עבודה זו נתמכה על ידי קרן המדע הלאומית הקריירה הפרס. לא. CBET-1254767, המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות הענק לא. R01 AI104960. אנו להכיר בהכרת תודה פטריק גריפין והובלה דן לסיוע שלהם עם אפיון מידות, טקסס A & M לב וכלי דם לפתולוגיה מעבדה עבור מיקרו-CT הדמיה.

1. בחירת ואימות של תכונות החומר מטריקס
<ol><li>לפני התחלת תהליך ייצור דמה (איור 1), למצוא את הספיגה ואת פיזור מופחתת המקדמים הרקמה ביולוגית של הריבית ב wavelength(s) הדמיה. הערכות ראשוניות עלול להימצא ב35,הפניות36. עם זאת, אימות של מקדמי אופטי ייתכן שיהיה צורך.</li>
	<li>באמצעות טבלאות בדיקת מידע עבור ממוצע של מקדם ספיגה ממוצע, מקדם הפיזור מופחתת-s', 488, 535, 632, 775 אורכי גל nm (טבלאות 1-4 ו- 2 דמויות–3), בחר את ריכוזי אינדיה אינק, טיטניום דו-חמצני (TiO2) זה משוער את המאפיינים הרצויים אופטי. המתכונים האלה הן ספציפיות עם רוחות רפאים מפוברק עם PDMS. כמו טבלאות אלה לספק נתוני הניסוי באורכי גל דיסקרטית, אופטימיזציה של המתכון עשוי להידרש עבור היישום הספציפי.</li>
	<li>
לפברק נתחי המתכון הנבחר לאישור אופטיות ספקטרליות polydimethylsiloxane (PDMS).
	<ol>
<li>באמצעות יחס של 10:1 במשקל של PDMS שרף לסוכן ריפוי, מזוג מרכיבים לתוך הכוס ערבוב לפי הסדר הבא: PDMS שרף, TiO2, אינדיה אינק, PDMS אשפרה הסוכן. הערה: הנה, אנחנו נבדוק שני מתכונים: 1) 2 מ ג TiO2 + 3.5 µL דיו הודו לכל g PDMS ו-2) 1 מ ג TiO2 + 10 דיו הודו µL לכל g PDMS. עבור כל מתכון, שרף PDMS 4.5 g ו- 0.45 g PDMS ריפוי סוכן משמשים עם הכמויות המתאימות של חלקיקים אופטיים.</li>
		<li>לערבב במיקסר במהירות (ראה טבלה של חומרים) 60 s. אם טיו2 חלקיקים מקל ערבוב גביע (סביר עם ריכוזים גבוהים של TiO2) מערבבים ביד כדי להסיר את החלקיקים מהבסיס של הגביע, לערבב במיקסר במשך שלושים s.</li>
		<li>שופכים את התערובת לתוך בארות או צלחות פטרי לעשות דק (0.1-1 מ מ) לוחות של התערובת.</li>
		<li>דגה הלוחות למשך 10 דקות על-ידי הצבתם תא לחץ אוויר חזק שלילי, אז המקום בתנור מחומם מראש ב 80 מעלות צלזיוס במשך 30-60 דקות מוציאים מהתנור ומצננים.</li>
		<li>הסר את המתים פולימר מקורר המכיל שלו. לקצץ את הקצוות לעזוב לוח שטוח, אחיד. למדוד את העובי של לוח באמצעות מחוגה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
למדוד להדמיה (T) והשתקפות (R) של slab(s) באמצעות כדור של שילוב. ניתן למצוא פרטים נוספים והוראות ידנית ההיפוך-הוספת הכפלה (IAD)37.
	<ol>
<li>הפעל את מקור האור ואת ספקטרומטר של ההתקנה ספירת שילוב. בדוק את היישור של המערכת כדי להבטיח קטן, קרן מקבילות ממורכזת על הנמלים כניסה ויציאה של הספרה שילוב.</li>
		<li>לכייל את המערכת בתחום שילוב.<ol>
<li>כבה את המקור, קאפ היציאה של הספרה שילוב ולהקליט שלושה ספקטרה כהה.</li>
			<li>להדליק את המקור כדי להשיג את ההפניה שידור עם היציאה הכתיר והנמל הכניסה ריק. שיא ספקטרה 3.</li>
			<li>להשיג השתקפות הפניה מדידות באמצעות השתקפות standard(s). מקם כל תקן בנמל היציאה של הכדור. שיא ספקטרה 3 עבור כל השתקפות סטנדרטית.</li>
		</ol>
</li>
		<li>למדוד את להדמיה של הלוח. עם הפקק היציאה, במקום המתים על יציאת הפוסט של הספרה שילוב עבור המידה שידור. שיא ספקטרה 3.</li>
		<li>למדוד את השתקפות של הלוח. הסירי את הפקק נמל היציאה ומניחים המתים על היציאה עבור המידה השתקפות. שיא ספקטרה 3.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
לקבוע מאפיינים אופטיים באמצעות תוכנה IAD. הדרכה מלאה על התוכנה ניתן למצוא במדריך IAD עם תוכנה37,להורדה, או38.
	<ol>
<li>ממוצע ספקטרום שלושה רכשה עבור כל אחת מהמידות.</li>
		<li>באמצעות המשוואות ב- IAD ידנית37, להמיר מדידות אלה ערכי R ו- T. במידת הצורך, לדחוס את הקבצים על-ידי הפחתת קצב הדגימה לאורך הקשת.</li>
		<li>להכין את הקובץ .rxt קלט (1 חומר משלים) IAD עם אורכי גל, השתקפות, להדמיה, עובי מדגם כמתואר ב- IAD ידנית37. באמצעות שורת הפקודה (מערכת ההפעלה של Windows) או מסוף (Mac OS), לנווט הדרך הנכונה. הקלד "iad ' קובץ הקלט שם'" כדי לנהל חקירות פנים. התוכנה תיצור קובץ טקסט פלט עם המאפיינים אופטי המשוער.</li>
	</ol>
</li>
	<li>אם המאפיינים אופטי נמצאים בטווח מקובל (~ 15%) של הערכים הרצויים, לשנות את המתכון בהתאם וחזור על שלבים 1.3-1.5.</li>
</ol>2. הכנת 3D נמסים מודפס המבנה הפנימי
<ol><li>עיצוב המבנה הפנימי באמצעות המחשב בעזרת תוכנת עיצוב (CAD). מבנה הדגם להמיר קובץ stereolithography עבור ייצור מדפסת תלת-ממד. אם זמין, בדיקת ct מקוטע ניתן גם להמיר לקובץ stereolithography ולא ציור דגם אחיד של המבנה הפנימי. הערה: קובץ CAD של פרקטל עץ מבנה המשמש כאן מסופק 2 חומר משלים. המדפסת בשימוש הנייר הזה הוא המדפסת extruding, ולכן החלק תוכננה כך שתהיה לה תמיכה הפסקה-משם חומר.</li>
	<li>בחר חומר תפרתי עבור הדפסה, כגון פולי ויניל אלכוהול (PVA) או high-השפעה פוליסטירן (ירכיים) (ראה טבלה של חומרים). הדפס את הדגם בחומר זה נמסים.</li>
	<li>כאשר חלקים המודפס מספיק מצוננים, לשבור, להמיס או מכונת החומר תמיכה ממני החלק המודפס. קובץ או חול. פגמים גדולים.</li>
	<li>
אדי פולנית החלק המודפס להפחית חספוס פני השטח.
	<ol>
<li>עם החלק המודפס מאובטח בתוך מלחציים, לקדוח חור דרך עם סיווג עבור חוט פלדה או ניטינול דק בבסיס של החלק המודפס.</li>
		<li>שרשור של פלדת אל-חלד או חוט ניטינול דרך החור. לכופף את קצות חוט לעשוק ביחד. זה יאפשר לתפקיד להיות שקוע לחלוטין באצטון אדים בתוך הספל. הגדר תיל והחלק הצדה.</li>
		<li>למלא גביע גדול בערך 10% מלא של אצטון. גביע המקום על פלטה חמה תוך כדי חימום עד 100 ° C. התראה: לבצע שלב זה בשכונה fume כדי למנוע שאיפת אדי אצטון.</li>
		<li>כאשר אצטון אדי מגיע עיבוי על באמצע הדרך במעלה הקיר של הספל, לתלות את החוט שיכורה עם האוויר מדומה על חוט השני להשעות ב אדי אצטון עבור ודא ס' 15-30 מודפס חלקים אל תיגע כשהספל קירות או כל אחרים (אם אדי ליטוש חלקים מרובים בבת אחת).</li>
		<li>הסר חלק מודפס, להשעות את גביע ריק או מכיל. תן חלק יבש במשך לפחות 4 שעות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ודא ממדי המבנה הפנימי בתוך סובלנות על עיצוב CAD, לפי הצורך. בהתאם לדרישות הדיוק, calipers או בסורק לייזר 3D יכול לשמש כדי למדוד את המבנה.</li>
</ol>3. בנייה של חום עמיד עובש
הערה: להכין תבנית עמיד בפני נזילה, עמידים בחום כדי ליצור את הפאנטום PDMS. בחר של הגיאומטריה עובש שתתאים בצורה הטובה ביותר את העיצוב הסופי פנטום. . הנה, מתואר תבנית מלבנית לשימוש חוזר.
<ol><li>עיצוב בסיס מוצק-המודל של העובש הדפסה תלת-ממד. עובש זה מיועד פנטום עם בסיס של 1.17 ס"מ 1.79 ס"מ. הבסיס של העובש יש בעובי 1 מ מ, ההפסקה עמוק 5 מ מ עם מידותיו הפנימיות תואמות את הבסיס של הפאנטום. פעולה זו מאפשרת את התבנית כדי sidings יוסרו ועובש להיות רמקול ניתן לפירוק, בהם שימוש חוזר.</li>
	<li>הדפס בסיס עבור כייר עם שיבוץ של רוחב מספיקות כדי לאבטח את sidings של העובש.</li>
	<li>מקום sidings במעמקי לבסיס עובש. . הנה, גליונות פוליקרבונט בעובי 1 מ מ משמשים sidings עובש.</li>
	<li>באמצעות הקלטת עמידים בחום, לאטום את הקצוות של העובש. זה הכרחי כי כל פינות וקצוות מספיק חתומות עם אין בועות את הקלטת כדי למנוע דליפה כלשהי בתהליך היציקה.</li>
	<li>מניחים צלחת הבסיס פוליקרבונט בתוך כייר מוכן בשלב 3.4. זו צלחת הבסיס הוא פוליקרבונט בעובי 1 מ מ אותו גיליון כמו ציפוי עובש ונותן בסיס פנטום משטח חלק ללא החספוס של פני השטח המודפס תלת-ממד של הבסיס עובש. הדבק האדים מיובש באופן מלא מלוטשים חלק ללוחית התחתונה. לאפשר מספיק זמן עבור דבק יבש.</li>
</ol>4. ייצור של פולימר פנטום
הערה: השתמש במתכון מאומת החומר מטריקס בצובר שנקבע בשלב 1 עבור היישום הספציפי. פרוטוקול כאן מספק את השלבים של רקמת ריאה בריאה מאתר פנטום-535 nm עם ממוצעs' של 40 ס"מ-1 וממוצע 2 ס מ-1. זה עשוי להיות שימושי כדי לפברק פנטום השני עם אין חלקיקי אופטי להשתמש כהפניה בתהליך ייצור.
<ol><li>שופכים 9.1 גרם של שרף PDMS לתוך כוס ערבול פלסטיק. הוסף 20 מ ג של הרוטיל TiO2, ואחריו µl 35 של הודו דיו. לבסוף להוסיף g 0.91 של ריפוי סוכן לחלק העליון של התערובת. לפי התקנון ערבוב בשלב 1.3.2.</li>
	<li>שופכים את התערובת הסופית פולימר עמיד חום לתבנית.</li>
	<li>יוצקים כמות קטנה של התערובת לתוך מיכל נפרדת כדי ליצור לוח פולימר לאישור של התכונות האופטיות גשמי. ודא שפולימר מספיק הוא שפך לי פרוסת לפחות 100 עובי מיקרומטר.</li>
	<li>הצב כייר מעושה דרכי הנשימה וגם לוח נפרד לתוך צנצנת עבור degassing. להתחיל תהליך ואקום. אם הפולימר ב כייר דרכי הנשימה מעושה מתחיל לקום, תנו לאוויר בחזרה לתוך הצנצנת בל להתפוצץ בועות פני השטח, ואז להתחיל לקחת אויר שוב. חזור על תהליך זה עד הפולימר לא עולים באופן משמעותי. זה ייקח בין 5-10 דקות תלוי כמה אוויר נלכד במהלך שלב 4.2. ברגע PDMS כבר לא עולה, להמשיך דגה למשך עוד 15 דקות.</li>
	<li>אחרי degassing, לאט תני האוויר בחזרה אל החדר. להסיר את האוויר מעושה פנטום והן המתים פולימר ומניחים בתנור ברמה ב 80 מעלות צלזיוס במשך שעתיים.</li>
	<li>הסר את הפאנטום ואת לוח התנור ומצננים במשך 20 דקות Disassemble כייר פולימר עם אזמל ללא חיתוך הפולימר נרפא. הצמד את צלחת הבסיס ליד הבסיס מוק-דרכי הנשימה.</li>
	<li>המקום דמה באמבטיה מחוממת (60 ° C) ~0.5 מ' הידרוקסיד הנתרן (NaOH) הבסיס עד התפרקה לחלוטין החלק הפנימי. הפנטום התייחסות ברורה שטיחות עשוי לעזור כדי לקבוע את הזמן המסת עבור הרכיב פנימי. ברגע המבנה הפנימי התפרקה, פנטום מהאמבטיה ולתת באופן מלא יבש (~ 24 h) לפני כל מדידה אופטית.</li>
</ol>5. אימות של ייצור דמה
<ol><li>ודא פנטום גיאומטריה שימוש ברזולוציה גבוהה-דימות תהודה מגנטית (MRI) או מיקרו-שחושב טומוגרפיה ממוחשבת (CT) הדמיה, אם רצונך בכך. שיטות אלה לספק אימות תלת-ממד של המבנים הפנימיים בתוך חומר עכורים עם מפוח רזולוציות של < מיקרומטר 40039,40. לחלופין, פנטום התייחסות ברורה שטיחות יכול שטיחות לדימות לצורך אימות כי החלק המודפס מפורקת לחלוטין, החלל הריק שנותר ויש הגיאומטריה הנכון. הערה: אימתנו את גיאומטריית פנטום שטיחות אטום (2 מ ג TiO2 + 3.5 µl דיו הודו) עם מיקרו-CT על כוכב הצפון הדמיה (NSI) X50 פנימי. הפאנטום צולמה ברזולוציה 20 מיקרומטר בממדים כל (תוספת חומרים 3, 4).</li>
	<li>ודא התכונות האופטיות של הפאנטום באמצעות לוח פולימר לספרה שילוב (המתוארות בצעדים 1.5-1.6).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Curatolo, A., Kennedy, B. F., Sampson, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structured+three-dimensional+optical+phantom+for+optical+coherence+tomography.">Structured three-dimensional optical phantom for optical coherence tomography.</a> Opt Express. 19 (20), 19480-19485 (2011).</li><li>Miranda, D. A., Cristiano, K. L., Guti&#233;rrez, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breast+phantom+for+mammary+tissue+characterization+by+near+infrared+spectroscopy.">Breast phantom for mammary tissue characterization by near infrared spectroscopy.</a> J Phys Conf Ser. 466 (1), 012018 (2013).</li><li>Solomon, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodal+Fluorescence-Mediated+Tomography+and+SPECT/CT+for+Small-Animal+Imaging.">Multimodal Fluorescence-Mediated Tomography and SPECT/CT for Small-Animal Imaging.</a> J Nucl Med. 54 (4), 639-646 (2013).</li><li>Wagni&#232;res, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optical+phantom+with+tissue-like+properties+in+the+visible+for+use+in+PDT+and+fluorescence+spectroscopy.">An optical phantom with tissue-like properties in the visible for use in PDT and fluorescence spectroscopy.</a> Phys Med Biol. 42 (7), 1415-1426 (1997).</li><li>Rajaram, N., Reesor, A. F., Mulvey, C. S., Frees, A. E., Ramanujam, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-Invasive,+Simultaneous+Quantification+of+Vascular+Oxygenation+and+Glucose+Uptake+in+Tissue.">Non-Invasive, Simultaneous Quantification of Vascular Oxygenation and Glucose Uptake in Tissue.</a> PLoS ONE. 10 (1), 0117132 (2015).</li><li>Niedre, M. J., Turner, G. M., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+imaging+of+optical+coefficients+through+murine+chest+cavities.">Time-resolved imaging of optical coefficients through murine chest cavities.</a> J Biomed Opt. 11 (6), 064017 (2006).</li><li>Schmidt, F. E. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple-slice+imaging+of+a+tissue-equivalent+phantom+by+use+of+time-resolvedoptical+tomography.">Multiple-slice imaging of a tissue-equivalent phantom by use of time-resolvedoptical tomography.</a> Appl Opt. 39 (19), 3380-3387 (2000).</li><li>Cerussi, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+phantoms+in+multicenter+clinical+trials+for+diffuse+optical+technologies.">Tissue phantoms in multicenter clinical trials for diffuse optical technologies.</a> Biomed Opt Express. 3 (5), 966-971 (2012).</li><li>Mar&#237;n, N. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+standards+for+multicenter+clinical+trials+of+fluorescence+spectroscopy+for+in+vivo+diagnosis.">Calibration standards for multicenter clinical trials of fluorescence spectroscopy for in vivo diagnosis.</a> J Biomed Opt. 11 (1), 014010 (2006).</li><li>Alexandrakis, G., Rannou, F. R., Chatziioannou, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomographic+bioluminescence+imaging+by+use+of+a+combined+optical-PET+(OPET)+system:+a+computer+simulation+feasibility+study.">Tomographic bioluminescence imaging by use of a combined optical-PET (OPET) system: a computer simulation feasibility study.</a> Phys Med Biol. 50 (17), 4225-4241 (2005).</li><li>Wan, Q., Beier, H. T., Ibey, B. L., Good, T., Cot&#233;, G. L., Cot&#233;, G. L., Priezzhev, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optical Diagnostics and Sensing VII. , (2007).</li><li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+a+skin+equivalent+phantom+with+interior+micron-scale+vessel+structures+for+optical+imaging+experiments.">Preparation of a skin equivalent phantom with interior micron-scale vessel structures for optical imaging experiments.</a> Biomed Opt Express. 5 (9), 3140-3149 (2014).</li><li>Pogue, B. W., Patterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+tissue+simulating+phantoms+for+optical+spectroscopy,+imaging+and+dosimetry.">Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry.</a> J Biomed Opt. 11 (4), 041102 (2006).</li><li>Wr&#243;bel, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+optical+skin+phantoms+for+preclinical+evaluation+of+laser+efficiency+for+skin+lesion+therapy.">Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy.</a> J Biomed Opt. 20 (8), 085003 (2015).</li><li>Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+solid+tissue+phantom+for+photon+migration+studies.">A solid tissue phantom for photon migration studies.</a> Phys Med Biol. 42 (10), 1971-1979 (1997).</li><li>Bae, Y., Son, T., Park, J., Jung, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+thin-layer+solid+optical+tissue+phantom+by+a+spin-coating+method:+pilot+study.">Fabrication of a thin-layer solid optical tissue phantom by a spin-coating method: pilot study.</a> J Biomed Opt. 18 (2), 025006 (2013).</li><li>Park, J., et al., Nordstrom, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. , (2013).</li><li>Luu, L., Roman, P. A., Mathews, S. A., Ramella-Roman, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+based+phantoms+of+superficial+vascular+network.">Microfluidics based phantoms of superficial vascular network.</a> Biomed Opt Express. 3 (6), 1350-1364 (2012).</li><li>Chen, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayered+tissue+mimicking+skin+and+vessel+phantoms+with+tunable+mechanical,+optical,+and+acoustic+properties.">Multilayered tissue mimicking skin and vessel phantoms with tunable mechanical, optical, and acoustic properties.</a> Med Phys. 43 (6), 3117-3131 (2016).</li><li>Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional,+distendable+bladder+phantom+for+optical+coherence+tomography+and+white+light+cystoscopy.">Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy.</a> J Biomed Opt. 19 (3), 036009 (2014).</li><li>Golabchi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refractive+errors+and+corrections+for+OCT+images+in+an+inflated+lung+phantom.">Refractive errors and corrections for OCT images in an inflated lung phantom.</a> Biomed Opt Express. 3 (5), 1101-1109 (2012).</li><li>Rengier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+based+on+imaging+data:+review+of+medical+applications.">3D printing based on imaging data: review of medical applications.</a> Int J Comput Assist Radiol and Surg. 5 (4), 335-341 (2010).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing+of+tissue+phantoms+for+biophotonic+imaging.">Three-dimensional printing of tissue phantoms for biophotonic imaging.</a> Opt Lett. 39 (10), 3010-3013 (2014).</li><li>Ghassemi, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Mobile+Phone+Performance+for+Near-Infrared+Fluorescence+Imaging.">Evaluation of Mobile Phone Performance for Near-Infrared Fluorescence Imaging.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 64 (7), 1650-1653 (2017).</li><li>Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H. R., Webb, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+application+of+heterogeneous+printed+mouse+phantoms+for+whole+animal+optical+imaging.">Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging.</a> Appl Opt. 55 (2), 280-287 (2016).</li><li>Diep, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printed+optical+phantoms+with+customized+absorption+and+scattering+properties.">Three-dimensional printed optical phantoms with customized absorption and scattering properties.</a> Biomed Opt Express. 6 (11), 4212-4220 (2015).</li><li>Pogue, B. W., Patterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+tissue+simulating+phantoms+for+optical+spectroscopy,+imaging+and+dosimetry.">Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry.</a> Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102-041116 (2006).</li><li>de Bruin, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+phantoms+of+varying+geometry+based+on+thin+building+blocks+with+controlled+optical+properties.">Optical phantoms of varying geometry based on thin building blocks with controlled optical properties.</a> J Biomed Opt. 15 (2), 025001-025010 (2010).</li><li>Boyle, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+performance+of+a+shape+memory+polymer+foam-coated+coil+embolization+device.">In vitro performance of a shape memory polymer foam-coated coil embolization device.</a> Med Eng Phys. 49, 56-62 (2017).</li><li>Hwang, W., Singhal, P., Miller, M. W., Maitland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vitro+Study+of+Transcatheter+Delivery+of+a+Shape+Memory+Polymer+Foam+Embolic+Device+for+Treating+Cerebral+Aneurysms.">In Vitro Study of Transcatheter Delivery of a Shape Memory Polymer Foam Embolic Device for Treating Cerebral Aneurysms.</a> J Med Dev. 7 (2), 020932 (2013).</li><li>Sgaragli, G., Frosini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Tuberculosis+I.+Epidemiology,+Diagnosis+and+Pathogenetic+Mechanisms.">Human Tuberculosis I. Epidemiology, Diagnosis and Pathogenetic Mechanisms.</a> Curr Med Chem. 23 (25), 2836-2873 (2016).</li><li>Mufti, N., Kong, Y., Cirillo, J. D., Maitland, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+optic+microendoscopy+for+preclinical+study+of+bacterial+infection+dynamics.">Fiber optic microendoscopy for preclinical study of bacterial infection dynamics.</a> Biomed Opt Express. 2 (5), 1121-1134 (2011).</li><li>Nooshabadi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+fluorescence+excitation+in+whole-animal+optical+imaging.">Intravital fluorescence excitation in whole-animal optical imaging.</a> PLoS One. 11 (2), 0149932 (2016).</li><li>Nooshabadi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+excitation+increases+detection+sensitivity+for+pulmonary+tuberculosis+by+whole-body+imaging+with+beta-lactamase+reporter+enzyme+fluorescence.">Intravital excitation increases detection sensitivity for pulmonary tuberculosis by whole-body imaging with beta-lactamase reporter enzyme fluorescence.</a> J Biophotonics. , (2016).</li><li>Duck, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physical Properties of Tissue: A Comprehensive Reference Book. , (1990).</li><li>Tuchin, V. V., Tuchin, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. 13, (2007).</li><li>Prahl, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling. , (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Inverse Adding-Doubling v.3-9-12. , (2014).</li><li>Link, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Comparative+Study+of+Trabecular+Bone+Properties+in+the+Spine+and+Femur+Using+High+Resolution+MRI+and+CT.">A Comparative Study of Trabecular Bone Properties in the Spine and Femur Using High Resolution MRI and CT.</a> J Bone Miner Res. 13 (1), 122-132 (1998).</li><li>Batiste, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+MRI+and+micro-CT+in+an+ex+vivo+rabbit+anterior+cruciate+ligament+transection+model+of+osteoarthritis.">High-resolution MRI and micro-CT in an ex vivo rabbit anterior cruciate ligament transection model of osteoarthritis.</a> Osteoarthr cartil. 12 (8), 614-626 (2004).</li><li>Greening, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+thin+poly(dimethylsiloxane)-based+tissue-simulating+phantoms+with+tunable+reduced+scattering+and+absorption+coefficients+at+visible+and+near-infrared+wavelengths.">Characterization of thin poly(dimethylsiloxane)-based tissue-simulating phantoms with tunable reduced scattering and absorption coefficients at visible and near-infrared wavelengths.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 115002 (2014).</li><li>Meissner, S., Knels, L., Krueger, A., Koch, T., Koch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+three-dimensional+optical+coherence+tomography+and+intravital+microscopy+for+imaging+subpleural+pulmonary+alveoli+in+isolated+rabbit+lungs.">Simultaneous three-dimensional optical coherence tomography and intravital microscopy for imaging subpleural pulmonary alveoli in isolated rabbit lungs.</a> J Biomed Opt. 14 (5), 054020 (2009).</li><li>Morris, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+nuclear+magnetic+resonance+property+of+lung.">A new nuclear magnetic resonance property of lung.</a> J Appl Phys. 58 (3), 759-762 (1985).</li><li>Hearon, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+Shape+Memory+Polymers.">Porous Shape Memory Polymers.</a> Polym Rev (Phila Pa). 53 (1), 41-75 (2013).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

