Building a tissue like phantom with heterogenous thermal properties, to be used as reference material for photothermal experiments

The speedy developments, extensive research in therapeutic treatments and monitoring of diseases require biological media to study the interaction. Due to ethical restrictions on directly employing innovated research outcomes on human tissue or animal samples, the need for tissue phantoms that simulate and mimic the biological tissues is highly desirable. This study explains the fabrication of a tissue-like phantom that exhibits heterogenous properties and can be used for photothermal therapies. The most common solid phantom used in medical applications is the one with agar powder as bulk matrix, intralipid as scattering medium, and Indian ink as an absorbing medium. Proper dilution and proportions of Intralipid and Indian ink reproduce such tissue simulating phantoms that mimic the optical and thermal properties of biological tissues in terms of the absorption coefficient, scattering coefficient, reduced scattering coefficient, thermal conductivity, and specific heat capacity. In this work, composition, and types of tissue like phantoms are outline, by highlighting different matrix, scatterer, and absorbing materials. The component materials selected to formulate the customized phantom which simulates optical and thermal response at 800nm to 1064nm for Laser Interstitial Thermal Therapy (LITT). The relevant electrical, optical, and thermal properties of biological tissues as a function of temperature and frequency are essential to fabricate tissue mimicking phantom.

I rapidi sviluppi, l'ampia ricerca sui trattamenti terapeutici e il monitoraggio delle malattie richiedono mezzi biologici per studiare l'interazione. A causa delle restrizioni etiche sull'impiego diretto di risultati di ricerca innovativi su tessuti umani o campioni animali, la necessità di fantasmi tissutali che simulino e imitino i tessuti biologici è altamente auspicabile. Questo studio spiega la fabbricazione di un fantasma simile a un tessuto che presenta proprietà eterogenee e può essere utilizzato per terapie fototermiche. Il fantasma solido più comune utilizzato nelle applicazioni mediche è quello con polvere di agar come matrice sfusa, intralipide come mezzo di diffusione e inchiostro di china come mezzo assorbente. La corretta diluizione e le proporzioni di Intralipid e inchiostro di china riproducono tali tessuti simulando fantasmi che imitano le proprietà ottiche e termiche dei tessuti biologici in termini di coefficiente di assorbimento, coefficiente di dispersione, coefficiente di dispersione ridotto, conduttività termica e capacità termica specifica. In questo lavoro, la composizione e i tipi di tessuto come fantasmi sono delineati, evidenziando diversi materiali di matrice, disperdente e assorbente. I materiali dei componenti selezionati per formulare il fantasma personalizzato che simula la risposta ottica e termica da 800 nm a 1064 nm per la terapia termica interstiziale laser (LITT). Le proprietà elettriche, ottiche e termiche rilevanti dei tessuti biologici in funzione della temperatura e della frequenza sono essenziali per fabbricare tessuti che imitano il fantasma.