BR102015026018A2 - Material mimetizador of biological tissues (phantom) and its use - Google Patents

Abstract

resumo material mimetizador de tecidos biológicos (phantom) e seu uso a presente invenção refere-se a um material mimetizador de tecido biológico, mais conhecido na sua denominação phantom, compreendendo um polímero termoplástico polietileno de baixa densidade e copolímero sebs em base de óleo mineral parafínico, com adição de agentes espalhadores de som e luz e absorvedores de luz. adicionalmente a presente invenção refere-se ao uso do material mimetizador de tecido biológico aqui descrito para aplicações em ultrassonografia; técnicas ópticas, tais como tomografia de coerência óptica, tomografia por óptica difusa, entre outras; e técnicas híbridas, tal como a fotoacústica. tal invenção mimetiza as propriedades mecânicas, acústicas e ópticas de tecidos biológicos, e assim, minimizará a participação de pacientes voluntários como objeto de estudo durante o treinamento ou aprimoramento de profissionais durante procedimentos de diagnóstico e cirúrgico guiados por imagens ópticas e acústicas.

Description

MATERIAL MIMETIZADOR DE TECIDOS BIOLÓGICOS (PHANTOM) E

SEU USO

Campo da. invenção: [001] A presente invenção se aplica no campo da ciência médica, de forma mais especifica na área de materiais para fins médicos e faz referência a um material mimetizador de tecido biológico, mais conhecido na sua denominação phantom, bem como ao seu uso para aplicação a imagens médicas de multimodalidade por técnicas acústicas e ópticas.

Fnnrlamt*ntos da invenção: [002] Ultrassonografia é uma técnica de imagem médica formada a partir de um transdutor acoplado a um equipamento de ultrassom, da qual emite pulsos de ondas de som em frequências de l-20MHz. Os pulsos de ondas de som viajam através do tecido, e refletem de volta ao transdutor (ecos). Posteriormente, o sinal é processado pelo equipamento de acordo com o tempo decorrido da ida e volta do pulso ao transdutor e a intensidade do qual o eco retornou, formando assim a imagem.

[003] Um phantom trata-se de um objeto que tem por finalidade simular uma ou mais estruturas biológicas. Em estudos que utilizam o ultrassom como sistema de imagem médica, deve-se atentar para que o material do phantom possua propriedades acústicas equivalentes àquelas encontradas nos tecidos biológicos moles como a velocidade de propagação acústica no meio, coeficiente de atenuação acústica e coeficiente de retroespalhamento.

[004] Phantoms para ultrassonografia são bastante utilizados para treinamento médico e controle de qualidade de equipamentos de imagem por ultrassom. 0 treinamento médico em mimetizadores auxilia na formação do profissional da área médica, para garantir maior qualidade em exames de imagem por ultrassom, promovendo melhor diagnóstico e aumentando a chance de cura quando instalada alguma enfermidade no paciente a ser diagnosticado. 0 uso de mimetizadores no treinamento médico também propicia habilidades para que esse profissional exerça com competência procedimentos invasivos guiados por ultrassom, como a biópsia.

[005] O desenvolvimento de novas modalidades de ultrassom, como a fotoacústica, assim como técnicas puramente ópticas de diagnóstico por imagem e terapia como a terapia fotodinâmica, demanda o desenvolvimento de phantoms para validação da técnica, para posterior aplicação em animais e humanos e controle de qualidade de equipamentos.

[006] A fotoacústica é uma técnica baseada no efeito fotoacústico, em que o sinal de ultrassom é gerado a partir de luz de pulso curto, geralmente da ordem de nanosegundos, que incide no material causando uma expansão termoelástica e posterior relaxação do material com emissão de um sinal de ultrassom. O comprimento de onda de luz utilizado nessa técnica, normalmente, varia entre 500-llOOnm.

[007] Portanto, para a técnica de imagem fotoacústica, o material do mimetizador de tecido biológico deve simular simultaneamente propriedades de propagação acústica e óptica.

[008] Já a terapia fotodinâmica consiste em ativação de reação química através de luz de uma substância fotossensível inserida no tecido biológico, sendo bastante utilizada em tratamento de alguns tipos de doenças de pele. Outras técnicas baseadas puramente em luz também podem se beneficiar com a utilização de phantoms para aprimoramento da técnica.

[009] Atualmente, phantoms aplicados às imagens de ultrassom são comumente confeccionados com materiais à base de água, pois proporcionam propriedades acústicas bastante próximas às dos tecidos biológicos. Porém, esses tipos de materiais apresentam problemas quanto ao armazenamento e conservação, o que pode ocasionar em mudanças de suas características acústicas em um curto período de tempo.

[010] Além disso, os materiais à base de água são susceptíveis à degradação por fungos, necessitando em muitos casos de aditivos conservadores, além de sofrerem desidratação ao longo do tempo, mesmo quando conservados em ambiente adequado, levando a uma baixa estabilidade temporal.

[011] Ainda, os phantoms para aplicações de técnicas puramente ópticas são escassos e bastante limitados em sua utilização, e dessa forma ainda pouco utilizados.

[012] Desse modo, uma vez que há a necessidade de novos materiais que preservem suas características acústicas e mecânicas ao longo do tempo para serem utilizados na confecção dos phantoms, a presente invenção propõe um material mimetizador de tecidos biológicos (phantoms) compreendendo um polímero termoplástico polietileno de baixa densidade (PEBD) e copolímero em bloco estireno-etileno/ butileno-estireno (SEBS) em base de óleo mineral parafínico, com adição de agentes espalhadores de som e luz e absorvedores de luz para ultrassonograf ia, fotoacústica e técnicas ópticas.

[013] Assim, o material mimetizador (phantom) aqui proposto não apresenta os problemas relatados de matérias à base de água, com a vantagem de ser um material termorreversivel, podendo ser remodelado quando aquecido acima de uma temperatura critica e voltando a se comportar como gel após resfriado.

Estado da técnica: [014] Alguns documentos do estado da técnica descrevem materiais mimetizadores de tecido biológicos {phantoms) para aplicações em ultrassonografia e técnicas ópticas.

[015] Os materiais mais utilizados em mimetizadores de tecidos para essas aplicações são à base de água, como descritos em US 6635486 B2, US 4277367, US 6675035-B1 reproduzindo as características acústicas e ópticas observadas em tecidos biológicos. Porém, esses materiais possuem baixa estabilidade temporal e não podem ser remodelados. A baixa estabilidade temporal se dá por desidratação do material e ataque bacteriano e/ou fúngico, demandando uma estocagem específica e adição de conservantes a fim de prolongar a vida útil desse tipo de phantom.

[016] Diferentemente de materiais à base de água, o phantom proposto pela presente invenção não sofre desidratação, ataque de microorganismos ou perda de forma durante longos períodos de tempo, e não necessita de agentes conservadores na sua composição, podendo ser estocado em temperatura ambiente.

[017] Em US 20015164463 Al é descrito um phantom para imagens de fotoacústicas feito a partir de um hidrogel, com pelo menos uma inclusão para mimetizar tumores. O hidrogel é um tipo de gel composto de um biopolimero hidrofilico (gelatina), água, e com aditivos. Diferentemente, a presente invenção propõe um phantom à base de óleo mineral, o qual compreende polímeros hidrofóbicos, ou seja, não possuem afinidade com a água, sendo solúveis em solventes orgânicos, sendo o óleo mineral parafínico um solvente orgânico bastante compatível. Além disso, é válido reiterar que a presente invenção apresenta vantagens em estabilidade térmica e mecânica quando comparado aos phantoms à base de água, como a gelatina.

[018] Em US 20030181575 Al é descrito um material denominado elastômero termoplástico no qual é utilizado em sua composição PEBD e uma borracha olefina, podendo ser um copolímero como EPDM, EPM, SBS ou SEBS, ou uma mistura desses copolímeros, em óleo mineral isoparafínico. O referido documento reivindica uma proporção de PEBD entre 10%-90% em massa do material. Ainda, a borracha oleofina utilizada passa pelo processo de vulcanização dinâmica.

[019] Diferentemente, a presente invenção propõe um phantom feito à base de um material gel que leva em sua composição o copolímero tribloco SEBS e PEBD em óleo mineral parafínico, em que o PEBD é adicionado na proporção entre 0%-10% para obter melhores características acústicas, ópticas e mecânicas no material. Ainda, não é realizado o processo de vulcanização nos polímeros utilizados, uma vez que esse processo modifica as propriedades mecânicas do material, deixando-o mais rigido e mecanicamente bem resistente, o que impossibilitaria o seu reuso bem como sua aplicação em mimetizar tecidos biológicos humanos.

