النسيج المستندة إلى [اغروس] محاكاة أشباح البصري للتحليل الطيفي الانعكاس منتشر

Afrina Mustari; Izumi Nishidate; Md. Abdul Wares; Takaaki Maeda; Satoko Kawauchi; Shunichi Sato; Manabu Sato; Yoshihisa Aizu

doi:10.3791/57578

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

هنا، نحن توضح كيف يتم إجراؤها على أساس [اغروس] محاكاة الأنسجة أشباح البصري وكيف تتحدد خصائصها الضوئية باستخدام نظام ضوئية تقليدية مع مجال إدماج.

Abstract

توضح هذه المقالة كيفية جعل القائم على [اغروس] محاكاة الأنسجة أشباح هذا البروتوكول ويوضح كيفية تحديد خواصها الضوئية باستخدام نظام ضوئية تقليدية مع مجالاً إدماج. نظم قياس لاقتناء الانعكاس منتشر ومنافذه مجموع الأطياف هي التي شيدت مع مصدر ضوء أبيض ذات النطاق العريض، دليل خفيفة، عدسة أتشروماتيك، مجال تكامل، حامل عينة، تحقيقا ألياف الضوئية، مطياف متعدد القنوات. هي التي شيدت العفن اكريليك تتألف من قطعتين اﻷكريليك مستطيلة وقطعة اكريليك على شكل U لإنشاء فانتوم البشرة والوهمية الجلد بالدم كله. تطبيق حل dithionite (نا₂ق₂س₄) الصوديوم على الجلد وشبح تمكن الباحث ديوكسيجيناتي الهيموغلوبين في خلايا الدم الحمراء التي وزعت في الوهمية عن طريق الجلد. معكوس محاكاة مونتي كارلو مع الانعكاس منتشر ومنافذه مجموع الأطياف التي تقاس مطياف مع مجال إدماج تتم لتحديد امتصاص معامل الطيف μ(λ) انخفاض نثر معامل الطيف μ_s' (λ) لكل طبقة الوهمية. ويتجلى فانتوم الطبقات اثنين محاكاة الانعكاس منتشر في أنسجة جلد الإنسان أيضا تتراكم الوهمية البشرة في الجلد وشبح.

Introduction

الخيالات البصرية هي كائنات محاكاة الخصائص البصرية للأنسجة البيولوجية وقد استخدمت على نطاق واسع في مجال البصريات الطبية الحيوية. وهي مصممة حتى تتوافق الخصائص البصرية، مثل تشتت الضوء ومعاملات الاستيعاب، مع تلك الأنسجة البشرية والحيوانية الحية. الخيالات البصرية تستخدم عادة للأغراض التالية: محاكاة النقل الخفيفة في الأنسجة البيولوجية، ومعايرة تصميم نظام بصري المطورة حديثا، تقييم النوعية والأداء للنظم القائمة، مقارنة الأداء بين الأنظمة، والتحقق من قدرة وسائل بصرية لقياس الخصائص البصرية¹^،²^،³^،^،من⁴⁵. ولذلك، سهلة للحصول على المواد وعملية تصنيع بسيطة، إمكانية تكرار نتائج عالية واستقرار بصرية المطلوبة لصنع الخيالات البصرية.

أنواع مختلفة من أشباح البصري مع مختلف المواد الأساسية مثل تعليق مائي⁶، الجيلاتين جل⁷, [اغروس] هلام⁸^،^،من⁹¹⁰, هلام polyacrylamide¹¹،^{، راتنج¹²}وأبلغ ¹³^،¹⁴^،^،من¹⁵¹⁶، ودرجة حرارة الغرفة-الكبرتة سيليكون¹⁷ في المؤلفات السابقة. وأفيد أن المواد الهلامية المستندة إلى الجيلاتين والجينات مفيدة لأشباح بصري مع هياكل متغايرة¹⁸. وقد أشباح الجينات استقرار الميكانيكية والحرارية مناسبة لتقييم آثار photothermal مثل الدراسات التذرية الليزر والليزر hyperthermia الدراسات¹⁸. [اغروس] المواد الهلامية لديها القدرة على اختﻻق هياكل غير المتجانسة، وخواصها الميكانيكية والفيزيائية مستقرة ل وقت طويل¹⁸. وقد الجل عالية النقاوة [اغروس] تعكر منخفضة للغاية واستيعاب بصري ضعيف. ولذلك، يمكن بسهولة تصميم الخصائص البصرية لأشباح القائم على [اغروس] مع الضوء المناسبة نثر واستيعاب العوامل. في الآونة الأخيرة، أفيد الستيرين-الإيثيلين-butylene-الستيرين (سيبس) كتلة البوليمرات الإسهامية¹⁹ و المواد الهلامية كلوريد البوليفينيل (PVC)²⁰ كمواد الوهمية مثيرة للاهتمام بصرية وتقنيات التنظير.

مستحلبات البوليمر الجزئي المجالات الخرز الصغير⁷^،¹²^،^،من²¹²²و مسحوق أكسيد التيتانيوم¹، والمادة الدهنية²³^،²⁴^،^،من²⁵²⁶ مثل الحليب والدهن مستحلب المستخدمة كعوامل تشتت الضوء، وحين تستخدم الحبر الأسود²⁷^،²⁸ و²⁹^،الأصباغ الجزيئي³⁰ كامتصاص الضوء. منتشر أطياف الانعكاس لمعيشة معظم أجهزة يهيمن عليها استيعاب اﻷوكسيجين و deoxygenated الهيموغلوبين في خلايا الدم الحمراء. ولذلك، غالباً ما تستخدم كامتصاص الضوء في الهيموغلوبين حلول³¹^،³² والدم كله⁸^،^،من⁹¹⁰^،^،من³³³⁶ أشباح منتشر الانعكاس الطيفي والتصوير المتعدد الأطياف.

يتم استخدام الطريقة الموضحة في هذه المقالة لإنشاء فانتوم ضوئية محاكاة النقل الخفيفة في الأنسجة البيولوجية وتوصيف الخصائص البصرية الخاصة به. على سبيل مثال، يتضح من الطبقات اثنين بصري وهمية محاكاة خصائص بصرية لانسجة جلد الإنسان. مزايا هذا الأسلوب أكثر تقنيات بديلة هي القدرة على تمثيل أطياف الانعكاس منتشر في الأنسجة البيولوجية الحية في مرئية إلى المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء للطول الموجي، فضلا عن البساطة إتاحتها، استخدام بسهولة المواد والأجهزة البصرية التقليدية. ولذلك، ستكون مفيدة لتطوير وسائل بصرية على أساس التحليل الطيفي الانعكاس منتشر والتصوير المتعدد الأطياف أشباح الضوئية المقدمة من هذا الأسلوب.

Protocol

1-بناء منتشر التقليدية الانعكاس ومنافذه مجموع نظام الطيفية

ملاحظة: بناء نظم قياس الانعكاس منتشرة وأطياف منافذه إجمالي استخدام مصدر ضوء أبيض ذات النطاق العريض ودليل خفيفة وعدسة achromatic، مجالاً إدماج، حامل عينة، ألياف الضوئية ومن مطياف متعدد القنوات. دور فخ الخفيفة إزالة العنصر منظاري التفكير من الطيف الانعكاس. حامل عينة في مجال إدماج يتكون من صفيحة متصاعدة وتتوافق والمشبك نابض الجمعية التي تحمل العينة ضد المنفذ. تتم إزالة تتوافق والمشبك نابض الجمعية من صاحب العينة وقاعدة التمثال مكعب المصنوعة من رغوة البوليسترين موصولة إلى لوحة التركيب بدلاً من ذلك. تخطيطات المكونات البصرية، هو مبين في الشكل 1a و 1b، يمكن الإشارة إلى الإجراء البناء للقياسات الانعكاس منتشر والقياسات منافذه الإجمالي، على التوالي.

قم بتوصيل والمطياف وكمبيوتر الشخصي باستخدام كابل الناقل التسلسلي العالمي (USB) بتوفيرها.
إرفاق محول المنفذ إلى منفذ كاشف في مجال التكامل. قم بتوصيل والمطياف والمحول المنفذ في مجال إدماج استخدام ألياف الضوئية. قم بتوصيل 150 W الهالوجين مصباح مصدر الضوء وتوجيه الضوء.
إرفاق صاحب العينة إلى منفذ عينة في مجال التكامل. نعلق في فخ الخفيفة إلى منفذ مناسبة في مجال إدماج عند إجراء القياسات الانعكاس منتشر. قم بتشغيل مصباح هالوجين مصدر الضوء لإلقاء الضوء نموذج عن طريق توجيه الضوء والعدسة achromatic.
افتح برنامج التشغيل من والمطياف.

2-إعداد العفن اﻷكريليك

ملاحظة: هي التي شيدت العفن اكريليك الذي يتكون من قطعتين اﻷكريليك مستطيلة وقطعة اكريليك على شكل U لإنشاء الوهمية جل أحادي الطبقة. يمكن الإشارة إلى الرقم 2 لهذا الإجراء البناء.

قطع مستطيلة اﻷكريليك قطعتين من صفيحة اكريليك 2-مم-سميكة لحجم اختياري.
قطع قطعة اكريليك من صفيحة اكريليك 1-مم-سميكة لحجم اختياري. قص قطعة اﻷكريليك 1-مم-سميكة حتى تصبح قطعة على شكل U لاستخدامها للعفن جعل أشباح البشرة سميكة 1 ملم.
قطع قطعة اكريليك من صفيحة اكريليك 5-مم-سميكة لحجم اختياري. قص قطعة اﻷكريليك 5-مم-سميكة حتى تصبح قطعة على شكل U لاستخدامها كقالب لجعل أشباح جلدي سميك 5 مم.
قم بإزالة أي نتوءات من كل قطعة اﻷكريليك باستخدام ملف معدني.
جعل العفن الوهمية البشرة بالضغط بقطعة على شكل U 1-مم-سميكة مع قطعتين اﻷكريليك 2-مم-سميكة وإصلاحها مع خمسة foldback مقاطع.
جعل العفن الوهمية عن طريق الجلد بالضغط بقطعة على شكل U 5-مم-سميكة مع قطعتين اﻷكريليك 2-مم-سميكة وإصلاحها مع خمسة foldback مقاطع.

3-إعداد المواد الأساسية

وضع 500 مل من المحلول الملحي القياسي مع 0.9% (w/v) كلوريد الصوديوم في جراب. إضافة 5 غم مسحوق [اغروس] ببطء بينما إثارة المخلوط لتجنب التثاقل.
حرارة الخليط من المياه المالحة ومسحوق [اغروس] بسخان كهربائي طبخ مع إعداد طاقة W 1,000 لمدة 5 دقائق.
حالما يغلي الخليط، نضع الخليط في درجة حرارة منخفضة لمدة 3 دقائق.
يبرد المخلوط إلى درجة حرارة حوالي 70 درجة مئوية. ثم صب الخليط في وعاء ويبقيه في حمام درجة حرارة ثابتة عند 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة قبل القيام الوهمية.

4-التحضير لمحاكاة الجلد أشباح البصري

ملاحظة: يتم استخدام حلاً قهوة لتقليد طيف امتصاص الميلانين. الحل القهوة يحتوي على صبغة بنية تسمى الميلانويدين. وقد أبلغ عن طيف امتصاص الميلانويدين أن تكون مماثلة لتلك التي الميلانين¹⁰.

إعداد الوهمية البشرة
1. صب 100 مل مياه النقية في الخزان القهوة. وضع عامل تصفية في سلة القهوة. إضافة 24 ز البن المطحون في عامل التصفية. تشغيل صانع القهوة واضغط على زر المشروب للبدء في تخمير.
2. وضع 4 مل من القهوة و 16 مل من المحلول الملحي في زجاجة زجاج جعل حلاً قهوة.
3. وضع 5 مل من الدهن مستحلب (مثلاً، إينتراليبيد 10%) و 10 مل الحل القهوة في كوب بلاستيك شفاف. ببطء بإضافة 35 مل المواد الأساسية إلى هذا الخليط مع التحريك.
4. نضح الخليط في محقن وحقن ببطء إلى العفن الوهمية البشرة مع تجنب أي تشكيل فقاعة. بارد العفن اﻷكريليك التي تحتوي على هذا الخليط في 5 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة.
5. إزالة مقاطع foldback من العفن. شريحة واحدة من القطع اﻷكريليك إلى الخارج وإزالته من القالب. تأخذ جل طدت 1-مم-سميكة الوهمية من العفن وقطع عليه إلى الحجم المطلوب باستخدام مشرط جراحة.
6. وعقد الوهمية جل بين الشرائح اثنين النظارات.
إعداد الوهمية عن طريق الجلد الذي يحتوي على الدم المؤكسج
1. تأخذ مل 5.0 من مستحلب الدهن و 0.4 مل من الدم الخيلي إجمالاً بنسبة 45%-الهيماتوكريت ووضعها في كوب بلاستيك شفاف. ببطء بإضافة 44.6 مل المواد الأساسية أثناء إثارة المخلوط.
2. نضح الخليط في محقن وحقن ببطء إلى العفن الوهمية عن طريق الجلد مع تجنب أي تشكيل فقاعة. بارد العفن اﻷكريليك التي تحتوي على هذا الخليط في 5 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة.
3. إزالة مقاطع foldback من العفن. شريحة واحدة من القطع اﻷكريليك إلى الخارج وإزالته من القالب. تأخذ جل طدت 5-مم-سميكة الوهمية من العفن وقطع عليه إلى الحجم المطلوب باستخدام مشرط جراحة.
4. وعقد الوهمية جل بين الشرائح اثنين النظارات.
إعداد الوهمية عن طريق الجلد التي تحتوي على الدم deoxygenated
1. وضع هلام جلدي الوهمية التي تحتوي على الدم المؤكسج (من الخطوة 4.2.3) في صحن زجاج.
2. يذوب 1 غرام من الصوديوم dithionite (نا₂ق₂س₄) في 20 مل من المحلول الملحي في زجاجة زجاج.
3. إضافة 0.05 غ/مل نا₂ق₂س₄الحل على شبح استخدام المحاقن إلى ديوكسيجيناتي الدم في الوهمية.
4. وعقد الوهمية بين النظارات الشريحة اثنين لمنعها من الجفاف.
إعداد فانتوم الطبقات اثنين
1. انخفاض 0.1 مل من المحلول الملحي على الوهمية عن طريق الجلد لضمان اقتران الضوئية بين طبقات البشرة والجلد. مكان الوهمية البشرة في الجلد الوهمية.
2. إذا كان هناك أي فقاعات الهواء بين الطبقات، دفعهم الخروج بالجرة سطح الوهمية الطبقات اثنين بالإصبع.
3. عقد الوهمية الطبقات اثنين بين اثنين النظارات الشريحة لمنعها من الجفاف.

5-الحصول على الأطياف الانعكاس منتشر

اقتناء أطياف الظلام
ملاحظة: يمكن للاستشعار جهاز اقتران (اتفاقية مكافحة التصحر) في مطياف تقدير كثافة الضوء استناداً إلى إشارة كهربائية تولد ردا على ضوء الحادث. ومع ذلك، هناك الضوضاء الظلام³⁷ التي هي مستقلة عن الإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة الفوتونات ولكن يتوقف على درجة حرارة الجهاز، حتى ولو لم يكشف جهاز استشعار الضوء. لقياس كثافة الضوء الطيفي بدقة، ينبغي أن تقاس طيف الظلام إشارة الحالية الظلام وثم طرح من الطيف عينة. الطيف الظلام طائفة اتخذت مع مسار الضوء حظر.
1. موقف مجال التكامل في وضع أمثل للقياسات الانعكاس منتشر (الشكل 1a).
2. إيقاف تشغيل مصباح هالوجين مصدر الضوء. عرقلة مسار الضوء مطياف استخدام سد منفذ أو صفيحة التدريع.
3. حدد الأمر تخزين الظلام من القائمة ملف لتخزين مجموعة الظلام.
4. حدد الأمر طرح طيف الظلام من القائمة ملف للطرح الطيف الظلام من عينة قياس الطيف (انظر أدناه).
الحصول على مرجع الأطياف
ملاحظة: الخصائص البصرية للمكونات المستخدمة في هذه التجربة، مثل مصدر الضوء وتوجيه الضوء، عدسة achromatic، والألياف البصرية، ومطياف، يكون الطول الموجي-الاعتماد الخاصة بهم. ولذلك، ينبغي قياس كثافة الضوء مرت هذه المكونات الضوئية الطيفية كمجموعة مرجعية. لقياس طيف الانعكاس منتشر، الطيف مرجع طائفة اتخذت مع الناشر أبيض قياسية مضيئة مع الضوء من مصدر الضوء.
1. قم بتشغيل مصباح هالوجين مصدر الضوء عن طريق الضغط على زر الطاقة. الاحماء المصباح لمدة 10 دقيقة على الأقل قبل الحصول على طيف إشارة.
2. مكان الناشر أبيض قياسية (مثلاً، سبيكترالون) في ميناء عينة في مجال التكامل.
3. ضبط وقت والمطياف التكامل عن طريق تحديد القيمة المناسبة من القائمة المنسدلة في برنامج التشغيل مطياف حيث يكون كثافة إشارة الذروة حوالي 75% كثافة مطياف الحد الأقصى.
4. حدد الأمر بتخزين مرجع من القائمة ملف لتخزين مجموعة مرجعية.
الحصول على عينة الأطياف
ملاحظة: يكتسب طائفة من الانعكاس منتشر للعينة وحفظها على القرص الصلب لجهاز كمبيوتر شخصي باستخدام نفس شروط اقتناء.
1. ضع الوهمية البشرة تقع بالنظارات الشريحة اثنين في ميناء العينة. حدد الأمر حفظ من القائمة ملف لحفظ طائفة انعكاس منتشر إلى ملف.
2. كرر الخطوة 5.3.1 للجلد والطبقات اثنين أشباح.

6-الحصول على الطيف منافذه المجموع

اقتناء أطياف الظلام
ملاحظة: يمكن لأجهزة الاستشعار في والمطياف تقدير شدة الضوء استناداً إلى إشارة كهربائية تولد ردا على ضوء الحادث. ومع ذلك، هناك الضوضاء الظلام التي هي مستقلة عن الإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة الفوتونات ولكن يتوقف على درجة حرارة الجهاز، حتى ولو لم يكشف جهاز استشعار الضوء. لقياس كثافة الضوء الطيفي بدقة، ينبغي أن تقاس طيف الظلام إشارة الحالية الظلام وثم طرح من الطيف عينة. الطيف الظلام طائفة اتخذت مع مسار الضوء حظر.
1. موقف مجال التكامل في وضع أمثل للقياسات منافذه المجموع (الشكل 1b).
2. إزالة في فخ الخفيفة من ميناء مجال إدماج وإرفاق سد منفذ إلى المنفذ.
3. إيقاف تشغيل مصباح هالوجين مصدر الضوء. عرقلة مسار الضوء على المجال دمج استخدام سد منفذ أو حجب لوحة.
4. حدد الأمر تخزين الظلام من القائمة ملف لتخزين مجموعة الظلام.
5. حدد الأمر طرح طيف الظلام من القائمة ملف للطرح الطيف الظلام من عينة قياس الطيف (انظر أدناه).
الحصول على مرجع الأطياف
ملاحظة: الخصائص البصرية للمكونات المستخدمة في هذه التجربة، مثل مصدر الضوء وتوجيه الضوء، عدسة achromatic، والألياف البصرية، ومطياف، يكون الطول الموجي-الاعتماد الخاصة بهم. ولذلك، ينبغي قياس كثافة الطيفية للضوء تم تمريرها من خلال هذه المكونات كمجموعة مرجعية. لقياس الطيف منافذه الإجمالي، الطيف مرجع طائفة اتخذت عندما يدخل الضوء من مصدر الضوء مباشرة إلى مجال التكامل من خلال منفذ عينة.
1. قم بتشغيل مصباح هالوجين مصدر الضوء عن طريق الضغط على زر الطاقة. الاحماء المصباح لمدة 10 دقيقة على الأقل قبل الحصول على طيف إشارة.
2. تنظيم وقت والمطياف التكامل عن طريق تحديد القيمة المناسبة من القائمة المنسدلة مرات التكامل في برامج التشغيل من والمطياف حيث أن يبين شدة الضوء أكبر إشارة إلى أن حوالي 75% من الحد الأقصى القيم.
3. حدد الأمر بتخزين مرجع من القائمة ملف لتخزين مجموعة مرجعية.
الحصول على عينة الأطياف
ملاحظة: يكتسب طيف منافذه مجموع العينة وحفظها على القرص الصلب لجهاز كمبيوتر شخصي باستخدام نفس شروط اقتناء.
1. ضع الوهمية البشرة تقع بالنظارات الشريحة اثنين في ميناء العينة. حدد الأمر حفظ من القائمة ملف لحفظ طائفة منافذه مجموع إلى ملف.
2. كرر الخطوة 6.3.1 للجلد والطبقات اثنين أشباح.

7-تقدير امتصاص وخصائص تشتت الضوء

ملاحظة: مجموعة من الطيف المنتشر الانعكاس وطيف منافذه مجموع المحفوظة على القرص الثابت لجهاز كمبيوتر شخصي وتحليلها دون اتصال. ثم يتم تنفيذ عكسية محاكاة مونتي كارلو⁸^،^،من³⁸³⁹^،⁴⁰ لتقدير امتصاص معامل الطيف μ(λ) ومعامل انخفاض نثر طيف μ_s'(λ). في هذا معكوس محاكاة مونتي كارلو، يعتبر تشتت المقدرة معامل μ_s، على افتراض أن عامل تباين ز هو 0، نثر انخفاض معامل μ_s' . الانعكاس ومنافذه البيانات تستخدم لمحاكاة واحد تشغيل. سجلت مفصلة الخوارزمية المستخدمة في هذا البروتوكول في⁸^،الأدب السابق³⁹. أننا تقدر استيعاب معامل الطيف μ(λ) ونثر انخفاض معامل الطيف μ_s'(λ) من طبقة البشرة من مجموعة من الانعكاس منتشر طيف وطيف منافذه الإجمالية التي تم الحصول عليها من طبقة البشرة. بنفس الطريقة، قمنا بتقدير μ(λ) و μ_s'(λ) من طبقة الجلد من مجموعة من الطيف المنتشر الانعكاس وطيف منافذه الإجمالية التي تم الحصول عليها من الجلد طبقة.

فتح ملف إدخال لمحاكاة مونتي كارلو.
تعبئة قيم الانعكاس منتشر المقاسة ومنافذه المجموع في نطاق طول موجي محدد من 400 إلى 700 نانومتر في شمال البحر الأبيض المتوسط فترات زمنية 10 في ملف بيانات الإدخال. قم بتعبئة قيمة سمك الوهمية في ملف بيانات الإدخال.
تعيين معامل الانكسار n من طبقة لتكون مناسبة قيمة في ملف بيانات الإدخال (مثل، n = 1.33 في 550 نيوتن متر). تعيين قيمة عامل تباين ز 0 في ملف بيانات الإدخال.
تعيين القيم الأولية لامتصاص معامل μ ومعامل التشتت μ_s لتكون القيم المناسبة في ملف بيانات الإدخال (مثل، μ = 0.01 μ_s = 0.1 ).
تنفيذ البرنامج محاكاة مونتي كارلو معكوس.
اكتب اسم ملف الإدخال، ثم قم بتشغيل المحاكاة.
فتح ملف الإخراج والتحقق من القيم النهائية μ و μ_s بعد إنهاء المحاكاة تكرارية.
كرر الخطوات من 7.1-7.7 للأطوال الموجية المطلوبة الأخرى.

النتائج

ويبين الشكل 3 الأطياف يقدر الممثل لمعامل انخفاض نثر ومعامل امتصاص البشرة الوهمية والوهمية عن طريق الجلد. أن النتائج تظهر في الشكل 3 هي متوسطات القياسات عشر من أطياف الانعكاس ومنافذه. وقد تناثر انخفاض معامل μ_s' طائفة عريضة ون...

Discussion

أن الخطوة الأكثر أهمية في هذا البروتوكول هو التحكم في درجة الحرارة من المواد الأساسية. درجة الحرارة للحفاظ على المواد الأساسية تتراوح من 58 إلى 60 درجة مئوية. إذا كانت درجة حرارة أكثر من 70 درجة مئوية، سيحدث تمسخ مستحلب الدهن والدم كله. نتيجة لذلك، سوف تتدهور الخصائص البصرية للوهمية. إذا كانت ...

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

وأيد جزءا من هذا العمل معونات ل Scientific Research (C) من "الجمعية اليابانية" لتعزيز العلوم (25350520، 22500401، 15 ك 06105) ومركز التجارة الدولية-باك الجيش الأمريكي للبحث وتطوير المشروع (FA5209-15-ف-0175، FA5209-16-P-0132).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
150-W halogen-lamp light source	Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan	LA-150SAE
Light guide	Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan	LGC1-5L1000
Integrating Sphere	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	RT-060-SF
Port adapter	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	PA-050-SMA-SF
Light trap	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	LTRP-100-C
Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	SRS-99-020
Optical fiber	Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA	P400-2-VIS-NIR
Miniature Fiber Optic Spectrometer	Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA	USB2000
Achromatic lens	Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokyo, Japan	ACL-50-75M
Intralipid	Fresenius Kabi AB, Uppsala, Sweden	Intralipid 10%
Coffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee)	Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japan	Unavailable
Whole blood	Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan	0103-2
Agarose	Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japan	NE-AG02
Cooking heater	TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japan	HP-103K

References

Pogue, B. W., Patterson, M. S. Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry. Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102 (2006).
Cohen, G. Contrast--detail--dose analysis of six different computed tomographic scanners. Journal of Computer Assisted Tomography. 3 (2), 197-203 (1979).
Seltzer, S. E., Swensson, R. G., Judy, P. F., Nawfel, R. D. Size discrimination in computed tomographic images. Effects of feature contrast and display window. Investigative Radiology. 23 (6), 455-462 (1988).
Pifferi, A., et al. Performance assessment of photon migration instruments: the MEDPHOT protocol. Applied Optics. 44 (11), 2104-2114 (2005).
Linford, J., Shalev, S., Bews, J., Brown, R., Schipper, H. Development of a tissue-equivalent phantom for diaphanography. Medical Physics. 13 (6), 869-875 (1986).
Durkin, A. J., Jaikumar, S., Richardskortum, R. Optically dilute, absorbing, and turbid phantoms for fluorescence spectroscopy of homogeneous and inhomogeneous samples. Applied Spectroscopy. 47 (12), 2114-2121 (1993).
Nishidate, I., Aizu, Y., Mishina, H. Estimation of melanin and hemoglobin in skin tissue using multiple regression analysis aided by Monte Carlo simulation. Journal of Biomedical Optics. 9 (4), 700-710 (2004).
Nishidate, I., Maeda, T., Aizu, Y., Niizeki, K. Visualizing depth and thickness of a local blood region in skin tissue using diffuse reflectance images. Journal of Biomedical Optics. 12 (5), 054006 (2007).
Nishidate, I., et al. Noninvasive imaging of human skin hemodynamics using a digital red-green-blue camera. Journal of Biomedical Optics. 16 (8), 086012 (2011).
Bharathiraja, S., et al. Multi-modality tissue-mimicking phantom for thermal therapy. Physics in Medicine & Biology. 49 (13), 2767-2778 (2004).
Firbank, M., Oda, M., Delpy, D. T. An improved design for a stable and reproducible phantom material for use in near-infrared spectroscopy and imaging. Physics in Medicine & Biology. 40 (5), 955-961 (1995).
Hebden, J. C., Hall, D. J., Firbank, M., Delpy, D. T. Timeresolved optical imaging of a solid tissue-equivalent phantom. Applied Optics. 34 (34), 8038-8047 (1995).
Firbank, M., Delpy, D. T. A phantom for the testing and calibration of near-infrared spectrometers. Physics in Medicine & Biology. 39 (9), 1509-1513 (1994).
Sukowski, U., Schubert, F., Grosenick, D., Rinneberg, H. Preparation of solid phantoms with defined scattering and absorption properties for optical tomography. Physics in Medicine & Biology. 41, 1823-1844 (1996).
Beaudry, S., P, Fabrication and characterization of a solid polyurethane phantom for optical imaging through scattering media. Applied Optics. 38 (19), 4247-4251 (1999).
Lualdi, M., Colombo, A., Farina, B., Tomatis, S., Marchesini, R. A phantom with tissue-like optical properties in the visible and near infrared for use in photomedicine. Lasers in Surgery and Medicine. 28 (3), 237-243 (2001).
Dabbagh, A., Abdullah, B. J., Ramasindarum, C., Abu Kasim, N. H. Tissue-mimicking gel phantoms for thermal therapy studies. Ultrasonic Imaging. 36 (4), 291-316 (2014).
Cabrelli, L. C., Pelissari, P. I., Deana, A. M., Carneiro, A. A., Pavan, T. Z. Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging. Physics in Medicine & Biology. 62 (2), 432-447 (2017).
Vogt, W. C., Jia, C., Wear, K. A., Garra, B. S., Pfefer, T. J. Biologically relevant photoacoustic imaging phantoms with tunable optical and acoustic properties. Journal of Biomedical Optics. 21 (10), 101405 (2016).
Bays, R., et al. Three-dimensional optical phantom and its application in photodynamic therapy. Lasers in Surgery and Medicine. 21 (3), 227-234 (1997).
Ramella-Roman, J. C., Bargo, P. R., Prahl, S. A., Jacques, S. L. Evaluation of spherical particle sizes with an asymmetric illumination microscope. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 9 (2), 301-306 (2003).
Waterworth, M. D., Tarte, B. J., Joblin, A. J., van Doorn, T., Niesler, H. E. Optical transmission properties of homogenised milk used as a phantom material in visible wavelength imaging. Australasian Physical and Engineering Science in Medicine. 18 (1), 39-44 (1995).
Moes, C. J., van Gemert, M. J., Star, W. M., Marijnissen, J. P., Prahl, S. A. Measurements and calculations of the energy fluence rate in a scattering and absorbing phantom at 633 nm. Applied Optics. 28 (12), 2292-2296 (1989).
van Staveren, H. J., Moes, C. J., van Marie, J., Prahl, S. A., van Gemert, M. J. Light scattering in intralipid-10% in the wavelength range of 400-1100 nm. Applied Optics. 30 (31), 4507-4514 (1991).
Flock, S. T., Jacques, S. L., Wilson, B. C., Star, W. M., Vangemert, M. J. C. Optical-properties of intralipid - a phantom medium for light-propagation studies. Lasers in Surgery and Medicine. 12 (5), 510-519 (1992).
Madsen, S. J., Patterson, M. S., Wilson, B. C. The use of India ink as an optical absorber in tissue-simulating phantoms. Physics in Medicine & Biology. 37, 985-993 (1992).
Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, G. A solid tissue phantom for photon migration studies. Physics in Medicine & Biology. 42 (10), 1971-1979 (1997).
Ebert, B., et al. Near-infrared fluorescent dyes for enhanced contrast in optical mammography: phantom experiments. Journal of Biomedical Optics. 6 (2), 134-140 (2001).
Sukowski, U., Schubert, F., Grosenick, D., Rinneberg, H. Preparation of solid phantoms with defined scattering and absorption properties for optical tomography. Physics in Medicine & Biology. 41, 1823-1844 (1996).
Yoshida, K., Nishidate, I., Ishizuka, T., Kawauchi, S., Sato, S., Sato, M. Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera. Journal of Biomedical Optics. 20 (5), 051026 (2015).
Lo, J. Y., et al. A strategy for quantitative spectral imaging of tissue absorption and scattering using light emitting diodes and photodiodes. Optics Express. 17 (3), 1372-1384 (2009).
Bednov, A., Ulyanov, S., Cheung, C., Yodh, A. G. Correlation properties of multiple scattered light: implication to coherent diagnostics of burned skin. Journal of Biomedical Optics. 9 (2), 347-352 (2004).
Hull, E. L., Nichols, M. G., Foster, T. H. Quantitative broadband near-infrared spectroscopy of tissue-simulating phantoms containing erythrocytes. Physics in Medicine & Biology. 43 (11), 3381-3404 (1998).
Kienle, A., Patterson, M. S., Ott, L., Steiner, R. Determination of the scattering coefficient and the anisotropy factor from laser Doppler spectra of liquids including blood. Applied Optics. 35 (19), 3404-3412 (1996).
Srinivasan, S., Pogue, B. W., Jiang, S., Dehghani, H., Paulsen, K. D. Spectrally constrained chromophore and scattering NIR tomography improves quantification and robustness of reconstruction. Applied Optics. 44 (10), 1858-1869 (2004).
. Glossary. Dark Noise Available from: https://oceanoptics.com/glossary/#d (2018)
Friebel, M., Roggan, A., Müller, G., Meinke, M. Determination of optical properties of human blood in the spectral range 250 to 1100 nm using Monte Carlo simulations with hematocrit-dependent effective scattering phase functions. Journal of Biomedical Optics. 11 (3), 34021 (2006).
Nishidate, I., Aizu, Y., Mishina, H. Estimation of absorbing components in a local layer embedded in the turbid media on the basis of visible to near- infrared (VIS-NIR) reflectance spectra. Optical Review. 10 (5), 427-435 (2003).
Friebel, M., Helfmann, J., Netz, U., Meinke, M. Influence of oxygen saturation on the optical scattering properties of human red blood cells in the spectral range 250 to 2000 nm. Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034001 (2009).
Jacques, S. L., Glickman, R. D., Schwartz, J. A. Internal absorption coefficient and threshold for pulsed laser disruption of melanosomes isolated from retinal pigment epithelium. SPIE Conference Proceedings. 2681, 468-477 (1996).
Park, J., Ha, M., Yu, M., Jung, B. Fabrication of various optical tissue phantoms by the spin-coating method. Journal of Biomedical Optics. 21 (6), 065008 (2016).
. Skin Optics Available from: https://omlc.org/news/jan98/skinoptics.html (1998)
Prahl, S. A., van Gemert, M. J. C., Welch, A. J. Determining the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method. Applied Optics. 32 (4), 559-568 (1993).
Hale, G. M., Querry, M. R. Optical constants of water in the 200-nm to 200-um wavelength region. Applied Optics. 12 (3), 555-563 (1973).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

138

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: