Name: Optik ve Akustik Görüntüleme için Kararlı Bir Fantom Malzeme (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-16T12:20:00.000+00:00
Duration: 4 min 54 s
Description: Keşfedin optik ve akustik görüntüleme için kararlı bir fantom malzemesi geliştirme yöntemini. Titanyum dioksit ve polimer karışımı kullanılarak hazırlanan bu malzeme, tıbbi görüntüleme sistemlerinin doğrulanmasına yardımcı olur.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

LH, NPL'nin İş, Enerji ve Endüstriyel Strateji Bakanlığı'nın Endüstriyel Strateji Mücadelesi Fonu tarafından finanse edilen MedAccel programı tarafından finanse edildi. JMG, Deutsche Forschungsgemeinschaft'tan (DFG, Alman Araştırma Vakfı) GR 5824/1 projesi kapsamında fon aldı. JJ, Tıp Bilimleri Akademisi Springboard (REF: SBF007\100007) ödülünün finansman desteğini kabul eder. SEB, İngiltere Kanser Araştırmaları'nın C9545/A29580 hibe numarası altındaki desteğini kabul eder. , BZ ve SR, Ulusal Ölçüm Sistemi'nin finansmanı yoluyla İngiltere İş, Enerji ve Endüstriyel Strateji Bakanlığı tarafından desteklenmiştir. Şekil 1 ve Şekil 2 BioRender ile oluşturulmuştur.

Tablo 1: Yumuşak dokularda bulunan akustik ve optik özelliklere genel bakış. Optik özellikler 600 ila 900 nm arasında değişen bir spektrumu kapsar. Bunların yalnızca genel rehberlik sağlamayı amaçlayan temsili değerler olduğu unutulmamalıdır. Kesin değerler, deneysel duruma (örneğin, sıcaklık) ve frekansa/dalga boyuna bağlı olarak değişebilir. Literatür daha spesifik değerler sunmaktadır. *Belirli bir referans bulunamadı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475_Table%201_rev.xlsx" target="_blank">Bu Tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.</a>
Verilen protokol ~ 120 mL hayalet malzeme yapmak için geliştirilmiştir. Bileşenlerin kütleleri, farklı hacimlerde hayalet malzeme yapmak için ölçeklendirilebilir. Daha büyük hacimler için (&gt;500 mL), önerilen ekipmanın fantom karışımını homojen bir şekilde yeterince ısıtamayabileceğini lütfen unutmayın. Bu amaçla, ısıtma ekipmanı uygun şekilde uyarlanmalıdır.
DİKKAT: Tüm üretim süreci boyunca daima uygun kişisel koruyucu ekipmanın (KKD) giyildiğinden emin olun. Bu, laboratuvar önlüklerinin, güvenlik gözlüklerinin ve güvenlik eldivenlerinin kullanımını içerebilir; Yerel güvenlik yönergelerine atıfta bulunun ve bunlara uyun. Prosedür Hacker ve ark.39'dan uyarlanmıştır; adımların bir özeti Şekil 1'de görüntülenir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig01.jpg"> Resim 1: Yağ içinde kopolimer malzemesinin imalatı. (1) Optik saçılma ve absorpsiyon için malzemeler mineral yağa eklenir ve (2) çözünene kadar 90 ° C'de sonikleştirilir. (3) Polimer (ler) ve stabilizatör eklenir ve (4) karışım bir yağ banyosunda düşük karıştırma altında 160 ° C'ye ısıtılır. (5) Tüm bileşenlerin çözünmesi üzerine, numune uygun bir hayalet kalıba dökülür ve (6) oda sıcaklığında sertleşmeye bırakılır. Bu rakam Hacker et al.39'dan çoğaltılmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig01large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
1. Karışımın hazırlanması
<ol><li>40 mL mineral yağa 0.4 g Nigrosin ekleyerek Nigrosin stok çözeltisini hazırlayın. Sonikasyon ve numunenin tam vorteks ile homojen karıştırma sağlayın. Stok çözeltisini oda sıcaklığında saklayın. NOT: Yeniden kullanmadan önce stok çözeltisi daima iyice karıştırılmalıdır. Optik saçıcı (TiO 2) veya emici (boya) içermeyen bir hayalet malzeme tercih edilirse, adım 1 ve2 atlanabilir. 3. adımla devam edin.</li>
	<li>Tüm bileşenler tamamen çözülene kadar (~ 60 dakika) 100 mL (83.8 g) mineral yağda 0.15 g TiO 2 ve 1 mL boya stok çözeltisini sonikleştirin (Şekil 1: adım 1 ve2). Ekipman izin veriyorsa, sonikatörünü yüksek sıcaklıklara (90 ° C) ayarlayın, çünkü bu karıştırma işlemini kolaylaştırır. Sonikasyon süresi boyunca 3-5 adımlarıyla devam edin. NOT: Daha yüksek emici ve saçılma özelliklerine sahip bir hayalet tercih edilirse, sonikasyon süresinin uzatılması gerekebilir.</li>
	<li>Polistiren-blok-poli(etilen-ran-bütilen)-blok-polistiren (SEBS) ve alçak yoğunluklu polietilenleri (LDPE) istenen konsantrasyonlarda tartın (örneğin, SEBS = 25.14 g; LDPE = 6.70 g) (Şekil 1: adım 3).<ol><li>İsteğe bağlı: Stabiliteyi artırmak için bir antioksidan eklenebilir, ancak ısıtma sıcaklıkları 180 ° C'yi geçmezse zorunlu değildir. NOT: Üretim sürecinin sonraki bir aşamasında çözünürlük veya viskozite sorunlarıyla karşılaşılması durumunda, LDPE'nin hariç tutulması önerilir. LDPE, malzemedeki ses hızını artırmak için dahil edilmiştir (Tablo 3); Ancak, istikrarlı bir hayalet oluşturmak için zorunlu değildir. LDPE'yi atlayarak, üretim ve kalıplama süreci basitleştirilebilir, ancak nihai malzemenin sonraki ses hızında bir azalmaya neden olacaktır (Tablo 3).</li>
	</ol></li>
	<li>Uygun cam eşya ve silikon yağı kullanarak bir yağ banyosu oluşturun; ocak plakasına dikkatlice sabitleyin. Termokuplın silikon yağ banyosunda kaldığından ve prosedür boyunca cam eşyaların kenarlarına temas etmediğinden emin olun (Şekil 2). NOT: Termoregülasyon aksesuarının, ekipman üreticisi tarafından talimat verildiği şekilde dikkatlice monte edildiğinden emin olun.</li>
	<li>Eşit ısı dağılımını sağlamak için yağ banyosunun içine yeterli uzunlukta manyetik bir karıştırma çubuğu yerleştirin.</li>
	<li>Ocakta kapağı açın, ısıtma sıcaklığını 160 ° C'ye ayarlayın ve karıştırıcının dakikadaki devir sayısını (rpm) 50'ye ayarlayın.</li>
	<li>LDPE ve SEBS'yi sonikasyonlu mineral yağı içeren cam beher içine aktarın (TiO2 ve Nigrosin ile). Cam kabın içine yeterli uzunlukta manyetik bir karıştırma çubuğu yerleştirin ve ölçülen bileşenlerin ısıtılması için yağ banyosunun ortasına aktarın. Banyodaki yağ seviyesinin, beherin içindeki mineral yağ seviyesinin üzerinde kaldığından emin olun (Şekil 1: adım 4).</li>
</ol>2. Karışımın ısıtılması
<ol><li>Herhangi bir aşamada, eklenen polimer mineral yağ üzerinde yüzüyor gibi görünüyorsa, mineral yağ çözeltisini metalik bir spatula kullanarak manuel olarak karıştırın, böylece yüzen herhangi bir polimer mineral yağın içine dağıtılır. Isıya dayanıklı eldivenler giyin.</li>
	<li>Tüm polimer çözünene ve çözelti pürüzsüz ve homojen bir dokuya (~ 1,5 saat) eşit şekilde karıştırılmış görünene kadar karışımı 160 ° C'de bırakın.</li>
</ol>3. Vakumlama
NOT: Hava kabarcıklarının giderilmesi için, mevcut ekipmana bağlı olarak aşağıdaki adımları izleyin.
<ol><li>Sıcak kabı dikkatlice vakum odasına yerleştirin ve numuneleri en yüksek ayarda (en düşük vakum ) 2-3 dakika vakumlayın. Yüzeyde biriken hava kabarcıklarını dikkatlice çıkarmak için metalik bir spatula kullanın. Bu adımdan sonra hala hava kabarcıkları varsa, karışımı tekrar ısıtın ve tüm hava kabarcıkları çıkarılana kadar vakumlama adımını tekrarlayın.</li>
	<li>Vakumlu fırını açın ve 160 ° C'ye kadar ısıtın. İstenilen sıcaklığa ulaştığında, beheri çözelti ile vakum fırınına aktarın. NOT: Beheri daima ısı koruyucu eldivenlerle tutun.<ol><li>Vakumu mevcut en yüksek ayara (en düşük vakum) getirin. Çözeltinin üstünde bir köpük tabakası oluşmuşsa, vakumu kapatın ve kabarcıkları bir spatula kullanarak yüzeyden çıkarın (tüm hava kabarcıkları çıkarılana kadar bu adımı tekrarlayın).</li>
		<li>Beheri vakumlu fırında en yüksek vakum ayarında 1 saat bekletin. NOT: Vakumlu fırını temiz tutmak için, silikon yağı kabının dış yüzeyini bir kağıt havlu ile temizleyin. </li>
	</ol></li>
</ol>4. Numunelerin kalıba dökülmesi
<ol><li>Numuneleri numune kalıplarına dökmeden önce, gerekirse karışımın yüzeyinde kalan hava kabarcıklarını bir spatula ile çıkarın.</li>
	<li>Çözeltiyi, ısıya dayanıklı eldivenler giyerek veya yeterli koruyucu ekipman kullanarak uygun bir kalıba dikkatlice dökün. Herhangi bir hava kabarcığının oluşma olasılığını azaltmak için düşük bir yükseklikten düzgün ve sabit bir şekilde döküldüğünden emin olun (Şekil 1: adım 5). Karmaşık şekillere sahip kalıplar için, kürlenmiş numunenin çıkarılmasını kolaylaştırmak için dökmeden önce kalıbı ince bir yağ tabakasıyla (mineral yağ [örneğin, hint veya silikon yağı] hariç) kaplayın. NOT: Kalıpların fırında ön ısıtılması, daha yüksek numune homojenliği elde edilmesine yardımcı olabilir.</li>
	<li>Döküldükten sonra metalik bir spatula ile numunelerin üstündeki hava kabarcıklarını hızlı bir şekilde çıkarın. Karışım içinde çok sayıda hava kabarcığı birikmişse, kalıbın tipinin ve şeklinin izin vermesi koşuluyla vakum adımını tekrarlayın.</li>
