Axée sur l’agarose tissus imitant les fantômes optiques pour la spectroscopie de réflectance Diffuse

Summary

Ici, nous démontrons comment axée sur l’agarose imitant le tissu optiques fantômes sont faits et comment leurs propriétés optiques sont déterminées à l’aide d’un système optique conventionnel avec une sphère d’Ulbricht.

Abstract

Ce protocole décrit comment faire basé sur agarose tissus imitant fantômes et explique comment déterminer leurs propriétés optiques en utilisant un système optique conventionnel avec une sphère d’Ulbricht. Systèmes de mesure pour l’acquisition de la réflectance diffuse et les spectres de transmittance total sont construits avec une source de lumière blanche à large bande, un guide de lumière, une lentille achromatique, une sphère d’Ulbricht, un porte-échantillon, une sonde de fibre optique et un spectromètre à canaux multiples. Un moule acrylique composé de deux pièces acryliques rectangulaires et une pièce acrylique en forme de U est construit pour créer un fantôme épidermique et un fantôme cutané avec sang. L’application d’une solution de (Na₂S₂O₄) le dithionite de sodium à la phantom cutanée permet au chercheur de désoxygéner hémoglobine dans les globules rouges distribués dans le fantôme par voie cutanée. L’inverse de simulation Monte Carlo avec les spectres de transmittance total mesurés par un spectromètre avec une sphère d’Ulbricht et réflexion diffuse est effectué afin de déterminer l’absorption coefficient spectre µ_un(λ) et le réduit le coefficient de diffusion du spectre µ_s‘ (λ) de chaque couche fantôme. Un fantôme à deux couches imitant la réflectance diffuse du tissu de la peau humaine est également démontré en entassant le fantôme épidermique sur le fantôme par voie cutanée.

Introduction

Optiques fantômes sont des objets imitant les propriétés optiques des tissus biologiques et ont été largement utilisées dans le domaine de l’optique biomédicale. Ils sont conçus afin que les propriétés optiques, tels que la diffusion de la lumière et des coefficients d’absorption, correspondent à celles des tissus humains et animaux vivants. Les fantômes optiques sont généralement utilisés pour les fins suivantes : simulant le transport léger dans les tissus biologiques, calibrer un design nouveau système optique, évaluer la qualité et la performance des systèmes existants, en comparant la performance entre les systèmes et en validant la capacité des méthodes optiques de quantifier les propriétés optiques^1,2,3,4,5. Par conséquent, les substances facile à obtenir, un procédé de fabrication simple, une grande reproductibilité et une stabilité optique sont requis pour la fabrication des fantômes optiques.

Différents types de fantômes optiques avec différents matériaux de base comme la suspension aqueuse⁶, gélatine gel⁷, agarose gel^8,9,10, gel de polyacrylamide¹¹, résine^{12, 13,14,15,16}et chambre-température-vulcanisation silicone¹⁷ ont été rapportés dans la littérature antérieure. Il a été rapporté que les gels à base de gélatine et de l’alginate sont utiles pour des fantômes optiques avec des structures hétérogènes¹⁸. Phantoms de l’alginate ont une stabilité mécanique et thermique approprié d’évaluation des effets tels que les études d’ablation au laser et par laser hyperthermie études¹⁸photothermique. Des gels d’agarose ont la capacité de fabriquer des structures hétérogènes, et leurs propriétés mécaniques et physiques sont stables pendant une longue période¹⁸. Des gels d’agarose de haute pureté ont une très faible turbidité et une faible absorption optique. Donc, les propriétés optiques des fantômes basé sur gel d’agarose pourraient facilement être conçues avec la lumière appropriée de diffusion et d’absorber des agents. Récemment, styrène-éthylène-butylène (SEBS), copolymères bloc¹⁹ et polychlorure de vinyle (PVC) gels²⁰ ont été signalés comme matériaux fantômes intéressants pour les optiques et techniques photoacoustiques.

Polymère microsphères^7,12,21,22, oxyde de titane en poudre¹et lipides émulsions^23,24,25,26 comme le lait et les lipides émulsion sont utilisés comme agents de dispersion de la lumière, tandis que d’encre noire^27,28 et colorants moléculaire^29,30 sont utilisés comme amortisseurs de la lumière. Diffuser les spectres de réflectance de vivre la plupart organes sont dominées par l’absorption de l’hémoglobine oxygénée et désoxygéné dans les globules rouges. Donc, l’hémoglobine solutions^31,32 et sang total^8,9,10,33,36 sont souvent utilisés comme absorbeurs de lumière dans la fantômes de spectroscopie de réflectance diffuse et imagerie multispectrale.

La méthode décrite dans cet article est utilisée pour créer un fantôme optique imitant le transport léger dans les tissus biologiques et de caractériser ses propriétés optiques. À titre d’exemple, un deux couches optiques fantôme imitant propriétés optiques des tissus de la peau humaine est démontrée. Les avantages de cette méthode par des techniques alternatives sont la capacité de représenter les spectres de réflectance diffuse dans des tissus biologiques vivants dans le visible à la longueur d’onde du proche infrarouge, ainsi que la simplicité de le rendre, à l’aide de facilement disponible matériaux et instruments d’optique conventionnelles. Par conséquent, les fantômes optiques effectués par cette méthode sera utiles pour le développement de méthodes optiques basée sur la spectroscopie de réflectance diffuse et imagerie multispectrale.

Protocol

1. construction d’un système de réflectance et facteur de transmission totale spectroscopique classique diffus Remarque : Construire les ensembles de mesurage de la réflectance diffuse et spectres de transmittance total à l’aide d’une source de lumière blanche à large bande, un guide de lumière, une lentille achromatique, une sphère d’Ulbricht, un porte-échantillon, une fibre optique et un spectromètre à canaux multiples. Le rôle du piège à lumière doit supprimer le compo…

Representative Results

La figure 3 montre les spectres représentatifs estimations du coefficient de diffusion réduite et le coefficient d’absorption pour le fantôme épidermique et dermique fantôme. Les résultats présentés à la Figure 3 sont les moyennes des dix mesures de spectres de réflectance et de transmission. La dispersion réduit coefficient µs’ a un spectre de diffusion large, présentant une magnitude …

Discussion

L’étape la plus critique dans le présent protocole est le contrôle de la température du matériau de base. La température à maintenir le matériau de base varie entre 58 et 60 ° C. Si la température est supérieure à 70 ° C, une dénaturation de l’émulsion lipidique et le sang se produit. Par conséquent, les propriétés optiques du fantôme seront détériorera. Si la température est inférieure à 40 ° C, le matériau de base va être ununiformly gélifié et, ainsi, les agents de diffusion et d’abs…

Materials

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