractal boom airway solide model. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Supplemental Material 3
Aanvullend materiaal 3: Micro-CT fly-thru van phantom modellering gezonde muis longweefsel. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Supplemental Material 4
Aanvullend materiaal 4: Video van roterende gesegmenteerd micro-CT-scan. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 binnen verschillende spectrale bereiken van weefsels in verschillende Staten (d.w.z. gezonde versus zieke weefsel). De optische eigenschappen zijn afhankelijk van de golflengte van belang, het basismateriaal en de concentraties van de deeltjes in de phantom. Met meerdere deeltjes is de relatie tussen verstrooiing en absorptie echter niet altijd intuïtieve41. Het stijgingspercentage van absorptie is afhankelijk van de concentratie van het deeltje verstrooiing, alsmede de absorberende deeltjes, en eveneens voor het stijgingspercentage van de coëfficiënt verlaagd verstrooiing. (Cijfers 2-4). PDMS phantoms hebben ook aangetoond dat het handhaven van hun optische eigenschappen voor maximaal 1 jaar27,28. We hebben een 3-weekse stabiliteit van optische eigenschappen binnen de fout van onze integratie bol metingen gemeten (< 15%). Opslag van deze fantomen en normen in een licht-strakke container kan bijdragen aan het behoud van hun optische eigenschappen voor langere tijd.

Damp het oplosbaar gedrukte deel polijsten zorgt voor een reproduceerbare glad oppervlak op de lucht van de interne interface van de phantom (Figuur 6). Voor de hier getoonde fractale geometrie, polijsten van de interne structuur gezwicht een afname van de gemiddelde oppervlakteruwheid van gegoten PDMS van 37.4 µm voor 7.2 µm. Dit is uiterst belangrijk als de phantom wordt gebruikt voor de validatie van een optische simulatie, omdat een ruw oppervlak is veel moeilijker om te nauwkeurig dan een soepele, uniforme ondergrond (Figuur 6E) simuleren. Ontgassing is ook zeer belangrijk vanwege het feit dat bellen binnen de PDMS phantom als optische scatterers fungeren (Figuur 6C, inset 1). Bubble locatie is niet voorspelbaar te repliceren in een simulatie, en resultaten kan vertekenen als de phantom wordt gebruikt als een ijkstandaard.

Na verificatie met micro-CT bleek een kleine hoeveelheid resterende materiaal binnen de luchtweg leegte (aanvullend materiaal 3). Bovendien, toont een segmentatie van deze dezelfde CT-scan een kleine luchtbel naast de vertakkende structuur (aanvullend materiaal 4). Tijdens fabricage leverde optisch duidelijk phantoms een volledige ontbinding van het materiaal van de interne structuur en geen luchtbellen binnen de polymeer-matrix. Verificatie met micro-CT toonde aan dat de optisch ondoorzichtige phantoms kleine gebreken, niet anders zichtbaar kunnen bevatten.

De optische deeltjes goed te mengen met de niet-uitgeharde polymeer is absoluut noodzakelijk om reproduceerbare en voorspelbare optische absorptie en verstrooiing. Een verschuiving in de coëfficiënt van de verminderde verstrooiing veroorzaakt door slechte mengen is afgebeeld in Figuur 5. Voordat het polymeer in de mal gieten, zorgen er is geen bewijsmateriaal van TiO2 deeltjes regelen of "ribboning" in het mengsel en geen bewijs van de Oost-Indische inkt vlekken de mengen container. Toevoegen van de deeltjes in de aanbevolen volgorde moet minimaliseren van deze problemen.

Het ontwerp van deze phantoms wordt beperkt door het 3D gedrukte deel. De mock luchtwegen is zo ontworpen dat het dragermateriaal kan worden keek af, omdat het niet oplosbaar. Dit kan worden overwonnen door naar een meer geavanceerde printer dat kan ofwel print materialen met verschillende oplosbaarheid of een sinteren laserprinter, die niet nodig ondersteunt materiaal te verplaatsen. Het is ook belangrijk op te merken dat de Long inherent een zeer poreus orgel vanwege de distale luchtwegen en de longblaasjes is. Terwijl die niet vertegenwoordigd is in deze phantom, zijn de optische effecten van soortgelijke structuren waargenomen met behulp van een Bragg-Nye zeepbel vlot voor optische coherentie tomografie21, air bubbles in de olijfolie42, en scheerschuim of schotel wasmiddel voor nucleaire magnetische resonantie imaging43. Creëren van polymeer schuimen met reproduceerbare kenmerken mogelijk te verzoenen van dit verschil tussen de vaste fantomen hier gepresenteerd en de Long microstructuur44.

De vorm van het definitieve phantom kan ook worden aangepast afhankelijk van de toepassing. De rechthoekige phantom hieronder was beeld met interne verlichting en gebruikt voor de validatie van een computationele model van gezonde en geïnfecteerde longen (Figuur 7). Dit ontwerp kan verder worden bijgewerkt om te vertegenwoordigen de cilindervormige romp van de muis door simpelweg het veranderen van het ontwerp van de externe polymeer schimmel.

Terwijl wij hebben gedetailleerde hier het ontwerp van een lymfkliertest Long- en luchtwegen phantom, kunnen deze methoden worden gewijzigd om aan te passen andere organen of de dieren van belang. De interne structuur kan worden geconverteerd naar een traject van de stroom voor vasculaire fantomen, of kan worden gebruikt als een cast voor een complexe interne structuur met unieke optische eigenschappen. De algehele vorm van de phantom kan ook worden afgestemd op de toepassing, dier of orgel van belang. 3D printen van zowel de interne structuren en de polymeer mallen geeft vrijheid aan het ontwerpproces van gestructureerde polymeer optische spoken. Dit zijn integraal tools in simulatie validatie en kalibratie van in vivo optische beeldvormingstechnieken, omdat het milieu in vivo nauwkeuriger dan homogene één of meerdere lagen phantoms kunnen vertegenwoordigen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dow Corning Sylgard 184 Silicone Encapsulant Clear 0.5 kg Kit Ellsworth Adhesives 184 SIL ELAST KIT 0.5KG Polydimethylsiloxane: polymer base for optical phantoms
White Rutile Titanium Dioxide powder Atlantic Equipment Engineers TI-602 Scattering particles for optical phantoms
Higgins Fountain Pen India Ink Michaels Craft Stores  10015483 Absorbing particles for optical phantom
Heat Resistant tape Uline S-7595 Heat resistant tape for polymer molds
Fortus 360mc 3D printer Stratasys N/A Able to switch build and support material with this model printer
ABS Ivory Model Material Stratasys SDS-000001 Material for printing mold parts and/or using as support for printing internal structure 
SR-30 Soluble Support Stratasys 400638-0001 Base soluble support material for printing internal structure
Flacktek Speedmixer Flacktek Inc. DAC 150.1 FV For efficient mixing of polymer and particles 
Integrating sphere Edmund Optics 58-585 For measuring optical properties
Polycarbonate build plates (1 mm) Stratasys N/A Used polycarbonate build plates from Stratasys printer can also be used

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Bioengineering kwestie 132 weefsel simuleren fantomen optische beeldvorming ijkstandaard kwaliteitsborging computer modelvalidatie 3D printen
Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Durkee, M. S., Nash, L. D.,… More

Durkee, M. S., Nash, L. D., Nooshabadi, F., Cirillo, J. D., Maitland, D. J., Maitland, K. C. Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure. J. Vis. Exp. (132), e57031, doi:10.3791/57031 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter