Name: agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy at JoVE.com

Onderdeel van dit werk werd ondersteund door een Grant-in-Aid voor Scientific Research (C) van de Japanse maatschappij voor de promotie van wetenschap (25350520, 22500401, 15 K 06105) en het US-ARMY ITC-PAC Project voor onderzoek en ontwikkeling (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. bouw van een conventionele Diffuse reflectie en totale doorlatingsfactor spectroscopische systeem
Opmerking: Bouw van de meetsystemen voor de diffuse reflectie en de totale doorlatingsfactor spectra met behulp van een breedband witte lichtbron, een lichtgeleider, een achromatische lens, een bolfotometer, een monsterhouder, een optische vezel en een meerkanaals-spectrometer. De rol van de lichtvanger is de spiegelende reflectie om onderdeel te verwijderen uit het spectrum van de reflectie. De ...

De meest kritische stap in dit protocol is de temperatuurregeling van het basismateriaal. De temperatuur te handhaven het basismateriaal varieerden van 58 tot 60 ° C. Als de temperatuur meer dan 70 ° C is, treedt er een denaturatie van zowel de lipide-emulsie en de volbloed. Dientengevolge, zal de optische eigenschappen van de phantom verslechteren. Als de temperatuur lager dan 40 ° C, het basismateriaal ununiformly gegeleerde zal worden en dus de licht verstrooiing en absorptie-agenten in de phantom ongelijkmatig zul...

Optische fantomen zijn objecten nabootsen van de optische eigenschappen van biologische weefsels en hebben op grote schaal gebruikt op het gebied van de biomedische optica. Ze zijn zo ontworpen dat de optische eigenschappen, zoals licht verstrooiing en absorptie coëfficiënten, met die van levende menselijke en dierlijke weefsels overeenkomen. Optische phantoms worden meestal gebruikt voor de volgende doeleinden: het lichte transport in biologische weefsels, kalibreren van een nieuw ontwikkelt optisch systeemontwerp, evaluatie van de kwaliteit en de prestaties van bestaande systemen, vergelijken van de prestaties simuleren tussen systemen, en het vermogen van de optische methodes te kwantificeren van de optische eigenschappen1,2,3,4,5te valideren. Daarom, gemakkelijk-aan-get stoffen, een eenvoudige productie-procédé, een hoge reproduceerbaarheid en een optische stabiliteit zijn vereist voor het maken van optische fantomen.
Verschillende soorten optische phantoms met verschillende basismaterialen zoals waterige suspensie6, gelatine gel7, agarose gel8,9,10, polyacrylamidegel11, hars12, 13,14,15,16, en kamer-temperatuur-vulcanizing siliconen17 zijn gemeld in de vorige literatuur. Er werd gemeld dat gelatine en alginaat-gebaseerde gels nuttig voor optische phantoms met heterogene structuren18 zijn. Alginaat phantoms hebben een geschikte mechanische en thermische stabiliteit voor de evaluatie van de effecten van de photothermal zoals laser ablatie studies en hyperthermie laser gebaseerde studies18. Agarose gel hebben de mogelijkheid om het fabriceren van de heterogene structuren en hun mechanische en fysische eigenschappen zijn stabiel voor een lange tijd18. Hoge zuiverheid agarose gel hebben een zeer lage turbiditeit en een zwakke optische absorptie. Daarom zou de optische eigenschappen van agarose gebaseerde phantoms gemakkelijk worden ontworpen met het juiste licht verstrooiing en het absorberen van agenten. Onlangs, styreen-ethyleen-butyleen-styreen (SEBS) blok copolymeren19 en PVC (polyvinylchloride) gels20 hebben gemeld als interessante phantom materialen voor optische en photoacoustic technieken.
Polymeer microsferen7,12,21,22, titanium-oxide poeder1en lipide emulsies23,24,25,26 zoals melk en lipide emulsie zijn gebruikt als gemachtigden van de verstrooiing van licht, terwijl zwarte inkt27,28 en moleculaire kleurstoffen29,30 als lichte absorptieflessen worden gebruikt. Diffuse reflectie spectra van de meeste levende organen worden gedomineerd door de absorptie van zuurstofrijk en gedeoxygeneerd hemoglobine in rode bloedcellen. Daarom hemoglobine oplossingen31,32 en volbloed8,9,10,33,36 worden vaak gebruikt als lichte absorptieflessen in de Phantoms voor een diffuse reflectie spectroscopie en multispectrale beeldbewerking.
De in dit artikel beschreven methode wordt gebruikt voor het maken van een optische phantom nabootsen het licht vervoer in biologische weefsels en te karakteriseren van de optische eigenschappen. Als voorbeeld, een twee-lagen optische phantom nabootsen optische eigenschappen van menselijke huidweefsel wordt aangetoond. De voordelen van deze methode ten opzichte van alternatieve technieken zijn de capaciteit om te vertegenwoordigen diffuse reflectie spectra van levende biologische weefsels in de zichtbaar voor nabij-infrarood golflengte gebied, evenals de eenvoud te maken, met behulp van gemakkelijk beschikbaar materialen en conventionele optische instrumenten. Daarom zullen de optische phantoms gemaakt volgens deze methode nuttig is voor de ontwikkeling van optische methodes op basis van diffuse reflectie spectroscopie en multispectrale beeldvorming.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>150-W halogen-lamp light source</td>
			<td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>LA-150SAE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light guide</td>
			<td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>LGC1-5L1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Integrating Sphere</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>RT-060-SF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Port adapter</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>PA-050-SMA-SF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light trap</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>LTRP-100-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>SRS-99-020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td>
			<td>P400-2-VIS-NIR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miniature Fiber Optic Spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td>
			<td>USB2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Achromatic lens</td>
			<td>Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>ACL-50-75M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intralipid</td>
			<td>Fresenius Kabi AB, Uppsala, Sweden</td>
			<td>Intralipid 10%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coffee 
			(Blendy Mocha Blend Regular Coffee)</td>
			<td>Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japan</td>
			<td>Unavailable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Whole blood</td>
			<td>Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan</td>
			<td>0103-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>NE-AG02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooking heater</td>
			<td>TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japan</td>
			<td>HP-103K</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy

Dit protocol wordt beschreven hoe u agarose gebaseerde weefsel nabootsen fantomen en laat zien hoe om te bepalen hun optische eigenschappen met behulp van een conventionele optische systeem met een bolfotometer. Meetinstallaties voor de overname van de diffuse reflectie en de totale doorlatingsfactor spectra worden geconstrueerd met een breedband witte lichtbron, een lichtgeleider, een achromatische lens, een bolfotometer, een monsterhouder, een optische vezel sonde, en een meerkanaals spectrometer. Een acryl schimmel, bestaande uit twee rechthoekige acryl stukken en een U-vormige acryl stuk is gebouwd om te maken een epidermale phantom en een dermale phantom met volbloed. De toepassing van een natrium-dithioniet (Na2S2O4)-oplossing op de dermale phantom in staat stelt de onderzoeker naar deoxygenate hemoglobine in rode bloedcellen in de dermale phantom verspreid. De inverse Monte Carlo simulatie met de diffuse reflectie en de totale doorlatingsfactor spectra gemeten door een spectrometer met een bolfotometer is uitgevoerd om te bepalen van de absorptie coëfficiënt spectrum µeen(λ) en de verminderd verstrooiing coëfficiënt spectrum µs' (λ) van elke laag phantom. Een twee-lagen phantom nabootsen van de diffuse reflectie van menselijke huidweefsel wordt ook aangetoond door het opstapelen van de epidermale phantom op de dermale phantom.

Figuur 3 toont de representatieve geschatte spectra van de coëfficiënt verlaagd verstrooiing en de d'absorption acoustique voor de epidermale phantom en de dermale phantom. De resultaten afgebeeld in Figuur 3 worden de gemiddelden van tien metingen van de reflectiecoëfficiënt zowel doorlating spectra. De verminderde verstrooiing coëfficiënt µs' heeft een spectrum van brede verstrooiing, vertone...

Watch this Scientific Journal Video about Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy at JoVE.com

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Hier, we laten zien hoe optische phantoms agarose gebaseerde nabootsen van weefsel worden gemaakt en hoe hun optische eigenschappen worden bepaald met behulp van een conventionele optische systeem met een bolfotometer.

Agarose gebaseerde weefsel nabootsen van optische Phantoms voor Diffuse reflectie spectroscopie

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biomoleculaire Detectie gebruik de interferometrische reflectie Imaging Sensor (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Non-contact, Label-free Monitoring of Cells and Extracellular Matrix using Raman Spectroscopy

Non-contact, Label-free monitoring van cellen en extracellulaire matrix met behulp van Raman spectroscopie

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, ...

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

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

In vitro synthese van Native, Stapel Lange Afstand en Segmentale Lange Afstand Collageen

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

Grafeen Coatings voor Biomedische implantaten

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

Construction of a Preclinical Multimodality Phantom Using Tissue-mimicking Materials for Quality Assurance in Tumor Size Measurement

Bouw van een preklinisch Multimodaliteit Phantom Met Tissue-nabootsende Materialen voor Kwaliteitszorg in tumorgrootte Meting

World Health Organization (WHO) and the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) working groups advocated standardized criteria for ...

Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

Multimodale beeldvorming en spectroscopie Fiber-bundel microendoscopy Platform voor niet-invasieve,<em&gt; In Vivo</em&gt; Tissue Analyse

Recent fiber-bundle microendoscopy techniques enable non-invasive analysis of in vivo tissue using either imaging techniques or a combination of ...

Preparation and Characterization of Novel HDL-mimicking Nanoparticles for Nerve Growth Factor Encapsulation

Voorbereiding en karakterisering van nieuwe HDL-nabootsende nanodeeltjes voor ingewikkelde zenuwgroei Factor

The objective of this article is to introduce preparation and characterization methods for nerve growth factor (NGF)-loaded, high-density, lipoprotein ...

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur

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

Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation

Productie weefsel-nabootsen van abdominale Aorta Hydrogel Phantoms voor echografie Elastography validatie

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the ...

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functional Connectivity of the Human Brain using Optical Diffuse Correlation Spectroscopy

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functionele connectiviteit van het menselijk brein met behulp van optical diffuse correlatie spectroscopie

To obtain a comprehensive understanding of the human brain, utilization of cerebral blood flow (CBF) as a source of contrast is desired because it is a ...