פרוטוקול זה מתאר ייצור של חומר פנטום יציב ורלוונטי ביולוגית עבור יישומי הדמיה ביו-רפואיים אופטיים ואקוסטיים, בעל תכונות אקוסטיות ואופטיות עצמאיות.
הקמת חומרי פנטום ביופוטוניים המחקים רקמות המספקים יציבות לטווח ארוך הם הכרחיים כדי לאפשר השוואה של מכשירי הדמיה ביו-רפואיים בין ספקים ומוסדות, לתמוך בפיתוח תקנים בינלאומיים מוכרים ולסייע בתרגום קליני של טכנולוגיות חדשניות. כאן, מוצג תהליך ייצור שתוצאתו חומר יציב, בעלות נמוכה, מחקה רקמות קופולימר בשמן לשימוש במאמצי סטנדרטיזציה פוטואקוסטית, אופטית ואולטרסאונד.
חומר הבסיס מורכב משמן מינרלי וקופולימר עם מספרים מוגדרים של שירות מופשט כימי (CAS). הפרוטוקול המוצג כאן מניב חומר מייצג עם מהירות קול c(f) = 1,481 ± 0.4 m·s-1 ב 5 MHz (מתאים למהירות הקול של מים ב 20 ° C), הנחתה אקוסטית α(f) = 6.1 ± 0.06 dB·cm-1 ב 5 MHz, ספיגה אופטית μa(λ) = 0.05 ± 0.005 mm-1 ב 800 ננומטר, ופיזור אופטי μs'(λ) = 1 ± 0.1 מ"מ-1 ב-800 ננומטר. החומר מאפשר כוונון עצמאי של התכונות האקוסטיות והאופטיות על ידי שינוי בהתאמה של ריכוז הפולימר או פיזור האור (טיטניום דו-חמצני) וחומרים סופגים (צבע מסיס בשמן). הייצור של עיצובי פנטום שונים מוצג וההומוגניות של אובייקטי הבדיקה המתקבלים מאושרת באמצעות הדמיה פוטואקוסטית.
בשל תהליך הייצור הקל והחוזר על עצמו ועמידותו, כמו גם תכונותיו הרלוונטיות ביולוגית, למתכון החומר יש הבטחה גדולה ביוזמות סטנדרטיזציה אקוסטית-אופטית רב-מודאלית.
ביסוס הדיוק והדיוק של סמנים ביולוגיים חדשניים של הדמיה אופטית באמצעות אימות טכני 1,2 הוא בעל חשיבות עליונה להבטחת יישומם המוצלח בפרקטיקה הקלינית. כדי להשיג זאת, מחקרי תיקוף טכניים משתמשים לעתים קרובות בפנטום פיזי עמיד, המאפשר הערכת ביצועים בין מכשירים ובקרת איכות שגרתית. לשימוש נרחב בחומר פנטום במחקר ובתרגום קליני, נדרש פרוטוקול ייצור פשוט וניתן לשחזור. חומר פנטום ביופוטוני אידיאלי צריך לכלול את התכונות הבאות3: (1) תכונות בלתי תלויות בטווחים רלוונטיים ביולוגית; (2) חוסן מכני; (3) יציבות ארוכת טווח; (4) גמישות בגיאומטריה ובאדריכלות; (5) טיפול בטוח; (6) רכיבים זמינים באופן נרחב שניתן לרכוש מספקים מדעיים סטנדרטיים; ו-(7) עלות נמוכה. כיום, יישומים ביופוטוניים חסרים פרוטוקול סטנדרטי לחומר פנטום מקובל הממלא את הדרישות המתוארות וכולל גם תכונות אקוסטיות מתכווננות עבור יישומים היברידיים, כגון הדמיה פוטואקוסטית (PAI).
חומרי פנטום רלוונטיים ביולוגית המיועדים ליישומים אופטיים ואקוסטיים משולבים כוללים הידרוג'לים4,5, אלכוהול פוליוויניל (PVA)6,7,8,9 ופלסטיזול פוליוויניל כלוריד (PVCP)10,11,12,13,14,15,16 . עם זאת, חומרים אלה מאופיינים במגבלות מסוימות המגבילות את יישומם כחומר פנטום יציב. הידרוג'לים, למשל, מועדים להתייבשות, נזק מכני וצמיחת חיידקים, מה שמגביל את חיי המדף שלהם17,18,19. תוספת של כימיקלים יכולה להאריך את תוחלת החיים, אך חומרים משמרים נפוצים, כגון פורמלדהיד20 או בנזלקוניום כלוריד21, מסוכנים ודורשים אמצעי זהירות במהלך הטיפול. נוסף על כך, מטרות המכילות צבעים מסיסים במים יכולות להתפזר בתוך חומר הבסיס אם אינן עטופות. קריוג'לים PVA מאופיינים בתוחלת חיים גבוהה יותר ובחוסן מבני, אך תהליך ההכנה שלהם כרוך במחזורי הקפאה-הפשרה ארוכים22. זה יכול להגביל את הכוונון העצמאי של פרמטרים אקוסטיים ואופטיים23 - ואם מעט מגוונים - יכול להוביל לאי-הומוגניות6, ובכך לפגוע ביכולת השחזור. יתר על כן, דיפוזיה של צבעים מן תכלילים נצפתה לאחר 1 שנה13. PVCP יש תהליך ייצור מורכב הכולל טמפרטורות גבוהות של עד 180-220 ° C 13,14,24,25. PVCP סובל גם מהיעדר שרשרת אספקה עם ספקים מדעיים26 ויכול להכיל פלסטיסייזרים המבוססים על פתלאטים, העלולים לגרום לנזק למערכת הרבייה ולהתפתחות27, מה שהופך אותם לחומרים מבוקרים במדינות מסוימות.
הרכבי קופולימר בשמן, כגון שעוות ג'ל28,29,30,31 או תערובות המבוססות על אלסטומרים סטירניים תרמופלסטיים 32,33,34,35,36, מציגים יציבות אורכית טובה וכוללים תכונות אקוסטיות ואופטיות דמויות רקמה31,35,36,37ובכך להיות בעל פוטנציאל גבוה כמועמד פנטום עמיד ביישומים רב-מודאליים., בנוסף, סוג זה של חומר הוא חסכוני, לא סופג מים, לא רעיל, ואינרטי ביולוגית35,38. מהירות הקול c(f) ומקדם הנחתה אקוסטי α(f) ניתנים לכוונון בטווח רלוונטי ביולוגית (טבלה 1) על ידי שינוי ריכוז הפולימר 33,35,39, בעוד שהבליעה האופטית μa(λ) והפחתת הפיזור μמקדמי s'(λ) יכולה להשתנות בעיקר על ידי תוספת של צבעים מסיסים בשמן או טיטניום דו-חמצני (TiO2)39, בהתאמה.
כאן, פרוטוקול פשוט וקל למעקב מוצג ליצירת פאנטום קופולימר בשמן עמיד המתאים לשימוש בכיול אופטי, אולטרסאונד או מכשירים פוטואקוסטיים. לכל המרכיבים יש מספרי שירות מופשט כימי מוגדרים (CAS) והם זמינים בקלות מספקים מדעיים סטנדרטיים. קשיים פוטנציאליים בהליך הייצור מודגשים ודרכים להתגבר עליהם מוצגים. בעוד שהפרוטוקול מאפשר ייצור חומרים בעלי מגוון תכונות אקוסטיות ואופטיות, הפרוטוקול המוצג מניב חומר במהירות קול של ~1,481 m·s-1, המתיישר עם מהירות הקול של מים בטמפרטורת החדר (20 °C)40. ערך זה נבחר כתקן ניטרלי לייצוג המגוון הרחב של תכונות הרקמה הקיימות (טבלה 1), המאפשר יצירת נקודת ייחוס עקבית ואמינה להשוואה. על ידי מתן פרוטוקול מפורט זה, אנו שואפים להרחיב את יכולת הקליטה והייצור של סוג חומר פנטום מבטיח זה, ובכך להקל על מחקרי אימות ביופוטוניים, אקוסטיים ופוטואקוסטיים ולתמוך בבקרת איכות שגרתית ביישומי הדמיה פרה-קליניים וקליניים.
טבלה 1: סקירה כללית של תכונות אקוסטיות ואופטיות המצויות ברקמות רכות. תכונות אופטיות מכסות ספקטרום הנע בין 600 ל -900 ננומטר. יש לציין כי מדובר בערכים מייצגים בלבד שנועדו לספק הנחיות כלליות. הערכים המדויקים עשויים להשתנות בהתאם למצב הניסוי (למשל, טמפרטורה) ולתדירות/אורך הגל. הספרות מספקת ערכים ספציפיים יותר. *לא נמצאה התייחסות ספציפית. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
הפרוטוקול הנתון פותח לייצור ~ 120 מ"ל של חומר פנטום. ניתן להגדיל את המסות של הרכיבים כדי ליצור נפחים שונים של חומר פנטום. שים לב כי עבור נפחים גדולים יותר (>500 מ"ל), ייתכן שהציוד המוצע לא יוכל לחמם מספיק את תערובת הפנטום בצורה הומוגנית. לשם כך יש להתאים את ציוד החימום בהתאם.
התראה: יש לוודא תמיד שציוד מגן אישי (PPE) מתאים נלבש לאורך כל תהליך הייצור. זה עשוי לכלול שימוש במעילי מעבדה, משקפי מגן וכפפות בטיחות; יש להפנות את הנחיות הבטיחות המקומיות ולפעול לפיהן. הנוהל מעובד מתוך Hacker et al.39; סיכום השלבים מוצג באיור 1.
איור 1: ייצור חומר קופולימר בשמן. (1) חומרים לפיזור אופטי ולספיגה מתווספים לשמן מינרלי ו-(2) עוברים סוניקציה ב-90°C עד להמסה. (3) מוסיפים פולימר ומייצב, ו-(4) התערובת מחוממת באמבט שמן ל-160 מעלות צלזיוס תוך ערבוב נמוך. (5) עם המסת כל הרכיבים, יוצקים את הדגימה לתבנית פנטום מתאימה ו-(6) משאירים אותה להתקשות בטמפרטורת החדר. נתון זה משוכפל מתוך Hacker et al.39. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
1. הכנת התערובת
2. חימום התערובת
3. שאיבת אבק
הערה: להסרת בועות אוויר, בצע את השלבים הבאים, בהתאם לציוד הזמין.
4. יוצקים את הדגימות לתוך התבנית
5. רכישת תמונות
6. מדידות אפיון חומרים
הערה: מטרת מדידות אפיון החומר היא אימות התכונות האופטיות והאקוסטיות של החומר. יש לציין כי פרוטוקול ייצור הפנטום הראה יכולת שחזור גבוהה39, ולכן פרוטוקולי המדידה הכלליים הבאים ניתנים רק כהנחיות אם יש צורך במחקרי אימות נוספים. השלבים האישיים של המדידות יהיו תלויים בציוד האפיון בו נעשה שימוש. כאן, מערכת המבוססת על שיטת החלפת שידור בפס רחב41 (זמינה במעבדה הלאומית לפיזיקה (NPL), בריטניה) שימשה לאפיון אקוסטי ומערכת פנימית של כדור משולב כפול (DIS) שימשה (מבוססת על 42) לאפיון אופטי. מערך מערכות האפיון מוצג באיור משלים 1. פרטים נוספים על מערכי המדידה (אקוסטי43; אופטי42,44) ונוהל מדידה39 ניתן למצוא במקום אחר. יש להתאים את הליך המדידה בהתאם לכל מערכת אפיון ספציפית בה נעשה שימוש.
בעקבות המתכון הזה, נוצרו שלושה עיצובי פנטום מייצגים לצורך הדמיה פוטואקוסטית, המיועדים לתכנוני מערכות שונים עם גיאומטריות שונות של תאורה אופטית וזיהוי אקוסטי (איור 3A). אם הליך הכנת הפנטום מבוצע בהצלחה, חומר הפנטום נראה חלק והומוגני ללא בועות אוויר לכודות או זיהומים, ולא ניתן לראות ממצאים בתמונה המתקבלת (כאן מומחש באמצעות הדמיה פוטואקוסטית; איור 3B,C). הפרוטוקול מניב חומר מייצג עם מהירות קול c(f) = 1481 ± 0.4 m·s-1 (המתאים למהירות הקול של מים ב 20 ° C40), הנחתה אקוסטית α(f) = 6.1 ± 0.06 dB·cm-1 (שניהם ב 5 MHz), בליעה אופטית μa(λ) = 0.05 ± 0.005 mm-1, ופיזור אופטי μs'(λ) = 1 ± 0.1 mm-1 (שניהם ב-800 ננומטר) (אי הוודאות מתארת את סטיית התקן מ-n = 3 אצוות שיוצרו באופן עצמאי על ידי אופרטורים שונים; כל המדידות בוצעו בטמפרטורת החדר [20 מעלות צלזיוס]).
מקדם הפיזור האופטי יכול להיות מכוונן על ידי וריאציה של TiO 2, בעוד שמקדם הספיגה האופטי יכול להיות מכוונן על ידי תוספת של כל צבע מסיס בשמן, כאן מודגם עם Nigrosin (טבלה 2 ואיור 3D). בעוד הערכים בטבלה 2 מתמקדים ברקמות ספיגה ופיזור נמוכות יותר, כגון שריר או שד (טבלה 1), לא נתקלנו בקשיים בהוספת בולמים ומפזרים בריכוזים גבוהים יותר. עם זאת, הוספת מפזרים/בולמים אופטיים בריכוזים גבוהים יותר עשויה לדרוש זמני סוניקציה ארוכים יותר כדי להשיג ערבוב הומוגני של התמיסה.
ניתן לכוונן את ההנחתה האקוסטית ואת מהירות הקול על ידי וריאציה של ריכוז הפולימר (טבלה 3). כאן, הכוונון מוגבל עד כה למהירות של טווח קול של ~ 1,450-1,516 m·s-1. ריכוזי פולימר נמוכים יותר בהתאמה עלולים לגרום ליציבות פיזיקלית נמוכה של הדגימה, מה שיוביל לעיוות פלסטי לאורך זמן34. ריכוזי פולימר גבוהים יותר גורמים לשבירות ולמרקם לא אחיד של החומר. טווח התכונות האקוסטיות עשוי לסייע בחיקוי רקמות כגון שד או שומן (c = 1,450-1,480 m·s−1), אך עשוי להיות לא מספיק עבור רקמות כגון שריר או כליות (c > 1,520 m·s−1; טבלה 1).
מקורות שגיאה נפוצים בהכנת פנטום כוללים הסרה לא מספקת של בועות אוויר וערבוב לא הומוגני של רכיבי הבסיס (איור 4). ניתן למזער זאת על ידי שאיבת אבק ומזיגה זהירה, וערבוב/ערבוב, בהתאמה.
איור 2: מערך ניסיוני לייצור פנטום. הזכוכית המכילה את מרכיבי הפנטום מונחת באמבט שמן הסיליקון באמצעות מהדק כדי למנוע מגע ישיר בין משטחי אמבט השמן לבין כד הזכוכית. משוב טמפרטורה על הפלטה החמה מבטיח בקרת טמפרטורה זהירה. בוחשנים מגנטיים מאפשרים ערבוב של שמן הסיליקון ומרכיבי הפנטום. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: תוצאות מייצגות מהליך ייצור הפנטום. (A) תכנוני פנטום שונים המציגים רב-תכליתיות ליישום במערכות הדמיה פוטואקוסטיות שונות. משמאל: פנטום מלבני קטן עם מיתרים משובצים בעומקים שונים (0.5, 1.5 ו-2.5 מ"מ; מרחק בין מטרות של 1.25 מ"מ) המיועד לבדיקת מערכות הדמיה ברזולוציה גבוהה; באמצע: פנטום גלילי עם שני תכלילים (מרחק הכללה של 12 מ"מ) באמצעות צבע מסיס בשמן ירוק וסגול, המיועד לבדיקת מערכות טומוגרפיה; מימין: פנטום מלבני גדול עם תעלות משובצות בעומקים שונים (6 מ"מ, 10 מ"מ ו-14 מ"מ; מרחק משולב של 3.5 מ"מ), המיועד לבדיקת מערכת כף יד. (B) תמונה פוטואקוסטית לדוגמה של פנטום מלבני עם מיתרים משובצים, שנרכשה ב- 532 ננומטר באמצעות מערכת הדמיה פוטואקוסטית מסחרית. (C) תמונה פוטואקוסטית לדוגמה של הפנטום הטומוגרפי הגלילי, שנרכש ב-800 ננומטר באמצעות מערכת הדמיה פוטואקוסטית מסחרית. (D) פאנטום עם ריכוזי ספיגה אופטיים הולכים וגדלים על ידי הגדלת ריכוזי הניגרוסין (ריכוזים המוצגים באחוז משקל מהנפח הכולל של שמן מינרלי בתמונה). איור 3B,C משוכפל מהאקר ואחרים 39. פסי קנה מידה = 10 מ"מ. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: כשלים נפוצים בפנטום . (A,B) תצלומים המראים בועות אוויר הכלואות בתוך מטריצת הבסיס. (C) ערבוב לא מספק של רכיבי הבסיס מוביל לאי-הומוגניות (חיצים אדומים) בתמונה הפוטואקוסטית המתקבלת. סרגל קנה מידה = 5 מ"מ (A). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
טבלה 2: סקירה טבלאית של כוונון ערכי בליעה אופטית (μa) ופיזור (μs'). ערכי האחוזים ניתנים כאחוז משקל לנפח הכולל של תמיסת הבסיס (שמן מינרלי, עמודה 1) ולמשקל הכולל של חומר הפנטום (עמודה 2). ריכוזי הניגרוסין מתארים את הכמות הכוללת של ניגרוסין מוחלט (לא תמיסת מלאי). כל הדגימות כללו הידרוקסיטולואן 5% בוטילציה כנוגד חמצון (אופציונלי). n = 3 מדידות לדגימה. ייצוג חזותי של הטבלה ניתן למצוא ב- Hacker et al.39. קיצור: neg = זניח. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 3: סקירה טבלאית של כוונון ערכי הנחתה אקוסטית (α) ומהירות קול (c). מתואר על ידי חוק החזקה α0 f n עם α0 ו- n פרמטרים המתקבלים מהתאמת ריבועים לא ליניאריים לפחות (n = 4 מדידות לדגימה). F מתאר את התדר ב- MHz. ערכי האחוזים ניתנים כאחוז משקל למשקל הכולל של תמיסת הבסיס (שמן מינרלי). כל הדגימות כללו הידרוקסיטולואן 5% בוטילציה כנוגד חמצון (אופציונלי). ייצוג חזותי של הטבלה ניתן למצוא ב- Hacker et al.39. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
תרשים משלים S1: הגדרת מערכות אפיון אקוסטיות ואופטיות המשמשות לאימות. מוצגים תצלום (A) וסכמטי (B) של מערכת האפיון האקוסטי לקביעת מקדם הנחתה אקוסטי ומהירות הקול. רכיבי מערכת בודדים מסומנים בביאורים HP (HydroPhone), S (מדגם) ו- T (מתמר) בתמונה ובסכמה. תצלום (C) וסכמטי (D) של מערכת הכדורים המשולבת הכפולה להערכת מקדם הבליעה האופטי ומקדם הפיזור המופחת מוצגים. רכיבי מערכת בודדים מסומנים על ידי ביאורים S (מדגם), RS (כדור החזרה), TS (כדור שידור), של (סיב אופטי) ו- MS (שלב ממונע) בתמונה ובסכמה. נתון זה משוכפל מתוך Hacker et al. 39. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
כאן, מוצג פרוטוקול שמטרתו לספק מתכון רב-תכליתי לחומר יציב ורלוונטי ביולוגית שניתן להשתמש בו ליצירת פנטומים למדידות כיול ותקינה ביישומי הדמיה ביו-רפואית אקוסטית ואופטית רב-מודאלית. החומר הוכח בעבר כיציב לאורך זמן39, בעל יכולת שחזור גבוהה מאצווה לאצווה, בטוח לשימוש ומורכב מרכיבים זמינים וחסכוניים מספקים מדעיים סטנדרטיים. תכונות החומר ניתנות להתאמה עצמאית על פני משטרים אקוסטיים ואופטיים רלוונטיים. יתר על כן, הוא חזק מכנית ובלתי מסיס במים, ובכך עומד בטיפול גס, והוא אינרטי לחומרי צימוד מבוססי מים המשמשים במחקר קולי / פוטואקוסטי. הודגש כי ניתן ליצור עיצובי פנטום שונים עם סוגים שונים של תכלילים, המורכבים מאותם סוגי חומרים או מסוגים שונים. בהינתן תכונות אלה, החומר עומד בקריטריוני המפתח הנ"ל לפאנטום ביופוטוני אידיאלי ומראה יתרונות מרכזיים בהשוואה לחומרים אחרים המחקים רקמות קיימים3. על ידי פירוט תהליך הייצור המדויק, אנו מקווים למזער את הווריאציות הנובעות מהליך הייצור, ובכך לייעל את השימוש בו לכיול, אימות ומעקב אחר הביצועים של מערכות הדמיה.
שני שלבים מרכזיים זוהו כקריטיים לתהליך הייצור. ראשית, מרכיבים צריכים להיות מעורבים היטב מחומם באופן אחיד ליצירת חומר הומוגני. שימוש בסוניקטור ובובחש מגנטי לערבוב ובאמבט שמן לחימום מבטיח פיזור אחיד של רכיבי החומר בתוך מטריצת הבסיס. יש להקפיד שאמבט השמן לא יגיע לטמפרטורות גבוהות מאוד (>180 מעלות צלזיוס), שכן הדבר יגרום לחמצון של רכיבי החומר, מה שיוביל לשינוי צבע צהבהב. ערבוב ידני יכול לתמוך בתהליך הערבוב ולפצות על חימום לא מספיק מממשק חומר-אוויר. ייתכן שיהיה צורך להאריך את זמן הסוניקציה והערבוב כאשר נעשה שימוש בריכוז גבוה יותר של TiO2 ו/או פולימרים כדי להבטיח הרכב הומוגני של החומר. שנית, יש להסיר בועות אוויר כדי למנוע היווצרות הטרוגניות בתוך מטריצת הבסיס. בעוד שניתן להשיג זאת באמצעות משאבת ואקום או תנור, יש לתרגל גם מזיגה זהירה מגובה נמוך כדי למזער את לכידת האוויר בתוך החומר.
יתרון משמעותי אחד של החומר הוא תכונותיו התרמופלסטיות (הנגזרות מפולימר SEBS), המאפשרות לחמם אותו מחדש ולעצב אותו מחדש ללא השפעה משמעותית על תכונותיו האקוסטיות והאופטיות39. עם זאת, חימום מחדש צריך להתבצע בהדרגה ובזהירות, שכן החומר יכול בקלות להישרף ולחמצן אם מחממים מחדש מהר מדי. חימום מחדש גם הופך קשה יותר כאשר נעשה שימוש בריכוזי LDPE גבוהים יותר, מכיוון ש- LDPE אינו מציג את אותה התנהגות תרמופלסטית כמו SEBS.
נותרו מספר מגבלות של הפרוטוקול. בשל טמפרטורת ההתכה הגבוהה של הפולימרים (150 מעלות צלזיוס), תבניות פנטום צריכות להיות עשויות מחומר עמיד בחום, כגון זכוכית או נירוסטה. בנוסף, החומר צמיג למדי במצב נוזלי אם ריכוז פולימר גבוה משמש לכוונון התכונות האקוסטיות, מה שמקשה על מילוי מטרות הדמיה קטנות. לבסוף, כוונון התכונות האקוסטיות מוגבל עד כה לטווח מהירות קול של ~1450-1,516 m·s-1 התומך בחיקוי רקמות כגון שד או שומן (c = 1,450-1,480 m·s−1), אך עשוי להיות לא מספיק עבור רקמות כמו שריר או כליות (c > 1,520 m·s−1). יש לקחת בחשבון גם את השינוי המקביל של הנחתה אקוסטית.
כאן, הדגשנו את היישום של החומר כפנטום יציב עבור יישומי אולטרסאונד והדמיה אופטית. עם זאת, חומרים קופולימרים בשמן הוכחו גם כבעלי ערך ביישומי אלסטוגרפיה35, ועשויים לאפשר תאימות עם שיטות הדמיה נוספות כגון דימות תהודה מגנטית. ריאליזם אנטומי מוגבר של הפנטומים עשוי להיות מושג באמצעות תבניות מודפסות בתלת-ממד, כפי שמוצג במחקרים דומים 29,47,48,49. מחקרים מוקדמים הוכיחו גם את יכולת ההדפסה התלת-ממדית של החומר עצמו, והרחיבו עוד יותר את גמישותו במונחים של עיבוד וייצור. התפתחויות אלה מדגישות את הפוטנציאל העתידי המלהיב של החומר כמדיום פנטום יציב הנמצא בשימוש נרחב עבור יישומי הדמיה רב-מודאליים.
שרה בוהנדייק קיבלה בעבר תמיכה מחקרית מ-CYBERDYNE INC ומ-iThera Medical GmbH, ספקיות של מכשירי הדמיה פוטואקוסטית. למחברים האחרים אין ניגוד עניינים הקשור לכתב היד הנוכחי לחשוף.
LH מומנה על ידי תוכנית MedAccel של NPL שמומנה על ידי קרן אתגר האסטרטגיה התעשייתית של המחלקה לעסקים, אנרגיה ואסטרטגיה תעשייתית. JMG קיבלה מימון מקרן המחקר הגרמנית Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) במסגרת פרויקט GR 5824/1. JJ מודה על תמיכת המימון מפרס המקפצה של האקדמיה למדעי הרפואה (REF: SBF007\100007). SEB מכירה בתמיכה של Cancer Research UK תחת מענק מספר C9545/A29580. AMI, BZ ו-SR נתמכו על ידי המחלקה הבריטית לעסקים, אנרגיה ואסטרטגיה תעשייתית באמצעות מימון מערכת המדידה הלאומית. איור 1 ואיור 2 נוצרו באמצעות BioRender.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Low-density Polyethylene (LDPE) | Alfa Aesar | 43949.30 CAS: 9002-88-4 | 6.70 g 5.8% w/w |
Mineral oil | Sigma Aldrich | 330779-1L CAS: 8042-47-5 | 83.80 g 72.5% w/w |
Nigrosin | Sigma Aldrich | 211680-100G CAS: 11099-03-9 | 0.4 g |
Polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene (SEBS) | Sigma Aldrich | 200557-250G CAS: 66070-58-4 | 25.14 g 21.7% w/w |
Silicone oil for oil bath | Sigma Aldrich | 85409-1L CAS: 63148-62-9 ~1 L (depending on size of oil bath) | |
Titanium(IV) oxide, anatase (TiO2) | Sigma Aldrich | 232033 CAS: 1317-70-0 | 0.15 g |
Antioxidant (optional; e.g., butylated hydroxytoluene) | Sigma Aldrich | W218405-1KG-K CAS: 128-37-0 | may be added to prevent discolouration if higher fabrication temperatures are used |
Oil-solule dyes for inclusions (optional) | e.g., Caligo safe wash relief inks, Cranfield Colours, Cwmbran, UK* | may be added depending on preferred absorption | |
Bath Sonicator | Ultrawave Ltd, UK* | U500H Ultrasonic Cleaning Bath* | ideally with temperature control; recommended operating frequencies between 30-50 kHz) |
Crystallising dish for silicone oil bath (up to +200 °C) | any suitable supplier | (ext. diameter ~140 mm for 250 mL glass beaker) | |
Glass beaker (~250 mL); glass sample dishes/phantom mould | any suitable supplier | ||
Hot plate with magnetic stirrer and thermoregulator (external probe thermocouple) with maximum temperature of > 200 °C | Thermo Fisher Scientific, UK* | Velp Scientifica AREC.X Digital Ceramic Hot Plate Stirrer* | |
Laboratory scales / scientific balances accurate to 0.01 g | any suitable supplier | ||
Metallic spatula | any suitable supplier | ||
Vaccuum oven or vaccum chamber | Memmert, Germany (Vacuum oven)* Cole-Parmer Instrument Company, UK (Vaccum chamber)* | VO29 (Vacuum oven) DWK Life Sciences (Kimble) Glass Vacuum Desiccator with Collar (Vaccum chamber)* | |
1. Acoustic characterization system* | |||
Hydrophone | GEC Marconi | 30 mm active element diameter bilaminar membrane hydrophone | |
Oscilloscope | Tektronix UK, Bracknell, UK | DPO 7254 | |
Pulser–receiver | Olympus NDT, Waltham, MA, USA | Olympus 5073PR | |
Sample holder | Newport Spectra-Physics, Didcot, UK | Newport 605-4 Series Low-Distortion Axial Clamping Gimbal Optic Mount | may require additional adaptor for sample holding |
Thermometer | G. H. Zeal, London, UK | UKAS-calibrated IP 39C spirit-in-glass thermometer | |
Ultrasound transducer | Force Technology, Brondby, Denmark | Transducer of active element diameter 10 mm | |
Vernier callipers | any suitable supplier | ||
Water tank filled with deionized water | any suitable supplier | requires sufficent size (e.g., dimensions 112 × 38 × 30 cm3) | |
2.Optical characterization system* | |||
Integrating sphere (two) | Avantes, Apeldoorn, the Netherlands | AvaSphere-50, 50 cm internal diameter | |
Light source | Avantes, Apeldoorn, the Netherlands | Avalight-HAL-s-mini | |
Motorized stage (optional) | Thorlabs, | Thorlabs MTS50 | |
Optical fibres (three) | any suitable supplier | ||
Reflectance standard | Labsphere, North Sutton, USA | 99%, white, 1.25" diameter, USRS-99-010, AS-01158-060 | |
Spectrometer | Avantes, Apeldoorn, the Netherlands | Starline Avaspec-2048 | |
Software | |||
Data acqusition software (e.g., Labview) | National Instruments, Austin, TX, USA | ||
Data analysis software (e.g., Matlab) | Mathworks, Natick, USA | ||
Inverse adding doubling (IAD) program | Source code: http://omlc.org/software/iad/ | ||
*Please note that similar equipment may also be used. |
Explore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved