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 border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.2mm Metal sheet 316 Grade, 40 mm by 40 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water container at least 50mm by 50mm by 30mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A sterilisation package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seline water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual metal cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A file to round up the corners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A wooden or metal block 50 mm by 50 mm at least 10 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A vise (desirable but not required)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sand Blasting machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GUI application to create .dxf file with the pattern (https://github.com/gift-surg/endocal)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>An endoscope calibration software from GitHub (http://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/calib3d/camera_calibration/camera_calibration.html)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endoscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OpenCV camera calibration module (https://github.com/opencv/opencv)</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

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

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Biyomühendislik

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including skeletal muscle, bone and placenta. Contemporary studies demonstrate fusion of cells of the same type confers enhanced function. For example, when the trophoblast cells of the placenta fuse to form the syncytiotrophoblast, the syncytiotrophoblast is better able to transport nutrients and hormones across the maternal-fetal barrier than unfused trophoblasts1-4. More recent studies demonstrate fusion of cells of different types can direct cell fate. The "reversion" or modification of cell fate by fusion was once thought to be limited to cell culture systems. But the advent of stem cell transplantation led to the discovery by us and others that stem cells can fuse with somatic cells in vivo and that fusion facilitates stem cell differentiation5-7. Thus, cell fusion is a regulated process capable of promoting cell survival and differentiation and thus could be of central importance for development, repair of tissues and even the pathogenesis of disease.
Limiting the study of cell fusion, is lack of appropriate technology to 1) accurately identify fusion products and to 2) track fusion products over time. Here we present a novel approach to address both limitations via induction of bioluminescence upon fusion (Figure 1); bioluminescence can be detected with high sensitivity in vivo8-15. We utilize a construct encoding the firefly luciferase (Photinus pyralis) gene placed adjacent to a stop codon flanked by LoxP sequences. When cells expressing this gene fuse with cells expressing the Cre recombinase protein, the LoxP sites are cleaved and the stop signal is excised allowing transcription of luciferase. Because the signal is inducible, the incidence of false-positive signals is very low. Unlike existing methods which utilize the Cre/LoxP system16, 17, we have incorporated a "living" detection signal and thereby afford for the first time the opportunity to track the kinetics of cell fusion in vivo.
To demonstrate the approach, mice ubiquitously expressing Cre recombinase served as recipients of stem cells transfected with a construct to express luciferase downstream of a floxed stop codon. Stem cells were transplanted via intramyocardial injection and after transplantation intravital image analysis was conducted to track the presence of fusion products in the heart and surrounding tissues over time. This approach could be adapted to analyze cell fusion in any tissue type at any stage of development, disease or adult tissue repair.

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

A method to track cell fusion in living organisms over time is described. The approach utilizes Cre-LoxP recombination to induce luciferase expression upon cell fusion. The luminescent signal generated can be detected in living organisms using biophotonic imaging systems with a sensitivity of detection of &tilde;1,000 cells in peripheral tissues.

Hücre Fusion Tespit Cre-ETOX P Rekombinasyon Yaklaşım In Vivo</em

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including ...

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Collagen fibrils are present in the extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and mechanical strength. These native collagen fibrils have a characteristic banding periodicity of ~67 nm and are formed in vivo through the hierarchical assembly of Type I collagen monomers, which are 300 nm in length and 1.4 nm in diameter. In vitro, by varying the conditions to which the monomer building blocks are exposed, unique structures ranging in length scales up to 50 microns can be constructed, including not only native type fibrils, but also fibrous long spacing and segmental long spacing collagen. Herein, we present procedures for forming the three different collagen structures from a common commercially available collagen monomer. Using the protocols that we and others have published in the past to make these three types typically lead to mixtures of structures. In particular, unbanded fibrils were commonly found when making native collagen, and native fibrils were often present when making fibrous long spacing collagen. These new procedures have the advantage of producing the desired collagen fibril type almost exclusively. The formation of the desired structures is verified by imaging using an atomic force microscope.

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Simple and reproducible procedures are described for making three structurally distinct collagen assemblies from a common commercially available Type I collagen monomer. Native type, fibrous long spacing or segmental long spacing collagen can be constructed by varying the conditions to which the 300 nm long and 1.4 nm diameter monomer building block is exposed.

Yerli, Fibröz Uzun Aralığı ve Bölümlere Uzun Aralığı Kollajen in vitro sentezi olarak

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene for applications as a stent material. Graphene was grown on copper substrates via chemical vapor deposition and then transferred onto nitinol substrates. In order to understand how the graphene coating could change biological response, cell viability of rat aortic endothelial cells and rat aortic smooth muscle cells was investigated. Moreover, the effect of graphene-coatings on cell adhesion and morphology was examined with fluorescent confocal microscopy. Cells were stained for actin and nuclei, and there were noticeable differences between pristine nitinol samples compared to graphene-coated samples. Total actin expression from rat aortic smooth muscle cells was found using western blot. Protein adsorption characteristics, an indicator for potential thrombogenicity, were determined for serum albumin and fibrinogen with gel electrophoresis. Moreover, the transfer of charge from fibrinogen to substrate was deduced using Raman spectroscopy. It was found that graphene coating on nitinol substrates met the functional requirements for a stent material and improved the biological response compared to uncoated nitinol. Thus, graphene-coated nitinol is a viable candidate for a stent material.

Graphene offers potential as a coating material for biomedical implants. In this study we demonstrate a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene and determine how graphene may influence implant response.

Biyomedikal implantlar için Grafen Kaplamalar

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic imaging. In medical applications, one of the major limitations of optical sensing technology is its susceptibility to environmental conditions, e.g. changes in pressure and temperature, which may saturate the detection. Additionally, the clinical environment often imposes stringent limits on the size and robustness of the sensor. In this work, the combination of pulse interferometry and fiber-based optical sensing is demonstrated for ultrasound detection. Pulse interferometry enables robust performance of the readout system in the presence of rapid variations in the environmental conditions, whereas the use of all-fiber technology leads to a mechanically flexible sensing element compatible with highly demanding medical applications such as intravascular imaging. In order to achieve a short sensor length, a pi-phase-shifted fiber Bragg grating is used, which acts as a resonator trapping light over an effective length of 350 &#181;m. To enable high bandwidth, the sensor is used for sideway detection of ultrasound, which is highly beneficial in circumferential imaging geometries such as intravascular imaging. An optoacoustic imaging setup is used to determine the response of the sensor for acoustic point sources at different positions.

Optical detection of ultrasound is impractical in many imaging scenarios because it often requires stable environmental conditions. We demonstrate an optical technique for ultrasound sensing in volatile environments with miniaturization and sensitivity levels appropriate for optoacoustic imaging in restrictive scenarios, e.g. intravascular applications.

Geniş bant Tıbbi Görüntüleme Uygulamaları Ultrason Optik Dedektörü

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

Quantitative Optical Microscopy: Measurement of Cellular Biophysical Features with a Standard Optical Microscope

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of mass, volume, and density on cellular specimens through a combination of bright field and differential interference contrast imagery. Two primary approaches are presented: noninterferometric quantitative phase microscopy (NIQPM), to perform measurements of total cell mass and subcellular density distribution, and Hilbert transform differential interference contrast microscopy (HTDIC)&#160;to determine volume. NIQPM is based on a simplified model of wave propagation, termed the paraxial approximation, with three underlying assumptions: low numerical aperture (NA) illumination, weak scattering, and weak absorption of light by the specimen. Fortunately, unstained cellular specimens satisfy these assumptions and low NA illumination is easily achieved on commercial microscopes. HTDIC is used to obtain volumetric information from through-focus DIC imagery under high NA illumination conditions. High NA illumination enables enhanced sectioning of the specimen along the optical axis. Hilbert transform processing on the DIC image stacks greatly enhances edge detection algorithms for localization of the specimen borders in three dimensions by separating the gray values of the specimen intensity from those of the background. The primary advantages of NIQPM and HTDIC lay in their technological accessibility using &#8220;off-the-shelf&#8221; microscopes. There are two basic limitations of these methods: slow z-stack acquisition time on commercial scopes currently abrogates the investigation of phenomena faster than 1 frame/minute, and secondly, diffraction effects restrict the utility of NIQPM and HTDIC to objects from 0.2 up to 10 (NIQPM) and 20 (HTDIC) &#956;m in diameter, respectively. Hence, the specimen and its associated time dynamics of interest must meet certain size and temporal constraints to enable the use of these methods. Excitingly, most fixed cellular specimens are readily investigated with these methods.

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of cellular mass, volume, and density through a combination of bright field and differential interference contrast imagery.

Nicel Optik Mikroskopi: Hücresel biyofizik ölçümü Standart Optik Mikroskop ile Özellikleri

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of mass, volume, and density on cellular specimens through a ...

Preparation of Mica Supported Lipid Bilayers for High Resolution Optical Microscopy Imaging

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction with other compounds, such as drugs or peptides. However SLB characteristics differ depending on the support used. 
Commonly used techniques for SLB imaging and measurements are single molecule fluorescence microscopy, FCS and atomic force microscopy (AFM). Because most optical imaging studies are carried out on a glass support, while AFM requires an extremely flat surface (generally mica), results from these techniques cannot be compared directly, since the charge and smoothness properties of these materials strongly influence diffusion. Unfortunately, the high level of manual dexterity required for the cutting and gluing thin slices of mica to the glass slide presents a hurdle to routine use of mica for SLB preparation. Although this would be the method of choice, such prepared mica surfaces often end up being uneven (wavy) and difficult to image, especially with small working distance, high numerical aperture lenses. Here we present a simple and reproducible method for preparing thin, flat mica surfaces for lipid vesicle deposition and SLB preparation. Additionally, our custom made chamber requires only very small volumes of vesicles for SLB formation. The overall procedure results in the efficient, simple and inexpensive production of high quality lipid bilayer surfaces that are directly comparable to those used in AFM studies.

We present a method of preparing mica supported lipid bilayers for high resolution microscopy. Mica is transparent and flat on an atomic scale, but rarely used in imaging because of handling difficulties; our preparation results in even deposition of the mica sheet, and reduces the material used in bilayer preparation.

Mika hazırlanması Yüksek Çözünürlüklü Optik Mikroskopi Görüntüleme için lipit tabakalarının Desteklenen

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction ...

Optical Control of Living Cells Electrical Activity by Conjugated Polymers

Hybrid interfaces between organic semiconductors and living tissues represent a new tool for in-vitro and in-vivo applications. In particular, conjugated polymers display several optimal properties as substrates for biological systems, such as good biocompatibility, excellent mechanical properties, cheap and easy processing technology, and possibility of deposition on light, thin and flexible substrates. These materials have been employed for cellular interfaces like neural probes, transistors for excitation and recording of neural activity, biosensors and actuators for drug release. Recent experiments have also demonstrated the possibility to use conjugated polymers for all-optical modulation of the electrical activity of cells. Several in-vitro study cases have been reported, including primary neuronal networks, astrocytes and secondary line cells. Moreover, signal photo-transduction mediated by organic polymers has been shown to restore light sensitivity in degenerated retinas, suggesting that these devices may be used for artificial retinal prosthesis in the future. All in all, light sensitive conjugated polymers represent a new approach for optical modulation of cellular activity.
In this work, all the steps required to fabricate a bio-polymer interface for optical excitation of living cells are described. The function of the active interface is to transduce the light stimulus into a modulation of the cell membrane potential. As a study case, useful for in-vitro studies, a polythiophene thin film is used as the functional, light absorbing layer, and Human Embryonic Kidney (HEK-293) cells are employed as the biological component of the interface. Practical examples of successful control of the cell membrane potential upon stimulation with light pulses of different duration are provided. In particular, it is shown that both depolarizing and hyperpolarizing effects on the cell membrane can be achieved depending on the duration of the light stimulus. The reported protocol is of general validity and can be straightforwardly extended to other biological preparations.

A method for stimulation of in-vitro cell cultures electrical activity with visible light, based on the use of organic semiconducting polymers is described.

Konjuge Polimerler tarafından Hücreler Elektrik Etkinliği Yaşam Optik Kontrol

Hybrid interfaces between organic semiconductors and living tissues represent a new tool for in-vitro and in-vivo applications. In particular, conjugated ...

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions. While these studies have been informative about general cell signaling mechanisms, they neglect important cellular cues received from the structural and mechanical properties of the local microenvironment and extracellular matrix (ECM). To understand how cells interact within a physiological ECM, it is important to study them in the context of 3 dimensional assays. Cell migration, cell differentiation, and cell proliferation are only a few processes that have been shown to be impacted by local changes in the mechanical properties of a 3-dimensional ECM. Collagen I, a core fibrillar component of the ECM, is more than a simple structural element of a tissue. Under normal conditions, mechanical cues from the collagen network direct morphogenesis and maintain cellular structures. In diseased microenvironments, such as the tumor microenvironment, the collagen network is often dramatically remodeled, demonstrating altered composition, enhanced deposition and altered fiber organization. In breast cancer, the degree of fiber alignment is important, as an increase in aligned fibers perpendicular to the tumor boundary has been correlated to poorer patient prognosis1. Aligned collagen matrices result in increased dissemination of tumor cells via persistent migration2,3. The following is a simple protocol for embedding cells within a 3-dimensional, fibrillar collagen hydrogel. This protocol is readily adaptable to many platforms, and can reproducibly generate both aligned and random collagen matrices for investigation of cell migration, cell division, and other cellular processes in a tunable, 3-dimensional, physiological microenvironment.

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Collagen is a core component of the ECM, and provides essential cues for several cellular processes ranging from migration to differentiation and proliferation. Provided here is a protocol for embedding cells within 3D collagen hydrogels, and a more advanced technique for generating randomized or aligned collagen matrices using PDMS microchannels.

3D Etkileşimleri Çalışmaları 3D Kollajen jeller ve Mikrokanallarda Hazırlanması<em&gt; İn Vivo</em

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions.  While these studies have been informative about general cell signaling ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

Damlacık Mikroakiskan için renkli Floresan Algılama Optik Elyaf kullanma

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...