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

Del av dette arbeidet ble støttet av en Grant-in-Aid for Scientific Research (C) fra japansk Society for fremme av vitenskap (25350520, 22500401, 15 K 06105) og US ARMY ITC-PAC forsknings og utviklingsprosjekt (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. bygging av en konvensjonell diffus refleksjon og totale transmisjon spektroskopiske System
Merk: Konstruere måling systemer for diffus refleksjon og totale transmisjon spectra bredbånd hvit lyskilde, en lys guide, en achromatic linse, en integrert sfære, prøve innehaver, en optisk fiber og en flerkanals spectrometer. Rollen til lys fellen er å fjerne komponenten specular refleksjon fra refleksjon spekteret. Eksempel innehaver av integrere sfæren består av en monteringsplaten og svaleha...

Det viktigste trinnet i denne protokollen er temperaturkontroll grunnmaterialet. Temperaturen å opprettholde grunnmaterialet varierte fra 58 til 60 ° C. Hvis temperaturen er mer enn 70 ° C, oppstår en denaturering av både den lipid emulsjonen og hele blod. Som en konsekvens, vil den optiske egenskapene av phantom svekkes. Hvis temperaturen er mindre enn 40 ° C, basen materialet vil være ununiformly gelled og dermed lette spredning og absorpsjon agentene vil bli heterogeneously distribuert i phantom. Selv om grunnm...

Optisk phantoms objekter mimicking den optiske egenskapene av biologisk vev og brukt mye innen Biomedisinsk optikk. De er utformet slik at den optiske egenskapene, for eksempel lysspredning og absorpsjon koeffisienter, samsvarer med de av levende menneske og dyr vev. Optisk fantomer brukes vanligvis til følgende formål: simulere lys transport i biologisk vev, kalibrere en nyutviklet optisk systemdesign, vurdere kvaliteten og ytelsen av eksisterende systemer, sammenligne ytelsen mellom systemer og validere evne av optiske metoder å kvantifisere den optiske egenskaper1,2,3,4,5. Derfor kreves lett å få stoffer, en enkel fabrikasjon prosessen, en høy reproduserbarhet og en optisk stabilitet for å lage optiske fantomer.
Ulike typer optisk fantomer med forskjellige base materialer som vandig suspensjon6, gelatin gel7, agarose gel8,9,10, polyakrylamid gel11, harpiks12, 13,14,15,16, og rom-temperatur-vulcanizing silikon17 har blitt rapportert i forrige litteratur. Det har blitt rapportert at gelatin og alginate-baserte gels er nyttig for optisk fantomer med heterogene strukturer18. Alginate fantomer har en egnet mekanisk og termisk stabilitet for å vurdere photothermal effekter som laser ablasjon studier og laser-basert hypertermi studier18. Agarose gels har muligheten til å dikte heterogene strukturer, og deres mekaniske og fysiske egenskaper er stabil for en lang tid18. Høy renhetsgrad agarose gels har en svært lav turbiditet og en svak optisk absorpsjon. Derfor kan optiske egenskaper av agarose-baserte fantomer lett være utformet med riktig lys spredning og absorberende agenter. Nylig styren-etylen-butylene-styren (SEBS) blokk copolymers19 og polyvinylklorid (PVC) gels20 har blitt rapportert som interessant phantom materialer for optisk og photoacoustic teknikker.
Polymer mikrosfærer7,12,21,22, Titan oksid pulver1og lipid emulsjoner23,24,25,26 som melk og lipid emulsjon brukes som lysspredning agenter, mens svart blekk27,28 og molekylære fargestoffer29,30 brukes som lys dempere. Diffus refleksjon spektra av de fleste levende organer er dominert av absorpsjon av oksygen og deoxygenated hemoglobin i røde blod celler. Derfor hemoglobin løsninger31,32 og fullblod,8,,9,,10,,33,,36 blir ofte brukt som lys dempere i den fantomer for en diffus refleksjon spektroskopi og multispectral bildebehandling.
Metoden beskrevet i denne artikkelen brukes til å opprette en optisk phantom mimicking lys transport i biologisk vev og karakterisere optiske egenskaper. Som et eksempel, en to-lagdelt optisk phantom mimicking optiske egenskaper av menneskelig hud vev er demonstrert. Fordelene med denne metoden over alternative teknikker er muligheten til å representere diffus refleksjon spektra av levende biologisk vev i den synlige for nær-infrarøde bølgelengdeområdet, samt enkelheten å gjøre det, bruke som er lett tilgjengelig materialer og konvensjonelle optiske instrumenter. Derfor vil de optiske fantomer laget av denne metoden være nyttig for utvikling av optisk metoder basert på diffus refleksjon spektroskopi og multispectral bildebehandling.

<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

Denne protokollen beskriver hvordan lage agarose-baserte vev-mimicking fantomer og demonstrerer hvordan å bestemme optiske egenskapene med en konvensjonell optisk system med en integrert sfære. Måle systemer for oppkjøpet av diffus refleksjon og totale transmisjon spectra er bygget med bredbånd hvit lyskilde, en lys guide, en achromatic linse, en integrert sfære, prøve innehaver, en optisk fiber sonde, og flerkanals spectrometer. En akryl mold som består av to rektangulære akryl stykker og en U-formet akryl stykke er konstruert for å opprette en epidermal phantom og en dermal phantom med fullblod. Anvendelsen av en natrium dithionite (Na2S2O4) løsning til dermal phantom gjør forskeren til deoxygenate hemoglobin i røde blod celler distribuert i dermal phantom. Inverse Monte Carlo simulering med diffus refleksjon og totale transmisjon spectra målt ved et spektrometer med en integrert sfæren er utført for å avgjøre den absorpsjon koeffisienten spektrum µen(λ) og redusert spredning koeffisienten spektrum μs' (λ) i hvert lag phantom. En to-lagdelt phantom mimicking diffus refleksjon av menneskelige huden vev er også demonstrert av piling opp epidermal phantom på dermal phantom.

Figur 3 viser til representant anslagsvis spectra redusert spredning koeffisient og absorpsjon koeffisient for epidermal phantom og dermal phantom. Resultatene vises i Figur 3 er gjennomsnitt av ti mål til både refleksjon og transmisjon spectra. Redusert spredning koeffisienten μs' har en bred spredning spektrum, viser en høyere styrke på kortere bølgelengder. Spectral funksjonene tilsvarer de t...

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

Her viser vi hvordan agarose-baserte vev-mimicking optisk fantomer gjøres og hvordan optiske egenskaper fastsettes ved hjelp av en konvensjonell optisk system med en integrert sfære.

Agarose-baserte vev Mimicking optisk Phantoms for diffus refleksjon spektroskopi

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

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

Ikke-kontakt, Label-fri Overvåking av celler og ekstracellulær matriks med Raman spektroskopi

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 Syntese av Native, Fibrous Long Mellomrom og Segmental Long avstand Kollagen

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

Graphene Belegg for Biomedical Implantater

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

Bygging av en preklinisk Multimodalitet Phantom hjelp Tissue-etterligne Materialer for Quality Assurance in Tumor størrelse måling

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

Multimodal Imaging og spektroskopi Fiber-bundle Microendoscopy plattform for ikke-invasiv,<em&gt; I Vivo</em&gt; Vevet 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

Forberedelse og karakterisering av nye HDL-imiterende nanopartikler for nervvekstfaktorkapsling

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

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 ...

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

Produksjon Abdominal Aorta Hydrogel vev-Mimicking Phantoms for ultralyd Elastography validering

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 blodstrøm-basert hviletilstand funksjonell tilkobling av den menneskelige hjerne ved hjelp av optisk diffus korrelasjon spektroskopi

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 ...