Waiting
Login processing...

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

Medicine

Et stabilt fantommateriale for optisk og akustisk avbildning

Published: June 16, 2023 doi: 10.3791/65475
Automatic Translation
1,2, 3, 4,5, 1,2, 3, 3, 1,2
1Department of Physics, University of Cambridge, 2Cancer Research UK Cambridge Institute, University of Cambridge, 3Ultrasound and Underwater Acoustics Group, Department of Medical, Marine and Nuclear Physics, National Physical Laboratory, 4School of Science and Engineering, University of Dundee, 5Centre for Medical Engineering and Technology, University of Dundee

Summary

Denne protokollen beskriver fremstilling av et stabilt, biologisk relevant fantommateriale for optiske og akustiske biomedisinske bildebehandlingsapplikasjoner, med uavhengig justerbare akustiske og optiske egenskaper.

Abstract

Etablering av vevsetterlignende biofotoniske fantommaterialer som gir langsiktig stabilitet er avgjørende for å muliggjøre sammenligning av biomedisinske bildebehandlingsenheter på tvers av leverandører og institusjoner, støtte utviklingen av internasjonalt anerkjente standarder og bistå den kliniske oversettelsen av nye teknologier. Her presenteres en produksjonsprosess som resulterer i et stabilt, billig, vevslignende kopolymer-i-olje-materiale for bruk i fotoakustisk, optisk og ultralydstandardiseringsarbeid.

Basismaterialet består av mineralolje og en kopolymer med definerte CAS-nummer (Chemical Abstract Service). Protokollen som presenteres her gir et representativt materiale med lydens hastighet c(f) = 1,481 ± 0,4 m·s-1 ved 5 MHz (tilsvarer lydens hastighet ved 20 °C), akustisk demping α(f) = 6,1 ± 0,06 dB·cm-1 ved 5 MHz, optisk absorpsjon μa(λ) = 0,05 ± 0,005 mm-1 ved 800 nm, og optisk spredning μs'(λ) = 1 ± 0,1 mm-1 ved 800 nm. Materialet tillater uavhengig innstilling av de akustiske og optiske egenskapene ved henholdsvis å variere polymerkonsentrasjonen eller lysspredningen (titandioksid) og absorberende midler (oljeløselig fargestoff). Fabrikasjonen av forskjellige fantomdesign vises, og homogeniteten til de resulterende testobjektene bekreftes ved hjelp av fotoakustisk avbildning.

På grunn av sin lette, repeterbare fabrikasjonsprosess og holdbarhet, samt dens biologisk relevante egenskaper, har materialoppskriften høyt løfte i multimodale akustisk-optiske standardiseringsinitiativer.

Introduction

Etablering av presisjonen og nøyaktigheten til nye optiske bildebiomarkører gjennom teknisk validering 1,2 er avgjørende for å sikre vellykket implementering i klinisk praksis. For å oppnå dette bruker tekniske valideringsstudier ofte holdbare fysiske fantomer, noe som letter ytelsesvurdering mellom instrumenter og rutinemessig kvalitetskontroll. For utstrakt bruk av et fantommateriale i forskning og klinisk oversettelse, er det nødvendig med en enkel, svært reproduserbar fabrikasjonsprotokoll. Et ideelt biofotonisk fantommateriale bør inneholde følgende egenskaper3: (1) uavhengig justerbare egenskaper innenfor biologisk relevante områder; (2) mekanisk robusthet; (3) langsiktig stabilitet; (4) fleksibilitet i geometri og arkitektur; (5) sikker håndtering; (6) allment tilgjengelige ingredienser som kan kjøpes fra standard vitenskapelige leverandører; og (7) lave kostnader. For tiden mangler biofotoniske applikasjoner en standardisert protokoll for et allment akseptert fantommateriale som oppfyller de skisserte kravene, og inkluderer også justerbare akustiske egenskaper for hybridapplikasjoner, for eksempel fotoakustisk avbildning (PAI).

Biologisk relevante fantommaterialer rettet mot kombinerte optiske og akustiske applikasjoner inkluderer hydrogeler4,5, polyvinylalkohol (PVA)6,7,8,9 og polyvinylkloridplastisol (PVCP)10,11,12,13,14,15,16 . Imidlertid er disse materialene preget av visse begrensninger som begrenser deres anvendelse som et stabilt fantommateriale. Hydrogeler, for eksempel, er utsatt for dehydrering, mekanisk skade og bakteriell innvekst, og begrenser holdbarheten17,18,19. Tilsetning av kjemikalier kan øke levetiden, men vanlige konserveringsmidler, som formaldehyd20 eller benzalkoniumklorid21, er farlige og krever forsiktighetstiltak under håndtering. I tillegg kan mål som inneholder vannløselige fargestoffer diffundere i basismaterialet hvis de ikke er innkapslet. PVA-kryogeller kjennetegnes av høyere levetid og strukturell robusthet, men fremstillingsprosessen innebærer lange fryse-tine-sykluser22. Dette kan begrense den uavhengige tunabiliteten til akustiske og optiske parametere23 og, hvis de er litt varierte, kan føre til inhomogeniteter6, og dermed kompromittere reproduserbarheten. Videre er diffusjon av fargestoffer fra inneslutninger observert etter 1 år13. PVCP har en kompleks fabrikasjonsprosess som inkluderer høye temperaturer på opptil 180-220 °C 13,14,24,25. PVCP lider også av mangel på en forsyningskjede med vitenskapelige leverandører26 og kan inneholde myknere basert på ftalater, noe som kan forårsake reproduksjons- og utviklingsskader27, noe som gjør dem til kontrollerte stoffer i noen land.

Kopolymer-i-olje-sammensetninger, slik som gelvoks 28,29,30,31 eller blandinger basert på termoplastiske styrenelastomerer 32,33,34,35,36, utviser god langsgående stabilitet og har vevslignende akustiske og optiske egenskaper31,35,36,37, og har dermed et høyt potensial som en holdbar fantomkandidat i multimodale applikasjoner. I tillegg er denne klassen av materiale kostnadseffektiv, ikke-vannabsorberende, giftfri og biologisk inert35,38. Lydhastigheten c(f) og den akustiske dempingskoeffisienten α(f) kan justeres i et biologisk relevant område (tabell 1) ved variasjon av polymerkonsentrasjonen 33,35,39, mens optisk absorpsjon μa(λ) og redusert spredning μs'(λ)-koeffisienter primært kan varieres ved tilsetning av oljeløselige fargestoffer eller titandioksid (TiO2)39, henholdsvis.

Her presenteres en enkel, lett å følge protokoll for opprettelse av holdbare kopolymer-i-olje-fantomer egnet for bruk i optisk, ultralyd eller fotoakustisk enhetskalibrering. Alle ingrediensene har definerte CAS-numre (Chemical Abstract Service) og er lett tilgjengelige fra standard vitenskapelige leverandører. Potensielle vanskeligheter i fabrikasjonsprosedyren er uthevet og måter å overvinne dem presenteres på. Mens protokollen tillater fremstilling av materialer med en rekke akustiske og optiske egenskaper, gir den presenterte protokollen et materiale med en lydhastighet på ~ 1,481 m · s-1, på linje med lydens hastighet ved romtemperatur (20 ° C) 40. Denne verdien ble valgt som en nøytral standard for å representere det brede spekteret av eksisterende vevsegenskaper (tabell 1), noe som gjorde det mulig å etablere et konsistent og pålitelig referansepunkt for sammenligning. Ved å tilby denne detaljerte protokollen tar vi sikte på å utvide opptaket og produksjonsreproduserbarheten til denne lovende fantommaterialtypen, og dermed legge til rette for biofotoniske, akustiske og fotoakustiske valideringsstudier og støtte rutinemessig kvalitetskontroll i prekliniske og kliniske bildebehandlingsapplikasjoner.

Protocol

Tabell 1: Oversikt over akustiske og optiske egenskaper funnet i bløtvev. Optiske egenskaper dekker et spekter fra 600 til 900 nm. Det bemerkes at dette kun er representative verdier som er ment å gi generell veiledning. Nøyaktige verdier kan variere avhengig av eksperimentell tilstand (f.eks. temperatur) og frekvens/bølgelengde. Litteraturen gir mer spesifikke verdier. *Ingen spesifikk referanse funnet. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Den gitte protokollen er utviklet for å lage ~ 120 ml fantommateriale. Massene av komponentene kan skaleres for å lage forskjellige volumer av fantommateriale. Vær oppmerksom på at for større volumer (>500 ml) kan det hende at det foreslåtte utstyret ikke er i stand til å varme opp fantomblandingen homogent tilstrekkelig. Til dette formål bør oppvarmingsutstyr tilpasses på riktig måte.

FORSIKTIG: Sørg alltid for at egnet personlig verneutstyr (PPE) brukes gjennom hele fabrikasjonsprosessen. Dette kan omfatte bruk av laboratoriefrakker, vernebriller og vernehansker; Henvis og overhold lokale sikkerhetsretningslinjer. Prosedyren er tilpasset fra Hacker et al.39; et sammendrag av trinnene vises i figur 1.

Figure 1
Figur 1: Fabrikasjon av kopolymer-i-olje-materialet. (1) Materialer for optisk spredning og absorpsjon tilsettes mineralolje og (2) sonikeres ved 90 ° C til det er oppløst. (3) Polymer(er) og stabilisator tilsettes, og (4) blandingen varmes opp i et oljebad til 160 °C under lav omrøring. (5) Ved oppløsning av alle komponentene helles prøven i en egnet fantomform og (6) etterlates for å herde ved romtemperatur. Dette tallet er gjengitt fra Hacker et al.39. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

1. Fremstilling av blandingen

  1. Forbered Nigrosin-løsningen ved å tilsette 0,4 g Nigrosin til 40 ml mineralolje. Sørg for homogen blanding ved sonikering og grundig vortexing av prøven. Oppbevar stamløsningen ved romtemperatur.
    MERK: Stamoppløsningen skal alltid blandes grundig før gjenbruk. Hvis et fantommateriale uten en optisk scatterer (TiO 2) eller absorber (fargestoff) foretrekkes, kan trinn 1 og2 hoppes over. Gå videre til trinn 3.
  2. Sonikere 0,15 gTiO2 og 1 ml av fargestoffoppløsningen i 100 ml (83,8 g) mineralolje til alle komponentene er fullstendig oppløst (~ 60 min) (figur 1: trinn 1 og 2). Sett sonikatoren til forhøyede temperaturer (90 ° C) hvis utstyret tillater det, da dette letter blandeprosessen. Fortsett med trinn 3-5 under sonikeringstiden.
    MERK: Hvis et fantom med høyere absorberende og spredningsegenskaper foretrekkes, kan det hende at sonikeringstiden må forlenges.
  3. Vei ut polystyrenblokk-poly (etylen-ran-butylen)-blokk-polystyren (SEBS) og lavdensitetspolyetylen (LDPE) ved ønskede konsentrasjoner (f.eks. SEBS = 25,14 g; LDPE = 6,70 g) (figur 1: trinn 3).
    1. Valgfritt: En antioksidant kan tilsettes for å øke stabiliteten, men det er ikke obligatorisk hvis oppvarmingstemperaturen ikke overstiger 180 ° C.
      MERK: I tilfelle løselighets- eller viskositetsproblemer oppstår på et senere stadium av produksjonsprosessen, anbefales det å utelukke LDPE. LDPE er innlemmet for å forbedre lydhastigheten i materialet (tabell 3); Det er imidlertid ikke obligatorisk for å skape et stabilt fantom. Ved å utelate LDPE kan produksjons- og støpeprosessen forenkles, men det vil resultere i en reduksjon i den påfølgende lydhastigheten til det endelige materialet (tabell 3).
  4. Lag et oljebad ved hjelp av egnet glass og silikonolje; Fest den forsiktig på kokeplaten. Forsikre deg om at termoelementet forblir i silikonoljebadet og ikke berører kantene på glasset under hele prosedyren (figur 2).
    MERK: Forsikre deg om at termoregulatorisk tilbehør er nøye montert, som instruert av utstyrsprodusenten.
  5. Plasser en magnetisk rørestang av tilstrekkelig lengde inne i oljebadet for å sikre jevn varmefordeling.
  6. Slå på kokeplaten, sett oppvarmingstemperaturen til 160 °C, og sett omdreiningene per minutt (rpm) på omrøreren til 50.
  7. Overfør LDPE og SEBS til glassbegeret som inneholder sonikert mineralolje (med TiO2 og Nigrosin). Innfør en magnetisk rørestang med tilstrekkelig lengde i glassbegeret og overfør den til midten av oljebadet for oppvarming av de målte komponentene. Sørg for at oljenivået i badekaret holder seg over mineraloljenivået inne i begeret (figur 1: trinn 4).

2. Oppvarming av blandingen

  1. Hvis den tilsatte polymeren på noe tidspunkt ser ut til å flyte over mineraloljen, rør mineraloljeløsningen manuelt ved hjelp av en metallisk slikkepott, slik at enhver flytende polymer fordeles inne i mineraloljen. Bruk varmebestandige hansker.
  2. La blandingen stå ved 160 °C til all polymer er oppløst og oppløsningen er jevnt blandet, med en jevn og homogen tekstur (~1,5 timer).

3. Støvsuging

MERK: For fjerning av luftbobler, følg følgende trinn, avhengig av tilgjengelig utstyr.

  1. Plasser det varme begeret forsiktig inn i vakuumkammeret og støvsug prøvene i 2-3 minutter på høyeste innstilling (laveste vakuum). Bruk en metallspatel for å forsiktig fjerne eventuelle luftbobler som samler seg på overflaten. Hvis det fortsatt er luftbobler etter dette trinnet, varm opp blandingen på nytt og gjenta støvsugingstrinnet til alle luftbobler er fjernet.
  2. Slå på vakuumovnen og varm den opp til 160 °C. Når den har nådd ønsket temperatur, overfør begeret med løsningen til vakuumovnen.
    NOTAT: Håndter alltid begeret med varmebeskyttelseshansker.
    1. Slå på vakuumet til den høyeste innstillingen (laveste vakuum) som er tilgjengelig. Hvis det har produsert et skumlag på toppen av løsningen, slå av vakuumet og fjern boblene fra overflaten med en slikkepott (gjenta dette trinnet til alle luftbobler er fjernet).
    2. La begeret stå i vakuumovnen i 1 time ved høyeste vakuuminnstilling.
      NOTAT: For å holde støvsuggerovnen ren, rengjør den ytre overflaten av begeret av silikonolje med et papirhåndkle.

4. Hell prøvene i formen

  1. Før prøvene helles i prøveformer, fjern eventuelle gjenværende luftbobler på overflaten av blandingen med en slikkepott om nødvendig.
  2. Hell oppløsningen forsiktig i en passende form, bruk varmebestandige hansker eller bruk tilstrekkelig verneutstyr. Sørg for jevn og jevn helling fra lav høyde for å redusere sjansen for at det dannes luftbobler (figur 1: trinn 5). For former med komplekse former, belegg formen med et tynt lag olje (annet enn mineralolje [f.eks. ricinus eller silikonolje]) før helling for å lette fjerning av den herdede prøven.
    MERK: Forvarming av formene i en ovn kan bidra til å oppnå høyere prøvehomogenitet.
  3. Fjern eventuelle luftbobler fra toppen av prøvene raskt med en metallspatel når den er hellet. Hvis mange luftbobler har samlet seg i blandingen, gjenta vakuumtrinnet, forutsatt at formen og formen tillater det.
  4. La oppløsningen stivne ved romtemperatur. Selv om mindre prøver kan kurere på mindre enn 2 timer, la prøvene stå over natten for å eliminere risikoen for ufullstendig herding. Oppbevar prøvene i romtemperatur (figur 1: trinn 6).

5. Oppkjøp av bilder

  1. For bildeopptak, plasser fantomet i synsfeltet til bildeenheten.
  2. For PAI- eller ultralydsystemer, utfør akustisk kobling av fantomoverflaten til ultralydtransduseren, for eksempel med ultralydgel eller vann.
    MERK: Hvis protokollen er fulgt riktig, bør ingen inhomogeniteter forstyrre synsfeltet. Egendefinerte fantomholdere kan hjelpe til med repeterbar prøveposisjonering mellom målinger.
  3. Hvis oppsamlingstemperaturen er forskjellig fra lagringstemperaturen til fantomet, la fantomtemperaturen stabilisere seg med omgivelsene.
  4. Skaff deg et bilde.

6. Måling av materialkarakterisering

MERK: Formålet med måling av materialkarakterisering er verifisering av materialets optiske og akustiske egenskaper. Det skal bemerkes at fantomfabrikasjonsprotokollen har vist høy reproduserbarhet39, så de generelle måleprotokollene som følger, gis bare som veiledning hvis ytterligere verifikasjonsstudier er ønsket. De enkelte trinnene i målingene vil avhenge av karakteriseringsutstyret som brukes. Her ble et system basert på en bredbånds gjennomgående overføringssubstitusjonsmetode41 (tilgjengelig ved National Physical Laboratory (NPL), Storbritannia) ansatt for akustisk karakterisering, og et internt dobbeltintegrerende sfæresystem (DIS) ble brukt (basert på 42) for optisk karakterisering. Oppsettet av karakteriseringssystemene er vist i tilleggsfigur 1. Ytterligere detaljer om måleoppsettene (akustisk43; optisk42,44) og måleprosedyre39 finnes andre steder. Måleprosedyren bør tilpasses i samsvar med hvert enkelt karakteriseringssystem som brukes.

  1. Akustisk karakterisering
    MERK: De akustiske karakteriseringsmålingene er basert på et system som bruker en 10 MHz senterfrekvens ultralydtransduser (aktiv elementdiameter på 10 mm) for pulsgenerering og en bredbåndshydrofon (30 mm aktiv elementdiameter bilaminarmembranhydrofon) for pulsdeteksjon (begge plassert i en vanntank fylt med avionisert vann; dimensjoner på 112 cm x 38 cm x 30 cm3). Transduseren drives av en pulser-mottaker. Bølgeformer er anskaffet ved hjelp av et oscilloskop. Flere detaljer om oppsett og måleprosedyre (inkludert systemspesifikke type B-effekter på målingene) finnes i 43.
    1. Forbered prøver som er egnet for måleoppsettet (f.eks. i dette tilfellet sirkulære prøver med en diameter på 7-8 cm og tykkelse på 6-9 mm). Sørg for at prøvene har homogen sammensetning og er fri for urenheter, luftbobler eller overflateuregelmessigheter.
    2. Mål tykkelsen på testprøven ved hjelp av vernierkaliper og registrer temperaturen på vanntanken ved hjelp av et kalibrert termometer.
    3. Plasser prøven i systemet. Forsikre deg om at prøven er riktig justert med komponentene i systemet.
      MERK: En automatisk styrt prøveholder basert på en gimbalfeste43 kan bidra til presis kontroll av prøvens rotasjon og tilt.
    4. Skaff deg fire akustiske pulser for hvert målesett: en referansepuls gjennom vann uten prøve tilstede i den akustiske banen; en gjennomgående prøveoverføring; og akustiske refleksjoner mottatt ved senderen fra prøvens fremre og bakre flater.
    5. Utlede de akustiske egenskapene til prøven fra målingene. Beregn lydhastigheten c( f ) (i m·s−1) ved hjelp av ligningen (1)43.
      Equation 1(1)
      CW viser den temperaturavhengige hastigheten til lyden av vann, og θ1 (f), θ2 (f), θw (f) og θs (f) er de tilsvarende uinnpakkede fasespektrene til henholdsvis de frontreflekterte, tilbakereflekterte, gjennomgående vann og gjennomgående prøvespenningspulser. Den frekvensavhengige dempingskoeffisienten (α i (f)) av materialet kan utledes ved hjelp av substitusjonsteknikken med to prøver vist i ligning (2) 43.
      Equation 2(2)
      U w (f) og U s (f) er de respektive spenningsstørrelsesspektrene til gjennomgående vann og gjennom-prøvepuls, α w (f) er dempingskoeffisienten til ultralyd (i dB · cm-1) av rent vann ved den spesifikke vanntanktemperaturen45, og d 1 og d 2 (d2 > d1) er to prøvetykkelser.
      MERK: For denne protokollen ble dempingsregnskapet for grenseflatetap vurdert, og fant at virkningen var ubetydelig.
    6. Gjenta målingen mer enn tre ganger på forskjellige posisjoner på testprøven. Beregn gjennomsnittet og standardavviket til målingene for å utlede en endelig prøveverdi.
  2. Optisk karakterisering
    MERK: For optisk testing ble det brukt et dobbeltintegrerende sfæresystem (basert på 42), som benytter to integrerende kuler (50 mm indre diameter) som er koblet til to spektrometre via to optiske fibre. Refleksjonssfæren er koblet til en lyskilde via en tredje optisk fiber.
    1. Forbered prøver som er egnet for måleoppsettet (f.eks. i dette tilfellet rektangulære prøver med en bredde på 5,9 cm, høyde på 1,8 cm og tykkelse mellom 2 og 3 mm). Sørg for at prøvene har homogen sammensetning og er fri for urenheter, luftbobler eller overflateuregelmessigheter.
    2. Slå på lyskilden og la den stabilisere seg i henhold til produsentens instruksjoner (f.eks. 15 min).
    3. Bestem tykkelsen på prøven ved hjelp av vernier kalipere. Hvis det er aktuelt, spesifiser bølgelengdeområdet og trinnstørrelsen for målingen (f.eks. 450-900 nm med en trinnstørrelse på 1 nm).
    4. Registrer referansemålingene for overførings- og refleksjonssfæren.
      1. For refleksjonssfæren, ta først en åpen portmåling ved å registrere refleksjonsverdien R0 med transmisjonssfæren fjernet og lyskilden slått på. Deretter registrerer du refleksjonsverdien R1 med en referansestandard holdt foran refleksjonssfæren (lyskilde slått på).
      2. For transmittanssfæren, ta først en blokkert strålemåling ved å registrere transmittansverdien T0 med de justerte refleksjons- og transmittanskulene og lyskilden slått av. Ta deretter en hendelsesstrålemåling ved å registrere overføringsverdien T1 med de justerte refleksjons- og transmittanskulene og lyskilden slått på.
        MERK: En ren overflate av kulene og referansestandarden må sikres for målingene, da vedheft av støv eller andre forurensninger kan påvirke ytelsen til komponentene46.
    5. Plasser prøven mellom kulene. Mål refleksjonsverdiene Rs og transmittans Ts. Forsikre deg om at prøven ikke er komprimert, da dette kan påvirke målenøyaktigheten. Plassering av en kule på et motorisert stadium kan bidra til å kontrollere avstanden mellom kulene nøyaktig ved å tilpasse den til den målte prøvetykkelsen.
    6. Beregn normalisert refleksjon M R og transmittans MT verdier ved hjelp av ligninger (3) og (4) 42.
      Equation 3(3)
      Equation 4(4)
      RSTD viser intensiteten reflektert fra 99% refleksjonsstandarden.
    7. Skriv inn de målte verdiene i et inverse doblingsprogram (IAD) (kildekode: http://omlc.org/software/iad/)44 for å estimere materialets optiske egenskaper.
      MERK: Basert på tidligere rapporter kan spredningsanisotropifaktoren (g) tas som g = 0,7, og brytningsindeksen som n = 1,4 30.
    8. Gjenta målingen minst tre ganger på forskjellige posisjoner langs testprøven. Beregn gjennomsnittet og standardavviket til målingene for å utlede en endelig prøveverdi.

Representative Results

Etter denne oppskriften er det laget tre representative fantomdesign med henblikk på fotoakustisk avbildning, rettet mot forskjellige systemdesign med forskjellig optisk belysning og akustisk deteksjonsgeometri (figur 3A). Hvis fantompreparasjonsprosedyren utføres vellykket, virker fantommaterialet glatt og homogent uten noen fanget luftbobler eller urenheter, og ingen gjenstander kan ses i det resulterende bildet (her visualisert ved hjelp av fotoakustisk avbildning; Figur 3B,C). Protokollen gir et representativt materiale med lydens hastighet c(f) = 1481 ± 0,4 m·s-1 (tilsvarer lydhastigheten til vann ved 20 °C40), akustisk demping α(f) = 6,1 ± 0,06 dB·cm-1 (begge ved 5 MHz), optisk absorpsjon μa(λ) = 0,05 ± 0,005 mm-1 og optisk spredning μs'(λ) = 1 ± 0,1 mm-1 (begge på 800 nm) (usikkerhet viser standardavviket fra n = 3 uavhengig produserte partier av forskjellige operatører; alle målinger ble utført ved romtemperatur [20 °C]).

Den optiske spredningskoeffisienten kan justeres av variasjonen av TiO 2, mens den optiske absorpsjonskoeffisienten kan justeres ved tilsetning av et hvilket som helst oljeløselig fargestoff, her demonstrert med Nigrosin (tabell 2 og figur 3D). Mens verdiene i tabell 2 er fokusert på lavere absorberende og spredende vev, som muskel eller bryst (tab 1), har vi ikke hatt problemer med å legge til absorbenter og spredere ved høyere konsentrasjoner. Imidlertid kan tilsetning av optiske spredere / absorbenter ved høyere konsentrasjoner kreve lengre sonikeringstider for å oppnå homogen blanding av løsningen.

Den akustiske dempingen og lydhastigheten kan justeres ved variasjon av polymerkonsentrasjonen (tabell 3). Her er tuningen så langt begrenset til en hastighet på lydområdet ~1,450-1,516 m·s-1. Lavere respektive polymerkonsentrasjoner kan resultere i lav fysisk stabilitet av prøven, noe som fører til plastisk deformasjon over tid34. Høyere polymerkonsentrasjoner resulterer i brittleness og en ujevn tekstur av materialet. Utvalget av akustiske egenskaper kan bidra til å etterligne vev som bryst eller fett (c = 1,450-1,480 m·s−1), men kan være utilstrekkelig for vev som muskel eller nyre (c > 1,520 m·s−1; Tabell 1).

Vanlige feilkilder i fantompreparering inkluderer utilstrekkelig fjerning av luftbobler og inhomogen blanding av basiskomponentene (figur 4). Dette kan minimeres ved henholdsvis støvsuging og forsiktig helling, og omrøring/vortexing.

Figure 2
Figur 2: Eksperimentelt oppsett for fantomfabrikasjon. Glassbegeret som inneholder fantomingrediensene, plasseres i silikonoljebadet ved hjelp av en klemme for å unngå direkte kontakt mellom oljebadets overflater og glassbegeret. Temperaturtilbakemelding på kokeplaten sikrer nøye temperaturkontroll. Magnetomrørere gjør det mulig å blande både silikonoljen og fantomingrediensene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Representative resultater fra fantomfabrikasjonsprosedyren. (A) Ulike fantomdesign som viser allsidighet for bruk i forskjellige fotoakustiske bildesystemer. Venstre: lite rektangulært fantom, med strenger innebygd i forskjellige dybder (0,5, 1,5 og 2,5 mm; inter-target avstand på 1,25 mm) designet for testing av høyoppløselige bildesystemer; midten: sylindrisk fantom med to inneslutninger (interinkluderingsavstand på 12 mm) ved bruk av et grønt og fiolett oljeløselig fargestoff, designet for testing av tomografisystemer; Høyre: Stort rektangulært fantom, med kanaler innebygd i forskjellige dybder (6 mm, 10 mm og 14 mm; interinkluderingsavstand på 3,5 mm), designet for testing av et håndholdt system. (B) Eksempel på fotoakustisk bilde av det rektangulære fantomet med innebygde strenger, oppnådd ved 532 nm med et kommersielt fotoakustisk bildesystem. (C) Eksempel på fotoakustisk bilde av det sylindriske tomografiske fantomet, oppnådd ved 800 nm med et kommersielt fotoakustisk bildesystem. (D) Fantomer med økende optisk absorpsjonskonsentrasjon ved å øke konsentrasjonene av Nigrosin (konsentrasjoner gitt i vektprosent av det totale volumet av mineralolje på bildet). Figur 3B,C er gjengitt fra Hacker et al.39. Skalastenger = 10 mm. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Vanlige fantomfeil . (A,B) Fotografier som viser luftbobler fanget inne i grunnmatrisen. (C) Utilstrekkelig blanding av basiskomponenter fører til inhomogeniteter (røde piler) i det resulterende fotoakustiske bildet. Skalastang = 5 mm (A). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tabell 2: Tabellarisk oversikt over innstilling av optisk absorpsjon (μa) og spredningsverdier (μs'). Prosentverdier angis som vektprosent til basisløsningens totale volum (mineralolje, kolonne 1) og til fantommaterialets totalvekt (kolonne 2). Nigrosinkonsentrasjonene viser den totale mengden absolutt Nigrosin (ikke stamløsning). Alle prøvene inkluderte 5% butylert hydroksytoluen som en antioksidant (valgfritt). n = 3 målinger per prøve. En visuell fremstilling av tabellen finnes i Hacker et al.39. Forkortelse: neg = ubetydelig. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tabell 3: Tabellarisk oversikt over innstilling av akustisk demping (α) og lydhastighet (c) verdier. Beskrevet av potensloven α 0 fn med α0 og n parametere oppnådd fra en ikke-lineær minste kvadraters tilpasning (n = 4 målinger per prøve). F viser frekvensen i MHz. Prosentverdier angis som vektprosent til basisløsningens totalvekt (mineralolje). Alle prøvene inkluderte 5% butylert hydroksytoluen som en antioksidant (valgfritt). En visuell fremstilling av tabellen finnes i Hacker et al.39. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tilleggsfigur S1: Oppsett av akustiske og optiske karakteriseringssystemer som brukes til verifikasjoner. Et fotografi (A) og skjematisk (B) av det akustiske karakteriseringssystemet for bestemmelse av den akustiske dempingskoeffisienten og lydhastigheten vises. Individuelle systemkomponenter er betegnet med merknader HP (HydroPhone), S (Sample) og T (Transducer) i bildet og skjematisk. Et fotografi (C) og skjematisk (D) av det dobbeltintegrerende sfæresystemet for evaluering av den optiske absorpsjonskoeffisienten og redusert spredningskoeffisient vises. Individuelle systemkomponenter er betegnet med merknader S (Sample), RS (Reflectance Sphere), TS (Transmission Sphere), OF (Optical Fiber) og MS (Motorized Stage) i bildet og skjematisk. Dette tallet er gjengitt fra Hacker et al. 39. Klikk her for å laste ned denne filen.

Discussion

Her presenteres en protokoll som tar sikte på å gi en allsidig oppskrift på et stabilt, biologisk relevant materiale som kan brukes til å lage fantomer for kalibreringsmålinger og standardisering på tvers av multimodale akustiske og optiske biomedisinske bildebehandlingsapplikasjoner. Materialet har tidligere vist seg å være stabilt over tid39, å ha høy batch-til-batch reproduserbarhet, å være trygt å bruke, og å bestå av lett tilgjengelige, kostnadseffektive ingredienser fra standard vitenskapelige leverandører. Materialegenskapene er uavhengig justerbare på tvers av relevante akustiske og optiske regimer. Videre er det mekanisk robust og uløselig i vann, og tåler dermed røff håndtering, og det er inert mot vannbaserte koblingsmidler som brukes i ultralyd / fotoakustisk forskning. Det ble fremhevet at forskjellige fantomdesign kan opprettes med forskjellige typer inneslutninger, sammensatt av samme eller forskjellige materialtyper. Gitt disse egenskapene, oppfyller materialet de nevnte nøkkelkriteriene for et ideelt biofotonisk fantom, og viser viktige fordeler sammenlignet med andre eksisterende vevslignende materialer3. Ved å detaljere den nøyaktige produksjonsprosessen håper vi å minimere variasjoner som oppstår fra fabrikasjonsprosedyren, og dermed optimalisere bruken til kalibrering, validering og sporing av ytelsen til bildesystemer.

