Name: fabrication and characterization of optical tissue phantoms containing macrostructure
Uploaded: 2018-02-12T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av National Science Foundation KARRIEREN prisen nei. CBET-1254767 og National Institute of Allergy og smittsomme sykdommer gir ingen. R01 AI104960. Vi erkjenner takknemlig Patrick Griffin og Dan Tran for deres hjelp med karakterisering målinger og Texas A & M hjerte patologi laboratorium for mikro-CT bildebehandling.

1. valg og verifisering av Matrix materialegenskaper
<ol><li>Før phantom fabrikasjon prosessen (figur 1), finne absorpsjon og redusert spredning koeffisientene for biologisk vev av interesse på tenkelig wavelength(s). Foreløpige beregninger kan finnes i referanser35,36. Validering av optisk koeffisientene kan imidlertid være nødvendig.</li>
	<li>Bruke oppslagstabeller for absorpsjon koeffisienten µenog redusert spr...

<ol>
	<li>Curatolo, A., Kennedy, B. F., Sampson, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structured+three-dimensional+optical+phantom+for+optical+coherence+tomography.">Structured three-dimensional optical phantom for optical coherence tomography.</a> Opt Express. 19 (20), 19480-19485 (2011).</li><li>Miranda, D. A., Cristiano, K. L., Guti&#233;rrez, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breast+phantom+for+mammary+tissue+characterization+by+near+infrared+spectroscopy.">Breast phantom for mammary tissue characterization by near infrared spectroscopy.</a> J Phys Conf Ser. 466 (1), 012018 (2013).</li><li>Solomon, M., 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=Multimodal+Fluorescence-Mediated+Tomography+and+SPECT/CT+for+Small-Animal+Imaging.">Multimodal Fluorescence-Mediated Tomography and SPECT/CT for Small-Animal Imaging.</a> J Nucl Med. 54 (4), 639-646 (2013).</li><li>Wagni&#232;res, G., 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=An+optical+phantom+with+tissue-like+properties+in+the+visible+for+use+in+PDT+and+fluorescence+spectroscopy.">An optical phantom with tissue-like properties in the visible for use in PDT and fluorescence spectroscopy.</a> Phys Med Biol. 42 (7), 1415-1426 (1997).</li><li>Rajaram, N., Reesor, A. F., Mulvey, C. S., Frees, A. E., Ramanujam, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-Invasive,+Simultaneous+Quantification+of+Vascular+Oxygenation+and+Glucose+Uptake+in+Tissue.">Non-Invasive, Simultaneous Quantification of Vascular Oxygenation and Glucose Uptake in Tissue.</a> PLoS ONE. 10 (1), 0117132 (2015).</li><li>Niedre, M. J., Turner, G. M., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+imaging+of+optical+coefficients+through+murine+chest+cavities.">Time-resolved imaging of optical coefficients through murine chest cavities.</a> J Biomed Opt. 11 (6), 064017 (2006).</li><li>Schmidt, F. E. W., 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=Multiple-slice+imaging+of+a+tissue-equivalent+phantom+by+use+of+time-resolvedoptical+tomography.">Multiple-slice imaging of a tissue-equivalent phantom by use of time-resolvedoptical tomography.</a> Appl Opt. 39 (19), 3380-3387 (2000).</li><li>Cerussi, A. E., 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=Tissue+phantoms+in+multicenter+clinical+trials+for+diffuse+optical+technologies.">Tissue phantoms in multicenter clinical trials for diffuse optical technologies.</a> Biomed Opt Express. 3 (5), 966-971 (2012).</li><li>Mar&#237;n, N. M., 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=Calibration+standards+for+multicenter+clinical+trials+of+fluorescence+spectroscopy+for+in+vivo+diagnosis.">Calibration standards for multicenter clinical trials of fluorescence spectroscopy for in vivo diagnosis.</a> J Biomed Opt. 11 (1), 014010 (2006).</li><li>Alexandrakis, G., Rannou, F. R., Chatziioannou, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomographic+bioluminescence+imaging+by+use+of+a+combined+optical-PET+(OPET)+system:+a+computer+simulation+feasibility+study.">Tomographic bioluminescence imaging by use of a combined optical-PET (OPET) system: a computer simulation feasibility study.</a> Phys Med Biol. 50 (17), 4225-4241 (2005).</li><li>Wan, Q., Beier, H. T., Ibey, B. L., Good, T., Cot&#233;, G. L., Cot&#233;, G. L., Priezzhev, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optical Diagnostics and Sensing VII. , (2007).</li><li>Chen, C., 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=Preparation+of+a+skin+equivalent+phantom+with+interior+micron-scale+vessel+structures+for+optical+imaging+experiments.">Preparation of a skin equivalent phantom with interior micron-scale vessel structures for optical imaging experiments.</a> Biomed Opt Express. 5 (9), 3140-3149 (2014).</li><li>Pogue, B. W., Patterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+tissue+simulating+phantoms+for+optical+spectroscopy,+imaging+and+dosimetry.">Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry.</a> J Biomed Opt. 11 (4), 041102 (2006).</li><li>Wr&#243;bel, M. S., 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=Use+of+optical+skin+phantoms+for+preclinical+evaluation+of+laser+efficiency+for+skin+lesion+therapy.">Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy.</a> J Biomed Opt. 20 (8), 085003 (2015).</li><li>Cubeddu, R., Pifferi, A., Taroni, P., Torricelli, A., Valentini, 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+solid+tissue+phantom+for+photon+migration+studies.">A solid tissue phantom for photon migration studies.</a> Phys Med Biol. 42 (10), 1971-1979 (1997).</li><li>Bae, Y., Son, T., Park, J., Jung, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+thin-layer+solid+optical+tissue+phantom+by+a+spin-coating+method:+pilot+study.">Fabrication of a thin-layer solid optical tissue phantom by a spin-coating method: pilot study.</a> J Biomed Opt. 18 (2), 025006 (2013).</li><li>Park, J., et al., Nordstrom, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V. , (2013).</li><li>Luu, L., Roman, P. A., Mathews, S. A., Ramella-Roman, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+based+phantoms+of+superficial+vascular+network.">Microfluidics based phantoms of superficial vascular network.</a> Biomed Opt Express. 3 (6), 1350-1364 (2012).</li><li>Chen, A. I., 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=Multilayered+tissue+mimicking+skin+and+vessel+phantoms+with+tunable+mechanical,+optical,+and+acoustic+properties.">Multilayered tissue mimicking skin and vessel phantoms with tunable mechanical, optical, and acoustic properties.</a> Med Phys. 43 (6), 3117-3131 (2016).</li><li>Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional,+distendable+bladder+phantom+for+optical+coherence+tomography+and+white+light+cystoscopy.">Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy.</a> J Biomed Opt. 19 (3), 036009 (2014).</li><li>Golabchi, 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=Refractive+errors+and+corrections+for+OCT+images+in+an+inflated+lung+phantom.">Refractive errors and corrections for OCT images in an inflated lung phantom.</a> Biomed Opt Express. 3 (5), 1101-1109 (2012).</li><li>Rengier, 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=3D+printing+based+on+imaging+data:+review+of+medical+applications.">3D printing based on imaging data: review of medical applications.</a> Int J Comput Assist Radiol and Surg. 5 (4), 335-341 (2010).</li><li>Wang, J., 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=Three-dimensional+printing+of+tissue+phantoms+for+biophotonic+imaging.">Three-dimensional printing of tissue phantoms for biophotonic imaging.</a> Opt Lett. 39 (10), 3010-3013 (2014).</li><li>Ghassemi, 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=Evaluation+of+Mobile+Phone+Performance+for+Near-Infrared+Fluorescence+Imaging.">Evaluation of Mobile Phone Performance for Near-Infrared Fluorescence Imaging.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 64 (7), 1650-1653 (2017).</li><li>Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H. R., Webb, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+application+of+heterogeneous+printed+mouse+phantoms+for+whole+animal+optical+imaging.">Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging.</a> Appl Opt. 55 (2), 280-287 (2016).</li><li>Diep, 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=Three-dimensional+printed+optical+phantoms+with+customized+absorption+and+scattering+properties.">Three-dimensional printed optical phantoms with customized absorption and scattering properties.</a> Biomed Opt Express. 6 (11), 4212-4220 (2015).</li><li>Pogue, B. W., Patterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+tissue+simulating+phantoms+for+optical+spectroscopy,+imaging+and+dosimetry.">Review of tissue simulating phantoms for optical spectroscopy, imaging and dosimetry.</a> Journal of Biomedical Optics. 11 (4), 041102-041116 (2006).</li><li>de Bruin, D. M., 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=Optical+phantoms+of+varying+geometry+based+on+thin+building+blocks+with+controlled+optical+properties.">Optical phantoms of varying geometry based on thin building blocks with controlled optical properties.</a> J Biomed Opt. 15 (2), 025001-025010 (2010).</li><li>Boyle, A. J., 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=In+vitro+performance+of+a+shape+memory+polymer+foam-coated+coil+embolization+device.">In vitro performance of a shape memory polymer foam-coated coil embolization device.</a> Med Eng Phys. 49, 56-62 (2017).</li><li>Hwang, W., Singhal, P., Miller, M. W., Maitland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vitro+Study+of+Transcatheter+Delivery+of+a+Shape+Memory+Polymer+Foam+Embolic+Device+for+Treating+Cerebral+Aneurysms.">In Vitro Study of Transcatheter Delivery of a Shape Memory Polymer Foam Embolic Device for Treating Cerebral Aneurysms.</a> J Med Dev. 7 (2), 020932 (2013).</li><li>Sgaragli, G., Frosini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Tuberculosis+I.+Epidemiology,+Diagnosis+and+Pathogenetic+Mechanisms.">Human Tuberculosis I. Epidemiology, Diagnosis and Pathogenetic Mechanisms.</a> Curr Med Chem. 23 (25), 2836-2873 (2016).</li><li>Mufti, N., Kong, Y., Cirillo, J. D., Maitland, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+optic+microendoscopy+for+preclinical+study+of+bacterial+infection+dynamics.">Fiber optic microendoscopy for preclinical study of bacterial infection dynamics.</a> Biomed Opt Express. 2 (5), 1121-1134 (2011).</li><li>Nooshabadi, 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=Intravital+fluorescence+excitation+in+whole-animal+optical+imaging.">Intravital fluorescence excitation in whole-animal optical imaging.</a> PLoS One. 11 (2), 0149932 (2016).</li><li>Nooshabadi, 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=Intravital+excitation+increases+detection+sensitivity+for+pulmonary+tuberculosis+by+whole-body+imaging+with+beta-lactamase+reporter+enzyme+fluorescence.">Intravital excitation increases detection sensitivity for pulmonary tuberculosis by whole-body imaging with beta-lactamase reporter enzyme fluorescence.</a> J Biophotonics. , (2016).</li><li>Duck, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physical Properties of Tissue: A Comprehensive Reference Book. , (1990).</li><li>Tuchin, V. V., Tuchin, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. 13, (2007).</li><li>Prahl, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling. , (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Inverse Adding-Doubling v.3-9-12. , (2014).</li><li>Link, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Comparative+Study+of+Trabecular+Bone+Properties+in+the+Spine+and+Femur+Using+High+Resolution+MRI+and+CT.">A Comparative Study of Trabecular Bone Properties in the Spine and Femur Using High Resolution MRI and CT.</a> J Bone Miner Res. 13 (1), 122-132 (1998).</li><li>Batiste, D. 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=High-resolution+MRI+and+micro-CT+in+an+ex+vivo+rabbit+anterior+cruciate+ligament+transection+model+of+osteoarthritis.">High-resolution MRI and micro-CT in an ex vivo rabbit anterior cruciate ligament transection model of osteoarthritis.</a> Osteoarthr cartil. 12 (8), 614-626 (2004).</li><li>Greening, G. J., 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=Characterization+of+thin+poly(dimethylsiloxane)-based+tissue-simulating+phantoms+with+tunable+reduced+scattering+and+absorption+coefficients+at+visible+and+near-infrared+wavelengths.">Characterization of thin poly(dimethylsiloxane)-based tissue-simulating phantoms with tunable reduced scattering and absorption coefficients at visible and near-infrared wavelengths.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 115002 (2014).</li><li>Meissner, S., Knels, L., Krueger, A., Koch, T., Koch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+three-dimensional+optical+coherence+tomography+and+intravital+microscopy+for+imaging+subpleural+pulmonary+alveoli+in+isolated+rabbit+lungs.">Simultaneous three-dimensional optical coherence tomography and intravital microscopy for imaging subpleural pulmonary alveoli in isolated rabbit lungs.</a> J Biomed Opt. 14 (5), 054020 (2009).</li><li>Morris, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+nuclear+magnetic+resonance+property+of+lung.">A new nuclear magnetic resonance property of lung.</a> J Appl Phys. 58 (3), 759-762 (1985).</li><li>Hearon, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+Shape+Memory+Polymers.">Porous Shape Memory Polymers.</a> Polym Rev (Phila Pa). 53 (1), 41-75 (2013).</li></ol>

