Name: medical-grade sterilizable target for fluid-immersed fetoscope optical distortion calibration
Uploaded: 2017-02-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration at JoVE.com

This work was supported through an Innovative Engineering for Health award by the Wellcome Trust [WT101957], the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) [NS/A000027/1], and a National Institute for Health Research Biomedical Research Centre UCLH/UCL High Impact Initiative. Jan Deprest is being funded by the Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek Vlaanderen (FWO; JD as clinical researcher 1.8.012.07). Danail Stoyanov receives funding from the EPSRC (EP/N013220/1, EP/N022750/1), the EU-FP7 project CASCADE (FP7-ICT-2913-601021), and the EU-Horizon2020 project EndoVESPA (H2020-ICT- 2015-688592). Sebastien Ourselin receives funding from the EPSRC (EP/H046410/1, EP/J020990/1, EP/K005278) and the MRC (MR/J01107X/1). Marcel Tella is supported by the EPSRC-funded UCL Centre for Doctoral Training in Medical Imaging (EP/L016478/1).

1. Hedef Fabrikasyon <ol><li> kumlama <ol><li> 1.2 mm kalınlıkta bir 316 paslanmaz çelik levha hazırlayın. bir kalem ya da bir çivi kullanarak, bir cetvel yardımıyla levha üzerine 40 mm x 40 mm kare çizin. </li><li> Manuel metal kesici kullanılarak çizilmiş kare kesin. DİKKAT! Parmaklarını izle. </li><li> Numunenin köşeleri ve yönleri yuvarlak bir dosyayı kullanın. DİKKAT! Onlar çok keskin; dikkatli ol. </li><li> paslanmaz çelik sac daha boyut olarak biraz daha düz bir tahta veya metal blok hazırlayın. Üzerinde kesik yaprak yerleştirin; kumlama sırasında numunenin eğilme önlemek için bunu yapmak. </li><li> iç patlama odasında aksamını yerleştirin. Bir toz toplayıcı kullanmayı unutmayın ve sıkı iç patlama odasını mühür; Aksi takdirde, kum işlemi sırasında tüm yayılacaktır. gözlerinizi korumak için koruyucu gözlük kullanın. </li><li> dik bir patlama silah yerleştirin ve en az 4-5 cm uzakta metal yüzeyden. Ayak Contr uygulakumlama ol elde edilir. örnek deforme olabilir yüksek basınçlı kum akışı olarak, bir yardımcısı kullanarak ahşap (kalın 1-2 cm) parçası üzerinde örnek koyun. Kumlama sırasında, tahta parçasının kenarına veya başka bir yardımcısı kullanarak sıkıca örnek tutun. </li><li> her iki tarafta oyulmuş bir kalibrasyon modeli olması tercih edilir, diğer tarafta kumlama tekrarlayın. </li></ol></li><li> Lazer desenleme <ol><li> Şekil 1&#39;de gösterildiği gibi, asimetrik çevrelerin bir desen tasarlayın. </li><li> tasarım ya CAD yazılımı veya başka bir uygun programlama dilini kullanarak bir çizim değişimi biçimi (DXF) dosyası hazırlayın. NOT: kolaylık sağlamak için, bu yazıda sözü edilen tasarım için DXF dosyalarını oluşturabilir bir Python uygulama kompakt GUI uygulamasının 16 bir parçası olarak sağlanır. </li><li> lazer kesim yazılım içine DXF dosyalarını içe aktarın. </li><li> Arka plan gravürü için aşağıdaki parametreleri ayarlayın. Lazer Güç:% 40, Tarama Hızı:80 cm / sn, Frekans: 4.000 Hz, Passes sayısı: 1. </li><li> desen aşındırma için aşağıdaki parametreleri ayarlayın. Lazer Güç:% 40, Tarama Hızı: 2.1 cm / sn, Frekans: 4.000 Hz, Passes sayısı: 1. </li><li> çalışma platformu üzerinde örnek koyun ve yazılımı kullanarak kesme kalıbı hizalayın. </li><li> Lazer kesim yapar sonra alkol onu batırarak örnek temizleyin. genellikle istenmeyen kalıntı bırakmaz gibi herhangi bir mendil kullanmayın. </li></ol></li><li> Sterilizasyon <ol><li> Bir sterilizasyon pakette sterilize örnek sarın ve sterilizasyon ünitesi (otoklav) takın. </li><li> otoklava su (değil distile su) ekleyin ve hedef sterilize etmek için kullanım kılavuzunu / üreticinin tavsiyelerini uygulayın. </li></ol></li></ol> 2. Peri-operatif Kalibrasyon <ol><li> kalibrasyon yazılımı <ol><li> GitHub 16 öneriliyor &quot;Endocal&quot; endoskop kalibrasyon yazılım paketi yükleyin(Orada README dosyasında yönergeleri izleyin). NOT: Bu yazılım kolay kullanımlı kolaylık uygulamasında OpenCV kamera kalibrasyonu modülünü 17 sarar. verilen uygulama iki modda çalışır: online ve offline. online mod uyumlu çerçeve-yakalayıcı donanım doğrudan video akışı kazanır. çevrimdışı mod yükleme endoskop görüntüler için ya bir video dosyası veya resim dosyası olarak kaydedilen video kare bir dizi ile bir klasörden sağlar. Desteklenen donanım ve bu iki mod nasıl kullanılacağı hakkında ayrıntılı talimatlar için README bakın. </li></ol></li><li> Endoskopik Video edinimi Not: (yukarıda anlatıldığı gibi), aşağıdaki yönergeleri çevrimiçi kalibrasyon için, ancak ayrıca çevrimdışı kalibrasyon için de geçerlidir. <ol><li> Böyle bir Gallipot olarak, steril bir sıvı kabı kalibrasyon hedef yerleştirin. </li><li> Hedef sıvı veya benzeri, steril bir madde ile doldurun. Not: Örneğin, fetoscopic ameliyelerindeDURES, hedef sıvı amniyotik sıvı olduğunu. Amniyotik sıvının optik özellikleri tuzlu su 18, 19 benzer olduğu için, steril tuzlu su fetoscope kalibre etmek için de kullanılabilir. </li><li> istediğiniz gibi endoskop zoom ve netlik ayarlayın. </li><li> sıvı endoskopu daldırın ve endoskop, daha sonra kullanılacak olan anatomik mesafe benzer kalibrasyon hedefi belli bir mesafede tutmak. </li><li> Kalibrasyon uygulamasını başlatın ve kamera alımı başlatabilirsiniz. </li><li> Kameranın görünümünde tüm kalibrasyon deseni tutarken farklı görünümler için biraz endoskop ucu hareket ettirin. En iyi performans için, endoskop dairesel görünümü içinde kalibrasyon desen etrafında eliptik efsane tutun. Not: Şekil 3&#39;te görüldüğü gibi, kalibrasyon için kullanılabilen video çerçeveleri, sanal model paylaşımı ile gösterilir. </li><li> Acqui(Endocal pencerede gösterildiği gibi) Kalibrasyon için gerekli olan endoskopik kamera görüş en azından asgari sayıdan yeniden. NOT: Endocal geçerli sürümü kalibrasyonu için en az 10 endoskopik kamera görüntüleri, kalibrasyon hatası az olması ve istikrarlı bir desen 20 takip görünen görüşlerin bir sezgisel seçilmiş sayıda gerektirir. </li><li> Endocal pencerede belirtildiği gibi, şimdiye kadar elde görüntüleri kullanarak kalibrasyon işlemini başlatmak için, kalibrasyon tuşuna basın. </li></ol></li><li> kalibrasyon parametrelerini kaydetme ve kullanma <ol><li> Bir YAML sonuçlanan kalibrasyon parametrelerini kaydetmek için belirtilen kalibrasyon tuşuna basınız ( &quot;YAML Dili Markup değil mi&quot;) 21 dosya. </li><li> Grup OpenCV kamera kalibrasyonu modülü 17 olarak açıklandığı üzere kamera matrisi ve bozulma katsayıları içine kalibrasyon parametreleri. NOT: kalibrasyonu yaptıktan sonra, kalibrasyonUygulama otomatik olarak orijinal endoskop görüntünün sağ distorsiyon düzeltilmiş görüntüler. </li><li> Saf görselleştirme için ya da 11 mozaikleme gerçek zamanlı plasental için fetoscopic işlemi sırasında bozulma düzeltilmiş video linki kullanın. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Zhang, Z., Matsushita, Y., Ma, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Camera+calibration+with+lens+distortion+from+low-rank+textures.">Camera calibration with lens distortion from low-rank textures.</a> , 2321-2328 (2011).</li><li>Devernay, F., Faugeras, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+calibration+and+removal+of+distortion+from+scenes+of+structured+environments.">Automatic calibration and removal of distortion from scenes of structured environments.</a> , 62-72 (1995).</li><li>Duane, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Close-range+camera+calibration.">Close-range camera calibration.</a> Photogramm. Eng. 37 (8), 855-866 (1971).</li><li>Mallon, J., Whelan, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Which+pattern?+biasing+aspects+of+planar+calibration+patterns+and+detection+methods.">Which pattern? biasing aspects of planar calibration patterns and detection methods.</a> Pattern recognition letters. 28 (8), 921-930 (2007).</li><li>Balletti, C., Guerra, F., Tsioukas, V., Vernier, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+Action+Cameras+for+Photogrammetric+Purposes.">Calibration of Action Cameras for Photogrammetric Purposes.</a> Sensors. 14 (9), 17471-17490 (2014).</li><li>Heikkila, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+camera+calibration+using+circular+control+points.">Geometric camera calibration using circular control points.</a> IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence. 22 (10), 1066-1077 (2000).</li><li>Deprest, J. 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=Fetal+surgery+is+a+clinical+reality.">Fetal surgery is a clinical reality.</a> Seminars in fetal and neonatal medicine. 15 (1), 58-67 (2009).</li><li>Watanabe, M., Flake, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+surgery:+Progress+and+perspectives.">Fetal surgery: Progress and perspectives.</a> Advances in pediatrics. 57 (1), 353-372 (2010).</li><li>Lewi, L., Deprest, J., Hecher, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+vascular+anastomoses+in+monochorionic+twin+pregnancies+and+their+clinical+consequences.">The vascular anastomoses in monochorionic twin pregnancies and their clinical consequences.</a> American journal of obstetrics and gynecology. 208 (1), 19-30 (2013).</li><li>Yamashita, 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=Miniature+bending+manipulator+for+fetoscopic+intrauterine+laser+therapy+to+treat+twin-to-twin+transfusion+syndrome.">Miniature bending manipulator for fetoscopic intrauterine laser therapy to treat twin-to-twin transfusion syndrome.</a> Surgical Endoscopy. 22 (2), 430-435 (2008).</li><li>Daga, 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=Real-time+mosaicing+of+fetoscopic+videos+using+SIFT.">Real-time mosaicing of fetoscopic videos using SIFT.</a> Proc. SPIE 9786, Medical Imaging 2016: Image-Guided Procedures, Robotic Interventions, and Modeling. 97861R. , (2016).</li><li>Yang, 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=Image+mapping+of+untracked+free-hand+endoscopic+views+to+an+ultrasound+image-constructed+3D+placenta+model.">Image mapping of untracked free-hand endoscopic views to an ultrasound image-constructed 3D placenta model.</a> The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 11 (2), 223-234 (2015).</li><li>Liao, 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=Fast+image+mapping+of+endoscopic+image+mosaics+with+three-dimensional+ultrasound+image+for+intrauterine+fetal+surgery.">Fast image mapping of endoscopic image mosaics with three-dimensional ultrasound image for intrauterine fetal surgery.</a> Minimally invasive therapy &amp; allied technologies. 18 (6), 332-340 (2009).</li><li>Chadebecq, 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=Practical+Dry+Calibration+With+Medium+Adaptation+For+Fluid-Immersed+Endoscopy.">Practical Dry Calibration With Medium Adaptation For Fluid-Immersed Endoscopy.</a> , (2015).</li><li>Wengert, C., Reeff, M., Cattin, P. C., Sz&#233;kely, G., Handels, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bildverarbeitung f&#252;r die Medizin 2006: Algorithmen Systeme Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 19. - 21. M&#228;rz 2006 in Hamburg. , 419-423 (2006).</li><li>. Compact GUI application for optical distortion calibration of endoscopes Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/gift-surg/endocal">https://github.com/gift-surg/endocal</a> (2016)</li><li>Reeff, M., Gerhard, F., Cattin, P. C., Sz&#233;kely, 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> Mosaicing of endoscopic placenta images. , (2011).</li><li>Steigman, S. A., Kunisaki, S. M., Wilkins-Haug, L., Takoudes, T. C., Fauza, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+properties+of+human+amniotic+fluid:+implications+for+videofetoscopic+surgery.">Optical properties of human amniotic fluid: implications for videofetoscopic surgery.</a> Fetal diagnosis and therapy. 27 (2), 87-90 (2009).</li><li>Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+new+technique+for+camera+calibration.">A flexible new technique for camera calibration.</a> IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 22 (11), 1330-1334 (2000).</li><li>. Open Source Computer Vision Library Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/opencv/opencv">https://github.com/opencv/opencv</a> (2016)</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

ham metal yüzeyi belirgin imkansız çevreler tespit edilmesi için yapım, endoskop ışığı yansıtır çünkü Kumlama fabrikasyon sürecinde önemli bir adımdır. Hatta çıplak gözle çevreleri ayırt etmek zordur (Şekil 5). gösterilen hedef yüzeyi daha önce bir lazer ile kabartma dikkat etmek gerekir. Bununla birlikte, bu ışık yansıması azaltmamaktadır. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/55298/55298fig5.jpg" /> Şekil 5: Kalibrasyon hedefi yok kumlama ile uygulanır. Soldaki endoskop görünümünden görüldüğü gibi, malzeme yüzeyinde endoskop ışık parlama çıplak gözle çevreleri ayırt etmek için bile zor yapar (sadece büyük yansıma güneydoğusundaki bir daire vardır). Bu hedef yüzeyi (yani, &quot;arka plan&quot;) zaten kazınmış olduğunu unutmayın, ancak bu değil<html> kumlama yokluğunda yararlı. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Önceki model gravür için, bütün numune yüzeyini aşındırma da önemlidir. Bu kumlanmış yüzey birçok aynaya yansımaları olduğundan blob algılama ile müdahale, (bakınız Şekil 6) gereklidir. <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/55298/55298fig6.jpg" /> Şekil 6: hayır aşındırma yüzeyi Kumlu. ham metal yüzeyi gibi belirgin olmasa da, (bazıları sarı oklarla vurgulanır) nispeten küçük aynaya yansımaları hala başarılı dan blob algılanmasını önlemek için yeterli hiçbir kalibrasyon Bu hedef ile yapılabilir.arget = &quot;_ blank&quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. farklı hızlarda lazer uygulayarak farklı arka plan renkleri verir. arka plan rengi çevreleri ve arka plan arasındaki kontrast önemli bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, optimal arka plan rengini belirlemek için hayati önem taşımaktadır. Bu amaçla, çevreleriyle bir tabak oluşturulan farklı geçmişlere (bakınız Şekil 7) bir dizi karşı kazınmış. Arka OpenCV kamera kalibrasyon modülü 17 kullanılan OpenCV 23, özelliği algılama modülü kullanılarak test edilmiştir. Tıbbi cihazlar için klinikte kullanılan en yaygın ve güvenilir bir malzeme olduğu için, bu iş, hedef, paslanmaz çelikten imal edilmiştir. Bu madde serbestçe, pahalı değil, mevcut sağlam ve sterilize etmek kolaydır. Diğer maddeler, potansiyel olarak, alüminyum veya iyotlu metaller gibi, kalibrasyon hedef için kullanılabilir, ama bu SCOP olangelecekte yapılacak çalışmalar e. <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/55298/55298fig7.jpg" /> Şekil 7: lazer ile kazınmış farklı arka plan renk paletini içeren paslanmaz çelik levha. Pratik deneyler blob-zemin aksine 23 açısından en iyi sonucu veren arka plan rengini belirlemek için OpenCV özelliği algılama modülü ile birlikte yapılmıştır. Soldaki endoskop görünümü plakasını göstermektedir. Orta arka plan renkleri (yani, diğer olanlar koyu ve en açık olanlar o) bu palette daha iyi damla algılama verim. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Bu çalışmanın avantajlarından biri fabrikasyon hedefini kullanarak bir kalibrasyon yapma 2-3 dakika sürer olmasıdır. çaba çoğu gitmekes el kalibrasyon desen iyi görüşlerini almak için endoskop stabilize etmek. Bir özel yapılmış endoskop tutucu kullanarak sırayla anlamlı kalibrasyon süresini kısaltabilir manuel stabilizasyonu, ihtiyacını ortadan kaldırabilir. <img alt="Video 1" src="/files/ftp_upload/55298/55298video1.jpg" /> Video 1: Video Endocal yazılımı ile birlikte geliştirilen kalibrasyon hedefi kullanılarak yapılabilir nasıl optik bozulma kalibrasyon gösteren. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/fetoscope-calibration-480.mov" target="_blank">Bu videoyu görmek için lütfen buraya tıklayınız. (Indirmek için sağ tıklatın.)</a> Wengert ark çalışmalarına kıyasla Çalışmalarımızın bir avantajı. 15 OpenCV kamera kalibrasyon modülü 17 herhangi bir değişiklik ya da özel parametrede gerektirmeden, kalibrasyon için olduğu gibi kullanılabilir olmasıdıryon. OpenCV köklü ve bakımlı bir yazılım paketi ve yazma ve özel yazılım koruma ihtiyacını ortadan kaldırıyor kullanarak, bilgisayar görme toplumda çok popüler olduğu için. Okuyucunun kolaylık sağlamak için, kompakt bir GUI uygulaması okuyucu kolayca yüklemek ve yeni kalibrasyon hedefleri test etmek için kullanabileceğiniz, 16 sağlanır. Wengert ve diğerleri ile karşılaştırıldığında bizim yönteminin bir dezavantajı. 15 tüm lekeler tespitini gerektirmez olarak yöntem, desen tıkanmalara daha sağlam olmasıdır. Başlangıçta, bir dama tahtası deseni ile bir kalibrasyon hedefi bu iş için imal edilmiştir. Bununla birlikte, kalibrasyon hedefi, bu tür bağlı dama tahtası kareler köşeleri tespit zorluğu deneylerde uygun olduğu kanıtlanmıştır. Köşe algılama histogram tabanlı görüntü İkiye (OpenCV kaynak kodunu 24) dayanır. bu impŞekil 6&#39;da gösterilen olanlar gibi, kısmen yansıtıcı yansımaları, bizim dama tahtası deseni ile garanti edilemeyen açık ve koyu kareler arasında net bir renk kontrastı ihtiyacını yatıyor. Böyle aynaya yansımalar bile arka plan aşındırma sonrasında mevcut; Ancak, çevrelerin algılama bu eksiklik daha az duyarlı olduğu görülmektedir. Geçerli kurulumda, kalibrasyon hedefin sadece dik görüşleri başarılı damla tespiti için izin verir. Bu eğik açılarda damla algılama engel hedef yüzey speküler yansımalar kaynaklanmaktadır. Biz potansiyel gerçekleştirilen kalibrasyonların 20 kalitesini artırmak olabilir açıları daha geniş, en görüşlerinin alımı için izin verecek şekilde daha fazla hedef geliştirmek için çalışıyoruz. Gerçek zamanlı olarak plasental önce 11 önerilmiştir boru hattı, trans hesaplamasını mozaiklemegörüntü çiftleri haritalar oluşumu başarılı algılama ve özellikleri gruplama dayanmaktadır. Optik bozulmalar, diğer taraftan, bir bükülmez geometrili özelliğin grup görüntüleri üzerindeki farklı görünmesine neden olabilir. Sonuç olarak, bu fark çıkan görüntü mozaikler sürükleniyor neden bilgisayarlı dönüşümler, yanlışlıklar yol açar. En belirgin optik çarpıtmalar kenarlara doğru mevcut olduğundan, endoskopik görüntüleri şu anda kendi içteki bölgelerine kırpılır. optik çarpıtma için iyi bir düzeltme potansiyel mosaicing sürecine her resmin daha büyük bir kısmının dahil edilmesi için izin verecek. Bu yöntemin avantajı iki yönlüdür. Birincisi, potansiyel görüntü dönüşümleri hesaplama iyileştirilmesi, her görüntünün tespit özelliklerin sayısını artıracaktır. İkinci olarak, daha kısa bir süre içinde yeniden inşa edilmesi tüm hedef anatomik yüzeyi sağlayacaktır.

<html> Kamera kalibrasyonu yoğun yıl 1, 2, 3 üzerinde çalışılmıştır bilgisayar görme alanında tanınmış bir sorundur. kamera kalibrasyon prosedürleri önemli bir adım alt piksel doğruluk ile kamera görüntüleri bilinen geometri ile puan ızgara ayıklanması, bir bozulma modelinin parametrelerini yanı sıra içsel kamera parametrelerini tahmin etmektir. Siyah beyaz kareler içeren bir dama tahtası deseni kalibrasyon hedefler bu amaçla yaygın olarak kullanılmaktadır. Dairesel lekeler alternatif bir model 4, 5, 6 sunuyoruz. Son yıllarda, fetusa bu tür ikiz ikize transfüzyon sendromu (TTTS) tedavisinde fetal cerrahi prosedürleri, cerrahi navigasyon teknolojisinin geliştirilmesinde artan bir ilgi olmuştur&gt; 7, 8, 9, 10. Fetoscope görüş alanı (yani, fetal cerrahi prosedürlerde kullanılan bir endoskop) ait dış izci kullanılmadan plasental damar tasarlamak için metotlar TTTS cerrahi 11, 12, 13 yardım etmek için önerilmiştir, sınırlıdır. Fetoscopic görüntüler içinde optik bozulmaları görsel bilgi çıkarımı 11 itimat bu hesaplama mosaicing yöntemleri üzerinde olumsuz etkileri vardır. Böylece, optik bozulma tazminat müdahalesi sırasında gerçek zamanlı olarak yapılabilir böylece peri-operatif fetoscopes kalibre edilmesi için bir maliyet-etkin ve hızlı bir araç için bir karşılanmamış ihtiyaç vardır. Nedeniyle fetoscope, müdahale sırasında amniyotik sıvı içinde arasındaki kırılma indeksi farkı batırılır gerçeğiir ve amniyotik sıvı fetal cerrahi prosedürleri için uygun klasik olarak hava kamera kalibrasyon metotları vermektedir. Havadaki kamera parametreleri sıvı dalmış kamera parametrelerini tahmin zor bir iştir ve sıvı dalmış kalibrasyon hedefe 14 en az bir görüntü gerektirir. Ayrıca, peri-operatif, sıvı dalmış fetoscopic kamera kalibrasyonu ameliyathanede izin malzemelere sterilizasyon şartlarına ve kısıtlamalar nedeniyle şu anda pratik değildir. Bu nedenlerden ötürü, optik bozulmaları endoskop kalibre genellikle mevcut klinik iş akışının bir parçası değildir. Bu yazıda iş tasarımı ve asimetrik çevrelerin bir desen içeren bir sterilize ve pratik optik bozulma kalibrasyon hedefi üreterek bu kamera kalibrasyon açığını kapatmak için bir girişimdir. Daha önce, Wengert ve diğ. Kalibrasyon hedefi olarak oksitlenmiş alüminyum levha içeren özel bir kalibrasyon cihazı fabrikasyon. onların mete, ancak, sadece, 15 geliştirilmiş özel kalibrasyon algoritması ile birlikte çalışır.

<table><tbody><tr><td>1.2 mm Metal sheet 316 Grade, 40 mm by 40 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Water container at least 50 mm by 50 mm by 30 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>A sterilization package</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Saline water</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Manual metal cutter</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>A file to round up the corners</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>A wooden or metal block 50 mm by 50 mm at least 10 mm thick</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>A vice (desirable but not required)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sand Blasting machine</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GUI application to create .dxf file with the pattern</td><td></td><td></td><td>https://github.com/gift-surg/endocal</td></tr><tr><td>PC</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laser Cutter</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Autoclave</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>An endoscope calibration software</td><td></td><td></td><td>from GitHub: https://github.com/gift-surg/endocal</td></tr><tr><td>Endoscope</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>OpenCV camera calibration module</td><td></td><td></td><td>http://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/calib3d/camera_calibration/camera_calibration.html</td></tr><tr><td>Safety goggles</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>A lab coat</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>A ruler and a marker</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alcohol (preferably ethanol) for dust removal and cleaning</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

medical-grade sterilizable target for fluid-immersed fetoscope optical distortion calibration

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal Therapy and Surgery) project. One of the aims of this project is to engineer novel, real-time image processing methods for intra-operative use in the treatment of congenital birth defects, such as spina bifida and the twin-to-twin transfusion syndrome. The developed target allows for the sterility-preserving optical distortion calibration of endoscopes within a few minutes. Good optical distortion calibration and compensation are important for mitigating undesirable effects like radial distortions, which not only hamper accurate imaging using existing endoscopic technology during fetal surgery, but also make acquired images less suitable for potentially very useful image computing applications, like real-time mosaicing. In this paper proposes a novel fabrication method to create an affordable, sterilizable calibration target suitable for use in a clinical setup. This method involves etching a calibration pattern by laser cutting a sandblasted stainless steel sheet. This target was validated using the camera calibration module provided by OpenCV, a state-of-the-art software library popular in the computer vision community.

Biz, tasarımı, Şekil 1 &#39;de gösterilen bir kum püskürtme, paslanmaz çelik sac, asimetrik dairenin bir model gravür ile sterilize kalibrasyon hedefi hazırlandı. Bir fetoscope ile birlikte eylem bu kalibrasyon hedefi gösteren bir örnek kurulum Şekil 2&#39;de gösterilmiştir. Lazer aşındırma yazılımı içine bu tasarımı beslemek için özel bir uygulama Python programlama dili 16 uygulanmıştır. tasarım deseni oluşturma tekrarlı bir metal levha üzerine paralel çizgiler gravür içerir. Desen ucunda tutarlı bir renge sahip olması için, bu çizgiler arasındaki mesafe, lazer ışınının genişliğinden daha az olmalıdır (Şekil 1 olarak yerleştirilir bakınız) değeri Violino (Laservall) lazer kesici 45 um -bu. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig1.jpg" /> <st<html> Rong&gt; Şekil 1: asimetrik çevrelerinin 3-by-11 grid sahip oyulmuş desen tasarımı. Ankastre: uzaklaştırdınız-asimetrik çevrelerin ızgara görünümü. çizgileri arasındaki mesafe (lazer ışını genişliğine eşit) 45 um ve her bir daire, 1 mm bir çapa sahiptir. Diğer boyutlar da ızgara için kullanılabilir, ancak bu bakış açısının fetoscope alanı ile ilgili olarak en uygun olduğu bulunmuştur. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig2.jpg" /> Şekil 2: Kullanılan kalibrasyon hedefi ile Exemplar kurulum. Su dalmış fetoscope ucu sağdaki kalibrasyon hedefe yöneliktir. Solda ölçekli bilgi sağlamak için bir İngiliz kuruş olduğunu.&quot;Target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Fabrikasyon kalibrasyon hedef yerleri daha sonra önceden tanımlanmış asimetrik dairesel ızgara içine sıralanır OpenCV 17, endoskopik video akışında dairesel desen tespiti için izin verir (bakınız Şekil 3). önceden bilinen ızgara geometrisi ile bağlantılı olarak, bu bilgileri kullanarak, iç kamera parametreleri tahmin edilebilir. Bu kamera matrisi ve bozulma katsayılarını içerir. Kamera matrisi odak uzunlukları ve 2D görüntü düzleminin x ve y ekseni boyunca optik merkezden oluşmaktadır. Distorsiyon katsayıları Kahverengi-Conrady modeline 3 dayanmaktadır. Bu iş için, sadece radyal distorsiyon parametreleri tahmin edilmiştir unutmayın. pratik örnekler ile teori kısa bir tartışma için, &lt;OpenCV kamera kalibrasyonu modülü web sayfasını görmek içinsup class = &quot;xref&quot;&gt; 17 ve MATLAB kamera kalibrasyon araç 22. Kamera kalibrasyon prosedürü hakkında daha fazla ayrıntı Zhang&#39;ın çalışmalarında 20 mevcuttur. Endocal yazılım deposu fabrikasyon kalibrasyon hedefinin 16 10 endoskopik görüş örnek bir veri kümesi bulunmaktadır. (: 0.16, max: min 0.45) Bu veri kümesi, 0.28 piksel ortalama yeniden projeksiyon hata ile bir kalibrasyon kullanılarak elde edilmiştir. Bu Wengert ve arkadaşları tarafından rapor 0.25 piksel ile karşılaştırılabilir. kendi özel kalibrasyon algoritması 15 kullanılmıştır. Plasental 18 mozaikleme için kullanılan endoskopik kamera kalibrasyonu için 15 yöntemi kullanırken aynı araştırma grubu, ancak daha yeni bir kağıt 0,6 piksel yeniden projeksiyon hata bildirdi. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/55298/55298fig3.jpg" /> <stRong&gt; Şekil 3: Kalibrasyon desen gerçek zamanlı algılama. Tespit edilen kalibrasyon desenini içeren kalibrasyon uygulamasının 16 ekran görüntüsü OpenCV 17 sanal gerçeklik görselleştirme kullanarak canlı video akışı üzerine üst üste. Kalibrasyon modelin her algılanan sütun farklı bir renk ile vurgulanmıştır unutmayın. tespit çevreler, bilinen geometrisi ile bağlantılı olarak, kamera parametrelerini hesaplamak için kullanılır. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Tahmini kamera parametreleri optik distorsiyon düzeltme için kullanılır. Optik bozulmalar hat eğrileri olarak görünür yapmak için bir fetoscope kullanılarak bakıldığında Şekil 4, dikdörtgen satranç tahtası modelini göstermektedir. çizgiler distorti normal göründüğüne dikkat edinGörüntüyü on-düzeltildi. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/55298/55298fig4.jpg" /> Şekil 4: Optik distorsiyon düzeltme. Distorsiyon düzeltilmiş görüntü (sağda) ile dama tahtası deseni (solda) bir fetoscope kayıt canlı video görüntüsünü içeren kalibrasyon uygulaması 16 ekran görüntüsü. Üç örnek hatları yörünge doğrusal bir köşesinden, her iki görüntüde çizilir. Nedeniyle optik çarpıtmalara, bu çizgiler orijinal fetoscope görüntülerde eğrileri olarak görünür. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration at JoVE.com

Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

This article describes the design and development of a sterilizable custom camera optical distortion calibration target for the peri-operative, fluid-immersed calibration of endoscopes during endoscopic interventions.

Sıvı-dalmış Fetoscope Optik Distorsiyon Kalibrasyon Tıbbi dereceli Sterilize Hedef

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal ...

medical-grade-sterilizable-target-for-fluid-immersed-fetoscope

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.6K Görüntüleme.  University College London. This article describes the design and development of a sterilizable custom camera optical distortion calibration target for the peri-operative, fluid-immersed calibration of endoscopes during endoscopic interventions.

Video: Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

Evaluation of the Feasibility, Safety, and Accuracy of an Intraoperative High-intensity Focused Ultrasound Device for Treating Liver Metastases

Today, the only potentially curative option in patients with colorectal liver metastases is surgery. However, liver resection is feasible in less than 20% of patients. Surgery has been widely used in association with radiofrequency, cryotherapy, or microwaves to expand the number of treatments performed with a curative intent. Nevertheless, several limitations have been documented when using these techniques (i.e., a traumatic puncture of the parenchyma, a limited size of lesions, and an inability to monitor the treatment in real-time).High-intensity focused ultrasound (HIFU) technology can achieve precise ablations of biological tissues without incisions or radiation. Current HIFU devices are based on an extracorporeal approach with limited access to the liver. We have developed a HIFU device designed for intraoperative use. The use of a toroidal transducer enables an ablation rate (10 cm3&#183;min-1) higher than any other treatment and is independent of perfusion.
The feasibility, safety, and accuracy of intraoperative HIFU ablation were evaluated during an ablate-and-resect prospective study. This clinical phase I and IIa study was performed in patients undergoing hepatectomy for liver metastases. The HIFU treatment was performed on healthy tissue scheduled for resection.Liver metastases measuring less than 20 mm will be targeted during phase IIb (currently ongoing). This set-up allows the real-time evaluation of HIFU ablation while protecting participating patients from any adverse effects related to this new technique.
Fifteen patients were included in phase I&#8211;IIa and 30 HIFU ablations were safely created within 40 s and with a precision of 1&#8211;2 mm. The average dimensions of the HIFU ablations were 27.5 x 21.0 mm2, corresponding to a volume of approximately 7.5 cm3. The aim of the ongoing phase IIb is to ablate metastases of less than 20 mm in diameter with a 5 mm margin.

Here, we present an ablate-and-resect prospective study to evaluate the feasibility, safety, and accuracy of intraoperative high-intensity focused ultrasound ablation in patients undergoing hepatectomy for liver metastases.

Fizibilite, Emanet ve intraoperatif bir yoğun doğruluğunu karaciğer metastaz tedavisi için ultrason cihazı odaklı

Today, the only potentially curative option in patients with colorectal liver metastases is surgery. However, liver resection is feasible in less than 20% ...

Kanser Araştırmaları

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. When visualization is lost, the medical device can cause trauma to critical tissue structures. Here, a method to track the needle tip during ultrasound image-guided procedures is presented. This method involves the use of a fiber-optic ultrasound receiver that is affixed within the cannula of a medical needle to communicate ultrasonically with the external ultrasound probe. This custom probe comprises a central transducer element array and side element arrays. In addition to conventional two-dimensional (2D) B-mode ultrasound imaging provided by the central array, three-dimensional (3D) needle tip tracking is provided by the side arrays. For B-mode ultrasound imaging, a standard transmit-receive sequence with electronic beamforming is performed. For ultrasonic tracking, Golay-coded ultrasound transmissions from the 4 side arrays are received by the hydrophone sensor, and subsequently the received signals are decoded to identify the needle tip&#39;s spatial location with respect to the ultrasound imaging probe. As a preliminary validation of this method, insertions of the needle/hydrophone pair were performed in clinically realistic contexts. This novel ultrasound imaging/tracking method is compatible with current clinical workflow, and it provides reliable device tracking during in-plane and out-of-plane needle insertions.

Accurate and efficient visualization of invasive medical devices is extremely important in many ultrasound-guided minimally invasive procedures. Here, a method for localizing the spatial position of a needle tip relative to the ultrasound imaging probe is presented.

Üç boyutlu ultrasonik iğne ucu ile bir Fiber optik ultrason alıcı izleme

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Mühendislik

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices can be implemented as part of a robust platform capable of making simultaneous complementary measurements. The primary challenge created by the combination of these two techniques is the mismatch in refractive index between the materials traditionally used to make microfluidic devices and the aqueous solutions typically used in biomedicine. This mismatch can create optical artifacts near the channel or device edges. One solution is to reduce the refractive index of the material used to fabricate the device by using a fluorinated polymer such as MY133-V2000 whose refractive index is similar to that of water (n = 1.33). Here, the construction of a microfluidic device made out of MY133-V2000 using soft lithography techniques is demonstrated, using O2 plasma in conjunction with an acrylic holder to increase the adhesion between the MY133-V2000 fabricated device and the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. The device is then tested by incubating it filled with cell culture media for 24 h to demonstrate the ability of the device to maintain cell culture conditions during the course of a typical imaging experiment. Finally, quantitative phase microscopy (QPM) is used to measure the distribution of mass within the live adherent cells in the microchannel. This way, the increased precision, enabled by fabricating the device from a low index of refraction polymer such as MY133-V2000 in lieu of traditional soft lithography materials such as PDMS, is demonstrated. Overall, this approach for fabricating microfluidic devices can be readily integrated into existing soft lithography workflows in order to reduce optical artifacts and increase measurement precision.

This protocol describes the fabrication of microfluidic devices from MY133-V2000 to eliminate artifacts that often arise in microchannels due to the mismatching refractive indices between microchannel structures and an aqueous solution. This protocol uses an acrylic holder to compress the encapsulated device, improving adhesion both chemically and mechanically.

Biyomedikal Havacilik için refraktif Dizin eşleşen cihazların imalat

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...

Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely manipulate neural firing, hormonal secretion and genetically-reprogrammed cells. However, the translation of this technology for medical applications is currently hampered by a lack of biophysical mechanisms by which targeted tissues sense and respond to LIPUS. A suitable approach to identify these mechanisms would be to use optical biosensors in combination with LIPUS to determine underlying signaling pathways. However, implementing LIPUS to a fluorescence microscope may introduce undesired mechanical artefacts due to the presence of physical interfaces that reflect, absorb and refract acoustic waves. This article presents a step-by-step procedure to incorporate LIPUS to commercially-available upright epi-fluorescence microscopes while minimizing the influence of physical interfaces along the acoustic path. A simple procedure is described to operate a single-element ultrasound transducer and to bring the focal zone of the transducer into the objective focal point. The use of LIPUS is illustrated with an example of LIPUS-induced calcium transients in cultured human glioblastoma cells measured using calcium imaging.

Low-Intensity Pulsed Ultrasound Stimulation (LIPUS) is a modality for non-invasive mechanical stimulation of endogenous or engineered cells with high spatial and temporal resolution. This article describes how to implement LIPUS to an epi-fluorescence microscope and how to minimize acoustic impedance mismatch along the ultrasound path to prevent unwanted mechanical artefacts.

Çoğullama ultrason stimülasyon floresans mikroskobu ile odaklı

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely ...

Evaluating Targeting Accuracy in the Focal Plane for an Ultrasound-guided High-intensity Focused Ultrasound Phased-array System

Phased arrays are increasingly used as high-intensity focused ultrasound (HIFU) transducers in the existing extracorporeal ultrasound-guided HIFU (USgHIFU) systems. The HIFU transducers in such systems are usually spherical in shape with a central hole where a US imaging probe is mounted and can be rotated. The image on the plane of treatment can be reconstructed through the image sequence acquired during the rotation of the probe. Therefore, the treatment plan can be made on the reconstructed images. In order to evaluate the targeting accuracy in the focal plane of such systems, the protocol of a method using a bovine muscle and marker-embedded phantom is described. In the phantom, four solid balls at the corners of a square resin model serve as the reference markers in the reconstructed image. The target should be moved so that both its center and the center of the square model can coincide according to their relative positions in the reconstructed image. Swine muscle with a thickness of about 30 mm is placed above the phantom to mimic the beam path in clinical settings. After sonication, the treatment plane in the phantom is scanned and the boundary of the associated lesion is extracted from the scanned image. The targeting accuracy can be evaluated by measuring the distance between the centers of target and lesion, as well as three derivative parameters. This method cannot only evaluate the targeting accuracy of the target consisting of multiple focal spots rather than a single focal spot in a clinically relevant beam path of the USgHIFU phased-array system, but it can be also used in the preclinical evaluation or regular maintenance of USgHIFU systems configured with phased-array or self-focused HIFU transducer.

This study describes a protocol to evaluate the targeting accuracy in the focal plane of an ultrasound-guided high-intensity focused ultrasound phased-array system.

Odak düzlemi hedefleme doğruluk bir ultrason destekli yoğun için değerlendirilmesi odaklı ultrason aşamalı-array sistemi

Phased arrays are increasingly used as high-intensity focused ultrasound (HIFU) transducers in the existing extracorporeal ultrasound-guided HIFU ...

Microtensiometer for Confocal Microscopy Visualization of Dynamic Interfaces

Adsorption of surface-active molecules to fluid-fluid interfaces is ubiquitous in nature. Characterizing these interfaces requires measuring surfactant adsorption rates, evaluating equilibrium surface tensions as a function of bulk surfactant concentration, and relating how surface tension changes with changes in the interfacial area following equilibration. Simultaneous visualization of the interface using fluorescence imaging with a high-speed confocal microscope allows the direct evaluation of structure-function relationships. In the capillary pressure microtensiometer (CPM), a hemispherical air bubble is pinned at the end of the capillary in a 1 mL volume liquid reservoir. The capillary pressure across the bubble interface is controlled via a commercial microfluidic flow controller that allows for model-based pressure, bubble curvature, or bubble area control based on the Laplace equation. Compared to previous techniques such as the Langmuir trough and pendant drop, the measurement and control precision and response time are greatly enhanced; capillary pressure variations can be applied and controlled in milliseconds. The dynamic response of the bubble interface is visualized via a second optical lens as the bubble expands and contracts. The bubble contour is fit to a circular profile to determine the bubble curvature radius, R, as well as any deviations from circularity that would invalidate the results. The Laplace equation is used to determine the dynamic surface tension of the interface. Following equilibration, small pressure oscillations can be imposed by the computer-controlled microfluidic pump to oscillate the bubble radius (frequencies of 0.001-100 cycles/min) to determine the dilatational modulus The overall dimensions of the system are sufficiently small that the microtensiometer fits under the lens of a high-speed confocal microscope allowing fluorescently tagged chemical species to be quantitatively tracked with submicron lateral resolution.

This manuscript describes the design and operation of a microtensiometer/confocal microscope to do simultaneous measurements of interfacial tension and surface dilatational rheology while visualizing the interfacial morphology. This provides the real-time construction of structure-property relationships of interfaces important in technology and physiology.

Dinamik Arayüzlerin Konfokal Mikroskopi Görselleştirmesi için Mikrotensiyometre

Adsorption of surface-active molecules to fluid-fluid interfaces is ubiquitous in nature. Characterizing these interfaces requires measuring surfactant ...

Direct Force Measurements of Subcellular Mechanics in Confinement using Optical Tweezers

During the development of a multicellular organism, a single fertilized cell divides and gives rise to multiple tissues with diverse functions. Tissue morphogenesis goes in hand with molecular and structural changes at the single cell level that result in variations of subcellular mechanical properties. As a consequence, even within the same cell, different organelles and compartments resist differently to mechanical stresses; and mechanotransduction pathways can actively regulate their mechanical properties. The ability of a cell to adapt to the microenvironment of the tissue niche thus is in part due to the ability to sense and respond to mechanical stresses. We recently proposed a new mechanosensation paradigm in which nuclear deformation and positioning enables a cell to gauge the physical 3D environment and endows the cell with a sense of proprioception to decode changes in cell shape. In this article, we describe a new method to measure the forces and material properties that shape the cell nucleus inside living cells, exemplified on adherent cells and mechanically confined cells. The measurements can be performed non-invasively with optical traps inside cells, and the forces are directly accessible through calibration-free detection of light momentum. This allows measuring the mechanics of the nucleus independently from cell surface deformations and allowing dissection of exteroceptive and interoceptive mechanotransduction pathways. Importantly, the trapping experiment can be combined with optical microscopy to investigate the cellular response and subcellular dynamics using fluorescence imaging of the cytoskeleton, calcium ions, or nuclear morphology. The presented method is straightforward to apply, compatible with commercial solutions for force measurements, and can easily be extended to investigate the mechanics of other subcellular compartments, e.g., mitochondria, stress-fibers, and endosomes.

Here, we present a protocol to investigate the intracellular mechanical properties of isolated embryonic zebrafish cells in three-dimensional confinement with direct force measurement by an optical trap.

Optik Cımbız Kullanarak Hapsetmede Hücre Altı Mekaniğinin Doğrudan Kuvvet Ölçümleri

During the development of a multicellular organism, a single fertilized cell divides and gives rise to multiple tissues with diverse functions. Tissue ...

Gelişim Biyolojisi

Spatio-Temporal In Vivo Imaging of Ocular Drug Delivery Systems using Fiberoptic Confocal Laser Microendoscopy

Subconjunctival injection is an attractive route to administer ocular drugs due to easy trans-scleral access that bypasses anterior ocular barriers, such as the cornea and conjunctiva. While therapeutic effects and pharmacokinetics of the drugs upon subconjunctival injection have been described in some studies, very few assess the ocular distribution of drugs or drug delivery systems (DDS). The latter is critical for the optimization of intraocular DDS design and drug bioavailability to achieve the desired ocular localization and duration of action (e.g., acute versus. prolonged). This study establishes the use of fiberoptic confocal laser microendoscopy (CLM) to qualitatively study the ocular distribution of fluorescent liposomes in real-time in live mice after sub-conjunctival injection. Being designed for in vivo visual inspection of tissues at the microscopic level, this is also the first full description of the CLM imaging method to study spatio-temporal distribution of injectables in the eye after subconjunctival injection.

Spatio-Temporal In Vivo Imaging of Ocular Drug Delivery Systems using Fiberoptic Confocal Laser Microendoscopy

We present a protocol for the use of fiberoptic confocal laser microendoscopy (CLM) to non-invasively study the spatio-temporal distribution of liposomes in the eye after subconjunctival injection.

Fiberoptik Konfokal Lazer Mikroendoskopi Kullanılarak Oküler İlaç Dağıtım Sistemlerinin Spatio-Temporal In Vivo Görüntülemesi

Subconjunctival injection is an attractive route to administer ocular drugs due to easy trans-scleral access that bypasses anterior ocular barriers, such ...

Biyomühendislik

Model Surgical Training: Skills Acquisition in Fetoscopic Laser Photocoagulation of Monochorionic Diamniotic Twin Placenta Using Realistic Simulators

Fetoscopic laser coagulation of arterio-venous anastomoses (AVA) in a monochorionic placenta is the standard of care for twin-twin transfusion syndrome (TTTS), but is technically challenging and can lead to significant complications. Acquiring and maintaining the necessary surgical skills require consistent practice, a critical caseload, and time. Training on realistic surgical simulators can potentially shorten this steep learning curve and enables several proceduralists to acquire procedure-specific skills simultaneously. Here we describe realistic simulators designed to allow the user familiarity with the equipment and specific steps required in the surgical treatment of TTTS, including fetoscopic handling, approaches to anterior and posterior placenta, recognition of anastomoses, and efficient coagulation of vessels. We describe the skills that are especially important in conducting placental laser coagulation that the surgeon can practice on the model and apply in a clinical case. These models can be adapted easily depending on the availability of materials and require standard fetoscopy equipment. Such training systems are complementary to traditional surgical apprenticeships and can be useful aids for fetal medicine units that provide this clinical service.

Practicing the specific skills required for fetoscopic laser coagulation of monochorionic placental anastomoses on realistic models can aid less experienced surgeons in overcoming the steep learning curve associated with this procedure that is now regarded as the standard of care for twin-twin transfusion syndrome.

Modeli cerrahi eğitim: Fetoscopic Laser Photocoagulation, Monochorionic Diamniotic Tek Kişilik plasenta gerçekçi simülatörleri kullanarak becerileri edinme

Fetoscopic laser coagulation of arterio-venous anastomoses (AVA) in a monochorionic placenta is the standard of care for twin-twin transfusion syndrome ...

Tıp

Otomatik Sıkıştırma ile Domuz Oküler Lensinin Biyomekanik Karakterizasyonu

Automated Compression Testing of the Ocular Lens

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically with age in the human lens, resulting in a loss of near vision called presbyopia. However, the mechanisms of these changes remain unknown. Lens compression offers a relatively simple method for assessing the lens' biomechanical stiffness in a qualitative sense and, when coupled with appropriate analytical techniques, can help quantify biomechanical properties. A variety of lens compression tests have been performed to date, including both manual and automated, but these methods inconsistently apply key aspects of biomechanical testing such as preconditioning, loading rates, and time between measurements. This paper describes a fully automated lens compression test wherein a motorized stage is synchronized with a camera to capture the force, displacement, and shape of the lens throughout a preprogrammed loading protocol. A characteristic elastic modulus may then be calculated from these data. While demonstrated here using porcine lenses, the approach is appropriate for the compression of lenses of any species.

Yazar Spotlight: Yaşa Bağlı Lens Sertliği Değişikliklerinin Anlaşılmasını Geliştirmek 

We present an automated method for characterizing the effective elastic modulus of an ocular lens using a compression test.

Oküler lensin otomatik kompresyon testi

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically ...