Ici, nous démontrons comment axée sur l’agarose imitant le tissu optiques fantômes sont faits et comment leurs propriétés optiques sont déterminées à l’aide d’un système optique conventionnel avec une sphère d’Ulbricht.
Ce protocole décrit comment faire basé sur agarose tissus imitant fantômes et explique comment déterminer leurs propriétés optiques en utilisant un système optique conventionnel avec une sphère d’Ulbricht. Systèmes de mesure pour l’acquisition de la réflectance diffuse et les spectres de transmittance total sont construits avec une source de lumière blanche à large bande, un guide de lumière, une lentille achromatique, une sphère d’Ulbricht, un porte-échantillon, une sonde de fibre optique et un spectromètre à canaux multiples. Un moule acrylique composé de deux pièces acryliques rectangulaires et une pièce acrylique en forme de U est construit pour créer un fantôme épidermique et un fantôme cutané avec sang. L’application d’une solution de (Na2S2O4) le dithionite de sodium à la phantom cutanée permet au chercheur de désoxygéner hémoglobine dans les globules rouges distribués dans le fantôme par voie cutanée. L’inverse de simulation Monte Carlo avec les spectres de transmittance total mesurés par un spectromètre avec une sphère d’Ulbricht et réflexion diffuse est effectué afin de déterminer l’absorption coefficient spectre µun(λ) et le réduit le coefficient de diffusion du spectre µs‘ (λ) de chaque couche fantôme. Un fantôme à deux couches imitant la réflectance diffuse du tissu de la peau humaine est également démontré en entassant le fantôme épidermique sur le fantôme par voie cutanée.
Optiques fantômes sont des objets imitant les propriétés optiques des tissus biologiques et ont été largement utilisées dans le domaine de l’optique biomédicale. Ils sont conçus afin que les propriétés optiques, tels que la diffusion de la lumière et des coefficients d’absorption, correspondent à celles des tissus humains et animaux vivants. Les fantômes optiques sont généralement utilisés pour les fins suivantes : simulant le transport léger dans les tissus biologiques, calibrer un design nouveau système optique, évaluer la qualité et la performance des systèmes existants, en comparant la performance entre les systèmes et en validant la capacité des méthodes optiques de quantifier les propriétés optiques1,2,3,4,5. Par conséquent, les substances facile à obtenir, un procédé de fabrication simple, une grande reproductibilité et une stabilité optique sont requis pour la fabrication des fantômes optiques.
Différents types de fantômes optiques avec différents matériaux de base comme la suspension aqueuse6, gélatine gel7, agarose gel8,9,10, gel de polyacrylamide11, résine12, 13,14,15,16et chambre-température-vulcanisation silicone17 ont été rapportés dans la littérature antérieure. Il a été rapporté que les gels à base de gélatine et de l’alginate sont utiles pour des fantômes optiques avec des structures hétérogènes18. Phantoms de l’alginate ont une stabilité mécanique et thermique approprié d’évaluation des effets tels que les études d’ablation au laser et par laser hyperthermie études18photothermique. Des gels d’agarose ont la capacité de fabriquer des structures hétérogènes, et leurs propriétés mécaniques et physiques sont stables pendant une longue période18. Des gels d’agarose de haute pureté ont une très faible turbidité et une faible absorption optique. Donc, les propriétés optiques des fantômes basé sur gel d’agarose pourraient facilement être conçues avec la lumière appropriée de diffusion et d’absorber des agents. Récemment, styrène-éthylène-butylène (SEBS), copolymères bloc19 et polychlorure de vinyle (PVC) gels20 ont été signalés comme matériaux fantômes intéressants pour les optiques et techniques photoacoustiques.
Polymère microsphères7,12,21,22, oxyde de titane en poudre1et lipides émulsions23,24,25,26 comme le lait et les lipides émulsion sont utilisés comme agents de dispersion de la lumière, tandis que d’encre noire27,28 et colorants moléculaire29,30 sont utilisés comme amortisseurs de la lumière. Diffuser les spectres de réflectance de vivre la plupart organes sont dominées par l’absorption de l’hémoglobine oxygénée et désoxygéné dans les globules rouges. Donc, l’hémoglobine solutions31,32 et sang total8,9,10,33,36 sont souvent utilisés comme absorbeurs de lumière dans la fantômes de spectroscopie de réflectance diffuse et imagerie multispectrale.
La méthode décrite dans cet article est utilisée pour créer un fantôme optique imitant le transport léger dans les tissus biologiques et de caractériser ses propriétés optiques. À titre d’exemple, un deux couches optiques fantôme imitant propriétés optiques des tissus de la peau humaine est démontrée. Les avantages de cette méthode par des techniques alternatives sont la capacité de représenter les spectres de réflectance diffuse dans des tissus biologiques vivants dans le visible à la longueur d’onde du proche infrarouge, ainsi que la simplicité de le rendre, à l’aide de facilement disponible matériaux et instruments d’optique conventionnelles. Par conséquent, les fantômes optiques effectués par cette méthode sera utiles pour le développement de méthodes optiques basée sur la spectroscopie de réflectance diffuse et imagerie multispectrale.
L’étape la plus critique dans le présent protocole est le contrôle de la température du matériau de base. La température à maintenir le matériau de base varie entre 58 et 60 ° C. Si la température est supérieure à 70 ° C, une dénaturation de l’émulsion lipidique et le sang se produit. Par conséquent, les propriétés optiques du fantôme seront détériorera. Si la température est inférieure à 40 ° C, le matériau de base va être ununiformly gélifié et, ainsi, les agents de diffusion et d’abs…
The authors have nothing to disclose.
Partie de ce travail a été soutenu par une subvention pour Scientific Research (C) de la société japonaise pour la Promotion de la Science (25350520, 22500401, 15 K 06105) et l’US-ARMY ITC-PAC projet de recherche et développement (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).
150-W halogen-lamp light source | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | LA-150SAE | |
Light guide | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | LGC1-5L1000 | |
Integrating Sphere | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | RT-060-SF | |
Port adapter | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | PA-050-SMA-SF | |
Light trap | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | LTRP-100-C | |
Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | SRS-99-020 | |
Optical fiber | Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA | P400-2-VIS-NIR | |
Miniature Fiber Optic Spectrometer | Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA | USB2000 | |
Achromatic lens | Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokyo, Japan | ACL-50-75M | |
Intralipid | Fresenius Kabi AB, Uppsala, Sweden | Intralipid 10% | |
Coffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee) |
Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japan | Unavailable | |
Whole blood | Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan | 0103-2 | |
Agarose | Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japan | NE-AG02 | |
Cooking heater | TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japan | HP-103K |