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

Teil dieser Arbeit wurde durch eine Beihilfe für Scientific Research (C) aus der japanischen Gesellschaft für Promotion of Science (25350520, 22500401, 15 K 06105) und der US-ARMY ITC-PAC Forschungs- und Entwicklungsprojekt (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132) unterstützt.

1. Bau eines konventionellen Diffuse Reflexion und totale Durchlässigkeit spektroskopische Systems
Hinweis: Erstellen Sie die Mess-Systeme für die diffuse Reflexion und totale Durchlässigkeit Spektren ein Breitband weiße Lichtquelle, ein Lichtleiter eine Achromatische Linse, einer Ulbricht-Kugel, einen Probenhalter, einer optischen Faser und ein Mehrkanal-Spektrometer. Die Rolle der Lichtfalle soll die spiegelnde Reflexion-Komponente aus dem Reflexionsvermögen-Spektrum zu entfernen. Der Pro...

Der wichtigste Schritt in diesem Protokoll wird die Temperaturregelung des Grundmaterials. Die Temperatur weiterhin das Grundmaterial reichte von 58 bis 60 ° C. Wenn die Temperatur über 70 ° C ist, wird eine Denaturierung der Lipid-Emulsion und die Vollblut auftreten. Infolgedessen werden die optischen Eigenschaften des Phantoms verschlechtern. Wenn die Temperatur unter 40 ° C, das Grundmaterial wird ununiformly geliert und somit die Licht Streuung und Absorption Agenten im Phantom heterogen verteilt werden. Obwohl d...

Optische Phantome sind Objekte, die imitiert der optischen Eigenschaften der biologischen Gewebe und haben im Bereich Biomedizinische Optik verbreitet. Sie sind entworfen, so dass die optischen Eigenschaften, wie leichte Streuung und Absorption Koeffizienten, mit denen der lebenden menschlichen und tierischen Geweben übereinstimmen. Optische Phantome sind in der Regel für folgende Zwecke verwendet: simuliert den Lichttransport in biologischen Geweben, Kalibrierung von einem neu entwickelten optischen Systemdesign, Bewertung der Qualität und Leistung der bestehenden Systeme, Vergleich der Leistungsfähigkeit zwischen den Systemen und die Möglichkeit der optischen Methoden zur Quantifizierung der optischen Eigenschaften1,2,3,4,5Validierung. Daher sind Stoffe zu bekommen, eine einfache Fertigung, eine hohe Reproduzierbarkeit und eine optische Stabilität benötigt für die Herstellung von optischen Phantome.
Verschiedene Arten von optischen Phantome mit unterschiedlichen Trägermaterialien wie wässrige Suspension6Gelatine gel7, Agarose-Gel8,9,10, Polyacrylamid-Gel11, Harz12, 13,14,15,16und Raum-Temperatur-Vulkanisieren Silikon17 in der bisherigen Literatur berichtet wurde. Es wurde berichtet, dass Gelatine und Alginat-basierten Gele für optische Phantome mit heterogenen Strukturen18nützlich sind. Alginat Phantome haben eine geeignete mechanische und thermische Stabilität für die Bewertung der PHOTOTHERMISCHE Effekte wie Laser Ablation Studien und Laser-basierten Hyperthermie Studien18. Agarose-Gele sind in der Lage, heterogene Strukturen zu fabrizieren, und ihre mechanischen und physikalischen Eigenschaften sind stabil für eine lange Zeit18. Hochreine Agarose-Gele haben eine sehr geringe Trübung und eine schwache optische Absorption. Optische Eigenschaften der Agarose-basierte Phantome konnte daher leicht mit dem entsprechenden Licht Streuung und Absorption Agenten entworfen werden. Vor kurzem, Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS) Block-Copolymere19 und Polyvinylchlorid (PVC) Gele20 berichtet als interessante phantom Materialien für optische und photoakustische Techniken.
Polymer Mikrosphären7,12,21,22, Titan-oxid Pulver1und Lipid-Emulsionen23,24,25,26 wie Milch und Lipid Emulsion dienen als Lichtstreuung Agenten, während schwarze Tinte27,28 und molekularen Farbstoffe29,30 als Licht-Absorber eingesetzt werden. Diffuse Reflexion Spektren von den meisten lebenden Organe durch die Absorption von sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Hämoglobin in den roten Blutkörperchen dominiert sind. Daher, Hämoglobin Lösungen31,32 und Vollblut8,9,10,33,36 dienen Sie häufig als Licht-Absorber in der Phantome für eine diffuse Reflexion Spektroskopie und multispektralen Imaging.
In diesem Artikel beschriebene Methode wird verwendet, um eine optische Phantom imitiert den Lichttransport in biologischen Geweben zu erstellen und seine optischen Eigenschaften zu charakterisieren. Als Beispiel wird eine zweischichtige optische phantom imitiert optischen Eigenschaften der menschlichen Hautgewebe demonstriert. Die Vorteile dieser Methode gegenüber alternativen Techniken sind die Fähigkeit zur Darstellung der diffusen Reflexion Spektren von lebenden biologischen Geweben im sichtbaren infraroten Wellenlängenbereich sowie die Einfachheit, mit leicht zur Verfügung zu stellen Materialien und konventionelle optische Instrumente. Daher werden die optische Phantome machte von dieser Methode für die Entwicklung von optischen Methoden basierend auf diffuse Reflexion Spektroskopie und multispektralen Imaging nützlich sein.

<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

Dieses Protokoll beschreibt die Agarose-basierte Gewebe imitiert Phantome zu machen und zeigt, wie Sie ihre optischen Eigenschaften, die mit einem herkömmlichen optischen System mit einer Ulbricht-Kugel zu bestimmen. Mess-Systeme für der Erwerb der diffusen Reflexion und totale Durchlässigkeit Spektren sind mit einer Breitband-weiße Lichtquelle, ein Lichtleiter, eine achromatische Objektiv, einer Ulbricht-Kugel, einen Probenhalter ein Glasfaser-Sonde gebaut und eine Mehrkanal-Spektrometer. Ein Acryl Schimmel, bestehend aus zwei rechteckige Acryl Stücke und eine u-förmige Acryl Stück ist konstruiert, um eine epidermalen Phantom und ein dermal Phantom mit Vollblut zu schaffen. Die Anwendung einer Natrium Dithionite (Na2S2O4) Lösung der dermalen Phantom ermöglicht den Forscher zu Hämoglobin der roten Blutkörperchen in der dermalen Phantom verteilt ebenso. Die Inverse Monte-Carlo-Simulation mit der diffusen Reflexion und totale Durchlässigkeit Spektren gemessen durch ein Spektrometer mit einer Ulbricht-Kugel wird durchgeführt, um die Absorption Koeffizient Spektrum µein(λ) bestimmen und die reduzierte Streuung Koeffizient Spektrum µs"(λ) der einzelnen Layer phantom. Eine zweischichtige Phantom imitiert die diffuse Reflexion des menschlichen Hautgewebe beweist auch häufen sich die epidermalen Phantom auf die dermale Phantom.

Abbildung 3 zeigt die repräsentative geschätzte Spektren von der geringeren Streuung-Koeffizient und der Absorptionskoeffizient für die Phantom epidermalen und dermalen Phantom. Die Ergebnisse in Abbildung 3 dargestellt sind die Mittelwerte von zehn Messungen von Reflexion und Transmission Spektren. Reduzierte Streuung Koeffizient µs' hat eine breite Streuung Spektrum, zeigen eine höhere Größen...

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Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Hier zeigen wir wie Agarose-basierte Gewebe imitiert optische Phantome vorgenommen werden und wie ihre optischen Eigenschaften werden mit einem herkömmlichen optischen System mit einer Ulbricht-Kugel bestimmt.

Agarose-basierte Gewebe imitiert optische Phantome für Diffuse Reflexion Spektroskopie

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

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Biomolekulare Erkennung Einsatz der Interferometrische Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

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Forschung

Biotechnik

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Berührungslose, Label-freie Überwachung von Zellen und extrazellulären Matrix mittels Raman-Spektroskopie

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

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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 ...