Author Produced

Multimodal 3D-trykning af fantomer til simulering af biologisk væv

* These authors contributed equally
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Spin belægning, polyjet print og smeltet deposition modellering er integreret for at producere flerlags heterogene fantomer, der simulerer strukturelle og funktionelle egenskaber af biologisk væv.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Ma, C., Shen, S., Liu, G., Guo, S., Guo, B., Li, J., Huang, K., Zheng, Y., Shao, P., Dong, E., Chu, J., Xu, R. X. Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue. J. Vis. Exp. (155), e60563, doi:10.3791/60563 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Biomedicinsk optisk billeddannelse spiller en vigtig rolle i diagnosticering og behandling af forskellige sygdomme. En optisk Billed enheds nøjagtighed og reproducerbarhed påvirkes imidlertid i høj grad af dets komponenters, prøvnings miljøets og operationens ydeevne egenskaber. Derfor er det nødvendigt at kalibrere disse enheder ved sporbare fantom standarder. Men de fleste af de aktuelt tilgængelige fantomer er homogene fantomer, der ikke kan simulere multimodale og dynamiske egenskaber af biologisk væv. Her viser vi fremstillingen af heterogene vævs simulerende fantomer ved hjælp af en produktionslinje, der integrerer et spin coating-modul, et polyjet-modul, et FDM-modul (sammensmeltet deposition Modeling) og en automatisk kontrolstruktur. De strukturelle oplysninger og de optiske parametre for en "digital optisk fantom" er defineret i en prototype fil, importeret til produktionslinjen, og fabrikeret lag-for-lag med sekventiel Skift mellem forskellige udskrivningsmetoder. Teknisk kapacitet af en sådan produktionslinje er eksemplificeret ved den automatiske trykning af hud-simulerer fantomer, der omfatter epidermis, dermis, subkutane væv, og en indlejret tumor.

Introduction

Biomedical Optical Imaging repræsenterer en familie af medicinske billedbehandlingsværktøjer, der registrerer sygdomme og vævs anomalier baseret på lette interaktioner med biologisk væv. I sammenligning med andre billedbehandlings metoder, såsom magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og computertomografi (CT), tager biomedicinsk optisk billeddannelse fordelen ved ikke-invasiv måling af vævs strukturelle, funktionelle og molekylære egenskaber ved hjælp af billige og bærbare enheder1,2,3,4. Men på trods af sin overlegenhed i omkostninger og bærbarhed, optisk billeddannelse er ikke blevet bredt accepteret til klinisk diagnose og terapeutisk vejledning, delvist på grund af sin ringe reproducerbarhed og manglende kvantitativ kortlægning mellem optiske og biologiske parametre. Den væsentligste årsag til denne begrænsning er manglen på sporbare standarder for kvantitativ kalibrering og validering af biomedicinske optiske billedbehandlings anordninger.

Tidligere blev en række vævs simulerende fantomer udviklet til biomedicinsk optisk billedbehandlings forskning i forskellige vævstyper, såsom hjernen5,6,7, Skin8,9,10,11,12, blære13og brystvæv14,15,16,17. Disse fantomer produceres primært af en af følgende fabrikationsprocesser: 1) spin belægning10,18 (til simulering af homogen og tyndt lagdelt væv); 2) støbning19 (til simulering af voluminøse væv med geometriske egenskaber); og 3) tredimensionel (3D) udskrivning20,21,22 (til simulering af flerlags heterogene væv). Hudfantomer produceret af støbning er i stand til at efterligne bulk optiske egenskaber af hudvæv, men kan ikke simulere den laterale optiske forskelligartethed19. Bentz et al. brugte en to-kanals FDM 3D print metode til at efterligne forskellige optiske egenskaber af biologisk væv23. Men ved hjælp af to materialer kan ikke i tilstrækkelig grad simulere væv optisk heterogenitet og Anisotropy. Lurie et al. skabte en blære fantom for optisk kohærens tomografi (OCT) og Cystoskopi ved at kombinere 3D-udskrivning og spin coating13. Men heterogene funktioner i Fantomet, såsom blodkar, skulle være håndmalet.

Blandt de ovennævnte fantom fabrikation processer, 3D-udskrivning giver den mest fleksibilitet til simulering af strukturelle og funktionelle forskelligartethed af biologisk væv. Men mange biologiske vævstyper, såsom hudvæv, består af flerlags-og fler skalerede komponenter, der ikke effektivt kan duplikeres af en enkelt 3D-udskrivningsproces. Derfor er det nødvendigt at integrere flere fremstillingsprocesser. Vi foreslår en 3D-print produktionslinje, der integrerer flere fremstillingsprocesser til automatisk produktion af flerlags-og fler skaleret væv, som simulerer fantomer som en sporbar standard for biomedicinsk optisk billeddannelse (figur 1). Selvom spin belægning, polyjet Printing, og FDM er automatiseret i vores 3D-print produktionslinje, bevarer hver modalitet de samme funktionelle egenskaber som de etablerede processer. Derfor indeholder dette papir en generel retningslinje for produktion af fler skalerede, flerlags og heterogene vævs simulerings fantomer uden behov for fysisk integration af flere processer i et enkelt apparat.

Figure 1
Figur 1: CAD-diagrammet i produktionslinjen for 3D-udskrivning. (A) den 3D-udskrivning produktionslinje med den øverste Shell fjernet. (B) skematisk af spin coating-modulet og det mekaniske hånd modul. C) skematisk af polyjet-udskrivnings modulet. D) skematisk af FDM-udskrivnings MODULET (UV-lampen hører til polyjet-udskrivnings modulet). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. klargøring af materialer til 3D-udskrivning

Bemærk: vores optiske fantom produktionslinje bruger en række forskellige udskrivningsmaterialer til at simulere de strukturelle og funktionelle forskelligartethed af biologisk væv. Udvælgelsen af trykke materialerne afhænger også af fremstillingsprocesser.

  1. Materiale forberedelse til print af spin belægning
    1. Tilsæt 100 mg titandioxid (TiO2) pulver til et bægerglas indeholdende 100 ml stereolitografiske (SLA) polymer harpiks.
    2. Bland blandingen i bægerglasset i 30 min på en magnetisk omrører.
    3. Forsegl bægerglasset med tinfolie og soniker det i en ultralydsmaskine i 15 minutter.
    4. Vakuum materialet i 10 minutter og læg det i opbevarings sprøjten på enheden.
  2. Materiale forberedelse til polyjet print
    1. Tilsæt 17,56 g 2-hydroxy-2-methylpropiophenon (1-hydroxycyclohexyl phenyl keton) i bægerglasset indeholdende 80 g triethylenglycol dimethacrylat for at få 18% (w/w) materiale.
    2. Forsegl bægerglasset med tinfolie og soniker det i en ultralydsmaskine i 15 minutter.
    3. Tag 20 mL af blandingen og tilsæt 5 mg af det olieopløselige kinesiske røde farvestof ind i det. Gentag trin 1.2.2.
    4. Vakuum alle materialer, indlæse opløsningen med farvestof i patronerne til Y (gul) kanal, og indlæse den rene opløsning i patronerne til K (sort) kanal.
  3. Materiale forberedelse til FDM-trykning
    1. Læg 200 g gel voks i hver af de tre bægre, og Opvarm dem derefter til 60 °C på en magnetisk omrører.
    2. Tilsæt 600 mg TiO2 pulver til det første bægerglas. Tilsæt 80 mg grafit pulver til den anden.
    3. Rør gelvoks blandet med TiO2 og gel voks blandet med grafit pulver i forskellige bægre i 30 min på magnetomrører.
    4. Vakuum de tre forskellige materialer til 2 min og indlæse dem i ekstruders af hybrid-tre-dyse modul før størkning.

2. forberedelse af computermodeller til multimodal 3D-udskrivning

Bemærk: det heterogene hudvæv er forenklet i tre lag: epidermis, dermis og subkutant væv. Epidermis laget produceres af spin coating ved hjælp af det materiale, der blev introduceret i trin 1,1. Dermis-laget produceres ved hjælp af polyjet-printning med den fotosensitive polymer, der blev introduceret i trin 1,2. Det subkutane vævs lag produceres af FDM ved hjælp af det materiale, der blev introduceret i trin 1,3. En prototype computer aided design (CAD) fil af forskellige udskrivningsparametre genereres for at vejlede de førnævnte fabrikationsprocesser.

