一种仿人体组织超声材料、模体及其应用和制备方法与流程

1.本发明属于医学材料领域，具体涉及一种仿人体组织超声材料、模体及其制备方法。


背景技术：

2.仿组织超声模体主要用于医学超声扫描诊断的检测和辅助治疗，如病人在放疗开始前通过激光或ivs(image viewing system，图像引导系统)进行摆位，在放疗过程中忽略肿瘤的运动，但是肺部肿瘤会随着呼吸产生位移和形变，即使进行了精确的摆位，肺部肿瘤也会因为呼吸运动偏离目标位置，导致在放疗过程中射线不能全部作用在肺部肿瘤靶区上，对周围的危急器官造成一定程度的伤害，且放疗效果会下降。如果利用仿人体组织超声模体将超声影像应用于放疗过程中，则可因其无创、无害而进行实时跟踪，从而可以实时获取肿瘤位置和形状。
3.苏州雷泰医疗科技有限公司的基于肝部超声影像和胸部4dct(four-dimensional computed tomography)的肺部肿瘤实时追踪项目，需要在人体腹部组织进行数据的采集，但现有技术中仿人体组织超声模体不能满足项目需求，如：中国医学科学院肿瘤医院的一种术中图像引导放疗的多功能质控模体(专利号cn205460526u)，包括剂量验证插件和图像质控插件，可用于评估iort图像引导过程中图像质量，但不可评估超声影像。
4.石家庄铁道大学的一种用于b超检测的类人工骨材料及制备方法(专利号cn201310681211.1)，以纳米级羟基磷灰石、微米级羟基磷灰石、硅烷偶联剂、无水乙醇、去离子水、ⅰ型胶原蛋白、固化剂为原料制备类人工骨材料，但其只能应用于骨，无法应用于其他人体组织。
5.上海联影医疗科技股份有限公司的一种ct模体(专利号cn211381411u)，包括一体化模体和连接部，只适用于ct，无法用于超声。
6.河南剂量科学院的应用于医用放射影像模体计量标准装置及模体检测方法(cn110940684a)，为医用放射影像模体内部质量状态和结构信息获取提供一种x射线扫描三维断层的成像装置，包括平台、运动机构、射线管和探测器，但其仅供放射影像设备使用，无法应用于超声设备的图像采集。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种仿人体组织超声材料及其制作的模体，能够模拟人体各组织，可应用于超声、ct、cbct、mri、bps，对同一模体同时进行数据采集，并且制备方法简单方便，可根据实际需求修改病灶位置，易于临床普及。
8.为实现上述技术效果，本发明的技术方案是：一种仿人体组织超声材料，由填充物和标志物组成；
9.其中，所述填充物包含去离子水、胶类物质；
10.其中，所述标志物是在超声中仿造人体器官组织的构件，与人体器官相同形状，能
够组成人体结构、在超声中进行人体模拟。
11.优选的，所述标志物包含骨性结构标志物、人体器官组织标志物、特殊金属标记标志物中的至少一种。骨性结构标志物是骨在超声波下影像近似物质，例如动物骨组织；人体器官组织标志物是动物内脏等其他组织器官；特殊金属标记标志物是钨球、铁丝等金属制品。
12.所述标志物还可采用除动物内脏、金属制品、聚丙烯制品以外的其他材质，可以是任意形状和大小。
13.优选的，所述胶类物质包括明胶、卡拉胶、黄原胶、纤维素、琼脂、瓜尔豆胶、角豆果中的任意两种或多种。
14.优选的，所述填充物中，水与明胶、卡拉胶、黄原胶的重量配比比例是100：20～80：2～5：1～3。
15.优选的，所述填充物中，水与明胶、卡拉胶、黄原胶的重量配比比例是100：20～80：3：2。
16.优选的，所述仿人体组织超声材料还包括防腐剂。
17.优选的，所述防腐剂是柠檬酸、氯化钾、山梨酸钾中的任意一种或多种。
18.本发明还公开了一种仿人体组织超声模体，在仿人体形状的塑料外壳内填充仿人体组织超声材料制成；所述仿人体组织超声材料包括填充物和标志物；所述填充物包含去离子水和胶类物质；所述标志物是在超声中仿造人体器官组织的构件，与人体器官相同形状，能够组成人体结构、在超声中进行人体模拟；所述标志物根据人体器官组织实际相对位置摆放在填充物中，所述填充物充满所述外壳与所述标志物之间的空间。
19.优选的，所述标志物包含骨性结构标志物、人体器官组织标志物、特殊金属标记标志物中的至少一种。
20.优选的，所述胶类物质包括明胶、卡拉胶、黄原胶、纤维素、琼脂、瓜尔豆胶、角豆果中的任意两种或多种。
21.优选的，所述填充物中，水与明胶、卡拉胶、黄原胶的重量配比比例是100：20～80：2～5：1～3。
22.优选的，所述填充物中，水与明胶、卡拉胶、黄原胶的重量配比比例是100：20～80：3：2。
23.优选的，所述仿人体组织超声材料还包括防腐剂。
24.所述仿人体组织超声模体可以是不同大小、形状、尺寸。
25.所述仿人体组织超声模体能够模拟检测和治疗过程中的人体，适用于ct、mri、us、cbct、bps双目摆位系统等多模态应用，还可用于放疗临床治疗，并且在不同仪器和方式的测量过程中均无需更换模体。
26.本发明还公开了一种仿人体组织超声模体的制备方法，包含以下步骤：
27.1)将明胶、卡拉胶和黄原胶混合为胶粉；
28.2)在水中添加防腐剂，充分搅拌，放置常温环境备用；
29.3)根据需求准备标志物，如骨性结构标志物、人体器官组织标志物、特殊金属标记标志物中的至少一种；
30.4)将步骤1)所得胶粉与步骤2)水溶液按1：5比例浸泡40-60分钟，待胶粉吸水膨胀
后在不超过80℃的水浴中加热溶解；溶胶时不可直接加热，溶胶温度控制在75℃左右。
31.5)将步骤4)所得溶液倒入仿人体形状的外壳中，溶液厚度约5cm，放置冰箱中冷却；
32.6)取出步骤5)的半成品，按照人体组织器官实际位置放置标记物，添加溶液至覆盖标记物，放置冰箱中冷却；
33.7)取出步骤6)的半成品，将溶液倒入容器中，溶液厚度约5cm，放置冰箱中冷却后得到仿人体组织超声模体。
34.本发明制作仿人体组织超声模体，主要分为两部分，一、标志物，标志物是仿人体器官组织的物品，可直接用动物的器官组织，也可将其他物品按照需要的形状进行摆放。标记物在超声探头下可明显区别于填充物，模拟人体内脏器，用于在超声模拟人体组织器官。二、填充物质，由于空气不能作为超声图像信号传播的介质，需借助填充物质来完成超声信号的传导，所以标志物周围需充满填充物质。
35.所述仿人体组织超声模体用于医学超声扫描仪鉴定。
36.本发明结构简单，可应用于超声图像采集的模体，还可根据自身需求进行调整。本发明可用于人体所有组织结构模拟。
37.本发明可用于ct(computed tomography)、mri(magnetic resonance imaging)、us(ultrasound)、cbct(cone beam computed tomography)、bps(binocular positioning system)多模态应用，本发明还考虑到放疗临床需求，而现有技术中仿人体组织模体在用于超声时，声波不能穿过，导致没有任何图像出现，因此不可用于超声。
38.本发明除放射影像外，非放射影像也适用，所用材料价格低廉，易于临床普及，放疗临床需求，结构设计简单，易于加工制造。
39.本发明采用明胶等原料制备，既能保证利用模体采集到图像的质量，也能降低模体制作成本。制作周期短，能够快速制作出满足需要的模体。分次凝固溶液，便于固定标记物位置，可根据需求放置标记物。本发明可根据需求放置标记物，制备所需模体标志物灵活精确。本发明的制备材料比较常见，价格低廉，制备方法简单，利于在临床普及。
附图说明
40.图1是本发明的仿人体组织超声模体示意图。
41.图2是本发明的另一个仿人体组织超声模体示意图。
42.图3是本发明的仿人体组织超声模体在超声下的影像。
43.图4是本发明的仿人体组织超声模体在超声下的影像。
具体实施方式
44.为更好理解本发明，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
45.实施例
46.一种仿人体组织超声模体，按照以下步骤制备：
47.1)将150g明胶、卡拉胶和黄原胶混合为胶粉；
48.2)在500ml水中添加防腐剂，充分搅拌，放置常温环境备用；
49.3)根据需求准备标志物，如骨性结构标志物、人体器官组织标志物、特殊金属标记标志物中的至少一种；
50.4)将步骤1)所得胶粉置于步骤2)水溶液浸泡40-60分钟，待胶粉吸水膨胀后在水浴中加热溶解，溶胶时不可直接加热，溶胶温度控制在75℃左右；水浴溶解冷却后，用0.22μm孔径的滤膜过滤，无菌条件冰箱保存；
51.5)将步骤4)所得溶液倒入仿人体形状的外壳中，溶液厚度约5cm，放置冰箱中冷却；
52.6)取出步骤5)的半成品，按照人体组织器官实际位置放置标记物，添加溶液至覆盖标记物，放置冰箱中冷却；
53.7)取出步骤6)的半成品，将溶液倒入容器中，溶液厚度约5cm，放置冰箱中冷却后得到仿人体组织超声模体。
54.本发明制作的超声模体示意图如图1和图2所示。在制作时，根据实际需求，标志物的摆放可自行调节，标志物的材料也可根据需求选择。图3和图4是在超声下本发明模体组织的图像。可见本发明超声模体在超声下有清晰的影像，可应用于超声设备的图像采集。
55.本发明采用多种胶制物与水进行不同配比，可以根据需要调整模硬度，如：仿真浅表组织结构需称取100g明胶，溶于500ml水；仿真腹部结构组织需要150g明胶溶于500ml水，可根据需求调整，明胶量越多，硬度越大。
56.本发明可用于ct(computed tomography)、mri(magnetic resonance imaging)、us(ultrasound)、cbct(cone beam computed tomography)、bps(binocular positioning system)多模态应用，本发明还考虑到放疗临床需求。
57.本发明采用明胶等原料制备，既能保证利用模体采集到图像的质量，也能降低模体制作成本。制作周期短，能够快速制作出满足需要的模体。分次凝固溶液，便于固定标记物位置，可根据需求放置标记物。可根据需求放置标记物，制备所需模体标志物灵活精确。本发明的制备材料比较常见，价格低廉，制备方法简单，利于在临床普及。本发明结构简单，可应用于超声图像采集的模体，还可根据自身需求进行调整。本发明可用于人体所有组织结构模拟。
58.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。