一种仿生体系及基于仿生体系的超声聚焦评估系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型适用于物理治疗【技术领域】，提供一种仿生体系及基于仿生体系的超声聚焦评估系统，所述仿生体系具有多个仿生层：仿生体系的表皮层，用于模拟人体皮肤层；仿生体系的仿生体模层，用于模拟人体肌肉层；仿生体系的脂肪层，用于模拟人体脂肪层；仿生体系的水囊袋，用于模拟人体膀胱，所述水囊袋上设有一针头口；仿生体系的内嵌式仿生体模层，用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置和相对状态；以及仿生体系的记忆型仿生体模层，用于探测超声聚焦的反射及折射状况，从而得到一个与人体结构特点、声学以及热学特性相似的仿生体系，用于模拟超声聚焦治疗，以实现对肌瘤周围组织、超声通道上的温度监控以及对超声聚焦治疗剂量的安全和性能评估。
【专利说明】一种仿生体系及基于仿生体系的超声聚焦评估系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于物理治疗【技术领域】，尤其涉及一种仿生体系及基于仿生体系的超声聚焦评估系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]高强度聚焦超声(high-1ntensityfocused ultrasound, HIFU)技术是一种利用声波作为能源的医疗手段。通过将很多束超声波从体外射到身体里去，在发射和投射的过程中间发生聚焦，生成一个聚焦点，所述聚焦点通过声波和热能的转化，在0.5-1秒内形成一个70°C _100°C高温治疗点。肿瘤位于所述聚焦点附近的一定区域内时，肿瘤组织将产生凝固性坏死，失去增值、浸润和转移能力，从而达到热切除肿瘤的治疗效果。
[0004]然而，由于超声换能器的技术局限以及人体的多界面间出现的反射以及衍射等相关声波的线路变化，会对肿瘤周围的组织产生一定程度的温度变化，因此，需要对周围组织以及超声通道上的温度进行监控。
[0005]国内外有很多聚焦超声领域的研究者采用各种透明或者不透明的超声体模，用于超声聚焦焦域形态的呈现和评价。透明的超声体模有鸡蛋清类蛋白质体模、牛血清蛋白(BSA)类蛋白质体模，甚至牛眼睛晶状体，这一类的透明体模可以通过肉眼实时观测到HIFU焦域热效应的变化，并可通过图片或录像拍摄进行记录和测量。不透明的超声体模有蛋白质类体模，所述蛋白质类体模不能实时观测，如同牛肝的HIFU实验一样，辐射后需要切开并寻找到最大焦域切面。通过对透明体模内可视化的焦域观测，确定聚焦超声所形成的焦域形态及位置，从而可以对聚焦超声的聚焦性能进行评估。由上可知，传统意义上对焦斑的大小研究更多的是基于离体组织上进行，由于离体组织不具备可视化以及不能多次重复利用，因此在大量数据输出的平台上，不能高效地进行数据统计与观察。另一方面，在超声治疗中，超声波的辐照剂量的确定也很重要。一个理想的声波剂量计量方法应该能够满足:(1)反应声强和辐照持续时间；(2)较好反应声波辐照下的生物学效应；(3)便于文献见相互比较。但是目前仍没有一种对超声聚焦治疗中声波剂量进行评估的产品或者设备。
[0006]实用新型内容
[0007]本实用新型实施例提供一种可重复利用的仿生体系及基于仿生体系的超声聚焦评估系统，以实现模拟超声聚焦治疗，对聚焦焦域处组织、超声通道上的温度监控以及对超声聚焦治疗剂量的安全和性能评估。
[0008]本实用新型实施例是这样实现的，一种仿生体系，所述仿生体系具有多个仿生体层，包括:
[0009]仿生体系的表皮层,用于模拟人体皮肤层；
[0010]仿生体系的仿生体模层，用于模拟人体肌肉层；
[0011]仿生体系的脂肪层，用于模拟人体脂肪层；
[0012]仿生体系的水囊袋，用于模拟人体膀胱，所述水囊袋上设有一针头口 ；
[0013]仿生体系的内嵌式仿生体模层，用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置和相对状态；以及
[0014]仿生体系的记忆性仿生体模层，用于探测超声聚焦的反射及投射状况。
[0015]进一步地，所述仿生体系的表皮层为表面经过打蜡防腐处理的猪皮；
[0016]所述仿生体系的表皮层按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
[0017]进一步地，所述仿生体系的仿生体模层为凝胶聚合反应原液；
[0018]所述仿生体系的仿生体模层内按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
[0019]进一步地，所述仿生体系的水囊袋为装有预设水量的水袋。
[0020]进一步地，所述仿生体系的内嵌式仿生体模层内按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
[0021]进一步地，所述仿生体系的记忆型仿生体模层内按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
[0022]进一步地，所述距离间隔为10毫米。
[0023]本实用新型实施例还提供了一种基于仿生体系的超声聚焦评估评估系统，所述系统包括上述的仿生体系和多个热电偶，以及聚焦超声波发射设备；
[0024]所述聚焦超声波发射设备向所述仿生体系发送超声波，以模拟超声聚焦治疗。
[0025]进一步地，所述系统还包括主控计算机、报警器，所述主控计算机与所述多个热电偶连接；所述报警器与所述主控计算机连接。
[0026]本实用新型实施例提供了一个与人体结构特点、声学和热学特性相似的仿生体系，以实现模拟超声聚焦治疗。在模拟超声聚焦治疗的超声聚焦过程中，通过内嵌在所述仿生体系内的热电偶探测肌瘤周围组织的温度信息，主控计算机采集并分析所述温度信息，以实现对肌瘤周围组织、超声通道上的温度监控以及对超声聚焦治疗剂量的安全和性能评估；所述仿生体系可重复使用，并且设备布线简单、使用方便，有助于对超声聚焦治疗的研究。
[0027]
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本实用新型实施例一提供的仿生体系的组成结构图；
[0029]图2是本实用新型实施例二提供的基于仿生体系的超声聚焦评估系统的组成结构；
[0030]图3是本实用新型实施例二提供的仿生体系的超声聚焦通道示意图。
[0031]
【具体实施方式】
[0032]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0033]本实用新型实施例提供了一个与人体结构特点、声学和热学特性相似的仿生体系，以实现模拟超声聚焦治疗。在模拟超声聚焦治疗的超声聚焦过程中，通过内嵌在所述仿生体系内的热电偶探测肌瘤周围组织的温度信息，主控计算机采集并分析所述温度信息，以实现对肌瘤周围组织、超声通道上的温度监控以及对超声聚焦治疗剂量的安全和性能评估；所述仿生体系可重复利用，且设备布线简单、使用方便，有助于对超声聚焦治疗的研究。
[0034]图1示出了本实用新型实施例一提供的仿生体系的组成结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0035]所述终仿生体系I具有多个仿生层，包括:
[0036]仿生体系的表皮层11，用于模拟人体皮肤层；
[0037]仿生体系的仿生体模层12，，用于模拟人体肌肉层；
[0038]仿生体系的脂肪层13，用于模拟人体脂肪层；
[0039]仿生体系的水囊袋14，用于模拟人体膀胱，所述水囊袋上设有一针头口 ；
[0040]仿生体系的内嵌式仿生体模层15，用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置和相对状态；以及
[0041]仿生体系的记忆型仿生体模层16，用于探测超声聚焦的反射及投射状况。
[0042]在离体实验以及相关声学测量试验发现，人体皮肤层(或脂肪层)声学参数与猪皮(或猪的脂肪)声学参数相近。本实用新型实施例中采用接近人体皮肤的猪皮，对其表面进行打蜡防腐处理，从而得到仿生体系的表皮层，用于模拟人体的皮肤层，并将多根(优选为三根)热电偶2按照10毫米的相隔距离并排插入所述猪皮中，同时做好标记。
[0043]由于超声聚焦仿生体模在声学特性上与人体的肌肉组织有着比较相近的参数，因此，以仿生体模层来模拟人体的肌肉层。本实用新型实施例可根据不同的需要制作不同尺寸规格的仿生体模层，以进一步地模拟肌肉层能量的变化过程和变化趋势。优选地，所述仿生体模层的成分为凝胶聚合反应原液。在实际的超声聚焦评估过程中，可根据不同的需要，选择适量的凝胶聚合反应原液进行凝固，制作出不同尺寸规格的仿生体模层，以进一步地模拟肌肉层能量的变化过程和变化趋势。与透明的超声体模中的蛋白质体模相比，以凝胶聚合反应原液制成的仿生体模层在外观上更加无色透明，且与人体软组织有更相近的声学特性和热学特性，有利于对聚焦超声波安全剂量的评估。所述仿生体模层位于所述皮肤层(即猪皮)下方，并且在仿生体模层中间与皮肤层(即猪皮)的平行方向下并排插入多根(优选为三根)热电偶2，相邻热电偶之间的距离间隔为10毫米。
[0044]优选地，所述凝胶聚合反应原液的制备过程包括下述步骤:
[0045]在步骤SlOl中，以脱气去气水作为溶剂加入到第一塑料杯中，将N-异丙基丙烯酰胺单体溶于所述溶剂中，再对所述溶剂进行单方向搅拌均匀，直至所述N-异丙基丙烯酰胺单体完全溶于溶剂中，以获得N-异丙基丙烯酰胺溶液。
[0046]在本实施例中，所述N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)为白色晶体，可溶于水。因其为热敏性材料，优选用于制备本实用新型实施例中的凝胶聚合反应原液。
[0047]在步骤S102中，以脱气去气水作为溶剂加入到第二塑料杯中，将过硫酸铵和偏重亚硫酸钠溶于所述溶剂中，以制得过硫酸铵和偏重亚硫酸钠的混合溶液。
[0048]在步骤S103中，向所述N-异丙基丙烯酰胺溶液中加入甲叉双丙烯酰胺及丙烯酰胺，对加入了甲叉双丙烯酰胺及丙烯酰胺的N-异丙基丙烯酰胺溶液进行单方向搅拌，直至所述甲叉双丙烯酰胺及丙烯酰胺完全溶于所述N-异丙基丙烯酰胺溶液中，得到N-异丙基丙烯酰胺反应原液。
[0049]在步骤S104中，向所述过硫酸铵和偏重亚硫酸钠的混合溶液中加入N-异丙基丙烯酰胺反应原液，单方向搅拌至均匀，从而制得凝胶聚合反应原液。
[0050]在本实施例中，所述搅拌可以通过人工搅拌，也可以通过磁力搅拌器搅拌。所述单方向可以为顺时针方向或者逆时针方向。
[0051]通过上述步骤制得的凝胶聚合反应原液呈果冻状、无色透明，表面光滑平整，具有良好的可塑性、弹性以及韧性；其内部质地均匀，无气泡。
[0052]在本实用新型实施例中，仿生体系的脂肪层包括猪的脂肪、去气水以及保险袋，所述猪的脂肪和去气水密封在所述保险袋内部。其制作过程为:选取不同厚度的猪脂肪，将其装进密封的保险袋子里，并灌注去气水后进行密封，从而得到所述仿生体系的脂肪层。所述述仿生体系的脂肪层位于上述仿生体模层下方。同样的，预先将多根(优选为三根)热电偶2按照1mm的相隔距离并排插入所述仿生体系的脂肪层中。
[0053]仿生体模的水囊袋主要用于模拟人体的膀胱，可以通过在水袋里面注入一定量的去气水制备得到。优选地，所述水囊袋上面设置一注射用的针头口，用于增加或者减少水囊袋中的去气水量。所述仿生体模的水囊袋位于所述仿生体模的脂肪层下方。预先将多根热电偶2按照1mm的相隔距离并排插入所述仿生体系的脂肪层中。在本实施例中，优选为三根热电偶。
[0054]仿生体模的内嵌式仿生体模层主要用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置以及相对状态，包括离体组织和固态的聚丙烯酰胺仿生体模原液，所述离体组织位于所述固态的聚丙烯酰胺仿生体模原液内部。示例性地，所述内嵌式仿生体模层的主要制备过程为:将特定形状的离体组织放置在容器的中部位置，然后加入聚丙烯仿生体模原液，通过快速成型技术，使得离体组织凝固在所述聚丙烯仿生体模原液内部，从而获得所述内嵌式仿生体模层。优选地，所述离体组织为猪瘦肉。在本实用新型中，可按照实际需要，预先将多根(优选为六根)热电偶2内嵌在所述内嵌式仿生体模层内，并且设置相邻热电偶之间的距离间隔为10毫米。所述内嵌式仿生体模层位于仿生体模的水囊袋下方。
[0055]所述仿生体系的最内层为记忆型仿生体模层，预先按照10毫米的相隔距离在所述记忆型仿生体模层内部插入多根(优选为六根)热电偶2，以实现探测超声聚焦的反射及折射状况。
[0056]在本实用新型实施例中，通过建立一个与人体结构特点、声学特性以及热学特性相似的仿生体系，用于模拟超声聚焦治疗。在模拟超声聚焦治疗的超声聚焦过程中，由内嵌在所述仿生体系内的热电偶探测仿生体系内仿生层及周围组织的温度变化信息，以实现模拟超声聚焦治疗。本实用新型的仿生体系与人体结构特点、声学特性以及热学特性相似，且可重复使用，有助于对超声聚焦治疗的研究。
[0057]实施例二
[0058]图2示出了本实用新型实施例二提供的基于仿生体系的超声聚焦评估系统的组成结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0059]所述基于仿生体系的超声聚焦评估系统包括图1实施例所述的仿生体系I和多个热电偶2 ;以及聚焦超声波发射设备3。
[0060]所述聚焦超声波发射设备为PR02008超声聚焦子宫肌瘤治疗系统，所述系统在实际应用中能够向人体的子宫肌瘤发射聚焦超声波，以实现对人体子宫肌瘤的无创治疗。而在本实施例中，所述PR02008超声聚焦子宫肌瘤治疗系统用于向所述仿生体系的指定位置发射聚焦超声波，所述指定位置为用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置和相对状态的内嵌式仿生体模层。通过向所述仿生体系发送聚焦超声波，在所述仿生体系中产生一个超声聚焦通道，以实现超声聚焦治疗中的模拟耦合。图3是本实用新型实施例二提供的仿生体系的超声聚焦通道示意图。
[0061]在本实施例中，所述仿生体系的指定位置优选为仿生体系的内嵌式仿生体模层。所述内嵌式仿生体模层用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置和相对状态，因此，所述基于仿生体系的超声聚焦评估系统主要用于模拟肌瘤的超声聚焦治疗。
[0062]进一步地，所述系统还包括主控计算机4，所述主控计算机4与所述多个热电偶2连接，用于采集热电偶探测到的温度信息，并根据所述温度信息估算出超声能量的衰减程度和超声能量对人体组织的损伤程度；存储所采集到的温度信息、超声能量的衰减程度以及超声能量对人体组织(即肌瘤周围组织)的损伤程度。
[0063]所述主控计算机4还包括一显示器，用于以图形的方式显示所述超声能量的衰减程度和超声能量对人体组织的损伤程度。
[0064]在本实施例中，所述图形可以为折线图、柱状图等。作为本实用新型的一个实施示例，所述超声能量随时间变化的衰减程度通过折线图显示，或者所述超声能量对人体组织的损伤程度通过柱状图显示，以使得用户能够直观地了解到超声聚焦治疗模拟过程中的信息变化情况。
[0065]优选地，所述主控计算机还可以根据所述超声能量的衰减程度以及超声能量对人体组织的损伤程度，反馈出最优的超声聚焦治疗剂量，以供医疗参考。
[0066]进一步地，所述系统还包括报警器5。
[0067]所述报警器5与所述主控计算机4连接，用于在模拟的过程中，超声能量对人体组织的损伤程度超过预设的阈值时，自动进行报警处理，以及时提醒用户，以免损坏所述仿生体系及基于仿生体系的超声聚焦评估系统。所述报警的方式可以为报警器通过蜂鸣器发出蜂鸣声，或者以短信的方式告知用户。
[0068]在本实用新型实施例中，将一个与人体声学参数相似的仿生体系与聚焦超声波发射设备结合，并增加一个主控计算机，以实现模拟超声聚焦治疗。在模拟超声聚焦治疗的超声聚焦过程中，通过内嵌在所述仿生体系内的热电偶探测肌瘤周围组织的温度信息，主控计算机采集并分析所述温度信息，以实现对肌瘤周围组织、超声通道上的温度监控以及对超声聚焦治疗剂量的安全和性能评估；进一步地，所述基于仿生体系的超声聚焦评估系统布线简单、使用方便，有助于对超声聚焦治疗的研究。
[0069]本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括R0M/RAM、磁盘、光盘等。
[0070]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。例如，各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各仿生体层的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。
[0071]凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种仿生体系，其特征在于，所述仿生体系具有多个仿生层，包括: 仿生体系的表皮层，用于模拟人体皮肤层； 仿生体系的仿生体模层，用于模拟人体肌肉层； 仿生体系的脂肪层，用于模拟人体脂肪层； 仿生体系的水囊袋，用于模拟人体膀胱，所述水囊袋上设有一针头口 ； 仿生体系的内嵌式仿生体模层，用于模拟人体子宫和子宫肌瘤的相对位置和相对状态；以及 仿生体系的记忆型仿生体模层，用于探测超声聚焦的反射及折射状况。
2.如权利要求1所述的仿生体系，其特征在于，所述仿生体系的表皮层为表面经过打蜡防腐处理的猪皮； 所述仿生体系的表皮层按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
3.如权利要求1所述的仿生体系，其特征在于，所述仿生体系的仿生体模层为凝胶聚合反应原液； 所述仿生体系的仿生体模层内按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
4.如权利要求1所述的仿生体系，其特征在于，所述仿生体系的水囊袋为装有预设水量的水袋。
5.如权利要求1所述的仿生体系，其特征在于，所述仿生体系的内嵌式仿生体模层内按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
6.如权利要求1所述的仿生体系，其特征在于，所述仿生体系的记忆型仿生体模层内按照预设的距离间隔嵌有多个热电偶。
7.如权利要求2-6任一项所述的仿生体系，其特征在于，所述距离间隔为10毫米。
8.一种基于仿生体系的超声聚焦评估评估系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-7任一项所述的仿生体系和多个热电偶，以及聚焦超声波发射设备； 所述聚焦超声波发射设备向所述仿生体系的指定位置上发送聚焦超声波，以模拟超声聚焦治疗。
9.如权利要求8所述的基于仿生体系的超声聚焦评估评估系统，其特征在于，所述系统还包括主控计算机、报警器，所述主控计算机与所述多个热电偶连接；所述报警器与所述主控计算机连接。
【文档编号】A61N7/02GK204106876SQ201420434580
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】黄汉年, 江剑晖 申请人:深圳市普罗惠仁医学科技有限公司