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

Detta arbete stöds av National Science Foundation karriären award nr. CBET-1254767 och nationella institutet för allergi och infektionssjukdomar bevilja nr. R01 AI104960. Vi erkänner tacksamt Patrick Griffin och Dan Tran för deras hjälp med karakterisering mätningar och Texas A & M kardiovaskulär patologi laboratorium för mikro-CT bilddiagnostik.

1. urval och verifiering av Matrix materialegenskaper
<ol><li>Innan du börjar hitta phantom tillverkningsprocessen (figur 1), absorption och minskad spridning koefficienter för den biologiska vävnaden av intresse på den imaging wavelength(s). Preliminära uppskattningar kan hittas i de referenser35,36. Validering av optiska koefficienter kan dock vara nödvändigt.</li>
	<li>Med tabellerna look-up för absorptionskoefficienten ...

<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 visat en metod för att skapa optiska fantomer för att representera en murin lunga med en intern förgrenade struktur att simulera gränssnittet inre luft-vävnad. De optiska egenskaperna av murina lungvävnad uppnås genom att införliva unik koncentrationer av optiskt spridning och absorberande partiklar som distribueras likartad inom bulk matrix polymeren. Dessa optiska egenskaper kan stämmas för att efterlikna de fysiologiska värdena inom olika spektrala spänner av vävnader i olika stater (dvs f...

Vävnaden fantomer används mycket för systemet karakterisering och kalibrering av optisk imaging och spektroskopi instrument, inklusive multimodalitet systems införliva ultraljud eller nukleära modaliteter1,2,3 ,4. Phantoms ger en kontrollerad optisk miljö för systemet karakterisering och kvalitetskontroll av flera biologiska avbildningstekniker. Vävnad-härma phantoms är användbara verktyg i att förutsäga systemets prestanda och optimera systemdesign för fysiologiska uppgiften; exempelvis marginaler för att förutsäga sondering djupet i spectroscopic sonder för att bedöma tumör5. Optiska egenskaper och konstruktion av phantoms kan stämmas för att efterlikna den specifika fysiologiska miljön där instrumentet kommer att användas, därför möjliggör både genomförbarhetsstudier och kontroll av systemet prestanda3, 6,7. Verifiering av imaging systemprestanda med realistiska optiska fantomer innan prekliniska eller kliniska prövningar minskar risken för funktionsfel eller förvärvet av oanvändbara data under in-vivo studier. De reproducerbarhet och stabilitet av optiska fantomer gör dem anpassningsbara kalibrering standarder för optiska tekniker för att övervaka intra - och inter - instrument variabilitet, särskilt i multicenter kliniska prövningar med olika instrument, operatorer och miljöförhållanden8,9.
Vävnad-härma fantomer också fungera som avstämbara och reproducerbara fysikaliska modeller för validering av teoretiska optiska modeller. Simuleringar stöd till design och optimering av i vivo optiska instrument, samtidigt som den minskar behovet för djur experiment10,11. Utveckling och validering av optiska simuleringar att korrekt representera i vivo miljön kan att belastas av komplexiteten i vävnad struktur, biokemiska innehållet och platsen för målet eller vävnad i kroppen. Variabiliteten mellan försökspersonerna gör validering av teoretiska modeller utmanande med hjälp av djurs eller människors mätningar. Polymer optiska vävnad fantomer möjliggör validering av teoretiska modeller genom att leverera en kända och reproducerbara optisk miljö att studera photon migration12,13,14,15.
I syfte att systemet kalibrering, kan fast optisk fantomer bestå av en enda homogen platta av härdade polymer med optisk scattering, absorption eller fluorescens ögonen öppna för våglängderna av intresse. Layered polymer fantomer används ofta för att efterlikna djupvariationen för vävnad optiska egenskaperna i epitelvävnad modeller16,17. Dessa fiktiva strukturer är tillräckligt för epitelial imaging och modellering, eftersom vävnad struktur är ganska homogen genom varje lager. Större skala och mer komplexa strukturer påverkar dock radiative transport i andra organ. Metoder för att skapa mer komplexa fantomer har utvecklats för att simulera optiska miljön av subkutan blodkärl18,19 och även hela organ, som urinblåsan20. Modellering ljus transport i lungorna ger en unik problem på grund av förgrenade strukturen av gränssnittet luft-vävnad; en solid phantom skulle sannolikt replikeras inte radiative transport i organ exakt21. För att beskriva en metod för att införliva komplex struktur i en optisk phantom, beskriver vi en metod för att skapa en inre, reproducerbara fraktal-träd ogiltiga som representerar tredimensionella (3D) makroskopisk struktur av luftvägarna (figur 1).
3D-utskrift har blivit en dominerande metoden för rapid prototyping av medicintekniska produkter och modeller22i de senaste decennierna, och optisk vävnad phantoms är inget undantag. 3D-utskrift har använts som ett verktyg för additiv tillverkning för fabricera optiska fantomer med kanaler23, blodkärl nätverk24och hela kroppen små djurmodeller25. Dessa metoder använder en eller två tryckmaterial med unika optiska egenskaper. Metoder har också utvecklats för att finjustera de optiska egenskaperna av utskrift material att efterlikna allmänna, grumlig biologisk vävnad25,26. Spänna av uppnåeliga optiska egenskaper är dock begränsad av utskrift material, vanligtvis en polymer såsom akrylnitril butadien styren (ABS)26, så denna metod inte är lämplig för alla biologiska vävnader. Polydimetylsiloxan (PDMS) är ett optiskt klart polymer som lätt kan blandas med spridning och absorberande partiklar med en högre nivå av tunability27,28. PDMS har också använts till mögel fantomer med aneurysm modeller för distribution av emboliska enheter29,30. Dessa fantomer också utnyttja en dissolvable 3D tryckt del, men förbli optiskt klar för att visualisera enhet distribution. Här kombinerar vi denna metod med tunability optiska egenskaper av PDMS med spridning och absorberande partiklar att fabricera en preliminär modell av vävnad och luftvägarna av murina lungan.
Medan den phantom som presenteras här är specifika för lungorna, kan processen tillämpas på en mängd andra organ. 3D-utskrift av den interna strukturen av Fantomen tillåter utformningen att vara anpassningsbar för alla ändamål och utskrivbara skala, oavsett om det är en blod eller lymfa fartyg nätverk, benmärg eller ens fyra kamrar strukturen för hjärtat31. Eftersom vi är intresserade av optisk imaging och modellering av det lung32,33,34, har vi valt för att använda en four generations fraktal-träd som den interna strukturen för att replikera inom polymeren phantom. Denna struktur var avsedd att ungefärliga förgrenade strukturen i luftvägarna och har bryta-bort stödmaterial för 3D utskriftsprocessen. En mer anatomiskt korrekt luftväg kunde skrivas om bryta-bort stödmaterial inte är nödvändigt. Även om just denna modell representerar en luftväg, har inte den interna strukturen av Fantomen att förbli ett materiellt tomrum. När omgivande polymeren är botad och 3D-utskrivna delen upplösas, kan den interna strukturen användas som en flöde väg eller som sekundär gjutform för ett material med egen unik absorption och spridning egenskaper. Till exempel om den interna strukturen från detta protokoll är konstruerad som en digital ben i stället för en luftväg, kunde benstrukturen vara 3D tryckt, gjutna med PDMS med optiska egenskaper av fingret, och sedan upplöst ur Fantomen. Void kan sedan fyllas med en PDMS blandning med olika optiska egenskaper. Dessutom är varje mögel inte begränsad till en enda dissolvable del. En fantom av fingret kunde skapas för att inkludera ben, vener, artärer och en allmän mjuk vävnad skikt, alla med sin egen unika optiska 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 snabba utvecklingen av nya optiska bildteknik är beroende av tillgången till låg kostnad, anpassningsbara och enkelt reproducerbar standarder. Genom att replikera imaging miljön, kan kostsamma djurförsök att validera en teknik kringgås. Förutsäga och optimera prestanda i vivo och ex vivo imaging tekniker kräver tester på prover som är optiskt liknande till vävnader av intresse. Vävnad-härma optiska fantomer ger en standard för utvärdering, karakterisering eller kalibrering av ett optiskt system. Homogen polymer optiska vävnad fantomer används allmänt för att efterlikna de optiska egenskaperna av en specifik vävnadstyp inom ett smalt spektralområde. Skiktad vävnader, såsom epidermis och dermis, kan vara härmade genom att helt enkelt stapla dessa homogen platta fantomer. Många i vivo avbildningstekniker tillämpas dock mer rumsligt komplex vävnad där tre dimensionella strukturer, såsom blodkärl, luftvägar eller vävnad defekter, kan påverka utförandet av de imaging systemet.
Det här protokollet beskriver tillverkning av en vävnad-härma fantom som innehåller tredimensionella strukturella komplexitet med material med optiska egenskaper av vävnad. Look-up tabeller ge Indien färgpulver och titandioxid recept för optisk absorption och spridning mål. Metoder för att karakterisera och finjustera de optiska materialegenskaperna beskrivs. Phantom tillverkning beskrivs i denna artikel har ett inre förgrenade håna luftvägarna tomrum; men kan tekniken tillämpas i huvudsak till andra vävnader eller organ strukturer.

För att demonstrera den phantom tillverkningstekniken, mus lunga vävnad vålnader var fabricerade för att simulera uppmätta optiska egenskaper av exciderad friska och inflammerade murina lungvävnad på 535 nm (tabell 5). Denna våglängd av intresse är excitation våglängden för tdTomato fluorescerande protein används i rekombinant reporter stammar av mykobakterier i tidigare studier33. Optiska mätningar av mus lungvävnad erhölls med de...

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

Optiska vävnad phantoms är viktiga verktyg för kalibrering och karakterisering av optiska bildsystem och validering av teoretiska modeller. Den här artikeln beskriver en metod för phantom tillverkning som omfattar replikering av vävnad optiska egenskaper och tredimensionella vävnadsstrukturen.

Tillverkning och karakterisering av optiska vävnad fantomer som innehåller Makrostrukturell

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

Tillverkning av biologiskt härledda Injicerbara Material 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

Tillverkning av mikro-vävnader med hjälp av moduler av kollagen gel som innehåller celler

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

Tillverkning och tillämpning av Rose Bengal-kitosan Films i 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

Human Brosk Tissue Fabrication Använda Tredimensionell 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

Produktion, karakterisering och potentiella användningsområdena för en 3D vävnadstekniska Human Esophageal Mucosal Modell

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

Tillverkning och karakterisering av en Konform Skin liknande elektroniska systemet för kvantitativ hud- 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

Malet Tissue i Compressed Kollagen: en cell som innehåller BioTransplant för enkel iscensatt 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

Tillverkning av extracellulär matrix-härledda Skum och Mikrobärare som Vävnadsspecifik Cellodling och Delivery Platforms

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

Tillverkning och karakterisering av Griffithsin modifierade Fiber ställningar för Prevention av sexuellt överförbara infektioner

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