  1. Design af et digitalt optisk fantom til hud
    1. Design Skin Phantom med følgende tre lag: et epidermis lag på 100 μm tyk, et dermis lag på 400 μm tyk, og et subkutant væv på 1 cm tyk.
    2. Tegn en tumor model ved hjælp af en 3D modellering softwarepakke (f. eks SolidWorks) (figur 5a).
  2. Parameter indstilling for spin belægning
    1. Indstil parametrene for rotationshastighed og varighed i udskrivnings enhedens kontrol software. Den første-trins spin belægning hastighed, der anvendes i denne demonstration er 200 omdrejninger pr. minut (rpm), spin belægning tid er 20 s, hastigheden i anden etape spin belægning er 1.000 rpm, og spin belægning tid er 40 s.
    2. Indstil mængden af spin coating materiale som 3 mL og tidspunktet for lys-hærdning som 180 s i kontrol softwaren.
  3. Udarbejdelse af kildefilen til polyjet Printing
    1. Importer det blodkar billede, der skal udskrives i AcroRIP Color-softwarepakken, og Indstil parametrene (udskrivnings placering og inkjet-beløb) i henhold til forholdet mellem de optiske parametre for de udskrevne fantomer og billedegenskaberne. I dette trykte blodkar billede er K-kanalen fyldt med et gennemsigtigt foto curable materiale, og Y-kanalen er fyldt med et foto curable materiale blandet med kinesisk rødt farvestof.
    2. Generer en ". prn"-fil med parametre, der er defineret for 3D-udskrivning.
  4. Klargøring af G-kode til FDM-udskrivning
    1. Tegn en Keglestub model med en 3D mapping softwarepakke (f. eks SolidWorks) for at simulere en tumor.
    2. Importer ". STL" fil af tumor model i en Cura softwarepakke installeret med en alt-i-en dyse udskæring script.
    3. Skær modellen for at generere den G-kode, der kræves til udskrivning.
  5. Indlæsning af dokumenterne til softwaren til udskrivnings kontrol
    1. Klik på menupunktet "filer" på menulinjen, Vælg menupunktet "Importer UV-udskrivnings filer", og Indlæs ". prn"-filer, der blev introduceret i trin 2,3.
    2. Indlæs den G-kode, der blev genereret i trin 2,4, i printer styringssoftwaren som i trin 2.5.1.
    3. Klik på knappen Start udskrivning for at starte den automatiserede 3D-udskrivnings procedure.

3. udskrivning af huden epidermis Layer Phantom komponent ved spin belægning

Bemærk: spin coating-modulet består hovedsageligt af tre dele: 1) et spin-Coater; 2) en lim dispenser; og 3) en UV-lampe.

  1. Flyt substratet på læsse stationen til prøvefasen af spin Coater med en mekanisk hånd. Start vakuumpumpen for at fastgøre substratet ved adsorption.
  2. Lim dispenseren styrer sprøjten for at dryppe det materiale, der blev introduceret i trin 2.2.2 i midten af substratet.
  3. Spin Coater begynder at arbejde efter de indstillede hastigheds-og tidsparametre.
  4. Sæt UV-lampen ned (bølgelængde: 395 nm), og tænd den for 180 s.
  5. Løft UV-lampen, sluk for spin-Coater, og Udskriv hudens epidermis-lag.

4. udskrivning af huden dermis Layer Phantom komponent ved polyjetting

Bemærk: polyjet-udskrivnings modulet består af en piezoelektrisk inkjet-dyse, en tredimensionel mobil platform, et Kontrolpanel og en UV-lampe (kviksølv lampe). Det opløsningsmiddel-baserede foto curable materiale, absorptions materiale, og spredning materiale bruges som en matrix. Forskellige optiske parametre opnås ved at sprøjte materialer i forskellige proportioner i forskellige regioner. Endelig er dermis Layer Phantom trykt og hærdet lag-for-lag.

  1. Flyt substratet til 3D-mobil platformen, og Åbn sugeventilen for at adsorbe substratet på platformen.
  2. 3D mobile platform holder substratet til den oprindelige position af UV-printer.
  3. Skub inkjet-printeren til arbejdspositionen ved cylinderen, og inkjet-printeren arbejder den tid, der er angivet i ". prn"-filen, der sendes af værtscomputeren. Her bruges inkjet-printerens papirfødningssignal til at drive bevægelsen af Y-aksens mobile platform.
  4. Inkjet-printeren udskriver det lag, der er designet i trin 2.5.1, og cylinderen skubber inkjet-printeren tilbage til den oprindelige position. Y-aksen af 3D Moving platform placeret med substratet er initialiseret ved at flytte til sin oprindelige position.
  5. Substratet bevæger sig 50 mm i den positive retning af Y-aksen. UV-lampen skubbes ned af cylinderen (10 mm over substratet).
  6. Tænd for UV-lampen for 180 s i henhold til indstillingen hærdnings tidspunkt.
  7. Skub UV-lampen til den oprindelige position med cylinderen. Y-aksen på den 3D-mobil platform, der er placeret med substratet, initialiseres og returneres til sin oprindelige position.
  8. Flyt 3D mobile platform placeret med substrat ned med 0,1 mm langs Z-aksen.
  9. Gentag trin 4.1-4.8 for at udskrive det næste lag, indtil flerlags udskrivningen er fuldført.

5. udskrivning af det subkutane væv fantom komponent af FDM

Bemærk: FDM-modulet består af et hybrid-tre-hovedmodul, et enkelt hovedmodul og en 3D-mobil platform. Gel voks, det absorberende materiale, og spredning materiale bruges som råvarer til at forberede en fantom simulering subkutant væv/tumor. Gel voks opvarmes og smeltes i feeder. Den er ensartet omrørt af ekstruderingskup, og den ekstrahere til udskrivning af de endelige fantomer med de ønskede optiske parametre.

  1. Tænd for varmeeffekten i dysemodulet, og Indstil temperaturen til 60 °C.
  2. Flyt blande dysen til arbejdspositionen ved at skubbe cylinderen.
  3. FDM-modulet modtager de G-kode kommandoer, der sendes af værtscomputeren, og blande dysen opvarmes til 68 °C.
  4. Tænd for agitation motoren og bland materialerne godt.
  5. Initialiser 3D-mobil platformen, og XYZ-akserne flyttes til den oprindelige position.
  6. Udskrivningsprocessen udføres efter G-kode-kommandoerne. I en lag-for-lag udskrivning procedure, er materialerne ekstruderet i forhold til blandingsforholdet, der bestemmer de optiske parametre for Fantomet i hvert lag. Udskrivningen fortsætter, indtil den subkutane vævs portion eller tumor delen er fuldt trykt.
  7. Flyt blandings dysemodulet til udgangspositionen ved at skubbe cylinderen.
    Forsigtig: fordi grafit pulver har stærk lys absorption, det skal blandes så ensartet som muligt for at undgå ændringer i de optiske parametre induceret af sammenlægning. TiO2 pulver af stor partikelstørrelse let udfældelse og påvirker materialets placering nøjagtighed, så det er nødvendigt at blande det fuldt ud. TiO2 skal udskiftes, hvis den opbevares i lang tid.

6. Flyt substratet tilbage til læsse stationen

  1. Initialiser 3D-mobil platformen, og Flyt XYZ-aksen til den oprindelige position. Flyt 3D-mobil platformen til placeringen af overdragelsen.
  2. Flyt den mekaniske hånd til positionen over substratet ved at skubbe cylinderen.
  3. Saml underlaget op og Flyt det over læsse stationen med den mekaniske hånd. Placer substratet på læsse stationen, og Fuldfør den automatiserede udskrivning.

7. støbning af det subkutane vævs lag Phantom Component ved støbning

Bemærk: Hvis tumormodellen for Fantomet er designet, vil det være nødvendigt at kaste hele fantomet ved at hælde Polydimethylsiloxan (PDMS) uden for tumoren. Trin 7.1 – 7.3 er ikke påkrævet for FDM-modulet til at udskrive subkutane vævs lag uden en tumor.

  1. Tryk på et substrat med en 3D trykt rektangulær skimmel.
  2. Hæld flydende PDMS i formen.
  3. Underlaget placeres i en inkubator og opbevares ved 60 °C i 2 timer.
  4. Fjern fantomet fra substratet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Phantom fabrikeret af spin belægning
Spin belægningen fordeler jævnt dråberne på substratet ved at rotere drejeskiven, og et enkelt lag af den oprindelige krop er fabrikeret efter hærdning. Substratets rotationshastighed og rotations tidspunktet påvirker ikke kun fantomet overfladekvalitet, men bestemmer også tykkelsen af hvert lag af fantomet. Fantomer af forskellige tykkelser kan fremstilles ved gentagen spin belægning lag-for-lag. De optiske parametre for fantomer kan bestemmes ved at ændre andelen af spredning og absorption materialer, som beskrevet i vores tidligere publikation24. Forøgelse af TiO2 koncentrationen i den foto kurable harpiks vil øge spredningen koefficient af fantomet. I betragtning af at spin belægning har en præcision på 0,01 mm og huden epidermis er mellem 0,04 – 1,6 mm tyk, processen opfylder kravet om simulering huden epidermis (figur 2).

Figure 2
Figur 2: et enkelt lag Phantom fabrikeret af spin belægning. A) PDMS-materialet tilsættes 50% proportional tert-butylalkohol og spin-coated ved 3.000 rpm for 40 s til dannelse af et enkeltlags fantom. Fantomet tykkelse er 10 ± 1 μm målt ved OCT.B) korrelationer mellem den opnåelige tykkelse af PDMS-filmen og spin hastigheden ved forskellige roterende tider. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Phantom fabrikeret af polyjet Printing12
Letkurerbare materialer fra forskellige kanaler blandes med forskellige optiske partikler og trykkes af piezoelektriske inkjeter på et substrat i henhold til ". prn"-filen. Et enkelt lag af fantomet opnås efter hærdning. Opløsningen af polyjet printeren er 18 μm x 18 μm x 10 μm (længde x bredde x højde), den positionelle opløsning af den mobile platform er 1 μm, og dysen understøtter fire forskellige typer af tryk materialer. Nøjagtigheden af udskrifts planet er 50 μm, og tykkelsen af hvert lag bestemmes af mængden af de udslyngning materialer. Da udslyngning mængden af en enkelt kanal er sat til 60%, den gennemsnitlige tykkelse af hvert lag er 100 ± 10 μm. Dermis lag af hudvæv er typisk mellem 0,4 – 2,4 mm tyk, og inkjet print Module er i stand til at nå en tykkelse opløsning på 100 μm. De epidermal blodkar simuleres ved at blande udskrivnings materialerne med kinesisk rødt farvestof (figur 3).

Figure 3
Figur 3: simuleringer af blodkar trykt med polyjet print. A) blodkar billedet til trykning af linjer,derefterligner blodkarrene. B) de linjer, der efterligner blodkarrene trykt på et hvidt papir, hvor papiret er fastgjort på substratet på 3D-mobil platformen i udskrivningsprocessen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Phantom fabrikeret af FDM Printing
Gel voks blandes med grafit pulver og TiO2 pulver og trykt i en ønsket form ved FDM udskrivning. Den dimensionelle fejl i den horisontale retning af fantomet er mindre end 1%. Den laterale længde af fantomet overstiger 20 mm, den minimalt printbare funktion er 1 mm, og det printbare område er 100 mm x 100 mm x 20 mm. Absorptions-og sprednings parametrene for et fantom afhænger af forholdet mellem TiO2 -og grafit pulveret indeni. Figur 4 præsenterer fantomer af forskellige feature størrelser trykt af FDM udskrivning ved hjælp af gel voks uden TiO2 og grafit pulver. Vi kan ændre forholdet af TiO2 til grafit pulver under trykning, og dermed fabrikere fantomer af forskellige absorption og spredning parametre, herunder gradienter (figur 4B). Sammenhængen mellem absorptions-og sprednings parametrene med forholdet TiO2 til grafit pulver kan findes i henvisningerne24.

Figure 4
Figur 4: resultater af FDM-udskrivning. A) en 8-lags 40 mm x 40 mm x 0,4 mm kasse model med gradient farve. (B) gradient Phantom opnået ved at udskrive gel voks blandet med TiO2 og grafit pulver i en gradvis skala. (C) CAD model i multi-hjørne form. (D) multi-hjørne model trykt. Nederst til højre på billedet er det resultat, der måles under et front View-mikroskop. Den mindste udskrivningsfunktion i FDM er 1 mm.E) cuboid Phantoms trykt i FDM-modulet. F) de målte resultater viser, at variationen i størrelse er mindre end 1%, når den laterale dimension er over 20 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.

Phantom fabrikeret af automatiseret udskrivning produktionslinje
Ved at integrere de ovennævnte tre udskrivningsmetoder og efter førnævnte protokol, er produktionslinje systemet i stand til at producere en tumor simulerende fantom. At tage en forenklet hud model som et eksempel, epidermis lag, dermis lag, og det subkutane væv lag med forskellige tykkelser og optiske egenskaber er fremstillet af spin belægning, polyjet trykning, og FDM trykning, hhv. Muligheden for at kombinere spin belægning, polyjet Printing og FDM Printing til fremstilling af optiske fantomer blev derfor verificeret, og systemet var i stand til at fremstille vævs optiske fantomer med de simulerede optiske og strukturelle egenskaber (figur 5, figur 6).

Figure 5
Figur 5: fabrikerede flerlags Skin Phantoms med en indlejret tumor. (A) et skematisk diagram over en flerlagsstruktur af en tumor fantom, herunder et spin-coated lag, syv polyjet trykte lag (herunder tre gennemsigtige lag og tre lag af blodkar lag, og et fælles lag, og en FDM trykt tumor). Nederst til højre på billedet er en skematisk gengivelse af fantomet. (B) fantomet til venstre har to indlejrede tumorer, og den rigtige har en indlejret tumor. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: opdigte flerlags hud-efterligner fantomer. A) etfantom Skin, der er trykt på en silicium wafer, består af et lag af spin belægning, et polyjet udskrivningslag og et FDM-udskrivningslag fra bund til top. (B) forsidevisning af fantomet indlejret med blodkar-lignende riller på dens overflade. (C) mikroskopisk billede af et tværsnit af fantomet, der viser de forskellige lag. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I fremstillingen af det flerlagede Phantom er det materiale, der anvendes til spin belægning, en slags let-curable materiale i stedet for PDMS. Det mellemste lag trykkes med polyjet-udskrivningsmetoden, som anvender den letkurerbare harpiks som råmateriale. Selvom tynde PDMS Phantoms kan laves ved spin belægning efter tilsætning af tert-butylalkohol, kan et PDMS lag ikke effektivt binde sig til det letkurerbare materiale under polyjet udskrivning. Derfor valgte vi den let-helbredelig harpiks til spin belægning.

I øjeblikket er der kun to materialer til rådighed til polyjet udskrivning. Tilføjelsen af TiO2 pulver og indisk blæk til let-curable materiale simulerer de optiske egenskaber af dermis lag, som kan tilføjes i systemet i det fremtidige arbejde.

Til FDM-udskrivning skal materialerne blandes grundigt inden ekstrudering. Derfor kan proces forsinkelsen på grund af blanding være længere end for den traditionelle FDM-udskrivningsproces. Bevægelsen af substratet på 3D mobile platform er også forsinket for den tilsvarende tid under udskrivning. Kontrol af forsinkelsen skal forbedres for at udskrive fantomer med komplekse former.

Det sidste skridt i fremstillingen af tumor-simulerende Phantom er støbning. Faktisk, i udformningen af dyse samling, en tilsat dyse bruges til at injicere et fjerde materiale. Men, kontrol af bevægelsen proces af 3D mobile platform er kompliceret, og dysen kan ødelægge den oprindelige tumor model. Dette kan forbedres ved at omdesigne Motion Control-programmet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Arbejdet blev støttet af Kinas National Natural Science Foundation (Grant nr. 11002139 og 81327803) og de grundlæggende forskningsfonde for de centrale universiteter. Vi takker Zachary J. Smith fra University of Science and Technology for at levere audio VoiceOver.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2-Hydroxy-2-methylpropiophenone aladdin H110280-500g Light initiator
http://www.aladdin-e.com/
3D printing control system USTC USTC-3DPrinter_control1.0 custom-made
github:
https://github.com/macanzhen/
3D printing system USTC USTC-3DPrinter1.0 custom-made
AcroRip color Human Plus AcroRip v8.2.6
All-in-one nozzle slicing script Shenzhen CBD Technology Co.,Ltd. github:
https://github.com/macanzhen/
Chinese Red Dye Juents Oil-soluble
Cura Ultimaker Cura_15.04.6
Gel Wax Shanghai Lida Industry Co.,ltd. LP melting point: 56 °C
Graphite aladdin G103922-100g Change object optical absorption parameters
http://www.aladdin-e.com/
PDMS Dow Corning 184
Titanium dioxide ALDRICH 24858-100G 347 nm
Triethylene glycol dimethacrylate aladdin T101642-250ml Photocured monomer
http://www.aladdin-e.com/
UV ink SLA Photopolymer Resin time80s RESIN-A http://www.time80s.com/zlxz

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lu, G., Fei, B. Medical hyperspectral imaging: a review. Journal of Biomedical Optics. 19, (1), 010901 (2014).
  2. Wang, K., et al. Development of a non-uniform discrete Fourier transform based high speed spectral domain optical coherence tomography system. Optics Express. 17, (14), 12121-12131 (2009).
  3. Zhao, H., Gao, F., Tanikawa, Y., Homma, K., Yamada, Y. Time-resolved diffuse optical tomographic imaging for the provision of both anatomical and functional information about biological tissue. Applied Optics. 44, (10), 1905-1916 (2005).
  4. Ding, Z., Ren, H., Zhao, Y., Nelson, J. S., Chen, Z. High-resolution optical coherence tomography over a large depth range with an axicon lens. Optics Letters. 27, (4), 243-245 (2002).
  5. Iida, H., et al. Three-dimensional brain phantom containing bone and grey matter structures with a realistic head contour. Annals of Nuclear Medicine. 27, (1), 25-36 (2013).
  6. Mobashsher, A. T., Abbosh, A. Three-dimensional human head phantom with realistic electrical properties and anatomy. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 13, 1401-1404 (2014).
  7. Li, J. B., et al. A new head phantom with realistic shape and spatially varying skull resistivity distribution. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 61, (2), 254-263 (2013).
  8. Bykov, A., et al. Multilayer tissue phantoms with embedded capillary system for OCT and DOCT imaging. Life Sciences. (International Society for Optics and Photonics). 73760 (2011).
  9. Bykov, A. V., Popov, A. P., Priezzhev, A. V., Myllylä, R. Skin phantoms with realistic vessel structure for OCT measurements in Laser Applications. European Conference on Biomedical Optics. Optical Society of America. 80911 (2010).
  10. Park, J., et al. Fabrication of double layer optical tissue phantom by spin coating method: mimicking epidermal and dermal layer. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. International Society for Optics and Photonics. 85830 (2013).
  11. Wróbel, M. S., et al. Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy. Journal of Biomedical Optics. 20, (8), 085003 (2015).
  12. Sheng, S., Wu, Q., Han, Y., Dong, E., Xu, R. Fabricating optical phantoms to simulate skin tissue properties and microvasculature. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue Vii. International Society for Optics and Photonics. 932507 (2015).
  13. Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy. Journal of Biomedical Optics. 19, (3), 36009 (2014).
  14. Hahn, C., Noghanian, S. Heterogeneous breast phantom development for microwave imaging using regression models. Journal of Biomedical Imaging. 2012, 6 (2012).
  15. Ansari, M. A., Mohajerani, E. Estimation of optical abnormalities in breast phantom by diffuse equation. Optik-International Journal for Light and Electron Optics. 125, (20), 5978-5981 (2014).
  16. Roman, M., Gonzalez, J., Carrasquilla, J., Erickson, S. J., Godavarty, A. A Gen-2 Hand-Held Optical Imager: Phantom and Preliminary in-vivo Breast Imaging Studies. 29th Southern Biomedical Engineering Conference. 103-104 (2013).
  17. Michaelsen, K. E., et al. Anthropomorphic breast phantoms with physiological water, lipid, and hemoglobin content for near-infrared spectral tomography. Journal of Biomedical Optics. 19, (2), 026012 (2014).
  18. Park, J., et al. Optical tissue phantoms based on spin coating method. Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue VII. International Society for Optics and Photonics. 93250 (2015).
  19. Mustari, A., et al. Agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy. Journal of Visualized Experiments. (138), e57578 (2018).
  20. Luciano, N. J., et al. Utilizing 3D printing technology to merge MRI with histology: A protocol for brain sectioning. Journal of Visualized Experiments. (118), e54780 (2016).
  21. Dong, E., et al. Three-dimensional fuse deposition modeling of tissue-simulating phantom for biomedical optical imaging. Journal of Biomedical Optics. 20, (12), 121311 (2015).
  22. Beltrame, E. D. V., et al. 3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy. Journal of Visualized Experiments. (121), e55427 (2017).
  23. Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H., Webb, K. J. Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging. Applied Optics. 55, (2), 280-287 (2016).
  24. Liu, G., et al. Fabrication of a multilayer tissue-mimicking phantom with tunable optical properties to simulate vascular oxygenation and perfusion for optical imaging technology. Applied Optics. 57, (23), 6772-6780 (2018).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics