이 작품은 국립 과학 재단 경력에 의해 지원 되었다 아니 수상. CBET 1254767 및 알레르기 국립 연구소와 전염병 no를 부여합니다. R01 AI104960입니다. 우리가 기꺼이 특성 측정 및 텍사스 A & M 심장 혈관 병 리 실험실 마이크로 CT 영상에 대 한 그들의 지원에 대 한 패트릭 그리핀과 댄 트 란 인정합니다.

1. 선택과 매트릭스 재료 특성의 확인
<ol><li>시작 하기 전에 팬텀 제조 공정 (그림 1), 이미징 wavelength(s)에 대 한 관심의 생체 조직에 대 한 흡수 및 감소 된 산란 계수를 찾아. 예비 견적 참조35,36에서 찾을 수 있습니다. 그러나, 광학 계수의 유효성 검사는 필요할 수 있습니다.</li>
	<li>흡수 계수, μ는는및 감소 된 산란 계수, μs에 대 한 룩 업 테이블을 사용 하 여 ', 488, 535, 632, 및 775 nm 파장 (표 1-4 및 그림 2-3), 인도 잉크의 농도 선택 하 고 이산화 티타늄 (티 오2) 원하는 광 특성을 추정 하는. 이 조리법은 유령 PDMS와 조작에 사용 됩니다. 이러한 테이블은 개별 파장에서 실험 데이터를 제공, 최적화 제조 법의 특정 응용 프로그램에 필요한 있을 수 있습니다.</li>
	<li>
광 속성의 확인을 위해 선택 된 레시피의입니다 (PDMS) 슬 래 브를 조작.
	<ol>
<li>PDMS 수 지에 경화제의 무게에 10:1 비율을 사용 하 여 다음과 같은 순서로 혼합 컵에 재료를 부 어: PDMS 고무, 티 오2, 인도 잉크, PDMS 경화제. 참고: 여기, 우리가 테스트 두 요리법: 1) 2 mg 티 오2 + g PDMS 당 3.5 µ L 인도 잉크와 2) 1 mg 티 오2 + g PDMS 당 10 µ L 인도 잉크. 각각의 제조 법에 대 한 4.5 g PDMS 수 지와 0.45 g PDMS 경화제 광학 입자의 해당 금액으로 사용 됩니다.</li>
		<li>속도 믹서에서 혼합 ( 재료의 표참조) 60에 대 한 s. 티 오2 입자 혼합에 붙어 있으면 (티 오2의 높은 농도와 예상) 컵, 컵의 기지에서 입자를 제거 하 손으로 혼합 그리고 또 다른 30 대 한 믹서에 혼합 s.</li>
		<li>우물 또는 얇은 수 있도록 접시에 혼합물을 부 어 (0.1-1 m m)는 혼합물의 석판.</li>
		<li>드가 석판에는 공기-꽉 부정적인 압력 챔버, 다음 30-60 분에 대 한 80 ° C에서 미리가 열된 오븐에서 그들을 배치 하 여 10 분 동안 오븐에서 제거 하 고 식</li>
		<li>해당 컨테이너에서 냉각된 폴리머 슬 래 브를 제거 합니다. 평평 하 고 균일 한 슬 래 브를 두고 가장자리에서 트림. 캘리퍼스를 사용 하 여 슬 래 브의 두께 측정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
투과율 (T) 및 통합 영역을 사용 하 여 slab(s)의 반사율 (R) 측정 합니다. 추가 세부 사항 및 지시 역 추가 배로 (IAD) 수동37에서 찾을 수 있습니다.
	<ol>
<li>광원 및 분석기 통합 영역 설정의 설정. 작은, 조명을 빔 되도록 시스템의 맞춤 중심 통합 구의 입구와 출구 포트에 확인 하십시오.</li>
		<li>통합 영역 시스템 보정.<ol>
<li>소스, 통합 구의 출구 포트 뚜껑 끄고 3 어두운 스펙트럼 기록.</li>
			<li>설정 소스 다시 빈 입구 포트와 출구 포트 출장 전송 참조를. 3 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
			<li>반사율 참조 측정 반사율 부문을 사용 하 여 얻을. 각 표준 구 출구 포트에 놓습니다. 각 반사율 표준에 대 한 3 개의 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>슬 래 브의 투과율을 측정 합니다. 출구 포트에 모자와 함께 전송 측정에 대 한 통합 구의 엔트리 포트에 슬 래 브를 놓습니다. 3 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
		<li>슬 래 브의 반사율을 측정 합니다. 출구 포트 뚜껑을 제거 하 고 반사율 측정에 대 한 출구 포트에 슬라브를 놓습니다. 3 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
IAD 소프트웨어를 사용 하 여 광학 속성을 확인 합니다. 소프트웨어 다운로드37,38와 IAD 설명서에는 소프트웨어에 대 한 전체 자습서를 찾을 수 있습니다.
	<ol>
<li>평균 각 측정에 대 한 3 개의 스펙트럼 획득입니다.</li>
		<li>IAD 수동37에 방정식을 사용 하 여, R 및 T 값이이 측정 변환. 필요한 경우 스펙트럼을 따라 샘플링 속도 줄여 파일을 응축.</li>
		<li>파장, 반사율, 투과율, 그리고 IAD 수동37에 설명 된 대로 샘플 두께 IAD에 대 한 입력된.rxt 파일 (보충 자료 1)를 준비 합니다. 명령 프롬프트 (윈도우 OS) 하거나 터미널 (Mac OS) using, 올바른 경로를 탐색 합니다. "Iad ' 입력된 파일 이름'"을 실행 하는 IAD를 입력 합니다. 소프트웨어 추정된 광 속성으로 출력 텍스트 파일을 생산할 예정 이다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광학 속성 원하는 값의 허용 범위 (~ 15%) 내에서 없는 경우, 적절 하 게 제조 법을 수정 하 고 반복 단계 1.3-1.5.</li>
</ol>2. 준비 분해할 3D의 내부 구조를 인쇄
<ol><li>컴퓨터를 사용 하 여 디자인 내부 구조 설계 (CAD) 소프트웨어를도 왔. 3D 프린터 제작에 대 한 스테레오 리소 그래피 파일 구조 솔리드 모델을 변환 합니다. 경우, 세그먼트 CT 검사 또한 변환할 수 있습니다 스테레오 리소 그래피 파일 내부 구조의 솔리드 모델을 그리기 보다는. 참고: 여기에 사용 되는 프랙탈 트리 구조에 대 한 CAD 파일 보충 자료 2에 제공 됩니다. 이 문서에 사용 된 프린터 압출 프린터 이므로 부품 이탈 지원 자료를가지고 하도록 설계 되었습니다.</li>
	<li>인쇄, 폴 리 비닐 알코올 (PVA) 등 고 영향도 폴리스 티 렌 (HIPS) 분해할 수 재료 선택 ( 재료의 표참조). 솔리드 모델이 분해할 수 있는 자료에서를 인쇄 합니다.</li>
	<li>인쇄 된 부분이 충분히 냉각 하 고, 휴식, 분해, 또는 기계 인쇄 부분에서 지원 물자. 파일 또는 어떤 큰 결점에서 모래입니다.</li>
	<li>
증기를 줄이기 위해 표면 거칠기 인쇄 부분 폴란드어.
	<ol>
<li>악에서 보안 인쇄 부분, 얇은 강철 또는 nitinol 와이어의 인쇄 된 부분에에서 대 한 허가 통해 구멍을 드릴.</li>
		<li>스테인리스 또는 nitinol 와이어 구멍을 통해 스레드. 와이어의 끝을 구 부하 고 함께 연결. 이것은 비 커 내의 아세톤 증기에 완전히 몰입 될 부분에 대 한 허용. 와이어 및 부분을 옆으로 설정 합니다.</li>
		<li>큰 비 커를 약 10% 아세톤의 전체 입력. 100 ° c가 열 하면서 뜨거운 접시에 비 커 장소 주의: 아세톤 증기의 흡입을 방지 하기 위해 증기 두건에서이 단계를 수행 합니다.</li>
		<li>아세톤 중간 비 커의 벽면을 응축에 도달에 대 한 증기, 두 번째 와이어에 모의 기도와 반복된 와이어를 걸어 고 15-30 미 확인 인쇄 위한 아세톤 증기에 중단 부분 비 커 만지지 마십시오 벽 또는 각 다른 (연마 증기 여러 부분 한 번에)입니다.</li>
		<li>인쇄 된 부분을 제거 하 고 빈 비 커 또는 컨테이너 일시 중단. 부분 적어도 4 h 동안 건조 하자.</li>
	</ol>
</li>
	<li>필요에 따라 내부 구조 치수는 CAD 디자인 허용 오차 내에서 확인 합니다. 정확도 요구에 따라 구조를 측정 하 캘리퍼스 또는 3D 레이저 스캐너를 사용할 수 있습니다.</li>
</ol>3입니다. 내 열 형의 건설
참고: 누출 방지, 내 열 형 PDMS 팬텀 형성을 준비 합니다. 가장 마지막 유령 디자인에 맞게 금형 형상을 선택 합니다. 여기, 재사용 가능한 직사각형 형 설명 되어 있습니다.
<ol><li>3d 인쇄 형의 고체 모델 기반 디자인. 곰이 팡이는 1.17 cm x 1.79 cm의 기지와 팬텀에 대 한 설계 되었습니다. 금형의 기본은 일치 하는 팬텀의 내부 크기와 두께 1 m m와 5mm 깊이 쉬는 시간. 제거할 sidings 형과 금형 분해 하 여 다시 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>금형의 판자 벽을 확보 하 여 충분 한 폭의 삽입을 가진 형에 대 한 자료를 인쇄 합니다.</li>
	<li>몰드 베이스의 휴식에 sidings을 배치 합니다. 여기, 1 m m 두께 폴 리 카보 네이트 시트는 금형 판자 벽으로 사용 됩니다.</li>
	<li>내 열 테이프를 사용 하 여 금형의 가장자리 물개. 그것은 모든 구석 및 가장자리 충분히 성형 과정에서 어떤 누설을 방지 하기 위해 테이프에 없는 거품으로 봉인 된.</li>
	<li>3.4 단계에서 준비 하는 금형 내부 폴 리 카보 네이트 받침판을 놓습니다. 이 베이스 플레이트 형 사이 딩으로 동일한 1 m m 두께 폴 리 카보 네이트 시트 이며 몰드 베이스의 3D 인쇄 표면 거칠기 없이 매끄러운 표면 유령 자료를 제공 합니다. 기본 격판덮개에 부분을 광택이 완전히 건조 증기를 붙입니다. 접착제 건조에 대 한 충분 한 시간을 허용 합니다.</li>
</ol>4입니다. 폴리머 팬텀의 제조
참고: 특정 응용 프로그램에 대 한 1 단계에서 결정 된 대량 매트릭스 자료에 대 한 검증 된 요리법을 사용 합니다. 535에서 팬텀 건강 murine 폐 조직에 대 한 단계를 제공 하는 프로토콜 여기 nm µs' 40 c m-1 와 μ는는 2 c m-1의. 제조 공정에 대 한 참조로 사용 하 여 아무 광학 입자와 두 번째 팬텀을 날조 하는 것이 유용할 수 있습니다.
<ol><li>9.1 g PDMS 수 지의 혼합 플라스틱 컵에 붓으십시오. Rutile 티 오2, 뒤에 인도 잉크의 35 µ l의 20 밀리 그램을 추가 합니다. 마지막으로 혼합물의 상단에 경화제의 0.91 g 추가. 1.3.2 단계에서 혼합 프로토콜을 따릅니다.</li>
	<li>내 열 형으로 최종 폴리머 혼합물을 붓는 다.</li>
	<li>광 물성의 확인에 대 한 폴리머 슬 래 브를 만드는 별도 용기에 적은 양의 혼합물을 붓는 다. 충분 한 폴리머는 적어도 100 µ m 두께의 슬 래 브를 부 어 있는지 확인 합니다.</li>
	<li>기체 제거를 위한 벨 항아리에 모의 기도 형과 별도 슬 래 브를 놓습니다. 진공 프로세스를 시작 합니다. 모의 기도 몰드 폴리머 표면 거품 파열 벨 항아리에 다시 상승, 공기 시작, 다음 다시 공기를 시작 합니다. 폴리머는 크게 상승 하지 않는 때까지이 과정을 반복 합니다. 이것은 얼마나 많은 공기는 4.2 단계 갇혀 따라 5-10 분 사이 걸릴 것입니다. PDMS 이상 상승, 또 다른 15 분 동안 드를 계속.</li>
	<li>기체 제거, 후 천천히 다시 챔버에 공기를 하자. 팬텀 모의 기도 폴리머 슬 래 브를 제거 하 고 2 시간에 80 ° C에서 레벨 오븐에.</li>
	<li>오븐에서 팬텀과 슬 래 브를 제거 하 고 경화 폴리머를 절단 하지 않고 20 분 분해 메스와 폴리머 형에 대 한 식. 모의 기도 자료의 베이스 플레이트 스냅.</li>
	<li>내부에 완전히 용 해 될 때까지 온수 (60 ° C) ~0.5 M 수산화 나트륨 (NaOH) 기본 목욕에 유령 장소. 광학 투명 참조 팬텀은 내부 구성 요소에 대 한 용 해 시간을 결정 하는 데 도움이 있습니다. 일단 내부 구조를 해산 목욕에서 팬텀 고 어떤 광학 측정을 복용 하기 전에 (~ 24 h)를 완전히 건조 보자.</li>
</ol>5입니다. 팬텀 제조의 확인
<ol><li>원하는 경우 고해상도 자기 공명 영상 (MRI) 또는 마이크로 계산 된 단층 촬영 (CT) 영상를 사용 하 여 팬텀 기를 확인 합니다. 이 메서드는 축 해상도로 3D 확인 탁 재료 내에서 내부 구조를 제공 < 400 µ m39,40. 또한, 광학 투명 참조 팬텀 수 수 광학 몇 군데 확인 인쇄 된 부분이 완전히 해산 하 고 나머지 무효는 정확한 기하학에 대 한. 참고: 우리는 광학 불투명 팬텀 (2 mg 티 오2 + 3.5 µ l 인도 잉크)에 노스 스타 이미징 (NSI) X50 마이크로-CT와의 내부 형상 확인. 팬텀은 모든 차원 (보충 자료 3, 4)에서 20 µ m 해상도와 몇 군데.</li>
	<li>폴리머 슬 래 브와 통합 영역 (1.5-1.6 단계에서 설명)을 사용 하 여 팬텀의 광학 속성을 확인 합니다.</li>
</ol>

<ol>
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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>

저자는 공개 없다.

우리는 만드는 방법에 대해 내부 공기-조직 인터페이스를 시뮬레이션 하기 위해 내부 분기 구조 murine 폐를 표현 하기 위해 광학 환영을 증명 하고있다. Murine 폐 조직의 광학 속성 광학 산란 및 흡수 homogenously 대량 매트릭스 고분자 내 분산 입자의 독특한 농도 통합 하 여 달성 된다. 이러한 광학 속성 (즉, 병에 걸리는 조직 대 건강 한) 다른 국가에서 조직의 다른 스펙트럼 범위 내에서 생리 ?...

조직 유령 시스템 특성화 및 광학 이미징 및 분광학 기기, 초음파 또는 핵 modalities1,2,3 multimodality 시스템 등의 교정에 널리 사용 됩니다. ,4. 유령은 시스템 특성화 및 여러 생물 학적 이미징 기술의 품질 관리에 대 한 제어 광 환경을 제공합니다. 조직 흉내 낸 유령은 시스템 성능을 예측 하 고 생리 적인 작업;에 대 한 시스템 설계 최적화에 유용한 도구 예를 들어 종양을 평가 하기 위한 광 프로브 프로브 깊이 예측5를여백입니다. 광학 속성과 팬텀의 구조 설계는 악기 사용 됩니다, 따라서 타당성 연구 및 시스템 성능3의 확인에 대 한 허용 특정 생리 적인 환경을 모방 하기 위해 조정 될 수 있다 6,7. 이미징 시스템 성능을 입력 전 임상 또는 임상 시험 전에 현실적인 광학 환영의 오작동의 위험 또는 vivo에서 공부 하는 동안 사용할 수 없는 데이터의 수집을 줄일 수 있습니다. 재현성 및 안정성 광학 환영의 그들에 게 내 고 남북 instrument 다양성, 특히 다른 악기와 함께 되 임상 시험 모니터 광학 기술에 대 한 사용자 정의 교정 표준 연산자, 그리고 환경 조건8,9.
또한 조직 흉내 낸 유령 이론적인 광학 모델의 유효성 검사에 대 한 가변 및 재현성 물리적 모델 역할을 합니다. 10,11을 실험 동물에 대 한 필요성을 절감 하는 동안 시뮬레이션 설계 및 광학 기기 vivo에서 의 최적화에 도움이. 개발 및 정확 하 게 나타내는 환경 vivo에서 광학 시뮬레이션의 유효성 검사의 조직 구조, 생화학, 내용과 대상의 신체 내에서 조직 위치 복잡 하 여 지 장 수 있습니다. 주제 사이 가변성은 동물이 나 인간의 측정을 사용 하 여 도전 하는 이론적 모델의 유효성 검사. 폴리머 광 조직 유령 광자 마이그레이션12,13,,1415공부 하는 알려진 하 고 재현할 수 광 환경을 제공 하 여 이론적 모델의 유효성 검사에 대 한 수 있습니다.
시스템 보정을 위해 고체 광학 환영 경화 폴리머 광 산란, 흡수, 또는 형광의 파장에 대 한 조정의 단일 균질 슬 래 브의 구성 됩니다. 유령 상피 조직 모델16,17조직 광학 속성의 깊이 변화를 모방 하기 위해 자주 사용 되는 폴리머 층. 이러한 팬텀 구조는 상피 이미징 및 모델링에 대 한 충분 한 조직 구조는 각 계층을 통해 상당히 균질 하기 때문에. 그러나, 큰 규모와 더 복잡 한 구조에 영향을 다른 기관에서 복사 전송. 더 복잡 한 환영을 만드는 방법은 피하 혈관18,19 와20방광 등 전체 장기의 광 환경 시뮬레이션 하기 위해 개발 되었습니다. 공기-조직 인터페이스;의 분기 구조 때문 독특한 문제 제공 폐에 빛 전송 모델링 단단한 팬텀 것 이다 가능성이 복제 하지 기관에 복사 전송 정확 하 게21. 광학 팬텀으로 복잡 한 구조를 통합 하는 방법을 설명 하기 위해 void 기도 (그림 1)의 3 차원 (3D) 거시적인 구조를 나타내는 내부, 재현 프랙탈 트리를 만드는 방법을 설명 합니다.
지난 몇 십년에서 3D 인쇄 의료 기기 및 모델22, 신속한 프로토 타입에 대 한 주된 방법 되 고 광학 조직 팬텀도 예외는 아니다. 3D 인쇄 채널23, 혈관 네트워크24, 및 전신 작은 동물 모델25광학 환영 날조를 위한 첨가제 제조 도구로 사용 되었습니다. 이러한 방법은 독특한 광학 특성을 가진 하나 또는 두 개의 인쇄 재료를 사용합니다. 방법은 또한 일반, 혼 탁 한 생물 조직25,26모방을 인쇄 재료의 광학 특성을 조정 하 개발 되었습니다. 그러나, 그래서이 방법은 모든 생물 학적 조직에 적합 하지 않습니다 달성 광 속성의 범위 인쇄 소재, 아크릴로 니트 릴 부 타 디 엔 스 티 렌 (ABS)26, 등 일반적으로 폴리머에 의해 제한 됩니다. 입니다 (PDMS) 비 산 tunability27,28의 더 높은 수준으로 입자를 흡수와 쉽게 혼합 일 수 있다 광학 투명 폴리머입니다. PDMS는 또한 동맥 모델 embolic 장치29,30의 배포에 대 한 유령 형에 사용 되었습니다. 이 유령 또한 분해할 3D 인쇄 부분을 활용 하지만 광학 장치 배포를 시각화에 대 한 명확한 유지. 여기, 우리 조직의 예비 모델과 murine 폐의 기도 조작 하는 산란 및 흡수 하는 입자 PDMS의 광학 속성의 tunability이이 방법을 결합.
여기에 제시 된 팬텀은 폐에, 다른 장기의 다양 한 프로세스를 적용할 수 있습니다. 팬텀의 내부 구조의 3D 인쇄 디자인을 혈액 또는 림프 혈관 네트워크, 골 수, 또는 심지어 심장31의 4 연 발된 구조 어떤 목적 인쇄 규모에 대 한 사용자 정의 될 수 있습니다. 우리 광학 이미징 및 폐32,,3334의 모델링에 관심이 있기 때문에, 우리는 내부 구조로 4 세대 프랙탈 트리를 사용 하 여 팬텀 폴리머 내 복제를 하셨습니다. 이 구조는 대략적인 기도의 분기 구조 및 3D 인쇄 과정에 대 한 이탈 지원 자료를가지고 하도록 설계 되었습니다. 더 해부학 적인 몸의 올바른 기도 이탈 지원 물자를 필요 하지 않은 경우 인쇄 될 수 있습니다. 이 특정 모델은 기도 나타내지만, 팬텀의 내부 구조는 소재 무효를 유지 필요가 없습니다. 일단 주변 폴리머 치료 하 고 3D 인쇄 부분 해산, 내부 구조 사용할 수 있습니다 흐름 통로 또는 보조 형으로 그것의 자신의 독특한 흡수와 산란 특성 자료에 대 한. 예를 들어 경우이 프로토콜에서 내부 구조는 기도 보다는 디지털 뼈로 만들어진, 뼈 구조 3D 인쇄, PDMS는 손가락의 광학 특성을 가진 성형 및 다음 팬텀에서 해산 수 있습니다. 다음 다른 광 특성을 가진 PDMS 혼합물 무효 가득 수 있습니다. 또한, 각 형 단일 분해할 수 있는 부분에 국한 되지 않습니다. 손가락의 팬텀 뼈, 혈관, 동맥, 및 일반 부드러운 조직 층 각각 그것의 자신의 독특한 광학 속성을 포함 하도록 만들 수 수 있습니다.

<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

새로운 광학 이미징 기술의 급속 한 발전 낮은-비용, 사용자 정의 및 쉽게 재현할 수 기준의 가용성에 따라 달라 집니다. 이미징 환경 복제, 비용이 많이 드는 동물 실험 기법을 확인 하기 위해 피할 수 있습니다. 예측 하 고 vivo 및 전 비보 이미징 기술을의 성능 최적화에 관심의 조직에 광학과 유사한 샘플 테스트 필요 합니다. 광학 환영 조직 흉내 낸 평가, 특성, 또는 광학 시스템의 교정에 대 한 표준을 제공합니다. 동종 고분자 광학 조직 환영 널리 좁은 스펙트럼 범위 내에서 특정 조직 형식의 광학 속성을 모방 하는 데 사용 됩니다. 계층화 된 조직, 표 피와 진 피, 단순히 이러한 동종 석판 유령 스태킹 하 여 유사 수 있습니다. 그러나, 이미징 기술은 vivo에서 많은 혈관, 기도, 또는 조직 결함, 같은 3 차원 구조, 이미징 시스템의 성능에 영향을 미칠 어디 더 공간 복잡 한 조직에 적용 됩니다.
이 프로토콜 통합 조직의 광학 특성을 가진 재료를 사용 하 여 3 차원 구조 복잡 하 조직 흉내 낸 팬텀의 제작을 설명 합니다. 룩 업 테이블 인도 잉크 및 이산화 티타늄 광 흡수 및 산란 대상에 대 한 조리법을 제공합니다. 특성화 및 광학 물성을 조정 하는 방법은 설명 합니다. 이 문서에 대 한 자세한 팬텀 제조는 내부 분기 모의 기도 무효; 그러나, 기술은 다른 조직 또는 장기 구조에 광범위 하 게 적용할 수 있습니다.

팬텀 제조 기법을 보여, 마우스 폐 조직 유령 삭제 건강 하 고 염증이 murine 폐 조직 535에서의 측정된 광학 특성을 시뮬레이션 하기 위해 조작 했다 nm (표 5). 이 파장의 이전 연구33mycobacteria의 재조합 기자 긴장에서 사용 하는 tdTomato 형광 단백질의 여기 파장이입니다. 마우스 폐 조직의 광학 측정 1.4-1.5 단계에서 설명한 동일한 방법으로 획득 ?...

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Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

광학 조직 환영 교정 및 광학 이미징 시스템의 특성 및 이론적 모델의 유효성 검사에 대 한 필수적인 도구입니다. 이 기사 팬텀 제조 조직 광학 속성 및 3 차원 조직 구조의 복제를 포함 하는 방법을 자세히 설명 합니다.

제조 및 Macrostructure를 포함 하는 광학 조직 팬텀의 특성화

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

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.5K 조회수.  Texas A&M University. 광학 조직 환영 교정 및 광학 이미징 시스템의 특성 및 이론적 모델의 유효성 검사에 대 한 필수적인 도구입니다. 이 기사 팬텀 제조 조직 광학 속성 및 3 차원 조직 구조의 복제를 포함 하는 방법을 자세히 설명 합니다.

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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.

심근 조직 공학을위한 생물학 유래 주사용 재료의 제조

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

연구

생체공학

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.

콜라겐의 모듈을 사용하여 미세 조직의 제조가 포함 세포를 젤

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.

제조 및 레이저 조직 복구에 장미 벵골 - 키토산 영화의 응용

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).

종양의 크기 측정의 품질 보증을위한 조직 흉내 낸 재료를 사용하여 전임상 Multimodality 팬텀 건설

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.

입체 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 인간의 연골 조직 제작

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.

양적, 피부가 상처 관리를위한 등각 피부와 같은 전자 시스템의 제조 및 특성

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.

생물학적 조직을 시뮬레이션하기 위한 팬텀의 멀티모달 3D 프린팅

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

공학

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.

Agarose 기반 조직 확산 반사율 분광학에 대 한 광학 환영을 흉내 낸

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.

뇌종양 수술 계획을 위한 초음파 및 엑스레이 대비를 가진 환자 특정 폴리비닐 알콜 팬텀 제조

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

안정적이고 생물학적으로 유의미한 팬텀 물질의 제조

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.

저자 스포트라이트: 광학 및 음향 이미징을 위한 안정적인 팬텀 재료  

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.

광학 및 음향 이미징을 위한 안정적인 팬텀 소재

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