Agarosio-basata del tessuto che imita Phantoms ottico per spettroscopia di riflettanza diffusa

Summary

Qui, dimostriamo come basati su agarosio che imita il tessuto ottici fantasmi sono fatte e come loro proprietà ottiche sono determinate utilizzando un sistema ottico convenzionale con una sfera di integrazione.

Abstract

Questo protocollo viene descritto come rendere basati su agarosio fantasmi che imita il tessuto e viene illustrato come determinare le loro proprietà ottiche utilizzando un sistema ottico convenzionale con una sfera di integrazione. Sistemi di misura per l’acquisizione della riflettanza diffusa e spettri di trasmittanza totale sono costruiti con una sorgente di luce bianca a banda larga, una guida di luce, una lente acromatica, una sfera di integrazione, un portacampioni, una sonda a fibra ottica e un spettrometro multicanale. Uno stampo acrilico composto da due pezzi di acrilico rettangolare e un pezzo di acrilico a forma di U è costruito per creare un fantasma epidermico e un fantasma dermico con sangue intero. L’applicazione di una soluzione di sodio ditionito (Na₂S₂O₄) per il fantasma cutaneo permette al ricercatore di deoxygenate dell’emoglobina nei globuli rossi distribuiti nel fantasma dermico. L’inverso di simulazione Monte Carlo con la riflettanza diffusa e spettri di trasmittanza totale misurati da uno spettrometro con una sfera di integrazione viene eseguita per determinare l’assorbimento coefficiente spettro µ_un(λ) e la ridotto coefficiente di scattering spettro µ_s‘ (λ) di ogni strato fantasma. Un fantasma a due strati che imita la riflettanza diffusa del tessuto della pelle umana è dimostrato anche dai accumulando il fantasma epidermico sul fantasma dermico.

Introduction

Ottici fantasmi sono oggetti che imita le proprietà ottiche dei tessuti biologici e sono stati ampiamente usati nel campo di ottica biomedica. Essi sono progettati in modo che le proprietà ottiche, come la dispersione della luce e coefficienti di assorbimento, corrispondano con quelli di tessuti umani e animali viventi. Ottici fantasmi sono generalmente utilizzati per le seguenti finalità: simulando il trasporto leggero nei tessuti biologici, calibrazione di una progettazione di sistema ottico di nuova concezione, valutando la qualità e le prestazioni dei sistemi esistenti, confrontando le prestazioni tra i sistemi e convalidare la capacità dei metodi ottici per quantificare le proprietà ottiche^1,2,3,4,5. Pertanto, facile da ottenere sostanze, un processo di fabbricazione semplice, un’elevata riproducibilità e una stabilità ottica sono necessari per la fabbricazione di fantasmi ottici.

Vari tipi di fantasmi ottici con diversi materiali di base come sospensione acquosa⁶, gelatina gel⁷, gel di agarosio^8,9,10, gel di poliacrilammide¹¹, resina^{12, 13,14,15,16}e camera-temperatura di vulcanizzazione del silicone¹⁷ sono stati segnalati nella letteratura precedente. È stato segnalato che il gel a base di gelatina e di alginato sono utili per fantasmi ottici con strutture eterogenee¹⁸. Fantasmi di alginato hanno una stabilità meccanica e termica adatta per valutare gli effetti di photothermal come studi di ablazione laser e ipertermia laser-ha basato gli studi¹⁸. Gel dell’agarosi hanno la capacità di fabbricare strutture eterogenee, e le loro proprietà fisiche e meccaniche sono stabili per un lungo periodo di tempo¹⁸. Gel di agarosio ad alta purezza hanno una bassissima torbidità e un debole assorbimento ottico. Pertanto, le proprietà ottiche dei fantasmi basati su agarosio facilmente potrebbero essere progettate con luce appropriata di scattering e assorbimento di agenti. Recentemente, copolimeri di stirene-etilene-butilene-stirene (SEBS) blocco¹⁹ e cloruro di polivinile (PVC) gel²⁰ sono stati segnalati come materiali interessanti fantasma per ottiche e tecniche fotoacustico.

^23,24,25,26 delle emulsioni polimeriche microsfere^7,12,21,22, polvere di ossido di titanio¹e lipidi come latte e lipidico emulsione sono usati come agenti di dispersione della luce, mentre inchiostro nero^27,28 e coloranti molecolare^29,30 sono utilizzati come assorbitori di luce. Riflettanza diffusa spettri della maggior parte dei organi viventi sono dominati dall’assorbimento di ossigenato e deossigenato dell’emoglobina nei globuli rossi. Di conseguenza, emoglobina soluzioni^31,32 e sangue intero^8,9,10,33,36 sono spesso utilizzati come assorbitori di luce nella fantasmi per una spettroscopia di riflettanza diffusa e l’imaging multispettrale.

Il metodo descritto in questo articolo viene utilizzato per creare un’ottico fantasma che imita il trasporto leggero in tessuti biologici e per caratterizzare le sue proprietà ottiche. Ad esempio, è dimostrato un due strati ottici fantasma che imita proprietà ottiche del tessuto della pelle umana. I vantaggi di questo metodo rispetto tecniche alternative sono la capacità di rappresentare gli spettri di riflettanza diffusa di tessuti biologici viventi nel visibile alla regione di lunghezza d’onda del vicino infrarosso, così come la semplicità di renderlo, utilizzando facilmente disponibile materiali e strumenti ottici convenzionali. Di conseguenza, i fantasmi ottici fatti da questo metodo sarà utili per lo sviluppo di metodi ottici basati sulla spettroscopia di riflettanza diffusa e l’imaging multispettrale.

Protocol

1. costruzione di un convenzionale sistema diffuso riflettanza e trasmittanza totale spettroscopico Nota: Costruire i sistemi di misura per la riflettanza diffusa e spettri di trasmittanza totale utilizzando una sorgente di luce bianca a banda larga, una guida di luce, una lente acromatica, una sfera di integrazione, un portacampioni, una fibra ottica e uno spettrometro multicanale. Il ruolo della luce trappola consiste nel rimuovere il componente di riflessione speculare dallo spettro di riflet…

Representative Results

La figura 3 Mostra gli spettri stimati rappresentante il coefficiente di dispersione ridotta e il coefficiente di assorbimento per phantom epidermico e dermico fantasma. I risultati mostrati nella Figura 3 sono le medie di dieci misurazioni degli spettri sia in riflettanza e trasmittanza. La ridotta dispersione coefficiente µs’ ha uno spettro di ampia diffusione, che esibiscono una magnitudo superior…

Discussion

La fase più critica in questo protocollo è il controllo della temperatura del materiale base. La temperatura per mantenere il materiale di base hanno variato da 58 a 60 ° C. Se la temperatura è superiore a 70 ° C, si verificherà una denaturazione di sia l’emulsione del lipido e il sangue intero. Di conseguenza, le proprietà ottiche del fantasma si deteriorano. Se la temperatura è inferiore a 40 ° C, il materiale di base sarà essere ununiformly gelificato e, così, gli agenti di assorbimento e scattering di luce…

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