Author Produced

Multimodala 3D-utskrifter av fantomer för att simulera biologisk vävnad

* 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

Spinn beläggning, polyjettryck och smält deposition modellering är integrerade för att producera flerskiktade heterogena fantomer som simulerar strukturella och funktionella egenskaper av biologisk vävnad.

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 avbildning spelar en viktig roll för diagnostik och behandling av olika sjukdomar. Noggrannheten och reproducerbarheten hos en optisk bild apparat påverkas dock i hög grad av prestandaegenskaperna hos dess komponenter, testmiljön och verksamheten. Därför är det nödvändigt att kalibrera dessa enheter genom spårbara fantom standarder. De flesta av de för närvarande tillgängliga fantomer är dock homogena fantomer som inte kan simulera multimodala och dynamiska egenskaper hos biologisk vävnad. Här visar vi tillverkningen av heterogena vävnads simulerande fantomer med hjälp av en produktionslinje som integrerar en spin Coating module, en PolyJet modul, en smält deposition modellering (FDM) modul, och en automatisk kontrollram. Den strukturella informationen och de optiska parametrarna för en "Digital optisk fantom" definieras i en prototyp fil, importeras till produktionslinjen, och fabricerade lager för lager med sekventiell växling mellan olika utskriftsmetoder. Teknisk kapacitet för en sådan produktionslinje exemplifieras av automatisk tryckning av hud-simulating fantomer som omfattar epidermis, dermis, subkutan vävnad, och en inbäddad tumör.

Introduction

Biomedicinsk optisk avbildning representerar en familj av medicinska avbildningsverktyg som upptäcker sjukdomar och vävnads avvikelser baserat på lätta interaktioner med biologisk vävnad. I jämförelse med andra Imaging modaliteter, såsom magnetisk resonanstomografi (MRI) och datortomografi (CT), biomedicinsk optisk avbildning tar fördelen av noninvasiv mätning av vävnad strukturella, funktionella, och molekylära egenskaper med hjälp av billiga och bärbara enheter1,2,3,4. Men trots sin överlägsenhet i kostnader och bärbarhet, optisk avbildning har inte varit allmänt accepterat för klinisk diagnos och terapeutisk vägledning, delvis på grund av dess dåliga reproducerbarhet och brist på kvantitativ mappning mellan optiska och biologiska parametrar. Den främsta orsaken till denna begränsning är avsaknaden av spårbara standarder för kvantitativ kalibrering och validering av biomedicinska optiska bildenheter.

Förr i tiden har en mängd olika vävnads simulerande fantomer utvecklats för biomedicinsk optisk avbildning forskning i olika vävnadstyper, såsom hjärna5,6,7, hud8,9,10,11,12, urinblåsan13, och bröstvävnad14,15,16,17. Dessa fantomer tillverkas främst av en av följande tillverkningsprocesser: 1) spinn beläggning10,18 (för simulering av homogen och tunnskiktad vävnad); 2) gjutning19 (för simulering av skrymmande vävnad med geometriska egenskaper); och 3) tredimensionell (3D) utskrift20,21,22 (för simulering av flerskiktade heterogena vävnad). Hud fantomer produceras av gjutning kan efterlikna bulk optiska egenskaper av hud vävnad men kan inte simulera de laterala optiska heteroeities19. Bentz et al. använde en tvåkanals FDM 3D utskriftsmetod för att efterlikna olika optiska egenskaper av biologisk vävnad23. Men med hjälp av två material kan inte tillräckligt simulera vävnad optisk heterogenitet och anisotropi. Lurie et al. skapade en blåsa fantom för optisk koherens tomografi (ULT) och cystoskopi genom att kombinera 3D-utskrifter och spinn beläggning13. Emellertid, heterogena särdrag av Fantomen, liksom blodkärl, måste att vara handmålade.