הראו לנו שיטה ליצירת פאנטום אופטי כדי לייצג ריאה מאתר עם מבנה הסתעפות פנימית כדי לדמות את הממשק אוויר פנימי-רקמות. התכונות האופטיות של רקמת הריאה מאתר מושגות על ידי שילוב ייחודי ריכוזים של שטיחות פיזור וקליטת חלקיקים מופץ למשל בתוך מטריצת הפולימר בצובר. אלה התכונות האופטיות ניתן לכוונן ל?...

מטוסי פאנטום רקמות משמשים נרחב עבור אפיון המערכת וכיול של מכשירי הדמיה וספקטרוסקופיה אופטי, כולל מערכות multimodality אולטראסאונד או שיטות גרעיני1,2,3 ,4. מטוסי פאנטום מספקים סביבה אופטי מבוקרת על אפיון המערכת ובקרת איכות של מספר טכניקות הדמיה ביולוגי. מטוסי פאנטום מחקה רקמות הינם כלים שימושיים לניבוי ביצועי המערכת, אופטימיזציה של מערכת עיצוב עבור הפעילות הפיזיולוגית לדוגמה, כדי לחזות את העומק החקרנית של הגששים ספקטרוסקופיות להערכת הגידול שוליים בימין5. התכונות האופטיות ותכנון קונסטרוקציה של הפאנטום ניתן לכוונן לחקות הסביבה פיזיולוגי מסוים שבו המכשיר ישמש, ומאפשר לפיכך הן כדאיות ואימות של ביצועי מערכת3, 6,7. אימות של הדמיה ביצועי המערכת עם מטוסי פאנטום אופטי מציאותי מיציאתם ניסויים קליניים או קליניים מפחית את הסיכון של תקלה או רכישה של נתונים לא שמיש במהלך לימודי ויוו . הפארמצבטית והיציבות של פאנטום אופטי להפוך אותם סטנדרטים כיול להתאמה אישית ללימוד טכניקות אופטי לפקח instrument אינטרה בין השתנות, בפרט multicenter ניסויים קליניים עם מכשירים שונים, אופרטורים, תנאים סביבתיים8,9.
מטוסי פאנטום מחקה רקמות גם לשמש tunable לשחזור פיזי דגמים עבור אימות של מודלים תיאורטיים אופטי. סימולציות הסיוע עיצוב של אופטימיזציה של ויוו מכשירים אופטיים, תוך הקטנת הצורך חיה ניסויים10,11. פיתוח, אימות של סימולציות אופטי לייצג באופן מדויק את הסביבה ויוו יכול להיות מכוסה המורכבות של מבנה רקמות, התוכן הביוכימי, ואת המיקום של היעד או רקמה בגוף. השתנות בין נושאים עושה אימות של מודלים תיאורטיים מאתגר באמצעות מדידות בעלי חיים או אדם. פולימר רקמות אופטי פאנטום לאפשר אימות של מודלים תיאורטיים על ידי אספקת סביבה אופטי לשחזור וידוע שבו ללמוד פוטון ההעברה12,13,14,15.
לצורך כיול המערכת, פאנטום מוצקות אופטי עשוי מורכב לוח הומוגני יחיד של פולימר נרפא עם פיזור אופטי, קליטה, או קרינה פלואורסצנטית מכוון עבור אורכי הגל של ריבית. שכבות הפולימר פאנטום משמשים לעתים קרובות כדי לחקות בשינוי העומק של המאפיינים אופטי רקמות רקמת האפיתל מודלים16,17. אלה מבנים פנטום מספיקים עבור הדמיה אפיתל, מידול, בגלל מבנה רקמות הוא הומוגניות למדי דרך כל שכבה. עם זאת, מידה גדול ועל מבנים מורכבים יותר להשפיע על תחבורה קרינה באיברים אחרים. שיטות ליצירת פאנטום מורכבים יותר פותחו כדי לדמות את הסביבה אופטי של כלי דם תת עורי18,19 ו אפילו כל האיברים, כגון שלפוחית השתן20. מידול הובלה אור בריאות מספקת בעיה ייחודית בזכות מבנה הסתעפות של הממשק רקמות אוויר; פאנטום מוצקות לא סביר לשכפל תחבורה קרינה באיבר במדויק21. כדי לתאר את שיטת שילוב המבנה המורכב פנטום אופטי, אנו מתארים שיטה ליצירת עץ פרקטל פנימי, לשחזור של חלל זה מייצג את מבנה תלת-ממדי (3D) מאקרוסקופית של דרכי הנשימה (איור 1).
ב העשורים האחרונים, הדפסת תלת-ממד הפכה להיות שיטה השולט שטנץ מהירה של מכשירים רפואיים מודלים22, רקמות אופטי פאנטום אינם יוצאי דופן. הדפסה תלת-ממדית שימש ככלי הייצור מוספים עבור בדיית פאנטום אופטי עם ערוצי23, רשתות כלי דם24דגמים בעלי חיים קטנים לכל הגוף25. שיטות אלה להשתמש חומרי הדפסה אחד או שניים עם מאפיינים אופטיים ייחודיים. גם פותחו שיטות לכוון את התכונות האופטיות של חומר הדפסה לחקות רקמה ביולוגית כללית, עכורים25,26. עם זאת, טווח התכונות האופטיות השגה מוגבלים על ידי החומר ההדפסה, בדרך כלל פולימר כגון בוטאדיאן טבעי styrene (ABS)26, כך שיטה זו אינה מתאימה לכל רקמות ביולוגיות. Polydimethylsiloxane (PDMS) הוא פולימר שטיחות ברור זה ניתן לערבב בקלות עם פיזור וקליטת חלקיקים עם רמה גבוהה יותר של27,tunability28. PDMS שימש גם להעלות עובש פאנטום עם מפרצת מודלים עבור פריסה של התקנים embolic29,30. האשליות האלה גם לנצל חלק מודפס 3D נמסים, אך נשארים שטיחות ברור להמחשת פריסת מכשירים. כאן, אנו משלבים בשיטה זו עם tunability של מאפייני PDMS עם פיזור וקליטת חלקיקים כדי לבדות דגם ראשוני של הרקמה ואת דרכי הנשימה של הריאות מאתר אופטי.
בעוד הפאנטום המובאת כאן היא ספציפית אל הריאות, ניתן להחיל את התהליך למגוון של איברים אחרים. הדפסה תלת-ממדית של המבנה הפנימי של הפאנטום מאפשר את העיצוב להיות ניתנת להתאמה אישית עבור כל מטרה, מידה להדפסה, בין אם זה יהיה דם או רשת כלי לימפה, מח עצם או אפילו ארבע chambered מבנה הלב31. כי אנו מעוניינים דימות אופטי, מידול של הריאה33,32,, או34, אנחנו שבחרו שתשמש המבנה הפנימי עץ 4 הדור פרקטל להשתכפל בתוך הפולימר פנטום. מבנה זה נועד משוער המבנה הסתעפות של דרכי הנשימה ויש תמיכה הפסקה-משם חומר עבור תהליך ההדפסה התלת מימדית. יכול להיות מודפס של דרכי הנשימה יותר אנטומית אם תמיכה הפסקה-משם חומר אינה נחוצה. אף על פי המודל הזה מייצג של דרכי הנשימה, המבנה הפנימי של הפאנטום לא חייבים להישאר חלל גשמי. לאחר הפולימר שמסביב נרפאה, החלק מודפס 3D התפרקה, המבנה הפנימי יכול לשמש כמו מסלול הזרימה או תבנית משני חומר עם קליטה ייחודי ומאפיינים פיזור משלו. לדוגמה, אם המבנה הפנימי של פרוטוקול זה תוכנן עצם דיגיטלי ולא נתיב אוויר, מבנה העצם יכול להיות 3D מודפס, יצוק עם PDMS עם התכונות האופטיות של האצבע ולאחר מכן התפרקה הפאנטום. החלל הריק ואז יכול להיות מלא עם תערובת PDMS עם מאפיינים אופטיים שונים. בנוסף, כל עובש אינה מוגבלת לחלק נמסים יחיד. רוח רפאים של האצבע הצליחה לכלול העצם, ורידים, עורקים, שכבה כללי רקמות רכות, כל אחד עם מאפיינים אופטיים ייחודיים משלו.

<table><tbody><tr><td>Dow Corning Sylgard 184 Silicone Encapsulant Clear 0.5 kg Kit</td><td>Ellsworth Adhesives</td><td>184 SIL ELAST KIT 0.5KG</td><td>Polydimethylsiloxane: polymer base for optical phantoms</td></tr><tr><td>White Rutile Titanium Dioxide powder</td><td>Atlantic Equipment Engineers</td><td>TI-602</td><td>Scattering particles for optical phantoms</td></tr><tr><td>Higgins Fountain Pen India Ink</td><td>Michaels Craft Stores</td><td>&amp;nbsp;10015483</td><td>Absorbing particles for optical phantom</td></tr><tr><td>Heat Resistant tape</td><td>Uline</td><td>S-7595</td><td>Heat resistant tape for polymer molds</td></tr><tr><td>Fortus 360mc 3D printer</td><td>Stratasys</td><td>N/A</td><td>Able to switch build and support material with this model printer</td></tr><tr><td>ABS Ivory Model Material</td><td>Stratasys</td><td>SDS-000001</td><td>Material for printing mold parts and/or using as support for printing internal structure&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SR-30 Soluble Support</td><td>Stratasys</td><td>400638-0001</td><td>Base soluble support material for printing internal structure</td></tr><tr><td>Flacktek Speedmixer</td><td>Flacktek Inc.</td><td>DAC 150.1 FV</td><td>For efficient mixing of polymer and particles&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Integrating sphere</td><td>Edmund Optics</td><td>58-585</td><td>For measuring optical properties</td></tr><tr><td>Polycarbonate build plates (1 mm)</td><td>Stratasys</td><td>N/A</td><td>Used polycarbonate build plates from Stratasys printer can also be used</td></tr></tbody></table>