Vi har vist en metode for opprette optiske fantomer representerer en murine lunge med en intern forgrening struktur å simulere interne luft-vevet grensesnittet. Den optiske egenskapene av murine lungevev er oppnådd ved å innlemme unike konsentrasjoner av optisk spredning og absorbere partikler fordelt homogenously i bulk matrix polymer. Disse optiske egenskaper kan være innstilt for å etterligne fysiologiske verdiene innenfor ulike spectral vev i forskjellige stater (dvs. sunn versus syke vev). Den optiske ...

Vev fantomer brukes mye til systemet karakterisering og kalibrering av optisk tenkelig og spektroskopi instrumenter, inkludert Multimodalitet systemer omfatter ultralyd eller kjernefysiske modaliteter1,2,3 ,4. Fantomer gir et kontrollert optisk miljø for systemet karakterisering og kvalitetskontroll av flere biologiske Bildeteknikker. Vev-mimicking fantomer er nyttige verktøy i forutsi systemytelse og optimalisere systemdesign for fysiologiske oppgaven; for eksempel marginer å forutsi prøvende dybden på spektroskopiske sonder for å vurdere svulst5. Optiske egenskaper og strukturelle utformingen av fantomer stilles for å etterligne det spesifikke fysiologiske miljøet der instrumentet vil bli brukt, derfor tillater både mulighetsstudie studier og verifisering av system ytelse3, 6,7. Verifisering av imaging system gjennomførelse med realistisk optisk fantomer før inn pre-klinisk eller kliniske forsøk reduserer risikoen for feil eller oppkjøp av ubrukelige data under i vivo studier. Reproduserbarhet og stabilitet av optisk fantomer gjør dem passelig kalibrering standarder for optisk teknikker for å overvåke intra - og inter - instrument variasjon, særlig i multicenter kliniske forsøk med instrumenter, operatorer og miljøforhold8,9.
Vev-mimicking fantomer også tjene som tunable og reproduserbar fysiske modeller for validering av teoretiske optisk modeller. Simuleringer hjelp i design og optimalisering av i vivo optiske instrumenter, mens redusere behovet for dyr eksperimenter10,11. Utvikling og validering av optisk simuleringer for nøyaktig representere i vivo miljøet kan være beheftet med kompleksiteten i vevet struktur, det biokjemiske innholdet og plasseringen av målet eller vev i kroppen. Variasjon mellom fag gjør validering av teoretiske modeller utfordrende bruker dyr eller human målinger. Polymer optisk vev fantomer kan validering av teoretiske modeller ved å levere en kjent og reproduserbar optisk miljø til å studere Foton, migrasjon,12,,13,,14,,15.
For systemet kalibrering, kan solid optisk fantomer bestå av en enkelt homogen skive av herdet polymer med optisk spredning, absorpsjon eller fluorescens innstilt for bølgelengder av interesse. Lagdelt polymer fantomer brukes ofte til å etterligne dybdevariasjonen for vev optiske egenskapene i epitel vev modeller16,17. Disse phantom strukturene er tilstrekkelig for epithelial imaging og modellering, fordi vev er ganske homogen gjennom hvert lag. Imidlertid påvirker større skala og mer komplekse strukturer strålingspådrivet transport i andre organer. Metoder for å skape mer komplekse fantomer er utviklet for å simulere optisk miljøet av subkutan blodkar18,19 og hele organer, som blæren20. Modell lys jernbane i lungene gir en enestående problem på grunn forgrening av luft-vevet grensesnittet; en solid phantom ville ikke sannsynlig replikere strålingspådriv transport i orgelet nøyaktig21. Som beskriver en metode for å innlemme kompleks struktur i en optisk phantom, beskriver vi en metode for å opprette et internt, reproduserbare fraktal tre ugyldige som representerer tredimensjonale (3D) makroskopisk strukturen i luftpassasjen (figur 1).
I de siste tiårene, 3D-utskrift blitt en dominerende metode for rask prototyping medisinsk utstyr og modeller22og optisk vev fantomer er intet unntak. 3D-utskrift er brukt som en additiv produksjon verktøy for fabrikasjon optisk fantomer kanaler23, blodkar nettverk24og hele kroppen liten dyremodeller25. Disse metodene bruke ett eller to utskrift materialer med unike optiske egenskaper. Metoder har også blitt utviklet for å finjustere den optiske egenskapene av utskrift å etterligne generelt, grumset biologisk vev25,26. Imidlertid området oppnåelig optiske egenskaper er begrenset av utskrift materiale, vanligvis en polymer som akrylonitril butadien styren (ABS)26, så denne metoden ikke er egnet for alle biologisk vev. Polydimethylsiloxane (PDMS) er en optisk klart polymer som lett kan blandes med spredning og absorberende partikler med høyere tunability27,28. PDMS er også brukt til å forme fantomer med aneurisme modeller for distribusjon av embolic enheter29,30. Disse phantoms også benytte en dissolvable 3D trykt del, men fortsatt optisk klar for å visualisere enheten distribusjon. Her kombinerer vi denne metoden med tunability av den optiske egenskapene av PDMS med spredning og absorbere partikler til å dikte opp en foreløpig modell av vev og luftveiene murine lungene.
Phantom presenteres her er spesifikke for lungene, kan prosessen brukes til en rekke andre organer. 3D-utskrift av den interne strukturen av phantom lar design kunne tilpasses for ethvert formål og utskrivbar skala, enten det er en blod eller lymfe fartøy nettverk, benmarg eller enda fire kamret strukturen i hjertet31. Fordi vi er interessert i optisk tenkelig og modellering av lunge32,33,34, har vi valgt for å bruke en fire-generasjons fraktal-tree som den interne strukturen for å gjenskape i polymer phantom. Denne strukturen ble designet omtrentlig strukturen forgrening av luftveiene og har utbrytbare støtte materiale for 3D utskriften. En mer anatomisk airway kan skrives ut hvis utbrytbare støtte materiale ikke er nødvendig. Selv om denne modellen representerer en luftveisinfeksjon, har ikke den indre strukturen av phantom forblir et materiale tomrom. Når den omkringliggende polymer er herdet og delen for 3D utskriften er oppløst, kan den interne strukturen brukes som en flyt sti eller en sekundær form for et materiale med sin egen unike absorpsjon og spredning egenskaper. For eksempel hvis den interne strukturen fra denne protokollen ble utformet som en digital bein i stedet for en luftveier, være bein strukturen 3D trykt, støpt med PDMS med optiske egenskaper av fingeren, og deretter oppløst av phantom. Tomrommet kan deretter bli fylt med en PDMS blanding med ulike optiske egenskaper. I tillegg er hver mold ikke begrenset til én dissolvable del. En fantom av fingeren kan opprettes med bein, vener, arterier og en generell bløtvev lag, hver med sin egen unike optiske egenskaper.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:868px;" width="868">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">Dow Corning Sylgard 184 Silicone Encapsulant Clear 0.5 kg Kit</td>
			<td style="width:195px;">Ellsworth Adhesives</td>
			<td style="width:187px;">184 SIL ELAST KIT 0.5KG</td>
			<td style="width:259px;">Polydimethylsiloxane: polymer base for optical phantoms</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">White Rutile Titanium Dioxide powder</td>
			<td style="width:195px;">Atlantic Equipment Engineers</td>
			<td style="width:187px;">TI-602</td>
			<td style="width:259px;">Scattering particles for optical phantoms</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">Higgins Fountain Pen India Ink</td>
			<td style="width:195px;">Michaels Craft Stores</td>
			<td style="width:187px;">&#160;10015483</td>
			<td style="width:259px;">Absorbing particles for optical phantom</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:228px;">Heat Resistant tape</td>
			<td style="width:195px;">Uline</td>
			<td style="width:187px;">S-7595</td>
			<td style="width:259px;">Heat resistant tape for polymer molds</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">Fortus 360mc 3D printer</td>
			<td style="width:195px;">Stratasys</td>
			<td style="width:187px;">N/A</td>
			<td style="width:259px;">Able to switch build and support material with this model printer</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:228px;">ABS Ivory Model Material</td>
			<td style="width:195px;">Stratasys</td>
			<td style="width:187px;">SDS-000001</td>
			<td style="width:259px;">Material for printing mold parts and/or using as support for printing internal structure&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">SR-30 Soluble Support</td>
			<td style="width:195px;">Stratasys</td>
			<td style="width:187px;">400638-0001</td>
			<td style="width:259px;">Base soluble support material for printing internal structure</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">Flacktek Speedmixer</td>
			<td style="width:195px;">Flacktek Inc.</td>
			<td style="width:187px;">DAC 150.1 FV</td>
			<td style="width:259px;">For efficient mixing of polymer and particles&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:228px;">Integrating sphere</td>
			<td style="width:195px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:187px;">58-585</td>
			<td style="width:259px;">For measuring optical properties</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:228px;">Polycarbonate build plates (1 mm)</td>
			<td style="width:195px;">Stratasys</td>
			<td style="width:187px;">N/A</td>
			<td style="width:259px;">Used polycarbonate build plates from Stratasys printer can also be used</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of optical tissue phantoms containing macrostructure

Den raske utviklingen av nye optisk tenkelig teknikker er avhengig av rimelig, tilpasses og å reprodusere standarder. Ved å replikere tenkelig miljøet, kan kostbare dyreforsøk å validere en teknikk omgås. Forutsi og optimalisere ytelsen til i vivo og ex vivo imaging teknikker krever testing på prøver som optisk ligner vev rundt. Vev-mimicking optisk fantomer gir en standard for evaluering og karakterisering kalibrering av en optisk system. Homogen polymer optisk vev fantomer brukes til å etterligne den optiske egenskapene av en bestemt vev type innenfor et smalt spectral. Lagdelte vev, som overhuden og dermis, kan bli etterlignet av bare stabling disse homogen skive phantoms. Men brukes mange i vivo imaging teknikker mer romlig komplekse vev der tre-dimensjonale strukturer, som blodkar, luftveiene eller vev defekter, kan påvirke ytelsen til tenkelig systemet.
Denne protokollen beskriver fabrikasjon av et vev-mimicking fantom som omfatter tredimensjonale strukturelle kompleksitet materiale med optiske egenskaper av vev. Søketabeller gir India blekk og titandioksid oppskrifter for optisk absorpsjon og spredning mål. Metoder for å karakterisere og tune de optiske materialegenskaper er beskrevet. Phantom fabrikasjon beskrevet i denne artikkelen har en intern forgrening narr airway ugyldig; men kan teknikken grovt brukes andre vev eller organ strukturer.

For å demonstrere phantom fabrikasjon teknikk, musen lunge vev fantomer ble laget for å simulere målt optiske egenskaper av forbrukeravgift sunn og betent murine lungevev på 535 nm (tabell 5). Denne Bølgelengden av interesse er eksitasjon bølgelengde for tdTomato fluorescerende protein brukes i rekombinant reporter stammer av mykobakterier tidligere studier33. Optisk målinger av musen lungevev ble innhentet med samme metodene beskrevet i tri...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure at JoVE.com

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

Optisk vev fantomer er viktige verktøy for skjermkalibrering og karakterisering av optisk imaging-systemer og validering av teoretiske modeller. Denne artikkelen viser en metode for phantom fabrikasjon som inkluderer replikering av vev optiske egenskaper og tredimensjonale vevet struktur.

Fabrikasjon og karakterisering av optisk vev Phantoms som inneholder Macrostructure

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fabrication of Biologically Derived Injectable Materials for Myocardial Tissue Engineering

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

Fabrication of Micro-tissues using Modules of Collagen Gel Containing Cells

This protocol describes the fabrication of a type of micro-tissues called modules.  The module approach generates uniform, scalable and vascularized ...

Fabrication and Application of Rose Bengal-chitosan Films in Laser Tissue Repair

Photochemical tissue bonding (PTB) is a sutureless technique for tissue repair, which is achieved by applying a solution of rose bengal (RB) between two ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Menneskelig bruskvev Fabrication Bruke Tredimensjonal Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Production, Characterization and Potential Uses of a 3D Tissue-engineered Human Esophageal Mucosal Model

Produksjon, karakterisering og potensielle bruk av en 3D Tissue-konstruert Menneskelig Esophageal slimhinnene Model

The incidence of both esophageal adenocarcinoma and its precursor, Barrett&#8217;s Metaplasia, are rising rapidly in the western world. Furthermore ...

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Fabrikasjon og karakterisering av en Conformal Skin-lignende Electronic System for Quantitative, Kutan sårbehandling

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

Minced Tissue in Compressed Collagen: A Cell-containing Biotransplant for Single-staged Reconstructive Repair

Hakket Tissue i Compressed Kollagen: A Cell holdig Biotransplant for Single-iscenesatt rekonstruktiv Repair

Conventional techniques for cell expansion and transplantation of autologous cells for tissue engineering purposes can take place in specially equipped ...

Fabrication of Extracellular Matrix-derived Foams and Microcarriers as Tissue-specific Cell Culture and Delivery Platforms

Fabrikasjon av ekstracellulære matrise-avledet Skum og Mikrocarriers som Tissue-spesifikke cellekultur og Delivery plattformer

Cell function is mediated by interactions with the extracellular matrix (ECM), which has complex tissue-specific composition and architecture. The focus ...

Fabrication and Characterization of Griffithsin-modified Fiber Scaffolds for Prevention of Sexually Transmitted Infections

Fabrikasjon og karakterisering av Griffithsin endret Fiber stillaser for forebygging av seksuelt overførbare infeksjoner

Electrospun fibers (EFs) have been widely used in a variety of therapeutic applications; however, they have only recently been applied as a technology to ...