जैविक ऊतक अनुकरण करने के लिए फैंटम की मल्टीमॉडल 3 डी प्रिंटिंग
Summary
स्पिन कोटिंग, पॉलीजेट प्रिंटिंग, और फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग को बहुस्तरीय विषम प्रेत का उत्पादन करने के लिए एकीकृत किया जाता है जो जैविक ऊतकों के संरचनात्मक और कार्यात्मक गुणों का अनुकरण करते हैं।
Abstract
बायोमेडिकल ऑप्टिकल इमेजिंग विभिन्न बीमारियों के निदान और उपचार में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रही है। हालांकि, ऑप्टिकल इमेजिंग डिवाइस की सटीकता और प्रजनन क्षमता इसके घटकों, परीक्षण वातावरण और संचालन की प्रदर्शन विशेषताओं से बहुत प्रभावित होती है। इसलिए, प्रेत मानकों का पता लगाने योग्य द्वारा इन उपकरणों को कैलिब्रेट करना आवश्यक है। हालांकि, वर्तमान में उपलब्ध अधिकांश प्रेत सजातीय प्रेत हैं जो जैविक ऊतकों की बहुआयामी और गतिशील विशेषताओं का अनुकरण नहीं कर सकते हैं। यहां, हम एक स्पिन कोटिंग मॉड्यूल, एक पॉलीजेट मॉड्यूल, एक फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (एफडीएम) मॉड्यूल और एक स्वचालित नियंत्रण ढांचे को एकीकृत करने वाली उत्पादन लाइन का उपयोग करके विषम ऊतक-अनुकरण प्रेत के निर्माण को दिखाते हैं। संरचनात्मक जानकारी और “डिजिटल ऑप्टिकल प्रेत” के ऑप्टिकल मापदंडों को एक प्रोटोटाइप फ़ाइल में परिभाषित किया गया है, जो उत्पादन लाइन पर आयात किया जाता है, और विभिन्न मुद्रण तरीकों के बीच अनुक्रमिक स्विच के साथ मनगढ़ंत परत-दर-परत है। इस तरह की उत्पादन लाइन की तकनीकी क्षमता त्वचा-अनुकरण प्रेत की स्वचालित मुद्रण द्वारा उदाहरण दी जाती है जिसमें एपिडर्मिस, डर्मिस, चमड़े के नीचे ऊतक और एक एम्बेडेड ट्यूमर शामिल है।
Introduction
बायोमेडिकल ऑप्टिकल इमेजिंग चिकित्सा इमेजिंग उपकरणों के एक परिवार का प्रतिनिधित्व करता है जो जैविक ऊतकों के साथ प्रकाश बातचीत के आधार पर बीमारियों और ऊतक विसंगतियों का पता लगाते हैं। चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) और गणना टोमोग्राफी (सीटी) जैसे अन्य इमेजिंग तौर-तरीकों की तुलना में, बायोमेडिकल ऑप्टिकल इमेजिंग कम लागत वाले और पोर्टेबलउपकरणों1,2,3,4का उपयोग करके ऊतक संरचनात्मक, कार्यात्मक और आणविक विशेषताओं के नॉनइनवेसिव माप का लाभ उठाता है। हालांकि, लागत और पोर्टेबिलिटी में अपनी श्रेष्ठता के बावजूद, ऑप्टिकल इमेजिंग को नैदानिक निदान और चिकित्सीय मार्गदर्शन के लिए व्यापक रूप से स्वीकार नहीं किया गया है, आंशिक रूप से इसकी खराब प्रजनन क्षमता और ऑप्टिकल और जैविक मापदंडों के बीच मात्रात्मक मानचित्रण की कमी के कारण। इस सीमा का मुख्य कारण मात्रात्मक अंशांकन और बायोमेडिकल ऑप्टिकल इमेजिंग उपकरणों के सत्यापन के लिए पता लगाने योग्य मानकों की कमी है।
अतीत में, विभिन्न ऊतक प्रकारों में जैव चिकित्सा ऑप्टिकल इमेजिंग अनुसंधान के लिए विभिन्नप्रकार के ऊतक-अनुकरण प्रेत विकसित किए गए थे, जैसे मस्तिष्क5,6,7,त्वचा8,9,10,11,12,मूत्राशय13,और स्तन ऊतक14,15,16,17। ये प्रेत मुख्य रूप से निम्नलिखित निर्माण प्रक्रियाओं में से एक द्वारा उत्पादित होते हैं: 1) स्पिन कोटिंग10,18 (समरूप और पतले स्तरित ऊतकों का अनुकरण करने के लिए); 2)मोल्डिंग 19 (ज्यामितीय सुविधाओं के साथ भारी ऊतक अनुकरण के लिए); और 3) त्रि-आयामी (3 डी) मुद्रण20,21,22 (बहुस्तरीय विषम ऊतकों का अनुकरण करने के लिए)। मोल्डिंग द्वारा उत्पादित त्वचा प्रेत त्वचा ऊतक के थोक ऑप्टिकल गुणों की नकल करने में सक्षम हैं, लेकिन पार्श्व ऑप्टिकलविषमता19अनुकरण नहीं कर सकते । बेंट्ज़ एट अल ने जैविक ऊतक23के विभिन्न ऑप्टिकल गुणों की नकल करने के लिए दो चैनल एफडीडीएम 3 डी प्रिंटिंग विधि का उपयोग किया। हालांकि, दो सामग्रियों का उपयोग करके ऊतक ऑप्टिकल विषमता और एनीसोट्रोपी का पर्याप्त अनुकरण नहीं कर सकता है। लुरी एट अल ने 3डी प्रिंटिंग और स्पिन कोटिंग13के संयोजन से ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी (OCT) और सिस्टोस्कोपी के लिए एक मूत्राशय प्रेत बनाया । हालांकि, प्रेत की विषम विशेषताएं, जैसे रक्त वाहिकाओं, हाथ से चित्रित किया जाना था ।
उपरोक्त प्रेत निर्माण प्रक्रियाओं में, 3 डी प्रिंटिंग जैविक ऊतक की संरचनात्मक और कार्यात्मक विषमताओं का अनुकरण करने के लिए सबसे अधिक लचीलापन प्रदान करता है। हालांकि, त्वचा के ऊतकों जैसे कई जैविक ऊतक प्रकारों में बहुस्तरीय और बहुस्तरीय घटक शामिल हैं जिन्हें एकल 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया द्वारा प्रभावी रूप से डुप्लिकेट नहीं किया जा सकता है। इसलिए, कई विनिर्माण प्रक्रियाओं का एकीकरण आवश्यक है। हम एक 3डी प्रिंटिंग उत्पादन लाइन का प्रस्ताव करते हैं जो बहुस्तरीय और बहुस्तरीय ऊतकों के स्वचालित उत्पादन के लिए कई विनिर्माण प्रक्रियाओं को एकीकृत करता है जो फैंटम को बायोमेडिकल ऑप्टिकल इमेजिंग(चित्रा 1)के लिए एक ट्रेस करने योग्य मानक के रूप में अनुकरण करता है। यद्यपि स्पिन कोटिंग, पॉलीजेट प्रिंटिंग और एफडीएम हमारी 3 डी प्रिंटिंग उत्पादन लाइन में स्वचालित हैं, प्रत्येक तौर-तरीकों में स्थापित प्रक्रियाओं के समान कार्यात्मक विशेषताओं को बरकरार रखा जाता है। इसलिए, यह पेपर एक ही उपकरण में कई प्रक्रियाओं के भौतिक एकीकरण की आवश्यकता के बिना बहुआयामी, बहुस्तरीय और विषम ऊतक-सिमुलेशन प्रेत के उत्पादन के लिए एक सामान्य दिशानिर्देश प्रदान करता है।
चित्र 1: 3 डी प्रिंटिंग उत्पादन लाइन का सीएडी आरेख। (A)शीर्ष खोल के साथ 3 डी प्रिंटिंग उत्पादन लाइन हटा दी गई। (ख)स्पिन कोटिंग मॉड्यूल और मैकेनिकल हैंड मॉड्यूल की योजनाबद्ध । (ग)पॉलीजेट प्रिंटिंग मॉड्यूल की योजनाबद्ध। (D)एफडीएम प्रिंटिंग मॉड्यूल (यूवी लैंप पॉलीजेट प्रिंटिंग मॉड्यूल से संबंधित है) की योजनाबद्ध। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
Protocol
Representative Results
Discussion
मल्टीलेयर्ड फैंटम के निर्माण में स्पिन कोटिंग के लिए इस्तेमाल होने वाली सामग्री पीडीएम की जगह एक तरह की हल्की-फुल्की सामग्री है। इंटरमीडिएट परत पॉलीजेट प्रिंटिंग विधि के साथ मुद्रित होती है, जो हल्क?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को चीन के नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन (ग्रांट नग 11002139 और 81327803) और केंद्रीय विश्वविद्यालयों के लिए फंडामेंटल रिसर्च फंड्स ने सपोर्ट किया। हम ऑडियो वॉयसओवर प्रदान करने के लिए विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के जचारी जे स्मिथ का शुक्रिया अदा करते हैं ।
Materials
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone | aladdin | H110280-500g | Light initiator http://www.aladdin-e.com/ |
| 3D printing control system | USTC | USTC-3DPrinter_control1.0 | custom-made github: https://github.com/macanzhen/ |
| 3D printing system | USTC | USTC-3DPrinter1.0 | custom-made |
| AcroRip color | Human Plus | AcroRip v8.2.6 | |
| All-in-one nozzle slicing script | Shenzhen CBD Technology Co.,Ltd. | github: https://github.com/macanzhen/ |
|
| Chinese Red Dye | Juents | Oil-soluble | |
| Cura | Ultimaker | Cura_15.04.6 | |
| Gel Wax | Shanghai Lida Industry Co.,ltd. | LP | melting point: 56 °C |
| Graphite | aladdin | G103922-100g | Change object optical absorption parameters http://www.aladdin-e.com/ |
| PDMS | Dow Corning | 184 | |
| Titanium dioxide | ALDRICH | 24858-100G | 347 nm |
| Triethylene glycol dimethacrylate | aladdin | T101642-250ml | Photocured monomer http://www.aladdin-e.com/ |
| UV ink SLA Photopolymer Resin | time80s | RESIN-A | http://www.time80s.com/zlxz |
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