To viktige trinn har blitt identifisert som kritiske for fabrikasjonsprosessen. Først må ingrediensene blandes grundig og oppvarmes jevnt for å skape et homogent materiale. Ved hjelp av en sonikator og magnetisk omrører for blanding og et oljebad for oppvarming sikrer jevn fordeling av materialkomponenter i basismatrisen. Det må tas hensyn til at oljebadet ikke når svært høye temperaturer (>180 °C), da dette vil resultere i oksidasjon av materialkomponentene, noe som fører til gulaktig misfarging. Manuell omrøring kan støtte blandeprosessen og kompenserer for utilstrekkelig oppvarming fra material-luft-grensesnittet. Tiden for sonikering og blanding må kanskje forlenges når en høyere konsentrasjon avTiO2 og / eller polymerer brukes for å sikre en homogen sammensetning av materialet. For det andre må luftbobler fjernes for å forhindre dannelse av heterogeniteter i basematrisen. Selv om dette kan oppnås med en vakuumpumpe eller stekeovn, bør man også øve forsiktig helling fra lav høyde for å minimere fangstluft i materialet.

En betydelig fordel ved materialet er dets termoplastiske egenskaper (avledet fra SEBS-polymeren), slik at det kan varmes opp og omformes uten noen betydelig innvirkning på dets akustiske og optiskeegenskaper39. Oppvarming må imidlertid utføres gradvis og nøye, da materialet lett kan brenne og oksidere hvis det varmes opp for raskt. Oppvarming blir også vanskeligere når høyere LDPE-konsentrasjoner brukes, da LDPE ikke viser samme termoplastiske oppførsel som SEBS.

Flere begrensninger i protokollen gjenstår. På grunn av polymerenes høye smeltetemperatur (150 °C) må fantomformer lages av et varmebestandig materiale, som glass eller rustfritt stål. I tillegg er materialet ganske tyktflytende i flytende tilstand hvis en høy polymerkonsentrasjon brukes til å justere de akustiske egenskapene, noe som gjør fylling av små bildemål vanskelig. Endelig er tuning av de akustiske egenskapene så langt begrenset til en hastighet på lydområdet på ~ 1450-1,516 m · s-1 som støtter etterligning av vev som bryst eller fett (c = 1,450-1,480 m · s-1), men kan være utilstrekkelig for vev som muskel eller nyre (c > 1,520 m · s-1). Samtidig endring av akustisk demping bør også tas i betraktning.

Her har vi fremhevet anvendelsen av materialet som et stabilt fantom for ultralyd og optiske bildeapplikasjoner. Imidlertid har kopolymer-i-olje-materialer også vist seg å være av verdi i elastografiapplikasjoner35, og kan potensielt tillate kompatibilitet med ytterligere bildebehandlingsmodaliteter som magnetisk resonansavbildning. Økt anatomisk realisme hos fantomene kan oppnås ved hjelp av 3D-printede former, som vist i lignende studier 29,47,48,49. Tidlige studier har også demonstrert 3D-utskriftsevnen til selve materialet, noe som ytterligere utvider fleksibiliteten når det gjelder prosessering og fabrikasjon. Disse utviklingene fremhever det spennende fremtidige potensialet til materialet som et mye brukt, stabilt fantommedium for multimodale bildeapplikasjoner.

Disclosures

Sarah Bohndiek har tidligere mottatt forskningsstøtte fra CYBERDYNE INC og iThera Medical GmbH, leverandører av fotoakustiske bildebehandlingsinstrumenter. De øvrige forfatterne har ingen interessekonflikt knyttet til dette manuskriptet å offentliggjøre.

Acknowledgments

LH ble finansiert av NPLs MedAcel-program finansiert av Department for Business, Energy and Industrial Strategy's Industrial Strategy Challenge Fund. JMG mottok finansiering fra Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, tysk forskningsstiftelse) under prosjekt GR 5824/1. JJ anerkjenner finansieringsstøtten fra Academy of Medical Sciences Springboard (REF: SBF007 \ 100007) -prisen. SEB anerkjenner støtte fra Cancer Research UK under stipendnummer C9545/A29580. AMI, BZ og SR ble støttet av UK Department for Business, Energy &; Industrial Strategy via finansiering av National Measurement System. Figur 1 og figur 2 ble laget med BioRender.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Low-density Polyethylene (LDPE) Alfa Aesar  43949.30
CAS: 9002-88-4		 6.70 g
5.8% w/w
Mineral oil Sigma Aldrich 330779-1L
CAS: 8042-47-5		 83.80 g
72.5% w/w
Nigrosin  Sigma Aldrich  211680-100G
CAS: 11099-03-9		 0.4 g 
Polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene (SEBS) Sigma Aldrich  200557-250G
CAS: 66070-58-4		 25.14 g
21.7% w/w
Silicone oil for oil bath Sigma Aldrich  85409-1L
CAS: 63148-62-9
~1 L (depending on size of oil bath)
Titanium(IV) oxide, anatase (TiO2) Sigma Aldrich  232033
CAS: 1317-70-0		 0.15 g
Antioxidant (optional; e.g., butylated hydroxytoluene) Sigma Aldrich  W218405-1KG-K
CAS: 128-37-0		 may be added to prevent discolouration if higher fabrication temperatures are used 
Oil-solule dyes for inclusions (optional) e.g., Caligo safe wash relief inks, Cranfield Colours, Cwmbran, UK* may be added depending on preferred absorption
Bath Sonicator  Ultrawave Ltd, UK* U500H Ultrasonic Cleaning Bath* ideally with temperature control; recommended operating frequencies between 30-50 kHz)
Crystallising dish for silicone oil bath (up to +200 °C) any suitable supplier (ext. diameter ~140 mm for 250 mL glass beaker)
Glass beaker (~250 mL); glass sample dishes/phantom mould any suitable supplier
Hot plate with magnetic stirrer and thermoregulator (external probe thermocouple) with maximum temperature of > 200 °C Thermo Fisher Scientific, UK* Velp Scientifica AREC.X Digital Ceramic Hot Plate Stirrer*
Laboratory scales / scientific balances accurate to 0.01 g any suitable supplier
Metallic spatula any suitable supplier
Vaccuum oven or vaccum chamber Memmert, Germany (Vacuum oven)*

Cole-Parmer Instrument Company, UK (Vaccum chamber)*		 VO29 (Vacuum oven)

DWK Life Sciences (Kimble) Glass Vacuum Desiccator with Collar (Vaccum chamber)*
1. Acoustic characterization system*
Hydrophone GEC Marconi 30 mm active element diameter bilaminar membrane hydrophone
Oscilloscope Tektronix UK, Bracknell, UK DPO 7254 
Pulser–receiver  Olympus NDT, Waltham, MA, USA Olympus 5073PR
Sample holder Newport Spectra-Physics, Didcot, UK Newport 605-4 Series Low-Distortion Axial Clamping Gimbal Optic Mount may require additional adaptor for sample holding
Thermometer G. H. Zeal, London, UK UKAS-calibrated IP 39C spirit-in-glass thermometer
Ultrasound transducer  Force Technology, Brondby, Denmark Transducer of active element diameter 10 mm 
Vernier callipers any suitable supplier
Water tank filled with deionized water  any suitable supplier requires sufficent size (e.g., dimensions 112 × 38 × 30 cm3)
2.Optical characterization system*
Integrating sphere (two) Avantes, Apeldoorn, the Netherlands AvaSphere-50, 50 cm internal diameter
Light source  Avantes, Apeldoorn, the Netherlands Avalight-HAL-s-mini
Motorized stage (optional) Thorlabs, Thorlabs MTS50
Optical fibres (three) any suitable supplier
Reflectance standard Labsphere, North Sutton, USA 99%, white, 1.25" diameter, USRS-99-010, AS-01158-060
Spectrometer Avantes, Apeldoorn, the Netherlands Starline Avaspec-2048
Software
Data acqusition software (e.g., Labview) National Instruments, Austin, TX, USA
Data analysis software (e.g., Matlab) Mathworks, Natick, USA
Inverse adding doubling (IAD) program  Source code: http://omlc.org/software/iad/
*Please note that similar equipment may also be used.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Waterhouse, D. Translation of optical imaging biomarkers: opportunities and challenges. Nature Biomedical Engineering. 3 (5), 339-353 (2019).
  2. O'Connor, J. P. B., et al. Imaging biomarker roadmap for cancer studies. Nature Reviews Clinical Oncology. 14 (3), 169-186 (2017).
  3. Hacker, L., et al. Criteria for the design of tissue-mimicking phantoms for the standardization of biophotonic instrumentation. Nature Biomedical Engineering. 6 (5), 541-558 (2022).
  4. Laufer, J., Zhang, E., Beard, P. Evaluation of absorbing chromophores used in tissue phantoms for quantitative photoacoustic spectroscopy and imaging. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 16 (3), 600-607 (2010).
  5. Cook, J. R., Bouchard, R. R., Emelianov, S. Y. Tissue-mimicking phantoms for photoacoustic and ultrasonic imaging. Biomedical Optics Express. 2 (11), 3193-3206 (2011).
  6. Xia, W., et al. Poly(vinyl alcohol) gels as photoacoustic breast phantoms revisited. Journal of Biomedical Optics. 16 (7), 075002 (2011).
  7. Manohar, S., et al. Photoacoustic mammography laboratory prototype: imaging of breast tissue phantoms. J Biomed Opt. 9, 1172 (2004).
  8. Blumenröther, E., Melchert, O., Wollweber, M., Roth, B. Detection, numerical simulation and approximate inversion of optoacoustic signals generated in multi-layered PVA hydrogel based tissue phantoms. Photoacoustics. 4 (4), 125-132 (2016).
  9. Kharine, A., et al. Poly(vinyl alcohol) gels for use as tissue phantoms in photoacoustic mammography. Physics in Medicine and Biology. 48 (3), 357-370 (2003).
  10. Spirou, G. M., Oraevsky, A. A., Vitkin, I. A., Whelan, W. M. Optical and acoustic properties at 1064 nm of polyvinyl chloride-plastisol for use as a tissue phantom in biomedical optoacoustics. Physics in Medicine and Biology. 50 (14), N141-N153 (2005).
  11. Bohndiek, S. E., Bodapati, S., Van De Sompel, D., Kothapalli, S. -R., Gambhir, S. S. Development and application of stable phantoms for the evaluation of photoacoustic imaging instruments. PLoS One. 8 (9), e75533 (2013).
  12. Fonseca, M., Zeqiri, B., Beard, P. C., Cox, B. T. Characterisation of a phantom for multiwavelength quantitative photoacoustic imaging. Physics in Medicine and Biology. 61 (13), 4950-4973 (2016).
  13. Vogt, W. C., Jia, C., Wear, K. A., Garra, B. S., Joshua Pfefer, T. Biologically relevant photoacoustic imaging phantoms with tunable optical and acoustic properties. Journal of Biomedical Optics. 21 (10), 101405 (2016).
  14. Dantuma, M., van Dommelen, R., Manohar, S. Semi-anthropomorphic photoacoustic breast phantom. Biomedical Optics Express. 10 (11), 5921-5939 (2019).
  15. Jeong, E., et al. Fabrication and characterization of PVCP human breast tissue-mimicking phantom for photoacoustic imaging. BioChip Journal. 11, 67-75 (2017).
  16. Jia, C., Vogt, W. C., Wear, K. A., Pfefer, T. J., Garra, B. S. Two-layer heterogeneous breast phantom for photoacoustic imaging. Journal of Biomedical Optics. 22 (10), 1-14 (2017).
  17. Madsen, E. L., Hobson, M. A., Shi, H., Varghese, T., Frank, G. R. Stability of heterogeneous elastography phantoms made from oil dispersions in aqueous gels. Ultrasound in Medicine & Biology. 32 (2), 261-270 (2006).
  18. Culjat, M. O., Goldenberg, D., Tewari, P., Singh, R. S. A review of tissue substitutes for ultrasound imaging. Ultrasound in Medicine & Biology. 36 (6), 861-873 (2010).
  19. Zell, K., Sperl, J. I., Vogel, M. W., Niessner, R., Haisch, C. Acoustical properties of selected tissue phantom materials for ultrasound imaging. Physics in Medicine and Biology. 52 (20), N475-N484 (2007).
  20. Lazebnik, M., Madsen, E. L., Frank, G. R., Hagness, S. C. Tissue-mimicking phantom materials for narrowband and ultrawideband microwave applications. Physics in Medicine and Biology. 50 (18), 4245-4258 (2005).
  21. Ramnarine, K. V., Anderson, T., Hoskins, P. R. Construction and geometric stability of physiological flow rate wall-less stenosis phantoms. Ultrasound in Medicine & Biology. 27 (2), 245-250 (2001).
  22. Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102 (2006).
  23. Lamouche, G., et al. Review of tissue simulating phantoms with controllable optical, mechanical and structural properties for use in optical coherence tomography. Biomedical Optics Express. 3 (6), 1381-1398 (2012).
  24. Bohndiek, S. E., Van de Sompel, D., Bodapati, S., Kothapalli, S. R., Gambhir, S. S. Stable phantoms for characterization of photoacoustic tomography (PAT) systems. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. 858308, 30-35 (2013).
  25. Fenollar, O., Sanchez-Nacher, L., Garcia-Sanoguera, D., López, J., Balart, R. The effect of the curing time and temperature on final properties of flexible PVC with an epoxidized fatty acid ester as natural-based plasticizer. Journal of Materials Science. 44, 3702-3711 (2009).
  26. Fonseca, M., Zeqiri, B., Beard, P., Cox, B. Characterisation of a PVCP-based tissue-mimicking phantom for quantitative photoacoustic imaging. European Conference on Biomedical Optics. , Optica Publishing Group. 953911 (2015).
  27. Heudorf, U., Mersch-Sundermann, V., Angerer, J. Phthalates: toxicology and exposure. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 210 (5), 623-634 (2007).
  28. Maneas, E., et al. Gel wax-based tissue-mimicking phantoms for multispectral photoacoustic imaging. Biomed. Opt. Express. 9 (3), 1151-1163 (2018).
  29. Maneas, E., et al. Anatomically realistic ultrasound phantoms using gel wax with 3D printed molds. Physics in Medicine and Biology. 63 (1), 015033 (2018).
  30. Jones, C. J. M., Munro, P. R. T. Stability of gel wax based optical scattering phantoms. Biomedical Optics Express. 9 (8), 3495-3502 (2018).
  31. Ivory, A. M., Shah, A., Rajagopal, S., Zeqiri, B. Development and investigation of the acoustic properties of tissue-mimicking materials for photoacoustic imaging techniques. IEEE International Ultrasonics Symposium. IEEE. , 1489-1492 (2019).
  32. Grillo, F. W., Cabrelli, L. C., Sampaio, D. R. T., Carneiro, A. A. O., Pavan, T. Z. Glycerol in oil-based phantom with improved performance for photoacoustic imaging. 2017 IEEE International Ultrasonics Symposium. IEEE. , 1-4 (2017).
  33. Cabrelli, L. C., et al. Oil-based gel phantom for ultrasound and optical imaging. Biophotonics South America. SPIE. 9531, 40-46 (2015).
  34. Cabrelli, L. C., et al. Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging. Physics in Medicine and Biology. 62 (2), 432-447 (2017).
  35. Oudry, J., Bastard, C., Miette, V., Willinger, R., Sandrin, L. Copolymer-in-oil phantom materials for elastography. Ultrasound in Medicine & Biology. 35 (7), 1185-1197 (2009).
  36. Suzuki, A., et al. Oil gel-based phantom for evaluating quantitative accuracy of speed of sound measured in ultrasound computed tomography. Ultrasound in Medicine & Biology. 45 (9), 2554-2567 (2019).
  37. Cabrelli, L. C., Grillo, F. W., Carneiro, A. A. O., Pavan, T. Z. Copolymer-in-oil tissue-mimicking material with tunable acoustic properties. 2016 IEEE International Ultrasonics Symposium. IEEE. , 1-4 (2016).
  38. Cabrelli, L. C., et al. Copolymer-in-oil phantoms for photoacoustic imaging. 2015 IEEE International Ultrasonics Symposium. IEEE. , 1-4 (2015).
  39. Hacker, L., et al. A copolymer-in-oil tissue-mimicking material with tuneable acoustic and optical characteristics for photoacoustic imaging phantoms. IEEE Transactions on Medical Imaging. 40 (12), 3593-3603 (2021).
  40. Greenspan, M., Tschiegg, C. E. Speed of sound in water by a direct method. Journal of Research of the National Bureau of Standards. 59 (4), 249-254 (1957).
  41. Zeqiri, B., Scholl, W., Robinson, S. P. Measurement and testing of the acoustic properties of materials: a review. Metrologia. 47 (2), S156-S171 (2010).
  42. Pickering, J. W., et al. Double-integrating-sphere system for measuring the optical properties of tissue. Applied Optics. 32 (4), 399-410 (1993).
  43. Rajagopal, S., Sadhoo, N., Zeqiri, B. Reference characterisation of sound speed and attenuation of the IEC agar-based tissue-mimicking material up to a frequency of 60 MHz. Ultrasound in Medicine & Biology. 41 (1), 317-333 (2015).
  44. Prahl, S. A. Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling. Oregon Medical Laser Center, St. Vincent Hospital. 1344, 1-74 (2011).
  45. Pinkerton, J. M. M. The absorption of ultrasonic waves in liquids and its relation to molecular constitution. Proceedings of the Physical Society. Section B. 62 (2), 129-141 (1949).
  46. Hu, D., Lu, R., Huang, Y., Ying, Y., Fu, X. Effects of optical variables in a single integrating sphere system on estimation of scattering properties of turbid media. Biosystems Engineering. 194, 82-98 (2020).
  47. Grillo, F. W., et al. Patient-specific neurosurgical phantom: assessment of visual quality, accuracy, and scaling effects. 3D Printing in Medicine. 4 (1), 3 (2018).
  48. Nikitichev, D. I., et al. Construction of 3-dimensional printed ultrasound phantoms with wall-less vessels. Journal of Ultrasound in Medicine. 35 (6), 1333-1339 (2016).
  49. West, S. J., et al. Development of an ultrasound phantom for spinal injections with 3-dimensional printing. Regional Anesthesia and Pain Medicine. 39 (5), 429-433 (2014).

Tags

Medisin utgave 196
Et stabilt fantommateriale for optisk og akustisk avbildning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hacker, L., Ivory, A. M., Joseph,… More

Hacker, L., Ivory, A. M., Joseph, J., Gröhl, J., Zeqiri, B., Rajagopal, S., Bohndiek, S. E. A Stable Phantom Material for Optical and Acoustic Imaging. J. Vis. Exp. (196), e65475, doi:10.3791/65475 (2023).

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