Bland ovanstående Phantom Fabrication processer, 3D-utskrifter ger den mest flexibilitet för simulering av strukturella och funktionella heterosanningar av biologisk vävnad. Emellertid, många biologiska vävnadstyper, såsom hud vävnad, består av flerskiktade och flerskalade komponenter som inte kan effektivt dupliceras av en enda 3D-utskrift process. Därför är det nödvändigt att integrera flera tillverkningsprocesser. Vi föreslår en produktionslinje för 3D-utskrifter som integrerar flera tillverkningsprocesser för automatisk produktion av flerskiktade och multiskalade vävnad som simulerar fantomer som spårbar standard för biomedicinsk optisk avbildning (figur 1). Även om spinn beläggning, polyjettryck och FDM automatiseras i vår produktionslinje för 3D-utskrifter, behåller varje modalitet samma funktionella egenskaper som de etablerade processerna. Därför ger detta papper en allmän riktlinje för att producera multiskalade, flerskiktade och heterogena vävnad-simulering fantomer utan behov av fysisk integration av flera processer i en enda apparat.

Figure 1
Bild 1: CAD-diagrammet för produktionslinjen för 3D-utskrifter. (A) produktionslinjen för 3D-utskrifter med det övre skalet borttaget. (B) schematiskt av spinbeläggningsmodulen och den mekaniska handmodulen. C) schematiskt av PolyJet-utskriftsmodulen. D) schematiskt för FDM-utskriftsmodulen (UV-lampan tillhör PolyJet-utskriftsmodulen). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. förberedelse av material för 3D-utskrifter

Obs: vår optiska fantom produktionslinje använder en mängd olika tryckmaterial för att simulera strukturella och funktionella heteroktiteter av biologisk vävnad. Valet av utskriftsmaterial beror också på tillverkningsprocesserna.

  1. Material beredning för spin Coating utskrift
    1. Tillsätt 100 mg titandioxid (TiO2) pulver i en bägare som innehåller 100 ml stereolithography (SLA) fotopolymerharts.
    2. Rör om blandningen i bägaren i 30 minuter på en magnetomrörare.
    3. Försegla bägaren med aluminiumfolie och Sonikera den i ett ultraljud maskin för 15 min.
    4. Dammsug materialet i 10 minuter och fyll på det i enhetens lagrings spruta.
  2. Material beredning för polyjettryck
    1. Tillsätt 17,56 g 2-hydroxi-2-metylpropiofenon (1-hydroxycyklohexylfenylketon) i bägaren som innehåller 80 g trietylenglykoldimetakrylat för att få 18% (w/w) material.
    2. Försegla bägaren med aluminiumfolie och Sonikera den i ett ultraljud maskin för 15 min.
    3. Ta ut 20 mL av blandningen och tillsätt 5 mg av den oljelösliga kinesiska röda färgämnet i den. Upprepa steg 1.2.2.
    4. Dammsuga alla material, Ladda lösningen med färg i patronerna för Y (gul) kanal, och ladda den rena lösningen i patronerna för K (svart) kanal.
  3. Material beredning för FDM-utskrifter
    1. Fyll på 200 g gel vax i var och en av tre bägare och värm dem sedan till 60 ° c på en magnetisk omrörare.
    2. Tillsätt 600 mg TiO2 pulver i den första bägaren. Tillsätt 80 mg grafit pulver i den andra en.
    3. Rör om gel vax blandat med TiO2 och gel vax blandat med grafit pulver i olika bägare för 30 min på magnetomrörare.
    4. Dammsug de tre olika materialen i 2 min och lasta dem i extrudern av hybriden-tre-Nozzle modul före stelning.

2. förbereda datormodeller för multimodala 3D-utskrifter

Obs: den heterogena hud vävnad är förenklad i tre skikt: epidermis, dermis, och subkutan vävnad. Epidermis skiktet produceras av spinn beläggning med hjälp av materialet som infördes i steg 1,1. Dermis skiktet produceras av PolyJet utskrift med hjälp av fotokänslig polymer infördes i steg 1,2. Det subkutana vävnads skiktet framställs av FDM med hjälp av det material som introducerades i steg 1,3. En prototyp Computer Aided Design (CAD) fil med olika utskriftsparametrar genereras för att vägleda ovan nämnda tillverkningsprocesser.

  1. Design av en digital optisk fantom för hud
    1. Designa huden fantom med följande tre skikt: en epidermis skikt av 100 μm tjock, en dermis skikt av 400 μm tjock, och en subkutan vävnad av 1 cm tjock.
    2. Rita en tumör modell med hjälp av en 3D-modellering programpaket (t. ex., SolidWorks) (figur 5a).
  2. Parameter inställning för spinn beläggning
    1. Ställ in parametrarna för roterande hastighet och varaktighet i kontrollprogram varan på utskriftsenheten. Den första etappen spinn beläggning hastighet som används i denna demonstration är 200 varv per minut (rpm), spinn beläggnings tiden är 20 s, hastigheten i den andra etappen spinn beläggningen är 1 000 rpm, och spinn beläggnings tiden är 40 s.
    2. Ställ in mängden spinn beläggningsmaterial som 3 mL och tiden för ljushärdande som 180 s i styr programvaran.
  3. Beredning av källfilen för polyjetprinting
    1. Importera den blod kärls bild som ska skrivas ut i AcroRIP-färgprogramvaran och Ställ in parametrarna (utskriftsposition och bläckstråle belopp) enligt förhållandet mellan de optiska parametrarna för de tryckta Fantomerna och bildegenskaperna. I denna tryckta blodkärl bild, K-kanalen är laddad med en transparent photocurable material, och Y-kanalen är laddad med en photocurable material blandat med kinesiska röd färg.
    2. Generera en ". prn"-fil med parametrar som definierats för 3D-utskrift.
  4. Beredning av G-kod för FDM-utskrift
    1. Rita en frustum modell med ett 3D-kartprogram programpaket (t. ex., SolidWorks) för att simulera en tumör.
    2. Importera ". stl" fil av tumör modell i en Cura programpaket installeras med en allt-i-ett munstycke skivning script.
    3. Segmentera modellen för att generera G-koden som krävs för utskrift.
  5. Inläsning av dokumenten till programvaran för Utskriftskontroll
    1. Klicka på menyalternativet "Arkiv" i menyraden, Välj undermenyn "Importera UV-utskriftsfil" och ladda UV-utskriften ". prn"-filer som introducerades i steg 2,3.
    2. Läs in G-koden som genererats i steg 2,4 i Skrivarkontroll programmet som i steg 2.5.1.
    3. Klicka på knappen Starta utskrift för att starta processen för automatiserad 3D-utskrift.

3. skriva ut huden epidermis Layer Phantom komponent genom spinn beläggning

Obs: spin Coating modulen består huvudsakligen av tre delar: 1) en spinn coater; 2) en lim dispenser; och 3) en UV-lampa.

  1. Flytta underlaget på laddningsstationen till prov stadiet av spinn bestrykare med en mekanisk hand. Starta vakuumpumpen för att fixera underlaget genom adsorption.
  2. Limdispensern styr sprutan för att droppa det material som introducerades i steg 2.2.2 i mitten av underlaget.
  3. Spin bestrykare börjar arbeta efter de inställda hastighets-och tids parametrarna.
  4. Sätt ner UV-lampan (våglängd: 395 nm) och slå på den för 180 s.
  5. Lyft UV-lampan, Stäng av spin-coater, och skriv ut huden epidermis skiktet.

4. skriva ut huden dermis skikt Phantom komponent genom polyjetting

Obs: PolyJet-utskriftsmodulen består av ett piezoelektriskt bläckstråle munstycke, en tredimensionell mobil plattform, en kontrollpanel och en UV-lampa (kvicksilverlampa). Den lösningsmedelsbaserade photocurable material, absorptionsmaterial, och spridnings material används som en matris. Olika optiska parametrar erhålls genom sprutning av material i olika proportioner i olika regioner. Slutligen är dermis skiktet Phantom tryckt och härdad Layer-by-Layer.

  1. Flytta underlaget till 3D-mobilplattformen och öppna sugventilen för att adsorbera underlaget på plattformen.
  2. 3D-mobilplattformen håller underlaget till den ursprungliga positionen för UV-skrivaren.
  3. Tryckbläck stråle skrivaren till arbetspositionen av cylindern och bläckstråleskrivaren fungerar den tid som anges i ". prn"-filen som skickas av värddatorn. Här används pappers matnings signalen från bläckstråleskrivaren för att driva förflyttning av Y-Axis mobila plattform.
  4. Bläckstråleskrivaren skriver ut lagret som utformats i steg 2.5.1 och cylindern skjuter tillbaka bläckstråleskrivaren till den ursprungliga positionen. Y-axeln på den 3D-rörliga plattformen placerad med underlaget initieras genom att flytta till dess ursprungliga position.
  5. Substratet rör sig 50 mm i Y-axelns positiva riktning. UV-lampan trycks ner av cylindern (10 mm ovanför underlaget).
  6. Slå på UV-lampan för 180 s enligt inställningen för härdningstid.
  7. Skjut UV-lampan till utgångsläget med cylindern. Y-axeln på den 3D-mobilplattform som placerats med underlaget initieras och återgår till sitt ursprungliga läge.
  8. Flytta 3D-mobilplattformen placerad med substrat ner med 0,1 mm längs Z-axeln.
  9. Upprepa steg 4.1 – 4.8 för att skriva ut nästa lager tills flerskiktsutskriften är slutförd.

5. skriva ut den subkutana vävnaden Phantom komponent av FDM

Obs: FDM modulen består av en hybrid-tre-head modul, en enda huvudmodul, och en 3D-mobil plattform. Gelvax, absorberande material, och spridningen materialet används som råmaterial för att förbereda en fantom simulering subkutan vävnad/tumör. Gelvaxet värms upp och smälts i mataren. Jämnt omrörd av extrudering huvudet, är det extruderad att skriva ut den slutliga fantomer med önskad optiska parametrar.

  1. Sätt på uppvärmnings effekten i munstyckes modulen och Ställ in temperaturen på 60 ° c.
  2. Flytta blandnings munstycket till arbetspositionen genom att trycka på cylindern.
  3. FDM-modulen tar emot de G-kodkommandon som skickas av värddatorn och blandnings munstycket värms upp till 68 ° c.
  4. Slå på agitationsmotorn och blanda materialen väl.
  5. Initiera 3D-mobilplattformen och XYZ-axlarna flyttas till utgångspositionen.
  6. Utskriftsprocessen utförs efter G-kodkommandona. I ett lager-för-lager utskrifts förfarande extruderas materialen i proportion till blandningsförhållandet som bestämmer de optiska parametrarna för Fantomen i varje skikt. Utskriften fortsätter tills den subkutana vävnads delen eller tumör delen är helt tryckt.
  7. Flytta mixer munstycksmodulen till utgångsläget genom att trycka på cylindern.
    FÖRSIKTIGHET: eftersom grafit pulver har stark ljusabsorption, det måste blandas så jämnt som möjligt för att undvika förändringar i de optiska parametrarna induceras av aggregering. TiO2 pulver av stor partikelstorlek fälls lätt och påverkar material placering noggrannhet, så det är nödvändigt att helt blanda den. TiO2 bör bytas ut om den förvaras under en längre tid.

6. flytta underlaget tillbaka till laddningsstationen

  1. Initiera 3D-mobilplattformen och flytta XYZ-axeln till utgångspositionen. Flytta 3D-mobilplattformen till platsen för överlämning.
  2. Flytta den mekaniska handen till positionen ovanför underlaget genom att trycka på cylindern.
  3. Plocka upp underlaget och flytta den över laddningsstationen med den mekaniska handen. Placera underlaget på laddningsstationen och slutför den automatiserade utskriften.

7. gjutning av subkutan vävnad skikt Phantom komponent genom gjutning

Obs: om tumör modellen för Fantomen är utformad, kommer det att bli nödvändigt att kasta hela Fantomen genom att hälla Polydimetylsiloxan (PDMS) utanför tumören. Steg 7.1 – 7.3 krävs inte för FDM-modulen för att skriva ut subkutan vävnad skikt utan en tumör.

  1. Tryck på ett substrat med en 3D tryckt rektangulär mögel.
  2. Häll flytande PDMS i mögel.
  3. Placera underlaget i en inkubator och förvara vid 60 ° c i 2 timmar.
  4. Ta bort Fantomen från underlaget.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Phantom tillverkad av spinn beläggning
Spinn beläggningen fördelar dropparna jämnt på underlaget genom att vrida skivspelare, och ett enda lager av den ursprungliga kroppen är fabricerade efter härdning. Substratets rotationshastighet och rotationstiden påverkar inte bara fantom ytans kvalitet, utan avgör också tjockleken på varje skikt av Fantomen. Fantomer av olika tjocklekar kan tillverkas genom upprepad spinn beläggning skikt-för-lager. De optiska parametrarna för fantomer kan bestämmas genom att ändra proportionerna av spridnings-och absorptionsmaterial, vilket beskrivs i vår tidigare publikation24. Öka den TiO2 koncentrationen i photocurable harts kommer att öka spridningen koefficienten av Fantomen. Med tanke på att spinn beläggningen har en precision på 0,01 mm och hud överhuden är mellan 0,04 – 1,6 mm tjock, uppfyller processen kravet på simulering av hudens epidermis (figur 2).

Figure 2
Figur 2: ett enda lager fantom tillverkat av spinn beläggning. (A) PDMS-materialet tillsätts till 50% proportionell tert-butylalkohol och centrifugering på 3 000 rpm för 40 s för att bilda Single Layer Phantom. Tjockleken på Fantomen är 10 ± 1 μm mätt med OCT.Bkorrelationer mellan den uppnåeliga tjockleken på PDMS-filmen och rotationshastigheten vid olika spinn tider. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Phantom tillverkad av polyjettryck12
Ljus-botas material från olika kanaler blandas med olika optiska partiklar och tryckt av piezoelektriska bläckstråleskrivare på ett substrat enligt ". prn"-fil. Ett enda skikt av Fantomen erhålls efter härdning. Upplösningen av PolyJet-skrivaren är 18 μm x 18 μm x 10 μm (längd x bredd x höjd), den positionella upplösningen för den mobila plattformen är 1 μm, och munstycket stöder fyra olika typer av tryckmaterial. Noggrannheten i tryck planet är 50 μm, och tjockleken på varje skikt bestäms av mängden utmatade material. Eftersom ejektionsmängden för en kanal är inställd på 60%, är den genomsnittliga tjockleken på varje skikt 100 ± 10 μm. Dermis lagret av hud vävnad är typiskt mellan 0,4 – 2,4 mm tjock, och Inkjet Printing module kan nå en tjocklek upplösning på 100 μm. Den epidermala blodkärlen simuleras genom att blanda utskriftsmaterial med kinesiska röd färg (figur 3).

Figure 3
Figur 3: blod kärls simuleringar tryckta med polyjettryck. A) blod kärls bild för tryck linjersomimitera blodkärlen. B) de linjer som imitera blodkärlen som trycks på en vitbok, där papperet har fixats på underlaget för den mobila 3D-plattformen i utskriftsprocessen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Phantom fabricerade av FDM utskrift
Gelvax blandas med grafit pulver och TiO2 pulver och tryckt i en önskad form av FDM utskrift. Det dimensionella felet i den horisontella riktningen av Fantomen är mindre än 1%. Den laterala längden på Fantomen överstiger 20 mm, den minimalt utskrivbara funktionen är 1 mm, och det utskrivbara området är 100 mm x 100 mm x 20 mm. Absorption och spridnings parametrarna för en fantom beror på förhållandet mellan TiO2 och grafit pulver inuti. Figur 4 presenterar fantomer av olika funktions storlekar tryckta av FDM-utskrift med hjälp av gel vax utan tio2 och grafit pulver. Vi kan ändra förhållandet mellan TiO2 till grafit pulver Undertryckning, och därmed fabricera fantomer av olika absorption och spridnings parametrar, inklusive gradienter (figur 4B). Sambandet mellan absorption och spridnings parametrar med förhållandet TiO2 till grafit pulver finns i referenserna24.

Figure 4
Figur 4: resultat av FDM-utskrifter. A) en 8-lagers 40 mm x 40 mm x 0,4 mm kub modell med övertoningsfärg. B) tonad fantom som erhålls genom tryckning av gel vax blandat med tio2 och grafit pulver i en gradvis skala. C) CAD-modell i flerhörnform. (D) modell med flera hörn tryckta. Bildens nedre högra kant är resultatet mätt under ett Mikroskop med framsidan. Den minsta utskriftsfunktionen i FDM är 1 mm. (E) tärningsfantomer tryckta i FDM-modulen. Fde uppmätta resultaten indikerar att variationen i storlek är mindre än 1% när den laterala dimensionen är över 20 mm. vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Phantom fabricerade av automatiserad tryckning produktionslinje
Genom att integrera ovanstående tre tryckmetoder och efter ovannämnda protokoll, är produktionslinje systemet kunna producera en tumör-simulering fantom. Med en förenklad hud modell som ett exempel, epidermis skiktet, dermis skiktet, och den subkutana vävnaden skikt med olika tjocklekar och optiska egenskaper är tillverkade av spinn beläggning, PolyJet utskrift, och FDM utskrift, respektive. Därför kontrollerades möjligheten att kombinera spinn beläggning, polyjettryck och FDM-utskrifter för att framställa optiska fantomer, och systemet kunde tillverka optiska fantomer i vävnaden med de simulerade optiska och strukturella egenskaperna (figur 5, figur 6).

Figure 5
Figur 5: fabricerade Multilayer hud fantomer med en inbäddad tumör. (A) ett Schematiskt diagram över en flerskiktade struktur av en tumör fantom, inklusive ett spinn-belagda skikt, sju PolyJet tryckta skikt (inklusive tre genomskinliga skikt och tre lager av blodkärl lager, och ett vanligt skikt, och en FDM tryckt tumör). Den nedre högra delen av bilden är en schematisk rendering av Fantomen. (B) Fantomen till vänster har två inbäddade tumörer och den högra har en inbäddad tumör. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: tillverka flerskiktade hud-härma fantomer. (A) en mångbottnad hud fantom tryckt på en kisel wafer består av ett spinn beläggning skikt, ett PolyJet tryck skikt, och ett FDM utskrift lager från botten till toppen. (B) frambild av Fantomen inbäddad med blod kärls liknande spår på dess yta. Cmikroskopisk bild av ett tvärsnitt av Fantomen som visar de olika lagren. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I tillverkningen av flerskiktade Fantomen, är det material som används för spinn beläggning ett slags ljus-botas material i stället för PDMS. Det mellanliggande skiktet är tryckt med PolyJet utskrift metod, som använder ljus-botas harts som råvara. Även tunna PDMS fantomer kan göras genom spinn beläggning efter tillsats av tert-Butyl alkohol, ett PDMS skikt kan inte effektivt binda till ljus-botas material under PolyJet utskrift. Därför valde vi den ljusbobara kådan för spinn beläggning.

För närvarande finns endast två material tillgängliga för polyjetutskrifter. Tillsatsen av TiO2 pulver och indiskt bläck till ljus-botas materialet simulerar de optiska egenskaperna hos dermis skiktet, som kan läggas in i systemet i framtida arbete.

För FDM-utskrifter bör materialen blandas grundligt före extrudering. Därför kan process fördröjningen på grund av blandning vara längre än för den traditionella FDM-utskriftprocessen. Förflyttningen av underlaget på den mobila 3D-plattformen fördröjs också för motsvarande tid under utskriften. Om du vill skriva ut fantomer med komplexa former måste kontrollen av fördröjningen förbättras.

Det sista steget i tillverkningen av tumören-simulering Phantom är gjutning. I själva verket, i utformningen av munstycket församling, ett extra munstycke används för att injicera ett fjärde material. Men, kontrollen av rörelsen processen av 3D-mobilplattformen är komplicerat, och munstycket kan förstöra den ursprungliga tumör modellen. Detta kan förbättras genom att omdesigna Motion Control-programmet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Arbetet stöddes av National Natural Science Foundation i Kina (Grant nr 11002139 och 81327803) och de grundläggande forskningsfonderna för de centrala universiteten. Vi tackar Zachary J. Smith vid University of Science and Technology för att tillhandahålla ljud 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