Name: agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00
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Parte deste trabalho foi apoiado por um subsídio para a Scientific Research (C) da sociedade japonesa para a promoção da ciência (25350520, 22500401, 15 K 06105) e o exército dos EUA ITC-PAC pesquisa e desenvolvimento de projeto (documento FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. construção de um convencional refletância e transmitância Total espectroscópico sistema difuso
Nota: Construa os sistemas de medição de reflectância difusa e espectros de transmitância total usando uma fonte de luz branca em banda larga, um guia de luz, uma lente acromática, uma esfera de Ulbricht, um porta-amostras, uma fibra óptica e um espectrômetro de multi-canal. O papel da armadilha luminosa é para remover o componente da reflexão especular do espectro de refletância. Por...

O passo mais crítico neste protocolo é o controle de temperatura do material base. A temperatura para manter o material de base, variou entre 58 e 60 ° C. Se a temperatura for superior a 70 ° C, ocorrerá uma desnaturação de emulsão lipídica e o sangue todo. Como consequência, as propriedades ópticas do fantasma irão deteriorar-se. Se a temperatura for inferior a 40 ° C, o material de base vai ser ununiformly funcionava e, assim, os agentes de dispersão e absorção de luz vão ser heterogénea no fantasma. ...

Espectros ópticos são objetos imitando as propriedades ópticas de tecidos biológicos e tem sido amplamente utilizados no campo da óptica biomédica. Eles são projetados para que as propriedades ópticas, tais como a dispersão da luz e coeficientes de absorção, correspondam com as dos tecidos humanos e animais vivos. Espectros ópticos são geralmente usados para os seguintes fins: simulando o transporte luz em tecidos biológicos, calibrar um design recentemente desenvolvido sistema óptico, avaliando a qualidade e o desempenho dos sistemas existentes, comparando o desempenho entre os sistemas e validando a capacidade dos métodos ópticos para quantificar as propriedades ópticas1,2,3,4,5. Portanto, fácil de obter substâncias, um processo de fabricação simples, uma grande reprodutibilidade e uma estabilidade óptica são necessários para fazer espectros ópticos.
Gel de vários tipos de espectros ópticos com diferentes materiais de base como suspensão aquosa6, gelatina,7,10,9,8,do gel de agarose, gel de poliacrilamida11, resina12, 13,14,15,16e quarto-temperatura de vulcanização do silicone17 têm sido relatados na literatura anterior. Tem sido relatado que géis de gelatina e alginato-baseados são úteis para espectros ópticos com estruturas heterogêneas18. Fantasmas de alginato tem uma estabilidade mecânica e térmica adequada para avaliar originando efeitos tais como estudos de ablação do laser e de estudos baseados em laser hipertermia18. Géis de agarose têm a capacidade de fabricar estruturas heterogêneas, e suas propriedades físicas e mecânicas são estáveis por um longo tempo18. Géis de agarose alta pureza tem uma muito baixa turbidez e uma fraca absorção óptica. Portanto, propriedades óticas de fantasmas baseados em agarose facilmente poderiam ser projetadas com a luz adequada, espalhamento e absorção de agentes. Recentemente, estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS) de copolímeros de bloco19 e cloreto de polivinila (PVC) géis20 foram relatados como interessantes materiais fantasmas para óptica e fotoacústico técnicas.
Polímero microesferas7,12,21,22, de pó de óxido de titânio1e lipídios emulsões23,24,25,26 tais como leite e lipídios emulsão são usados como agentes de dispersão da luz, Considerando que a tinta preta27,28 e29,de corantes molecular30 são utilizados como absorventes de luz. Reflectância difusa espectros da maioria dos órgãos vivos são dominados pela absorção do oxigenado e desoxigenado hemoglobina nos glóbulos vermelhos. Portanto, a hemoglobina soluções31,32 e sangue total8,9,10,33,36 são frequentemente usados como absorventes de luz na fantasmas de espectroscopia de reflectância difusa e imagens multiespectrais.
O método descrito neste artigo é usado para criar um fantasma ótico imitando o transporte luz em tecidos biológicos e caracterizar suas propriedades ópticas. Por exemplo, é demonstrado um duas camadas ótico fantasma imitando propriedades ópticas dos tecidos da pele humana. As vantagens deste método sobre técnicas alternativas são a capacidade de representar os espectros de reflectância difusa de tecidos biológicos vivos na região de comprimento de onda infravermelho próximo, bem como a simplicidade para disponibilizá-lo, usando facilmente visível materiais e instrumentos ópticos convencionais. Portanto, os espectros ópticos feitos por este método será útil para o desenvolvimento de métodos ópticos baseados em espectroscopia de reflectância difusa e imagens multiespectrais.

<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

Este protocolo descreve como fazer fantasmas de tecido-imitando baseada em agarose e demonstra como determinar suas propriedades ópticas, utilizando um sistema óptico convencional com uma esfera de Ulbricht. Sistemas de medição para a aquisição da reflectância difusa e espectros de transmitância total são construídos com uma fonte de luz branca em banda larga, um guia de luz, uma lente acromática, uma esfera de Ulbricht, um porta-amostras, uma sonda de fibra óptica e uma espectrômetro de multi-canal. Um molde de acrílico que consiste de dois pedaços de acrílico retangulares e um pedaço de acrílico em forma de U é construído para criar um fantasma epidérmico e dérmico fantasma com sangue total. A aplicação de uma solução de (ND2S2O4) de ditionito de sódio para o fantasma dérmica permite que o pesquisador de deoxygenate de hemoglobina nos glóbulos vermelhos distribuídos no fantasma dérmico. O inverso de simulação de Monte Carlo com a reflectância difusa e espectros de transmitância total medidos por um espectrômetro com uma esfera de Ulbricht é realizado para determinar a absorção coeficiente espectro µa(λ) e a reduzido coeficiente de dispersão a espectro µs' (λ) de cada camada fantasma. Um fantasma de duas camadas, imitando a reflectância difusa do tecido da pele humana também é demonstrado pelo acumulando o fantasma epidérmico sobre o fantasma dérmico.

A Figura 3 mostra os espectros estimados representativos do coeficiente de dispersão reduzida e o coeficiente de absorção para o fantasma epidérmica e dérmica fantasma. Os resultados mostrados na Figura 3 são as médias de dez medições dos espectros de reflectância e transmitância. O espalhamento reduzido coeficiente µs' tem um espectro de ampla dispersão, exibindo uma magnitude maior em c...

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Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Aqui, demonstramos como fantasmas ópticas de tecido-imitando baseada em agarose são feitas e como as propriedades ópticas são determinadas usando um sistema óptico convencional com uma esfera de Ulbricht.

Baseado em agarose tecido imitando Phantoms ópticos por espectroscopia de reflectância difusa

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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