拡散反射率分光用光学ファントムを模倣したアガロース ベース組織
1Graduate School of Bio-application & Systems Engineering,Tokyo University of Agriculture & Technology, 2Department of Mechanical Engineering,Kushiro National College of Technology, 3Division of Bioinformation and Therapeutic Systems,National Defense Medical College Research Institute, 4Graduate School of Science and Engineering,Yamagata University, 5College of Design and Manufacturing Technology,Muroran Institute of Technology, 6Department of Livestock Services,Ministry of Fisheries and Livestock, Government of Bangladesh
Summary
アガロース ベース組織模倣光ファントムが作られて 方法を示すここでは、その光学特性は、積分球を用いた従来の光学系を使用して決定されます。
Abstract
このプロトコルは、組織模倣ファントムの agarose ベースの作り方を説明し、積分球を用いた従来の光学系を用いた光学的性質を決定する方法を示します。拡散反射率および全透過率スペクトルの取得がブロード バンド白色光源、光ガイド、アクロマティック レンズ、積分球、試料ホルダー、光ファイバープローブで構築されているために、計測システムとマルチ チャンネル分光器です。2 つの長方形のアクリル部分と U 形のアクリル作品から成るアクリル金型は、全血を表皮のファントムと真皮のファントムを作成する構築されます。ナトリウム (Na2S2O4) ハイドロサルファイト溶液の皮膚ファントムへの応用により皮膚ファントム分散赤血球中のヘモグロビンを deoxygenate に研究員。吸収係数スペクトルμ、(λ) を決定する逆拡散反射と全透過率スペクトル積分球を用いた分光計によって測定されるモンテカルロ ・ シミュレーションを実行し、散乱係数スペクトルμsを削減 ‘ (λ) 各層のファントムの。人間の皮膚組織の拡散反射を模倣した二層ファントムも皮膚ファントムに表皮のファントムを積むことによって示します。
Introduction
生体組織の光学特性を模倣したオブジェクトは、光と生体医用光学分野で広く使用されています。彼らは、生きている人間や動物組織の光散乱と吸収係数などの光学特性が一致するように設計されています。光のファントムは一般的に次の目的に使用される: 品質とパフォーマンスを比較する、既存のシステムのパフォーマンスを評価、新開発の光学系の設計を調整、生体組織の光トランスポートをシミュレートします。システムと光学特性1,2,3,4,5を定量化するための光学的手法の能力の検証します。したがって、光安定性、再現性の高いシンプルな作製プロセス取得簡単な物質、光ファントムを作るために必要。
各種水性懸濁液6、ゼラチンなどの異なる基本材料と光のファントムのゲル7agarose のゲル8,9,10, ポリアクリルアミドゲル11, 樹脂12、 13,14,15,16部屋温度加硫シリコーン17以前文献で報告されています。それは、ゼラチンやアルギン酸ベースのゲルが不均質構造18光ファントムの有用であることが報告されています。アルギン酸ファントム レーザー アブレーション研究などレーザーを用いた温熱療法研究18光熱効果を評価するための適切な機械的および熱的安定性があります。異種構造を作製することは Agarose のゲルとの機械的及び物理的性質が安定して長い時間18。高純度 agarose のゲルがある非常に低い濁り度および弱い光吸収。したがって、ファントムの agarose ベースの光学特性は適切な光散乱及び吸収剤で簡単に設計できます。面白いファントム材料として最近では、報告されているスチレン-エチレン-ブチレン-スチレン (SEBS) ブロック共重合体19ポリ塩化ビニル (PVC) ゲル20光と音響技術。
高分子微小球7,12,21,22、チタン酸化物粉末1、および脂質エマルジョン23,24,25,26牛乳など脂質エマルジョンは黒インク27,28と分子色素29,30光吸収材として使用するのに対し、光散乱剤として使用されます。拡散反射スペクトルの臓器が赤血球で酸素と脱酸素化ヘモグロビンの吸収によって支配されるほとんどの生活。したがって、ヘモグロビン ソリューション31,32および全血8,9,10,33,36における光の吸収体として使用される、拡散反射率分光法とマルチ スペクトル イメージング用ファントム。
この資料に記載メソッドを使用するは、生体組織の光トランスポートを模倣した光学ファントムを作成し、その光学特性を評価します。例として、2 層ファントム模倣した光の光学特性人間の皮膚組織が示されています。このメソッドの代替技術優位が可視近赤外波長域として、それを使用して簡単に利用できるようにシンプルに生きている生体組織の拡散反射スペクトルを表現する能力材料は、従来の光学機器。したがって、この方法によって作られた光のファントムは拡散反射分光法とマルチ スペクトル イメージングに基づく光学的手法の開発に有用になります。
Protocol
1 従来型拡散反射率および全透過率分光システムの構築 注: は、拡散反射率および全透過率スペクトル広帯域白色光源、光ガイド、色消しレンズ、積分球、試料ホルダー、光ファイバー、およびマルチ チャンネル分光器を使用して測定システムを構築します。ライト トラップの役割は、反射スペクトルから鏡面反射成分を削除することです。積分球のサンプル ホルダーは…
Representative Results
代表的な推定スペクトル散乱係数とファントムの表皮と真皮ファントムの吸収係数を図 3に示します。図 3に示す結果の反射率と透過率スペクトル 10 測定の平均であります。散乱係数μs’は、短い波長でより高い大きさを示す広い散乱スペクトル。スペクトルの特徴は、軟部組織の典型的な散乱スペク?…
Discussion
このプロトコルの最も重要なステップは、基材の温度コントロールです。58 から 60 ° C 〜 基本の材料を維持する温度温度は 70 ° C 以上、脂質エマルジョンと全血の変性が発生します。結果として、幻の光学特性が悪くなります。温度が 40 ° C 未満の場合基材が不均一ゼリー状になるし、したがって、光散乱及び吸収剤が不均一幻に配布されます。基材は 60 ° C に保ったが、温度を下げる注射…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品の一部は (25350520、22500401、15 K 06105) 振興と米陸軍 ITC PAC 研究開発プロジェクト (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132) の日本社会から Scientific Research (C) の補助金によって支えられました。
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 |
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Cite This Article
Mustari, A., Nishidate, I., Wares, M. A., Maeda, T., Kawauchi, S., Sato, S., Sato, M., Aizu, Y. Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy. J. Vis. Exp. (138), e57578, doi:10.3791/57578 (2018).