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标定光学医疗仪器的非均质生物光学仿体的制备新方法

   中国科学技术大学工程科学学院多模态医疗影像与治疗实验室(MBIT, http://www.mbit.ustc.edu.cn)发展了一种用于标定光学医疗仪器的非均质生物光学仿体的制备新方法,为光学医疗仪器的精确标定校准和可溯源标准化提供了一条有效途径,研究成果在线发表于11月25日的生物光学领域著名期刊《 Journal of Biomedical Optics》。
   光学医疗仪器利用生物光子学原理来进行诊断治疗,具有非接触、快速性、无辐射等优点,在临床上具有越来越重要的作用。然而要实用化光学医疗仪器就必须克服生物组织光学测量结果的可溯源标准化问题,因此人们提出了生物组织光学仿体方案,即利用可以模拟生物组织光学特性的仿体来对光学医疗仪器进行标定与校准。如何实现能够精确模拟生物组织光学特性的仿体,成为实现光学医疗仪器标准化的关键之一。然而,过去所采用的生物组织光学仿体多数是均质仿体,不能模拟生物组织的真实形态学特征与光学参数非均匀分布特性。MBIT实验室提出并开发了一种基于3D打印技术的非均质生物组织光学仿体制备新方法。 

图1 生物组织光学仿体的建模与打印流程图


   首先通过对MR(核磁共振)图像的分析处理,重构出生物组织的数字模型。再将不同组织所对应的光学特性参数叠加到数字模型上构建出“数字仿体”。然后利用MBIT实验室所开发的仿体3D打印系统逐层沉积打印出与数字仿体相对应的实物仿体。该实物仿体采用果冻蜡作为仿体的透明基质材料,而散射剂和吸收剂则分别选用二氧化钛粉末和石墨粉。将三种材料按所需比例进行加热和混合,可以精确模拟生物组织的吸收系数和散射系数。通过打印基于MR图像的人脑组织切片模型,验证了该方法模拟组织结构特性的可行性;通过测量多层仿体的组织光学特性,并与其数字模型进行比较,验证了该方法模拟组织光学特性的可行性;通过将血管埋入仿体中并进行血流血氧测量,验证了该方法模拟组织生理特性的可行性。 

图2 人脑组织切片仿体模型与老鼠大脑仿体模型


   上述研究得到了国家自然科学基金委重大科学仪器研制项目的支持。 
   论文链接:http://biomedicaloptics.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2474097 

  (工程科学学院精密机械与精密仪器系、生物医学工程中心)


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