fabrication and characterization of optical tissue phantoms containing macrostructure

ההתפתחות המהירה של טכניקות דימות אופטי חדשות תלויה בזמינות של סטנדרטים נמוכים הניתנים להתאמה אישית, לשחזור בקלות. על-ידי שכפול הסביבה הדמיה, עשוי מצויין יקר לניסויים בבעלי חיים כדי לאמת טכניקה. חיזוי ומיטוב הביצועים של ויוו , לשעבר vivo הדמיה טכניקות דורש בדיקות על דגימות דומים שטיחות לרקמות של הריבית. מחקה רקמות פאנטום אופטי מספקות תקן עבור הערכה, אפיון או כיול של מערכת אופטית. פולימר הומוגנית רקמות אופטי פאנטום נמצאים בשימוש נרחב כדי לחקות את התכונות האופטיות של סוג רקמות ספציפיות בתוך טווח הספקטרום הצר. להיות חיקה רקמות בשכבות, כגון האפידרמיס בדרמיס, על-ידי פשוט לערום האשליות האלה, לוח הומוגני. עם זאת, רבים ויוו טכניקות הדמיה מוחלים יותר רקמות מורכבות במרחב שבו שלושה מבנים תלת-ממדי, כגון כלי דם, דרכי הנשימה או פגמים רקמות, יכולים להשפיע על הביצועים של מערכת ההדמייה.
פרוטוקול זה מתאר את הזיוף של רוח רפאים מחקה רקמות המשלבת תלת מימדי מורכבות מבנית באמצעות חומר עם התכונות האופטיות של רקמות. טבלאות בדיקת מידע מספקות מתכונים הודו ודיו טיטניום דו-חמצני הקליטה אופטי ומטרות פיזור. מתוארות שיטות כדי לאפיין ולכוונן את התכונות האופטיות גשמי. הזיוף פנטום מפורט במאמר זה יש של חלל פנימי מעושה דרכי הנשימה מסעף; עם זאת, הטכניקה ניתן להחיל באופן כללי מבנים אחרים איבר או רקמה.

כדי להדגים את טכניקת ייצור דמה, פאנטום רקמת הריאות העכבר היו מפוברק כדי לדמות נמדד התכונות האופטיות של רקמת הריאה מאתר נכרת מודלק ובריאה -535 nm (טבלה 5). אורך גל זה עניין הוא אורך הגל עירור עבור tdTomato חלבון פלואורסצנטי בשימוש הכתב רקומביננטי זנים של mycobacteria ב מחקרים ק?...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure at JoVE.com

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

מטוסי פאנטום רקמות אופטי הם כלים חיוניים כיול של אפיון של מערכות הדמיה אופטית ואימות של מודלים תיאורטיים. מאמר זה מפרט את שיטת ייצור דמה הכולל שכפול של רקמות התכונות האופטיות ואת מבנה רקמות תלת מימדי.

ייצור ואפיון רקמות אופטי הפאנטומים המכיל למפלגות

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

fabrication-characterization-optical-tissue-phantoms-containing

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.5K Views.  Texas A&M University. מטוסי פאנטום רקמות אופטי הם כלים חיוניים כיול של אפיון של מערכות הדמיה אופטית ואימות של מודלים תיאורטיים. מאמר זה מפרט את שיטת ייצור דמה הכולל שכפול של רקמות התכונות האופטיות ואת מבנה רקמות תלת מימדי.

Video: Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

Fabrication of Biologically Derived Injectable Materials for Myocardial Tissue Engineering

This protocol provides methods for the preparation of an injectable extracellular matrix (ECM) gel for myocardial tissue engineering applications. Briefly, decellularized tissue is lyophilized, milled, enzymatically digested, and then brought to physiological pH. The lyophilization removes all water content from the tissue, resulting in dry ECM that can be ground into a fine powder with a small mill. After milling, the ECM powder is digested with pepsin to form an injectable matrix. After adjustment to pH 7.4, the liquid matrix material can be injected into the myocardium. Results of previous characterization assays have shown that matrix gels produced from decellularized pericardial and myocardial tissue retain native ECM components, including diverse proteins, peptides and glycosaminoglycans. Given the use of this material for tissue engineering, in vivo characterization is especially useful; here, a method for performing an intramural injection into the left ventricular (LV) free wall is presented as a means of analyzing the host response to the matrix gel in a small animal model. Access to the chest cavity is gained through the diaphragm and the injection is made slightly above the apex in the LV free wall. The biologically derived scaffold can be visualized by biotin-labeling before injection and then staining tissue sections with a horse radish peroxidase-conjugated neutravidin and visualizing via diaminobenzidine (DAB) staining. Analysis of the injection region can also be done with histological and immunohistochemical staining. In this way, the previously examined pericardial and myocardial matrix gels were shown to form fibrous, porous networks and promote vessel formation within the injection region.

Methods for preparing an injectable matrix gel from decellularized tissue and injecting it into rat myocardium in vivo are described.

ייצור של חומרים בזריקות נגזר ביולוגית של הנדסת רקמות שריר הלב

This protocol provides methods for the preparation of an injectable extracellular matrix (ECM) gel for myocardial tissue engineering applications.  ...

Fabrication of Micro-tissues using Modules of Collagen Gel Containing Cells

This protocol describes the fabrication of a type of micro-tissues called modules.  The module approach generates uniform, scalable and vascularized tissues.  The modules can be made of collagen as well as other gelable or crosslinkable materials.  They are approximately 2 mm in length and 0.7 mm in diameter upon fabrication but shrink in size with embedded cells or when the modules are coated with endothelial cells.  The modules individually are small enough that the embedded cells are within the diffusion limit of oxygen and other nutrients but modules can be packed together to form larger tissues that are perfusable.  These tissues are modular in construction because different cell types can be embedded in or coated on the modules before they are packed together to form complex tissues.  There are three main steps to making the modules: (1) neutralizing the collagen and embedding cells in it, (2) gelling the collagen in the tube and cutting the modules and (3) coating the modules with endothelial cells.

Creation of micro-tissues using cylindrical collagen gels, called modules, that contain embedded cells and which surface is coated with endothelial cells.

ייצור של מיקרו-רקמות באמצעות מודולים של קולגן ג&#39;ל התאים המכילים

This protocol describes the fabrication of a type of micro-tissues called modules.  The module approach generates uniform, scalable and vascularized ...

Fabrication and Application of Rose Bengal-chitosan Films in Laser Tissue Repair

Photochemical tissue bonding (PTB) is a sutureless technique for tissue repair, which is achieved by applying a solution of rose bengal (RB) between two tissue edges1,2. These are then irradiated by a laser that is selectively absorbed by the RB. The resulting photochemical reactions supposedly crosslink the collagen fibers in the tissue with minimal heat production3. In this report, RB has been incorporated in thin chitosan films to fabricate a novel tissue adhesive that is laser-activated. Adhesive films, based on chitosan and containing ~0.1 wt% RB, are fabricated and bonded to calf intestine and rat tibial nerves by a solid state laser (&lambda;=532 nm, Fluence~110 J/cm2, spot size~0.5 cm). A single-column tensiometer, interfaced with a personal computer, is used to test the bonding strength. The RB-chitosan adhesive bonds firmly to the intestine with a strength of 15 &plusmn; 6 kPa, (n=30). The adhesion strength drops to 2 &plusmn; 2 kPa (n=30) when the laser is not applied to the adhesive. The anastomosis of tibial nerves can be also completed without the use of sutures. A novel chitosan adhesive has been fabricated that bonds photochemically to tissue and does not require sutures.

Sutures are usually needed to repair tissue during surgical procedures. However, their application can be problematic as they are invasive and may damage tissue. The fabrication and application methods of a novel tissue adhesive are here reported. This adhesive film is laser-activated and does not require the use of sutures.

ייצור ויישום של רוז בנגל-chitosan סרטים בתיקון רקמות ליזר

Photochemical tissue bonding (PTB) is a sutureless technique for tissue repair, which is achieved by applying a solution of rose bengal (RB) between two ...

Construction of a Preclinical Multimodality Phantom Using Tissue-mimicking Materials for Quality Assurance in Tumor Size Measurement

World Health Organization (WHO) and the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) working groups advocated standardized criteria for radiologic assessment of solid tumors in response to anti-tumor drug therapy in the 1980s and 1990s, respectively. WHO criteria measure solid tumors in two-dimensions, whereas RECIST measurements use only one-dimension which is considered to be more reproducible 1, 2, 3,4,5. These criteria have been widely used as the only imaging biomarker approved by the United States Food and Drug Administration (FDA) 6. In order to measure tumor response to anti-tumor drugs on images with accuracy, therefore, a robust quality assurance (QA) procedures and corresponding QA phantom are needed.
To address this need, the authors constructed a preclinical multimodality (for ultrasound (US), computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI)) phantom using tissue-mimicking (TM) materials based on the limited number of target lesions required by RECIST by revising a Gammex US commercial phantom 7. The Appendix in Lee et al. demonstrates the procedures of phantom fabrication 7. In this article, all protocols are introduced in a step-by-step fashion beginning with procedures for preparing the silicone molds for casting tumor-simulating test objects in the phantom, followed by preparation of TM materials for multimodality imaging, and finally construction of the preclinical multimodality QA phantom. The primary purpose of this paper is to provide the protocols to allow anyone interested in independently constructing a phantom for their own projects. QA procedures for tumor size measurement, and RECIST, WHO and volume measurement results of test objects made at multiple institutions using this QA phantom are shown in detail in Lee et al. 8.

This paper describes in-house procedures of constructing a preclinical multimodality phantom made of tissue-mimicking (TM) materials for quality assurance (QA) of tumor size measurement in animal imaging modalities such as ultrasound (US), computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI).