	<li>Çözeltinin oda sıcaklığında ayarlanmasına izin verin. Daha küçük numuneler 2 saatten daha kısa sürede kürlenebilse de, eksik kürlenme riskini ortadan kaldırmak için numuneleri gece boyunca bırakın. Numuneleri oda sıcaklığında saklayın (Şekil 1: adım 6).</li>
</ol>5. Görüntü alma
<ol><li>Görüntü yakalama için, hayaleti görüntüleme cihazının görüş alanına yerleştirin.</li>
	<li>PAI veya ultrason sistemleri için, hayalet yüzeyin ultrason dönüştürücüsüne akustik bağlantısını, örneğin ultrason jeli veya su ile gerçekleştirin. NOT: Protokol doğru bir şekilde izlenmişse, hiçbir homojensizlik görüş alanını bozmamalıdır. Özel fantom tutucular, ölçümler arasında tekrarlanabilir numune konumlandırmasına yardımcı olabilir.</li>
	<li>Edinme sıcaklığı hayaletin depolama sıcaklığından farklıysa, hayalet sıcaklığın çevreyle dengelenmesine izin verin.</li>
	<li>Bir görüntü edinin.</li>
</ol>6. Malzeme karakterizasyon ölçümleri
NOT: Malzeme karakterizasyon ölçümlerinin amacı, malzemenin optik ve akustik özelliklerinin doğrulanmasıdır. Fantom fabrikasyon protokolünün yüksek tekrarlanabilirlik39 gösterdiği unutulmamalıdır, bu nedenle takip eden genel ölçüm protokolleri yalnızca daha fazla doğrulama çalışması istendiğinde rehberlik olarak sağlanmaktadır. Ölçümlerin bireysel adımları, kullanılan karakterizasyon ekipmanına bağlı olacaktır. Burada, akustik karakterizasyon için geniş bant üzerinden iletim ikame yöntemi41'e (İngiltere Ulusal Fizik Laboratuvarı'nda (NPL) mevcut) dayanan bir sistem ve optik karakterizasyon için şirket içi bir çift entegre küre (DIS) sistemi (42'ye dayanarak) kullanılmıştır. Karakterizasyon sistemlerinin kurulumu Ek Şekil 1'de gösterilmiştir. Ölçüm kurulumları (akustik43; optik 42,44) ve ölçüm prosedürü39 hakkında ek ayrıntılar başka yerlerde bulunabilir. Ölçüm prosedürü, kullanılan her bir spesifik karakterizasyon sistemine göre uyarlanmalıdır.
<ol><li>Akustik karakterizasyon NOT: Akustik karakterizasyon ölçümleri, darbe üretimi için 10 MHz merkez frekanslı ultrason transdüseri (aktif eleman çapı 10 mm) ve darbe tespiti için geniş bant hidrofon (30 mm aktif eleman çapı bilaminar membran hidrofonu) kullanan bir sisteme dayanmaktadır (her ikisi de deiyonize su ile dolu bir su tankına yerleştirilir; 112 cm x 38 cm x 30cm3 boyutlarındadır)). Dönüştürücü bir darbeci alıcı tarafından tahrik edilir. Dalga formları bir osiloskop kullanılarak elde edilir. Kurulum ve ölçüm prosedürü hakkında daha fazla ayrıntı (ölçümler üzerinde sisteme özgü B tipi etkiler dahil) 43'te bulunabilir.<ol><li>Ölçüm kurulumuna uygun numuneler hazırlayın (örneğin, bu durumda, 7-8 cm çapında ve 6-9 mm kalınlığında dairesel numuneler). Numunelerin homojen bileşimde olduğundan ve safsızlık, hava kabarcığı veya yüzey düzensizliği içermediğinden emin olun.</li>
		<li>Vernier kaliperleri kullanarak test numunesinin kalınlığını ölçün ve kalibre edilmiş bir termometre kullanarak su tankının sıcaklığını kaydedin.</li>
		<li>Numuneyi sisteme yerleştirin. Numunenin sistemin bileşenleriyle doğru şekilde hizalandığından emin olun. NOT: Gimbal montajı43'e dayanan otomatik olarak kontrol edilen bir numune tutucu, numunenin dönüşünün ve eğiminin hassas kontrolüne yardımcı olabilir.</li>
		<li>Her ölçüm seti için dört akustik darbe elde edin: akustik yolda numune bulunmayan bir referans su darbesi; numune yoluyla iletim; ve vericide numunenin ön ve arka yüzeylerinden alınan akustik yansımalar.</li>
		<li>Numunenin akustik özelliklerini ölçümlerden elde edin. (1)43 denklemini kullanarak c(f) sesinin hızını (m·s−1 cinsinden) hesaplayın. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65475/65475eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) C W, su sesinin sıcaklığa bağlı hızını gösterir ve θ1 (F), Θ2 (F), θ W (F) ve θS (F), sırasıyla önden yansıyan, geri yansıtılan, su içinden ve numune içinden voltaj darbelerinin karşılık gelen sarılmamış faz spektrumlarıdır. Malzemenin frekansa bağlı zayıflama katsayısı (αi(f)), denklem (2)43'te gösterilen iki örneklemli ikame tekniği kullanılarak elde edilebilir. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65475/65475eq02v2.jpg" style="margin: auto;">(2) U w (f) ve Us (f), su ve numune yoluyla darbenin ilgili voltaj büyüklüğü spektrumlarıdır αw (f), spesifik su tankı sıcaklığı45'te saf suyun ultrasonunun (dB · cm-1 cinsinden) zayıflama katsayısıdır ve d 1 ve d 2 (d2 &gt;d 1) iki numune kalınlığıdır. NOT: Mevcut protokol için, ara yüz kayıplarını hesaba katan zayıflama değerlendirilmiş ve etkisinin ihmal edilebilir olduğu bulunmuştur.</li>
		<li>Ölçümü, test numunesi üzerinde farklı konumlarda üç defadan fazla tekrarlayın. Nihai numune değerini elde etmek için ölçümlerin ortalama ve standart sapmasını hesaplayın.</li>
	</ol></li>
	<li>Optik karakterizasyon NOT: Optik test için, iki optik fiber aracılığıyla iki spektrometreye bağlanan iki entegre küre (50 mm iç çap) kullanan çift entegre bir küre sistemi (42'ye dayanarak) kullanılmıştır. Yansıtma küresi, üçüncü bir optik fiber aracılığıyla bir ışık kaynağına bağlanır.<ol><li>Ölçüm kurulumuna uygun numuneler hazırlayın (örneğin, bu durumda, genişliği 5,9 cm, yüksekliği 1,8 cm ve kalınlığı 2 ila 3 mm arasında değişen dikdörtgen numuneler). Numunelerin homojen bileşimde olduğundan ve safsızlık, hava kabarcığı veya yüzey düzensizliği içermediğinden emin olun.</li>
		<li>Işık kaynağını açın ve üreticinin talimatlarına göre dengelenmesini bekleyin (örneğin, 15 dakika).</li>
		<li>Vernier kumpaslarını kullanarak numunenin kalınlığını belirleyin. Varsa, ölçüm için dalga boyu aralığını ve adım boyutunu belirtin (örneğin, 1 nm adım boyutuyla 450-900 nm).</li>
		<li>İletim ve yansıtma küresi için referans ölçümlerini kaydedin.<ol><li>Yansıtma küresi için, önce geçirgenlik küresi çıkarılmış ve ışık kaynağı açıkken yansıma değeri R0'ı kaydederek açık bağlantı noktası ölçümü yapın. Ardından, yansıtma küresinin önünde tutulan bir referans standardıyla yansıma değeri R1'i kaydedin (ışık kaynağı açık).</li>
			<li>Geçirgenlik küresi için, önce hizalanmış yansıma ve geçirgenlik küreleri ve ışık kaynağı kapalıyken geçirgenlik değeri T0'ı kaydederek bloke edilmiş bir ışın ölçümü yapın. Ardından, hizalanmış yansıma ve geçirgenlik küreleri ve ışık kaynağı açıkken geçirgenlik değeri T1'i kaydederek bir olay ışını ölçümü yapın. NOT: Toz veya diğer kirleticilerin yapışması bileşenlerin performansını etkileyebileceğinden, ölçümler için kürelerin temiz bir yüzeyi ve referans standardı sağlanmalıdır46.</li>
		</ol></li>
		<li>Örneği kürelerin arasına yerleştirin. Yansıma Rs ve geçirgenlik Ts değerlerini ölçün. Numunenin sıkıştırılmadığından emin olun, çünkü bu ölçüm doğruluğunu etkileyebilir. Bir kürenin motorlu bir aşamaya yerleştirilmesi, ölçülen numune kalınlığına uyarlayarak küreler arasındaki mesafeyi doğru bir şekilde kontrol etmeye yardımcı olabilir.</li>
		<li>Normalleştirilmiş yansıma M R ve geçirgenlik MT değerlerini (3) ve (4)42 denklemlerini kullanarak hesaplayın. <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/65475/65475eq03.jpg" style="margin: auto;">(3) <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/65475/65475eq04.jpg" style="margin: auto;">(4) RSTD</li><li> </li><li></ol></li></ol>

Kararlı, Biyolojik Olarak İlgili Bir Fantom Malzemesinin İmalatı

Sarah Bohndiek daha önce fotoakustik görüntüleme cihazları satıcıları olan CYBERDYNE INC ve iThera Medical GmbH'den araştırma desteği almıştır. Diğer yazarların mevcut makale ile ilgili olarak açıklayacakları herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Burada, multimodal akustik ve optik biyomedikal görüntüleme uygulamalarında kalibrasyon ölçümleri ve standardizasyon için hayaletler oluşturmak üzere kullanılabilecek kararlı, biyolojik olarak ilgili bir malzeme için çok yönlü bir reçete sağlamayı amaçlayan bir protokol sunulmaktadır. Malzemenin daha önce zaman içinde kararlı olduğugösterilmiştir 39, partiden partiye tekrarlanabilirliği yüksek, kullanımı güvenli ve standart bilimsel tedarikçilerden kolayca temin edilebilen, uygun maliyetli bileşenlerden oluştuğu. Malzeme özellikleri, ilgili akustik ve optik rejimler arasında bağımsız olarak ayarlanabilir. Ayrıca, mekanik olarak sağlam ve suda çözünmez, böylece kaba kullanıma dayanır ve ultrasonik / fotoakustik araştırmalarda kullanılan su bazlı bağlantı maddelerine karşı etkisizdir. Aynı veya farklı malzeme türlerinden oluşan farklı inklüzyon türleriyle farklı hayalet tasarımların oluşturulabileceği vurgulandı. Bu özellikler göz önüne alındığında, malzeme ideal bir biyofotonik hayalet için yukarıda belirtilen temel kriterleri yerine getirir ve mevcut diğer doku taklit eden malzemelere kıyasla önemli avantajlar gösterir3. Tam üretim sürecini detaylandırarak, imalat prosedüründen kaynaklanan varyasyonları en aza indirmeyi ve böylece görüntüleme sistemlerinin performansını kalibre etmek, doğrulamak ve izlemek için kullanımını optimize etmeyi umuyoruz.
Üretim süreci için kritik olan iki önemli adım belirlenmiştir. İlk olarak, homojen bir malzemenin oluşturulması için bileşenlerin iyice karıştırılması ve eşit şekilde ısıtılması gerekir. Karıştırma için bir sonikatör ve manyetik karıştırıcı ve ısıtma için bir yağ banyosu kullanmak, malzeme bileşenlerinin taban matrisi içinde eşit dağılımını sağlar. Yağ banyosunun çok yüksek sıcaklıklara (>180 ° C) ulaşmamasına dikkat edilmelidir, çünkü bu, malzeme bileşenlerinin oksidasyonuna neden olacak ve sarımsı renk bozulmasına neden olacaktır. Manuel karıştırma, karıştırma işlemini destekleyebilir ve malzeme-hava arayüzünden gelen yetersiz ısıtmayı telafi edebilir. Malzemenin homojen bir bileşimini sağlamak için daha yüksek bir TiO2 ve / veya polimer konsantrasyonu kullanıldığında sonikasyon ve karıştırma süresinin uzatılması gerekebilir. İkincisi, baz matrisi içinde heterojenliklerin oluşumunu önlemek için hava kabarcıklarının çıkarılması gerekir. Bu bir vakum pompası veya fırın ile sağlanabilirken, malzeme içindeki sıkışma havasını en aza indirmek için düşük bir yükseklikten dikkatli bir şekilde dökme de yapılmalıdır.
Malzemenin önemli bir avantajı, termoplastik özellikleridir (SEBS polimerinden türetilmiştir), akustik ve optik özellikleri üzerinde önemli bir etki yaratmadan yeniden ısıtılmasına ve yeniden kalıplanmasına izin verir39. Bununla birlikte, yeniden ısıtmanın kademeli ve dikkatli bir şekilde yapılması gerekir, çünkü malzeme çok hızlı bir şekilde yeniden ısıtılırsa kolayca yanabilir ve oksitlenebilir. LDPE, SEBS ile aynı termoplastik davranışı sergilemediğinden, daha yüksek LDPE konsantrasyonları kullanıldığında yeniden ısıtma da daha zor hale gelir.
Protokolün çeşitli sınırlamaları devam etmektedir. Polimerlerin yüksek erime sıcaklığı (150 ° C) nedeniyle, hayalet kalıpların cam veya paslanmaz çelik gibi ısıya dayanıklı bir malzemeden yapılması gerekir. Ek olarak, akustik özellikleri ayarlamak için yüksek bir polimer konsantrasyonu kullanılırsa, malzeme sıvı halde oldukça viskozdur ve bu da küçük görüntüleme hedeflerinin doldurulmasını zorlaştırır. Son olarak, akustik özelliklerin ayarlanması şimdiye kadar meme veya yağ gibi taklit dokuları destekleyen ~ 1450-1.516 m · s-1 ses aralığı hızıyla sınırlıdır (c = 1.450-1.480 m · s − 1), ancak kas veya böbrek gibi dokular için yetersiz olabilir (c > 1.520 m · s − 1). Akustik zayıflamanın eşlik eden değişimi de dikkate alınmalıdır.
Burada, malzemenin ultrason ve optik görüntüleme uygulamaları için kararlı bir hayalet olarak uygulanmasını vurguladık. Bununla birlikte, yağ içinde kopolimer materyallerin elastografi uygulamalarında da değerli olduğu gösterilmiştir35 ve potansiyel olarak manyetik rezonans görüntüleme gibi daha ileri görüntüleme modaliteleriyle uyumluluğa izin verebilir. Fantomların artan anatomik gerçekçiliği, benzer çalışmalardagösterildiği gibi 3D baskılı kalıplar kullanılarak elde edilebilir 29,47,48,49. İlk çalışmalar, malzemenin kendisinin 3D yazdırılabilirliğini de göstermiş ve işleme ve imalat açısından esnekliğini daha da genişletmiştir. Bu gelişmeler, malzemenin multimodal görüntüleme uygulamaları için yaygın olarak kullanılan, kararlı bir hayalet ortam olarak heyecan verici gelecekteki potansiyelini vurgulamaktadır.

Yeni optik görüntüleme biyobelirteçlerinin hassasiyetini ve doğruluğunuteknik doğrulama 1,2 yoluyla belirlemek, klinik pratikte başarılı bir şekilde uygulanmalarını sağlamak için çok önemlidir. Bunu başarmak için, teknik doğrulama çalışmaları sıklıkla cihazlar arası performans değerlendirmesini ve rutin kalite kontrolünü kolaylaştıran dayanıklı fiziksel hayaletleri kullanır. Bir hayalet malzemenin araştırma ve klinik çeviride yaygın kullanımı için, basit, yüksek oranda tekrarlanabilir bir üretim protokolü gereklidir. İdeal bir biyofotonik fantom materyal aşağıdaki özellikleri içermelidir3: (1) biyolojik olarak ilgili aralıklarda bağımsız olarak ayarlanabilir özellikler; (2) mekanik sağlamlık; (3) uzun vadeli istikrar; (4) geometri ve mimaride esneklik; (5) güvenli elleçleme; (6) Standart bilimsel tedarikçilerden satın alınabilecek yaygın olarak bulunan içerikler; ve (7) düşük maliyetli. Şu anda, biyofotonik uygulamalar, belirtilen gereksinimleri karşılayan ve ayrıca fotoakustik görüntüleme (PAI) gibi hibrit uygulamalar için ayarlanabilir akustik özellikler içeren, yaygın olarak kabul gören bir hayalet malzeme için standartlaştırılmış bir protokolden yoksundur.
Kombine optik ve akustik uygulamalar için hedeflenen biyolojik olarak ilgili hayalet malzemeler arasında hidrojeller4,5, polivinil alkol (PVA)6,7,8,9 ve polivinil klorür plastisol (PVCP)10,11,12,13,14,15,16 bulunmaktadır . Bununla birlikte, bu malzemeler, kararlı bir hayalet malzeme olarak uygulamalarını kısıtlayan belirli sınırlamalarla karakterize edilir. Örneğin hidrojeller, dehidrasyona, mekanik hasara ve bakteri üremesine eğilimlidir ve raf ömrünü 17,18,19 sınırlar. Kimyasalların eklenmesi uzun ömürlülüğü artırabilir, ancak formaldehit20 veya benzalkonyum klorür21 gibi yaygın koruyucular tehlikelidir ve kullanım sırasında ihtiyati tedbirler gerektirir. Ek olarak, suda çözünür boyalar içeren hedefler, kapsüllenmediği takdirde baz malzeme içinde yayılabilir. PVA kriyogelleri daha yüksek bir uzun ömür ve yapısal sağlamlık ile karakterize edilir, ancak hazırlama süreçleri uzun donma-çözülme döngülerini içerir22. Bu, akustik ve optik parametrelerin bağımsız ayarlanabilirliğinisınırlayabilir 23 ve biraz değişirse homojen olmayanlara yol açabilir6, böylece tekrarlanabilirlikten ödün verebilir. Ayrıca, boyaların inklüzyonlardan difüzyonu 1 yıl sonra gözlenmiştir13. PVCP, 180-220 ° C 13,14,24,25'e kadar yüksek sıcaklıklar içeren karmaşık bir üretim sürecine sahiptir. PVCP ayrıca bilimsel tedarikçilerle26 tedarik zinciri eksikliğinden muzdariptir ve ftalatlara dayalı plastikleştiriciler içerebilir, bu da üreme ve gelişimsel zarara neden olabilir27 ve bazı ülkelerde onları kontrollü maddeler haline getirebilir.
Jel balmumu 28,29,30,31 veya termoplastik stirenik elastomerlere dayalı karışımlar 32,33,34,35,36 gibi yağ içinde polimer bileşimleri, iyi uzunlamasına stabilite sergiler ve doku benzeri akustik ve optik özelliklere sahiptir31,35,36,37, böylece multimodal uygulamalarda dayanıklı bir hayalet aday olarak yüksek potansiyele sahiptir. Ek olarak, bu malzeme sınıfı uygun maliyetli, su emici olmayan, toksik olmayan ve biyolojik olarak inert35,38'dir. Ses hızı c(f) ve akustik zayıflama katsayısı α(f), polimer konsantrasyonu33,35,39'un değişimi ile biyolojik olarak ilgili bir aralıkta (Tablo 1) ayarlanabilirken, optik absorpsiyon μa(λ) ve azaltılmış saçılma μs'(λ) katsayıları öncelikle yağda çözünür boyalar veya titanyum dioksit (TiO2) ilavesiyle değiştirilebilir39, sırasıyla.
Burada, optik, ultrason veya fotoakustik cihaz kalibrasyonunda kullanıma uygun dayanıklı yağ içinde kopolimer hayaletlerinin oluşturulması için basit, takip edilmesi kolay bir protokol sunulmaktadır. Tüm bileşenler Kimyasal Soyut Servis (CAS) numaralarını tanımlamıştır ve standart bilimsel tedarikçilerden kolayca temin edilebilir. İmalat prosedüründeki potansiyel zorluklar vurgulanır ve bunların üstesinden gelmenin yolları sunulur. Protokol, çeşitli akustik ve optik özelliklere sahip malzemelerin üretilmesine izin verirken, sunulan protokol, oda sıcaklığında (20 ° C) 40 suyun ses hızıyla hizalanan, ~ 1.481 m · s-1 ses hızına sahip bir malzeme verir. Bu değer, mevcut doku özelliklerinin geniş bir yelpazesini temsil etmek için nötr bir standart olarak seçilmiştir (Tablo 1), karşılaştırma için tutarlı ve güvenilir bir referans noktasının oluşturulmasına izin vermiştir. Bu ayrıntılı protokolü sağlayarak, bu umut verici hayalet malzeme türünün alımını ve üretim tekrarlanabilirliğini genişletmeyi, böylece biyofotonik, akustik ve fotoakustik doğrulama çalışmalarını kolaylaştırmayı ve klinik öncesi ve klinik görüntüleme uygulamalarında rutin kalite kontrolünü desteklemeyi amaçlıyoruz.

<table><tbody><tr><td>Düşük Yoğunluklu Polietilen (LDPE)</td><td>Alfa Aesar&nbsp;</td><td>43949.30 CAS: 9002-88-4</td><td>6.70 g %5.8 w/w</td></tr><tr><td>Mineral yağ</td><td>Sigma Aldrich</td><td>330779-1L CAS: 8042-47-5</td><td>83.80 g %72.5 w/w</td></tr><tr><td>Nigrosin&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich&nbsp;</td><td>211680-100G CAS: 11099-03-9</td><td>0.4 g&nbsp;</td></tr><tr><td>Polistiren-blok-poli(etilen-ran-bütilen)-blok-polistiren (SEBS)</td><td>Sigma Aldrich&nbsp;</td><td>200557-250G CAS: 66070-58-4</td><td>25.14 g %21.7 w/w</td></tr><tr><td>Yağ banyosu için silikon yağı</td><td>Sigma Aldrich&nbsp;</td><td>85409-1L CAS: 63148-62-9 ~ 1 L (yağ banyosunun boyutuna bağlı olarak)</td><td></td></tr> <tr><td>Titanyum (IV) oksit, anataz (TiO2)</td> <td>Sigma Aldrich&nbsp;</td><td>232033 CAS: 1317-70-0</td><td>0.15 g</td></tr><tr><td>Antioksidan (isteğe bağlı; örneğin, bütillenmiş hidroksitoluen)</td> <td>Sigma Aldrich&nbsp;</td><td>W218405-1KG-K CAS: 128-37-0</td>, <td>daha yüksek üretim sıcaklıkları kullanılırsa renk bozulmasını önlemek için eklenebilir&nbsp;</td></tr><tr><td>İnklüzyonlar için yağda çözünen boyalar (isteğe bağlı),</td> <td>örneğin, Caligo güvenli yıkama kabartma mürekkepleri, Cranfield Colours, Cwmbran, İngiltere*</td><td></td>, <td>tercih edilen absorpsiyona bağlı olarak</td></tr><tr><td>eklenebilir Banyo Sonikatörü &nbsp;</td><td>Ultrawave Ltd, İngiltere*</td><td>U500H Ultrasonik Temizleme Banyosu</td>*<td>ideal olarak sıcaklık kontrolü ile; 30-50 kHz arasında önerilen çalışma frekansları)</td></tr><tr><td>Silikon yağı banyosu için kristalleşme kabı (+200 °C'ye kadar; C)</td> <td>herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td> <td>(250 mL cam beher için dış çap ~ 140 mm)</td></tr> <tr><td>Cam beher (~ 250 mL); cam numune tabakları/fantom kalıp</td><td>herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td><td></td></tr> Maksimum <tr><td>> 200 °C sıcaklığa sahip manyetik karıştırıcılı ve termoregülatörlü (harici prob termokupl) sıcak plaka; C</td><td>Thermo Fisher Scientific, İngiltere*</td><td>Velp Scientifica AREC. X Dijital Seramik Sıcak Plaka Karıştırıcı*</td><td></td></tr><tr><td>0,01 g'a kadar hassas laboratuvar terazileri / bilimsel teraziler</td><td>herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Metalik spatula</td><td>herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vakum fırını veya vakum odası</td><td>Memmert, Almanya (Vakumlu fırın)* Cole-Parmer Instrument Company, Birleşik Krallık (Vakum odası)*</td><td>VO29 (Vakumlu fırın) DWK Yaşam Bilimleri (Kimble) Yakalı Cam Vakumlu Kurutucu (Vakum haznesi)*</td><td></td></tr><tr><td>1. Akustik karakterizasyon sistemi*</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hidrofon</td><td>GEC Marconi</td><td>30 mm aktif eleman çapı bilaminar membran hidrofon</td><td></td></tr><tr><td>Osiloskopu</td><td>Tektronix UK, Bracknell, UK</td><td>DPO 7254&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Pulser&ndash; Alıcı&nbsp;</td><td>Olympus NDT, Waltham, MA, ABD</td><td>Olympus 5073PR</td><td></td></tr><tr><td>Numune tutucu</td><td>Newport Spectra-Physics, Didcot, İngiltere</td><td>Newport 605-4 Serisi Düşük Distorsiyonlu Eksenel Sıkıştırma Gimbal Optik Montaj</td><td>, numune tutma için ek adaptör gerektirebilir</td></tr><tr><td>Termometre</td><td>GH Zeal, Londra, Birleşik Krallık</td><td>UKAS kalibrasyonlu IP 39C cam içinde ispirto termometresi</td><td></td></tr><tr><td>Ultrason dönüştürücüsü&nbsp;</td><td>Kuvvet Teknolojisi, Brondby, Danimarka</td><td>Aktif eleman çapı 10 mm dönüştürücü</td><td></td></tr><tr><td>Sürmeli kaliperler</td><td>herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Deiyonize su ile doldurulmuş su deposu&nbsp;</td><td>Herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td><td>yeterli boyut gerektirir (örneğin, boyutlar 112 & kez; 38 ve kez; 30 cm 3)</td></tr><tr><td>2.Optik karakterizasyon sistemi *</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Entegre küre (iki)</td><td>Avantes, Apeldoorn, Hollanda</td><td>AvaSphere-50, 50 cm iç çap</td><td></td></tr><tr><td>Işık kaynağı&nbsp;</td><td>Avantes, Apeldoorn, Hollanda</td><td>Avalight-HAL-s-mini</td><td></td></tr><tr><td>Motorlu sahne (isteğe bağlı)</td><td>Thorlabs,Thorlabs</td> <td>MTS50</td><td></td></tr><tr><td>Optik fiberler (üç)</td><td>herhangi bir uygun tedarikçi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Yansıtma standardı</td><td>Labsphere, North Sutton, ABD</td><td>%99, beyaz, 1.25" çap, USRS-99-010, AS-01158-060</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometre</td><td>Avantes, Apeldoorn, Hollanda</td><td>Starline Avaspec-2048</td><td></td></tr><tr><td>Yazılımı</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Veri edinme yazılımı (örneğin, Labview)</td><td>National Instruments, Austin, TX, ABD</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Veri analizi yazılımı (örneğin, Matlab)</td><td>Mathworks, Natick, ABD</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ters katlama ekleme (IAD) programı&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Kaynak kodu: http://omlc.org/software/iad/</td></tr><tr><td>*Benzer ekipmanların da kullanılabileceğini lütfen unutmayın.</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

optik ve akustik görüntüleme için kararlı bir fantom malzeme

A Stable Phantom Material for Optical and Acoustic Imaging

Uzun vadeli stabilite sağlayan doku taklit biyofotonik fantom materyallerin oluşturulması, biyomedikal görüntüleme cihazlarının satıcılar ve kurumlar arasında karşılaştırılmasını sağlamak, uluslararası kabul görmüş standartların geliştirilmesini desteklemek ve yeni teknolojilerin klinik çevirisine yardımcı olmak için zorunludur. Burada, fotoakustik, optik ve ultrason standardizasyon çabalarında kullanılmak üzere kararlı, düşük maliyetli, dokuyu taklit eden yağda kopolimer malzeme ile sonuçlanan bir üretim süreci sunulmaktadır.
Baz malzeme, mineral yağ ve tanımlanmış Kimyasal Soyut Hizmet (CAS) numaralarına sahip bir kopolimerden oluşur. Burada sunulan protokol, 5 MHz'de c(f) = 1.481 ± 0,4 m·s-1 (20 °C'de suyun ses hızına karşılık gelir), akustik zayıflama α(f) = 6,1 ± 0,06 dB·cm-1 5 MHz'de, optik absorpsiyon μa(λ) = 0,05 ± 0,005 mm-1 800 nm'de 0,005 mm-1 ile temsili bir malzeme verir, ve optik saçılma μs'(λ) = 800 nm'de 1 ± 0,1 mm-1. Malzeme, sırasıyla polimer konsantrasyonunu veya ışık saçılımını (titanyum dioksit) ve emici ajanları (yağda çözünür boya) değiştirerek akustik ve optik özelliklerin bağımsız olarak ayarlanmasını sağlar. Farklı fantom tasarımlarının imalatı görüntülenir ve elde edilen test nesnelerinin homojenliği fotoakustik görüntüleme kullanılarak doğrulanır.
Kolay, tekrarlanabilir imalat süreci ve dayanıklılığının yanı sıra biyolojik olarak ilgili özellikleri nedeniyle, malzeme tarifi multimodal akustik-optik standardizasyon girişimlerinde yüksek umut vaat etmektedir.

Bu tarifi takiben, fotoakustik görüntüleme amacıyla, farklı optik aydınlatma ve akustik algılama geometrilerine sahip farklı sistem tasarımları için hedeflenen üç temsili fantom tasarımı oluşturulmuştur (Şekil 3A). Fantom hazırlama prosedürü başarılı bir şekilde gerçekleştirilirse, hayalet malzeme sıkışmış hava kabarcıkları veya safsızlıklar olmadan pürüzsüz ve homojen görünür ve elde edilen görüntüde hiçbir artefakt görülemez (burada fotoakustik görüntüleme kullanılarak görselleştirilmiştir; Şekil 3B,C). Protokol, ses hızı c(f) = 1481 ± 0,4 m·s-1 (20 °C40'ta suyun ses hızına karşılık gelir), akustik zayıflama α(f) = 6,1 ± 0,06 dB·cm-1 (her ikisi de 5 MHz'de), optik absorpsiyon μa(λ) = 0,05 ± 0,005 mm-1 ve optik saçılma μs'(λ) = 1 ± 0,1 mm-1 ile temsili bir malzeme verir (her ikisi de 800 nm'de) (belirsizlik, farklı operatörler tarafından bağımsız olarak üretilen n = 3 partiden standart sapmayı gösterir; tüm ölçümler oda sıcaklığında [20 ° C] gerçekleştirilmiştir).
Optik saçılma katsayısı, TiO 2'nin varyasyonu ile ayarlanabilirken, optik absorpsiyon katsayısı, burada Nigrosin ile gösterilen yağda çözünür herhangi bir boyanın eklenmesiyle ayarlanabilir (Tablo 2 ve Şekil 3D). Tablo 2'deki değerler kas veya meme gibi daha düşük emici ve saçılan dokulara odaklanmış olsa da (Tablo 1), daha yüksek konsantrasyonlarda emici ve saçılımcılar eklemede herhangi bir zorlukla karşılaşmadık. Bununla birlikte, daha yüksek konsantrasyonlarda optik saçılımcıların / emicilerin eklenmesi, çözeltinin homojen bir şekilde karıştırılmasını sağlamak için daha uzun sonikasyon süreleri gerektirebilir.
Akustik zayıflama ve ses hızı, polimer konsantrasyonunun değişimi ile ayarlanabilir (Tablo 3). Burada, ayar şu ana kadar ~ 1.450-1.516 m · s-1 ses aralığı hızıyla sınırlıdır. İlgili polimer konsantrasyonlarının düşük olması, numunenin düşük fiziksel stabilitesine neden olabilir ve bu da zamanla plastik deformasyona neden olabilir34. Daha yüksek polimer konsantrasyonları kırılganlığa ve malzemenin düzensiz bir dokusuna neden olur. Akustik özelliklerin aralığı, meme veya yağ gibi dokuları taklit etmeye yardımcı olabilir (c = 1.450-1.480 m · s − 1), ancak kas veya böbrek gibi dokular için yetersiz olabilir (c &gt; 1.520 m · s − 1; Tablo 1).
Fantom preparatındaki yaygın hata kaynakları, hava kabarcıklarının yetersiz çıkarılmasını ve baz bileşenlerin homojen olmayan şekilde karıştırılmasını içerir (Şekil 4). Bu, sırasıyla vakumlama ve dikkatli dökme ve karıştırma / vorteks ile en aza indirilebilir.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig02.jpg"> Şekil 2: Fantom üretimi için deneysel kurulum. Fantom bileşenleri içeren cam beher, yağ banyosunun yüzeyleri ile cam beher arasında doğrudan teması önlemek için bir kelepçe kullanılarak silikon yağ banyosuna yerleştirilir. Sıcak plakadaki sıcaklık geri bildirimi, dikkatli sıcaklık kontrolü sağlar. Manyetik karıştırıcılar hem silikon yağının hem de hayalet bileşenlerin karıştırılmasını sağlar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig02large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig03.jpg"> Şekil 3: Fantom fabrikasyon prosedürünün temsili sonuçları . (A) Farklı fotoakustik görüntüleme sistemlerinde uygulama için çok yönlülük gösteren çeşitli fantom tasarımları. Solda: yüksek çözünürlüklü görüntüleme sistemlerini test etmek için tasarlanmış farklı derinliklerde (0,5, 1,5 ve 2,5 mm; hedefler arası mesafe 1,25 mm) gömülü dizelere sahip küçük dikdörtgen hayalet; orta: tomografi sistemlerini test etmek için tasarlanmış, yeşil ve mor yağda çözünür bir boya kullanan iki inklüzyona sahip silindirik fantom (12 mm'lik inter-inklüzyon mesafesi); sağda: El tipi bir sistemi test etmek için tasarlanmış, farklı derinliklerde (6 mm, 10 mm ve 14 mm; 3,5 mm'lik dahil etme mesafesi) gömülü kanallara sahip büyük dikdörtgen fantom. (B) Ticari bir fotoakustik görüntüleme sistemi ile 532 nm'de elde edilen, gömülü dizelere sahip dikdörtgen hayaletin örnek fotoakustik görüntüsü. (C) Ticari bir fotoakustik görüntüleme sistemi ile 800 nm'de elde edilen silindirik tomografik hayaletin örnek fotoakustik görüntüsü. (D) Nigrosin konsantrasyonlarını artırarak optik absorpsiyon konsantrasyonlarını artıran hayaletler (görüntüdeki toplam mineral yağ hacminin ağırlık yüzdesi olarak verilen konsantrasyonlar). Şekil 3B,C, Hacker ve ark.39'dan çoğaltılmıştır. Ölçek çubukları = 10 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig03large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65475/65475fig04.jpg"> Şekil 4: Yaygın hayalet başarısızlıklar . (A,B) Baz matrisinin içinde sıkışmış hava kabarcıklarını gösteren fotoğraflar. (C) Temel bileşenlerin yetersiz karıştırılması, ortaya çıkan fotoakustik görüntüde homojensizliklere (kırmızı oklar) yol açar. Ölçek çubuğu = 5 mm (A). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475fig04large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Tablo 2: Optik absorpsiyon (μa) ve saçılma (μs') değerlerinin ayarlanmasına tablosal bakış. Yüzde değerleri, baz çözeltinin toplam hacmine (mineral yağ, sütun 1) ve hayalet malzemenin toplam ağırlığına (sütun 2) ağırlık yüzdesi olarak verilir. Nigrosin konsantrasyonları, mutlak Nigrosin'in toplam miktarını gösterir (stok çözeltisi değil). Tüm numuneler antioksidan olarak% 5 bütillenmiş hidroksitoluen içeriyordu (isteğe bağlı). n = Numune başına 3 ölçüm. Tablonun görsel bir temsili Hacker et al.39'da bulunabilir. Kısaltma: neg = ihmal edilebilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/Table%202v3.xlsx" target="_blank">Bu Tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.</a>
Tablo 3: Akustik zayıflama (α) ve ses hızı (c) değerlerinin ayarlanmasına tablosal bakış. Doğrusal olmayan en küçük kareler bağlantısından elde edilen α 0 ve n parametreleri ile α0 fn güç yasası ile tanımlanmıştır (n = numune başına 4 ölçüm). F, frekansı MHz cinsinden gösterir. Yüzde değerleri, baz çözeltinin (mineral yağ) toplam ağırlığına ağırlık yüzdesi olarak verilir. Tüm numuneler antioksidan olarak% 5 bütillenmiş hidroksitoluen içeriyordu (isteğe bağlı). Tablonun görsel bir temsili Hacker et al.39'da bulunabilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/65475_Table%203_rev.xlsx" target="_blank">Bu Tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.</a>
Ek Şekil S1: Doğrulamalar için kullanılan akustik ve optik karakterizasyon sistemlerinin kurulumu. Akustik zayıflama katsayısının ve ses hızının belirlenmesi için akustik karakterizasyon sisteminin bir fotoğrafı (A) ve şeması (B) görüntülenir. Tek tek sistem bileşenleri, fotoğrafta ve şemada HP (HydroPhone), S (Örnek) ve T (Dönüştürücü) ek açıklamalarıyla gösterilir. Optik absorpsiyon katsayısının ve azaltılmış saçılma katsayısının değerlendirilmesi için çift bütünleşen küre sisteminin bir fotoğrafı (C) ve şeması (D) gösterilmiştir. Tek tek sistem bileşenleri, fotoğraf ve şemada S (Örnek), RS (Yansıtma Küresi), TS (İletim Küresi), OF (Optik Fiber) ve MS (Motorlu Aşama) ek açıklamalarıyla gösterilir. Bu rakam Hacker et al. 39'dan çoğaltılmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65475/Suppl.%20Fig%201.pdf" target="_blank">Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Bu protokol, optik ve akustik biyomedikal görüntüleme uygulamaları için bağımsız olarak ayarlanabilir akustik ve optik özelliklere sahip, kararlı, biyolojik olarak ilgili bir hayalet malzemenin üretimini açıklamaktadır.

Optik ve Akustik Görüntüleme için Kararlı Bir Fantom Malzeme

Establishing tissue-mimicking biophotonic phantom materials that provide long-term stability are imperative to enable the comparison of biomedical imaging ...

Araştırmamız, erken kanser teşhisi için yeni görüntüleme yöntemleri geliştirmeye odaklanmıştır. Özellikle bu çalışmada, ışık ve / veya sese dayalı görüntüleme modalitelerini doğrulamak için kararlı bir test nesnesi veya hayalet olarak da adlandırılan geliştirmeye odaklandık. Akustik optik rejimde doku taklit edici materyaller geliştirmek için farklı kaynaklar önerilmiştir.Örneğin, PVA, hidrojeller, poliüretan veya PVCP. Bu çalışma, ayarlanabilirlik ve stabilite zorluklarının çoğunun üstesinden gelen çekirdek poliman yağ bileşimine dayanan umut verici yeni bir malzeme türüne odaklanmaktadır. Biyomedikal optik alanı, günümüzde tıbbın karşılaştığı temel zorlukların bazılarına uygulanabilecek çok çeşitli görüntüleme modalitelerini kapsamaktadır.Tüm optik görüntüleme modalitelerinin birçoğu nispeten derinlik sınırlıdır, ancak ultrasonun derinlik penetrasyon faydalarından bazılarından yararlanmak için fotoakustik etki yoluyla ışığı sesle birleştirebiliriz. Fotoakustik görüntüleme, inflamasyonu görüntülemekten kanser teşhisine kadar çok çeşitli klinik çalışmalarda umut vaat etmiştir. Bununla birlikte, kantitatif performans değerlendirmesi, dokunun optik ve akustik özelliklerini doğru bir şekilde taklit edebilen ve zamanla sabit kalabilen mevcut hayalet materyallerin eksikliği nedeniyle zor olmaya devam etmektedir.Birçok yeni optik ve fotoakustik görüntüleme sistemi geliştirilmektedir, ancak bu sistemleri doğrulamak ve performanslarını karşılaştırmak için standartlaştırılmış bir referans hayaletimiz yoktur. Materyalimiz bu boşluğu doldurmak ve bu heyecan verici yeni tekniklerin daha da geliştirilmesini ve kliniğe çevrilmesini desteklemek için umut verici bir adaydır. Gelecekte, farklı sistem konfigürasyonlarının performansını değerlendirmek için uygun anatomik olarak daha gerçekçi hayalet tasarımlar ve mimariler oluşturmaya odaklanmak istiyoruz.Örneğin, farklı geometrilere ve uzamsal çözünürlüklere sahip mikroskobik, mezoskopik ve makroskobik sistemler.

a-stable-phantom-material-for-optical-and-acoustic-imaging

Research

JoVE Journal

Medicine

Tıp

Optik doku hayaletler kalibrasyon ve optik görüntüleme sistemleri karakterizasyonu ve teorik modeller doğrulama için gerekli araçlardır. Bu makalede bir yöntem için çoğaltma doku optik özellikleri ve üç boyutlu doku yapısı içerir hayalet imalat detayları.

İmalat ve Macrostructure içeren optik doku hayaletler karakterizasyonu

Burada, biz optik hayaletler doku taklit eden özel tabanlı yapılır ve nasıl göstermek optik özellikleri geleneksel bir optik sistemi ile entegre bir küre kullanılarak belirlenir.

Özel tabanlı doku optik hayaletler diffüz yansıma spektroskopisi için taklit

Bu protokol, bir hastanın belirli kafatası, beyin ve tümör hayalet imal açıklar. Bu kalıp oluşturmak için 3D baskı kullanır ve polivinil alkol (PVA-c) doku taklit malzeme olarak kullanılır.

Beyin Tümörü Cerrahisi Planlaması için Ultrason ve X-Ray Kontrastı ile Hastaya Özel Polivinil Alkol Phantom İmalatı

Optik olarak aktive edilmiş perflorokarbon nanodamlacıklar, vasküler sistem dışındaki görüntüleme uygulamalarında umut vaat etmektedir. Bu makale, bu parçacıkların nasıl sentezleneceğini, poliakrilamid hayaletlerinin çapraz bağlanacağını ve sinyallerini arttırmak için damlacıkların akustik olarak nasıl modüle edileceğini gösterecektir.

Optik Olarak Buharlaştırılmış Perflorokarbon Nanodamlacıkların Formülasyonu ve Akustik Modülasyonu

Biz oksijen metabolizmasının bir dizin tahmin etmek serebral kan akımı indeksi diffüz korelasyon spektroskopisi önlemler ile serebral hemoglobin oksijenasyon frekans etki yakın kızılötesi spektroskopi önlemler birleştirdi. Biz yenidoğan beyin sağlığı ve gelişimi değerlendirmek için bir başucu tarama aracı olarak bu önlemin programı test.

Bebeklerde Serebral Metabolizma ve Hemodinamiğin Noninvaziv Optik Ölçüm

Staphylococcus aureus bir biyolojik olarak ışık veren mühendislik suşu kullanılarak, ortopedik protez enfeksiyonun bir fare modelinde, optik ve uCT görüntüleme birlikte, invaziv olmayan uzunlamasına ve bakteriyel enfeksiyonun dinamikleri, hem de karşılık gelen enflamatuar yanıtı ve anatomik değişiklikleri izlemek için bir kapasite sağlamadığı Kemik.

Kombine<em&gt; In vivo</em&gt; Optik ve uCT Görüntüleme Farelerde bir Ortopedik İmplant Enfeksiyon Enfeksiyon, Enflamasyon ve Kemik Anatomisi Monitör

Bu video raporunda, aktive edilmiş ve depresif koşullar altında farelerde interskapular kahverengi yağ dokusu için Cerenkov Lüminesans Görüntüleme (CLI) uygulamasını gösteriyoruz.

Interskapular kahverengi adipoz dokuda arasında Çerenkov Lüminesans Görüntüleme

Busulfan koşullandırmasının, bir alıcı farenin kemik iliğinin, ışınlamanın yokluğunda her yerde yeşil floresan proteini eksprese eden donör farelerden alınan kemik iliği hücreleri ile değiştirilmesine izin veren bir protokolü açıklıyoruz. Bu teknik, merkezi sinir sistemindeki kemik iliği hücresi birikimini incelemek için yararlıdır.

Farelerde Kararlı Yüksek seviyeli Kemik İliği Kimerizm Yaratma için miyelosupresif Ajan olarak Busulfan

Burada, in vivo olarak bir farenin somatosensoriyel korteksinde bir Rose Bengal fototrombotik pıhtısının indüksiyonu için yarı invaziv bir optik mikroskopi yaklaşımını açıklıyoruz.  Görüntüleme prosedürünün teknik yönleri, fototrombotik bir olayın indüksiyonundan uygulama ve veri toplamaya kadar açıklanmaktadır.

Konfokal Optik Görüntüleme ile Rose Bengal Fototromboz<em&gt; In Vivo</em&gt;: Tek Gemi İnme Bir Model

Bu makalede, yenidoğan faresinde tekrarlanabilir omurilik kompresyon yaralanması (SCI) oluşturmak için bir yöntem açıklanmaktadır. Model, spontan fonksiyonel iyileşmenin altında yatan adaptif plastisite mekanizmalarını incelemek için avantajlı bir platform sağlar.

Bir Yenidoğan Fare Omurilik Sıkıştırma Yaralanması Modeli

Keşfedin optik ve akustik görüntüleme için kararlı bir fantom malzemesi geliştirme yöntemini. Titanyum dioksit ve polimer karışımı kullanılarak hazırlanan bu malzeme, tıbbi görüntüleme sistemlerinin doğrulanmasına yardımcı olur.

Optik ve Akustik Görüntüleme için Kararlı Bir Fantom Malzeme

Daha fazla video keşfet