בנייה של פנטום multimodality Preclinical שימוש בחומרים רקמות-מחקים לאבטחת איכות במדידת גודל גידול

World Health Organization (WHO) and the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) working groups advocated standardized criteria for ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

ייצור רקמת סחוס אנושי באמצעות שלושה ממדי הזרקת דיו טכנולוגיית הדפסה

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of cutaneous wound healing on the skin. Existing methods, however, still rely on visual inspections through various microscopic tools and devices that normally include high-cost, sophisticated systems and require well trained personnel for operation and data analysis. Here, we describe methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination to the skin surface near the wound tissues, which provides recording of high fidelity electrical signals such as skin temperature and thermal conductivity. The methods of device fabrication provide details of step-by-step preparation of the microelectronic system that is completely enclosed with elastomeric silicone materials to offer electrical isolation. The experimental study presents multifunctional, biocompatible, waterproof, reusable, and flexible/stretchable characteristics of the device for clinical applications. Protocols of clinical testing provide an overview and sequential process of cleaning, testing setup, system operation, and data acquisition with the skin-like electronics, gently mounted on hypersensitive, cutaneous wound and contralateral tissues on patients.

This article presents methods to fabricate and characterize a conformal, skin-like electronic system and protocols for the use in clinical applications, particularly on cutaneous wound management.

ייצור ואפיון של מערכת אלקטרונית כמו-עור קונפורמי לניהול כמותי, עורית פצע

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of an optical imaging device are greatly affected by the performance characteristics of its components, the test environment, and the operations. Therefore, it is necessary to calibrate these devices by traceable phantom standards. However, most of the currently available phantoms are homogeneous phantoms that cannot simulate multimodal and dynamic characteristics of biological tissue. Here, we show the fabrication of heterogeneous tissue-simulating phantoms using a production line integrating a spin coating module, a polyjet module, a fused deposition modeling (FDM) module, and an automatic control framework. The structural information and the optical parameters of a &#34;digital optical phantom&#34; are defined in a prototype file, imported to the production line, and fabricated layer-by-layer with sequential switch between different printing modalities. Technical capability of such a production line is exemplified by the automatic printing of skin-simulating phantoms that comprise the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and an embedded tumor.

Spin coating, polyjet printing, and fused deposition modeling are integrated to produce multilayered heterogeneous phantoms that simulate structural and functional properties of biological tissue.

הדפסת תלת-ממד תלת ממדית של פאנטומים להדמיית רקמה ביולוגית

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

Engineering

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a conventional optical system with an integrating sphere. Measuring systems for the acquisition of the diffuse reflectance and total transmittance spectra are constructed with a broadband white light source, a light guide, an achromatic lens, an integrating sphere, a sample holder, an optical fiber probe, and a multi-channel spectrometer. An acrylic mold consisting of two rectangular acrylic pieces and a U-shaped acrylic piece is constructed to create an epidermal phantom and a dermal phantom with whole blood. The application of a sodium dithionite (Na2S2O4) solution to the dermal phantom enables the researcher to deoxygenate hemoglobin in red blood cells distributed in the dermal phantom. The inverse Monte Carlo simulation with the diffuse reflectance and total transmittance spectra measured by a spectrometer with an integrating sphere is performed to determine the absorption coefficient spectrum &#181;a(&#955;) and the reduced scattering coefficient spectrum &#181;s&#39;(&#955;) of each layer phantom. A two-layered phantom mimicking the diffuse reflectance of human skin tissue is also demonstrated by piling up the epidermal phantom on the dermal phantom.

Here, we demonstrate how agarose-based tissue-mimicking optical phantoms are made and how their optical properties are determined using a conventional optical system with an integrating sphere.

רקמות מבוסס Agarose מחקה פאנטום אופטי עבור ' מאטום לשקוף ' ספקטרוסקופיה

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a ...

Patient-Specific Polyvinyl Alcohol Phantom Fabrication with Ultrasound and X-Ray Contrast for Brain Tumor Surgery Planning

Phantoms are essential tools for clinical training, surgical planning and the development of novel medical devices. However, it is challenging to create anatomically accurate head phantoms with realistic brain imaging properties because standard fabrication methods are not optimized to replicate any patient-specific anatomical detail and 3D printing materials are not optimized for imaging properties. In order to test and validate a novel navigation system for use during brain tumor surgery, an anatomically accurate phantom with realistic imaging and mechanical properties was required. Therefore, a phantom was developed using real patient data as input and 3D printing of molds to fabricate a patient-specific head phantom comprising the skull, brain and tumor with both ultrasound and X-ray contrast. The phantom also had mechanical properties that allowed the phantom tissue to be manipulated in a similar manner to how human brain tissue is handled during surgery. The phantom was successfully tested during a surgical simulation in a virtual operating room.
The phantom fabrication method uses commercially available materials and is easy to reproduce. The 3D printing files can be readily shared, and the technique can be adapted to encompass many different types of tumor.

This protocol describes the fabrication of a patient specific skull, brain and tumor phantom. It uses 3D printing to create molds, and polyvinyl alcohol (PVA-c) is used as the tissue mimicking material.

ייצור פנטום פוליוויניל אלכוהול ספציפי למטופל עם אולטרסאונד וניגוד רנטגן לתכנון ניתוח גידול במוח

Phantoms are essential tools for clinical training, surgical planning and the development of novel medical devices. However, it is challenging to create ...

ייצור חומר פנטום יציב ורלוונטי ביולוגית

A Stable Phantom Material for Optical and Acoustic Imaging

Establishing tissue-mimicking biophotonic phantom materials that provide long-term stability are imperative to enable the comparison of biomedical imaging devices across vendors and institutions, support the development of internationally recognized standards, and assist the clinical translation of novel technologies. Here, a manufacturing process is presented that results in a stable, low-cost, tissue-mimicking copolymer-in-oil material for use in photoacoustic, optical, and ultrasound standardization efforts.
The base material consists of mineral oil and a copolymer with defined Chemical Abstract Service (CAS) numbers. The protocol presented here yields a representative material with a speed of sound c(f) = 1,481 &#177; 0.4 m&#183;s-1 at 5 MHz (corresponds to the speed of sound of water at 20 &#176;C), acoustic attenuation &#945;(f) = 6.1 &#177; 0.06 dB&#183;cm-1 at 5 MHz, optical absorption &#181;a(&#955;) = 0.05 &#177; 0.005 mm-1 at 800 nm, and optical scattering &#181;s&#39;(&#955;) = 1 &#177; 0.1 mm-1 at 800 nm. The material allows independent tuning of the acoustic and optical properties by respectively varying the polymer concentration or light scattering (titanium dioxide) and absorbing agents (oil-soluble dye). The fabrication of different phantom designs is displayed and the homogeneity of the resulting test objects is confirmed using photoacoustic imaging.
Due to its facile, repeatable fabrication process and durability, as well as its biologically relevant properties, the material recipe has high promise in multimodal acoustic-optical standardization initiatives.

מחבר זרקור: חומר פנטום יציב להדמיה אופטית ואקוסטית  

This protocol describes the fabrication of a stable, biologically relevant phantom material for optical and acoustic biomedical imaging applications, featuring independently tunable acoustic and optical properties.

חומר פנטום יציב להדמיה אופטית ואקוסטית

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