[020] O documento "Copolymer-in-oil Phantom Materials for Elastography", J. Oudry et al. (2009), se difere da presente invenção pelos componentes utilizados no material, que no caso é apenas utilizado o copolimero tribloco SEBS em proporções que variam entre 4-16% sem adição de polímero PEBD. Ainda, a aplicação do material desenvolvido em phantoms é específica para a técnica de elastografia por ultrassom, que é uma técnica que se avalia as propriedades mecânicas do material, como sua rigidez.

[021] Além das diferenças de estabilidade física do material devido à adição de PEBD, o objetivo da presente invenção também se difere ao proposto pelo referido documento, uma vez que o phantom aqui proposto é para técnicas de imagem como a ultrassonografia, técnicas ópticas de imagem e técnicas híbridas de imagem como a imagem por fotoacústica.

[022] Portanto, nenhum dos documentos do estado da técnica descreve um material mimetizador (phantom) compreendendo SEBS, PEBD, materiais aditivos em óleo mineral, tal como proposto pela presente invenção para uso em aplicação a imagens médicas de multimodalidade por técnicas acústicas e ópticas.

Breve descrição da invenção: [023] A presente invenção refere-se a um material mimetizador de tecido biológico, mais conhecido na sua denominação phantom, compreendendo um polímero termoplástico polietileno de baixa densidade e copolimero tribloco SEBS em base de óleo mineral parafínico, com adição de agentes de espalhamento acústico, absorção e espalhamento óptico.

[024] Adicionalmente a presente invenção refere-se ao uso do material mimetizador de tecido biológico (phantom) aqui descrito para aplicações em ultrassonografia; técnicas ópticas, tais como tomografia de coerência óptica, tomografia por óptica difusa, entre outras; e técnicas híbridas, tal como a fotoacústica.

[025] Tal invenção mimetiza as propriedades mecânicas, acústicas e ópticas de tecidos biológicos, e assim, minimizará a participação de pacientes voluntários como objeto de estudo durante o treinamento ou aprimoramento de profissionais em procedimentos de diagnóstico e cirúrgico guiados por imagens ópticas e acústicas.

Breve descrição das figuras: [026] Para obter uma total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz referências, conforme se segue.

[027] A Figura 1 representa uma fotografia da estabilidade física das amostras de phantom no dia em que foram produzidas e após 72 dias, em que (A) se refere à amostra que compreende PEBD e (B) se refere à amostra que não compreende PEBD.

[028] A Figura 2 representa um fluxograma esquemático da produção dos três grupos de géis.

[029] As Figuras 3A-B representam graficamente o coeficiente de absorção óptica para as amostras de phantoms, em que (A) refere-se aos grupos A e B e (B) ao grupo C.

[030] As Figuras 4A-B representam graficamente o coeficiente de espalhamento óptico para as amostras de phantoms, em que (A) refere-se aos grupos A e B e (B) ao grupo C.

[031] A Figura 5 representa uma imagem de ultrassonografia do phantom com porcentagem de 7% de SEBS, 5% de PEBD e 87% de óleo mineral parafinico e 1% de microesferas de vidro.

[032] As Figuras 6A-B representam imagens de fotoacústica em dois comprimentos de onda do phantom com porcentagem de 7% de SEBS, 5% de PEBD e 87% de óleo mineral parafinico, 1% de microesferas de vidro, em que (A) é em 532 nm e (B) é em 1064 nm.

Descrição detalhada da invenção: [033] A presente invenção refere-se a um material mimetizador de tecidos biológicos (phantom), o qual compreende: de 5 a 15%, preferencialmente 7% em massa de borrachas termoplásticas olefinas, preferencialmente o copolimero tribloco termoplástico estireno- etileno/butileno-estireno (SEBS); - de 0,1 a 10%, preferencialmente 5% em massa de homopolimero oleofinico polietileno, preferencialmente o polietileno de baixa densidade (PEBD); - de 75 a 95%, preferencialmente 88% de massa total de óleo mineral parafinico; e - de 0,01 a 30% em massa do material de materiais aditivos.

[034] As referidas borrachas termoplásticas olefinas são selecionadas do grupo que consiste em estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno-isopreno-estireno (SIS) e estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS).

[035] Alternativamente o óleo mineral parafinico pode ser substituído por óleo mineral naftênico.

[036] Vale ressaltar que a porcentagem dos polímeros a ser empregada na confecção do material mimetizador varia de acordo com o tecido biológico humano específico a ser mimetizado, como por exemplo, tecido mamário ou gordura.

[037] Assim, as porcentagens preferenciais aqui estabelecidas são proporções intermediárias adequadas para mimetizar de maneira satisfatória alguns tecidos moles, tal como a gordura, nas técnicas de imagens médicas de ultrassonografia, técnicas ópticas de imagem e fotoacústica.

[038] Alternativamente, para uma simulação de tecido mamário, a proporção dos polímeros que mais se aplicam para a formação do material mimetizador consiste em, preferencialmente 12% de SEBS e 5% de polietileno em base de óleo mineral parafinico.

[039] Por ser um gel físico termorreversível, é possível a reutilização do material aqui descrito, através de aquecimento a uma temperatura que varia de 100 a 130°C, onde o material passa a estar com consistência líquida, e assim é passível de remodelagem através de moldes específicos.

[040] Essa característica é útil para reutilização do material após uso em treinamento médico para biópsia, ou quando o phantom sofre qualquer outro dano em sua estrutura.

[041] Sua polimerização se estabiliza em aproximadamente 24h após seu resfriamento, e apresenta boa estabilidade temporal das características físicas, acústicas e ópticas, ou seja, não é observado mudanças em suas características físicas, como perda de forma fora de um molde ou características acústicas como velocidade do som.

[042] Para aplicações em modalidades de imaqem como a ultrassonografia e a fotoacústica, o mimetizador de tecido necessita ter características acústicas e ópticas próximas aos valores observados em tecidos biológicos.

[043] Para isso, o phantom aqui descrito compreende materiais aditivos selecionados do grupo que consiste em estruturas que promovem o espalhamento acústico, absorção e espalhamento óptico, para ajustes dos parâmetros acústicos e ópticos de acordo com o aditivo utilizado e da característica acústica ou óptica desejada.

[044] Desse modo, para ajuste dos parâmetros acústicos, é adicionado ao material do phantom estruturas de espalhamento acústico selecionadas do grupo que consiste em microesferas de vidro, pó de policloreto de vinila (PVC), pó de grafite, microesferas poliméricas ou pó de madeira.

[045] Essas estruturas de espalhamento acústico simulam o padrão granulado, que é observado em imagens de ultrassom de tecidos biológicos.

[046] Adicionalmente, para ajustes dos parâmetros ópticos, também é possível a adição de estruturas de espalhamento óptico selecionadas do grupo que consiste em emulsões lipidicas, microesferas poliméricas, dióxido de titânio (TÍO2) e óxido de alumínio (Al203) na forma de pó; e de absorção óptico selecionadas do grupo que consiste em, tinta nanquim, corantes alimentícios, corantes moleculares como a Indocianina Verde e o Azul de Metileno, pó de grafite, nanopartículas magnéticas, nanopartículas de prata e de ouro.

[047] Vale ressaltar que os materiais aditivos listados anteriormente para serem usados como fonte de espalhamento acústico, absorção e espalhamento óptico não são limitados a esses.

[048] Pessoas com as habilidades necessárias no campo de ultrassonografia e óptica poderíam aumentar essa lista com substâncias já conhecidas, ou que por ventura venham a ser desenvolvidas e que possam ser adicionadas a rede polimérica do copolímero em bloco (borracha termorreversível) e o polietileno conferindo a essa as características acústicas e ópticas desejadas.

[049] Adicionalmente, para evitar a degradação do material ao se trabalhar em temperaturas que variam de 100 a 130°C, é utilizado um antioxidante, tal como pentaeritritol tetrakis (3-mercaptoproprianato) em uma concentração que varia de 0,2-0,5% em massa do material.

[050] Sendo assim, adicionalmente, a presente invenção refere-se ao uso do material mimetizador de tecidos biológicos (phantom) conforme aqui descrito para aplicações em ultrassonografia; técnicas ópticas, tais como tomografia de coerência óptica, tomografia por óptica difusa, entre outras; e técnicas híbridas, tal como a fotoacústica, bem como para fins de aplicações clinicas como controle de qualidade de equipamentos e treinamento de intervenções cirúrgicas guiadas por imagens. - Modo de Preparo: [051] O material aqui descrito é confeccionado com o auxilio de uma estufa de secagem e esterilização, onde é possível atingir controle de sua temperatura.

[052] Desse modo, os polímeros utilizados (copolímero SEBS e homopolímero PEBD) são dissolvidos em uma base de óleo mineral a uma temperatura que varia de 100 a 130°C por um período de tempo que varia de 3 a 6 horas, dependendo das proporções utilizadas de polímeros. A ordem de adição dos polímeros não altera o material resultante.

[053] O gel físico forma-se com a junção das terminações de estireno, formando uma rede polimérica. A estrutura etileno/butileno é denominada fase borracha, dando elasticidade ao material. Assim, o óleo mineral parafínico interage com os polímeros e fica confinado entre a rede polimérica, dando estabilidade ao material e assim modificando características mecânicas, acústicas e ópticas do mesmo.

[054] Na Figura 1 é possível observar a diferença da estabilidade física de duas amostras de phantoms por 72 dias, sendo (A) o material da presente invenção compreendendo o copolímero SEBS e PEBD logo após a sua produção e após 72 dias e (B) um material sem PEBD em sua composição, logo após a sua produção e após 72 dias. As mesmas foram estocadas em temperatura ambiente, sem qualquer cuidado adicional de estabilidade térmica durante esse período, e evidentemente, é possível observar que a adição de polietileno aumentou a estabilidade mecânica do material.

[055] Após a dissolução do copolimero são adicionados materiais aditivos, tais como espalhador de som e luz, para simular o padrão de retroespalhamento observado em imagens de ultrassom do tecido humano, bem como material antioxidante para o preparo das amostras em alta temperatura. A adição de aditivos absorvedores de luz promove a absorção óptica em comprimentos de ondas específicos.

Exemplos da invenção: [056] Foram elaborados três grupos de materiais para a caracterização acústica dos géis de SEBS: A, B e C, utilizando como base óleo mineral parafínico de grau farmacêutico como solvente.

[057] O óleo mineral utilizado possui viscosidade entre 39 cP a 57 cP, à 25 °C. 0 copolimero SEBS foi utilizado na confecção dos materiais mimetizadores dos três grupos. Nos grupos B e C também foi utilizado o polímero polietileno de baixa densidade.

[058] Para o grupo A, foram avaliadas as características acústicas do material mimetizador com a variação da quantidade de SEBS. Nos grupos B e C, foram avaliadas as características do material mimetizador com uma blenda polimérica composta de SEBS e PEBD em diferentes proporções de polímeros.

[059] Para o grupo B, foram avaliadas as características acústicas do material mimetizador com uma quantidade fixa de PEBD (5% em massa) e variando a quantidade de SEBS.

[060] Para o grupo C, foram avaliadas as características acústicas do material mimetizador com uma quantidade fixa de SEBS (9% em massa) e variando a quantidade de PEBD. A Tabela 1 resume as composições elaboradas para 12 diferentes amostras de materiais mimetizadores analisados em três diferentes grupos.

Tabela 1: Composição dos materiais dos três grupos analisados. As proporções são em massa de material mimetizador.

Grupo Amostra % SEBS % PEBD

Al 5______________0________ A A2____________10______________0________ A3____________15______________0________ BI 5 ______5________ B2_____________7______________5________ B3 9 5 B B4 11_____________5________ B5 ___________ 13_____________5________ B6 15_____________5________ Cl_____________9______________3________ C2 9 5 C C3_____________9______________7________ ______C4____________9_______________9________ [061] Nos três grupos de materiais confeccionados, o procedimento de preparo foi realizado misturando o polímero SEBS em óleo mineral parafínico e aquecendo a mistura a 130°C em uma estufa térmica, até a completa dissolução do SEBS, tendo como resultado uma mistura líquida transparente.

[062] Nos grupos B e C, após a dissolução do SEBS, foi adicionado PEBD à mistura ainda liquida e novamente mantida aquecida a 130°C até a completa dissolução do PEBD, resultando em uma mistura liquida translúcida.

[063] Em todos os materiais mimetizadores foram adicionados ao final do preparo 0,5%, em massa do material, de microesferas de vidro como agente espalhador de ultrassom, para assim simular o padrão de retroespalhamento observado em imagens de ultrassom do tecido humano. O processo de manufatura dos materiais está ilustrado na Figura 2.

Testes Realizados: [064] Na ultrassonografia é necessário que o material utilizado para confecção do phantom possua propriedades acústicas próximas àquelas observadas nos tecidos biológicos, tais como a velocidade do som no tecido, coeficiente de atenuação acústica e coeficiente de espalhamento acústico.

[065] No caso de um mimetizador de tecido mole, tal como mama, gordura e músculos, é necessário que a velocidade de propagação do som no material cm esteja próxima de 1500 m/s e o coeficiente de atenuação acústica am próximo de 0,5 dB/cm/MHz. A Tabela 2 exemplifica alguns valores de características acústicas de tecidos biológicos e suas densidades.

Tabela 2 - Propriedades acústicas de alguns tecidos biológicos. _______Tecido______ p (kg/m3) cm (m/s) am (dB/cm/MHz) Gordura 928 1430 0,60 _______Mama_____________1020 1510 0,75 ______Músculo______ 1041 1580 0,57 Figado 1050 1578 0,45 Osso 1990 3198 3,54 Média de tecidos 1000 1540 0,50 moles [066] As técnicas baseadas puramente em luz também podem se beneficiar com a utilização de materiais mimetizadores de tecidos biológicos (phantoms) para aprimoramento da técnica. Essas técnicas como, a tomografia de coerência óptica, tomografia por óptica difusa, entre outras são baseadas na interação da luz no visível e infravermelho, com o tecido.

[067] Os phantoms para aplicações de técnicas puramente ópticas são ainda escassos e bastante limitados em sua utilização, e dessa forma ainda pouco utilizados. Nesses sistemas de imagem óptica, o material mimetizador deve apresentar propriedades ópticas que se assemelhem às observadas nos tecidos. Alguns exemplos são o coeficiente de absorção óptica μα, o coeficiente de espalhamento óptico μ5.

[068] Diferentemente de grande parte dos parâmetros acústicos que se encontram bem estabelecidos na literatura, os parâmetros ópticos de tecidos biológicos humanos ainda possuem divergência, além de nem sempre ser possível a obtenção desses dados no comprimento de onda de interesse.

[069] Dessa forma, a presente invenção descreve materiais que podem ter sua composição alterada facilmente de maneira a atingir os mais variados valores de absorção e espalhamento ópticos, podendo assim simular variadas situações.

[070] Ainda, foram avaliadas as características acústicas como velocidade de propagação acústica nos materiais cm, coeficiente de atenuação acústica am, além de características ópticas como o coeficiente de absorção óptica μ3 e o coeficiente espalhamento óptico ps. - Medidas acústicas: [071] As medidas acústicas foram realizadas de acordo com a técnica de substituição, descrita por E. L. MADSEN et al em "Interlaboratory comparison of ultrasonic backscatter, attenuation, and speed measurements". Journal of Ultrasound in Medicine, v. 18, n. 9, p. 615-631, 1 set. 1999, utilizando como meio de referência a água.

[072] Para isso, foram utilizados transdutores de ultrassom de imersão de banda estreita na faixa de 1-10 MHz ligados a um gerador de pulsos e um transdutor do tipo agulha ligado a um osciloscópio para recepção do sinal transmitido pelos transdutores e passado pelas amostras.

[073] As amostras possuíam formato cilíndrico com 7,5 cm de diâmetro e 2,5 cm de altura e se encontravam a uma distância compatível com o campo distante dos transdutores de imersão. No momento das medidas acústicas, a temperatura do phantom e do material de referência se encontrava em equilíbrio de 21°C.

[074] Dessa forma, avaliou-se a velocidade do som no material e o coeficiente de atenuação acústica do phantom.

[075] A velocidade do som é a distância percorrida pelo ultrassom por unidade de tempo; o coeficiente de atenuação acústica avalia a perda de intensidade acústica sofrida pela onda acústica ao atravessar o phantom, para cada frequência utilizada.

[076] Desse modo, na caracterização acústica dos phantoms foram obtidos valores para a velocidade de propagação acústica no material cm de 1460-1490m/s e o coeficiente de atenuação acústica am por MHz de frequência utilizado encontrado foi de 0,5-1,5 dB/cm/MHz, ambos mostrados na Tabela 3.

[077] Ainda, os valores das constantes cc0 e n do ajuste de potência das curvas de atenuação acústica e velocidade do som das amostras do grupo A, B e C também são representados na Tabela 3.

Tabela 3 - Valores obtidos dos ajustes das curvas de atenuação acústica dos materiais dos grupos A, B e C pela função a(/) = cc0fn . «0 Cs Grupo Amostras n (dB/cm/MHz~n) (m/s) A2 0,35 ± 0,13 1,32 ± 0,17 1458,6 ± 3,1 A A3 0,39 ± 0,10 1,32 ± 0,12 1463,7 ± 3,6 BI 0,90 ± 0,18 1,03 ± 0,10 1467,6 ± 2,8 B2 0,71 ± 0,09 1,12 ± 0,06 1467,5 ± 2,5 B3 0,76 ± 0,10 1,07 ± 0,06 1470,9 ± 2,2 B B4 0,71 ± 0,15 1,17 ± 0,11 1472,6 ± 2,1 B5 0,84 ± 0,17 1,07 ± 0,09 1476,2 ± 2,2 B6 1,01 ± 0,18 0,99 ± 0,09 1478,5 ± 1,9 Cl 0,60 ± 0,06 1,14 ± 0,04 1467,7 ± 1,7 C2 0,79 ± 0,09 1,05 ± 0,06 1470,9 ± 2,2 C C3 1,18 ± 0,09 0,94 ± 0,04 1477,4 ± 2,9 C4 1,23 ± 0,09 0,96 ± 0,03 1480,7 ± 1,9 - Medidas ópticas: [078] Para as medidas ópticas, utilizou-se uma esfera integradora acoplada a um espectrofotômetro operando na região de comprimento de onda UV/VIS/NIR de 400-1200 nm e phantoms cilíndricos de 2 cm de diâmetro e 2 cm de altura. Foram medidos os coeficientes de absorção óptica μ3 e espalhamento óptico μ3 usando um arranjo experimental e a teoria de transporte de fótons proposta por Kubelka & Munk descrita por W. F. CHEONG, S. A. PRAHL e A. J. WELCH em "A review of the optical properties of biological tissues". Quantum Electronics, IEEE Journal of, 1990".

[079] Assim, o coeficiente de absorção óptica μ3 foi encontrado para comprimentos de onda entre 400 nm e 1200 nm, como mostrado nas Figuras 3A-B. Destacamos os valores para À=1064nm entre 0,l-l,8cm_1 e para À=532nm entre 0,1-2,7crtf1.

[080] A Figura 3A representa o coeficiente de absorção óptica para os materiais mimetizadores em gue foi empregado apenas o polímero SEBS entre 10-15% (grupo A) , e naqueles onde foi empregado uma quantidade fixa de polietileno de baixa densidade (5% em massa de gel) e variou a proporção de polímero SEBS entre 5%-15% (grupo B).

[081] Enquanto a Figura 3B representa o coeficiente de absorção óptica para os materiais mimetizadores em que foi empregado o polímero SEBS em 9% em massa do material e polímero polietileno de baixa densidade entre 3-9% (grupo C).

[082] Já o coeficiente de espalhamento óptico μ8 foi encontrado para comprimentos de onda entre 400 nm e 1200 nm, como mostrado nas Figuras 4A-B. Destacam-se os valores para A=1064nm entre 0,l-l,2cm-1 e para X=532nm 0,1-2, lcirf1.

[083] A Figura 4A representa o coeficiente de espalhamento óptico para os materiais em que foi empregado apenas o polímero SEBS entre 10-15% (grupo A), e em materiais em que foi empregado uma quantidade fixa de polietileno de baixa densidade (5% em massa do material) e variou a proporção de polímero SEBS entre 5%-15% (grupo B).

[084] Enquanto a Figura 4B representa o coeficiente de espalhamento óptico para os materiais mimetizadores em que foi empregado o polímero SEBS em 9% em massa do material e polímero polietileno de baixa densidade entre 3-9% (grupo C).

[085] Através desses resultados, pode-se concluir que a adição do PEBD no phantom auxilia na estabilidade do material e afeta diretamente as características ópticas e acústicas. Ainda, a análise das amostras mostrou que o PEBD promove aumento de todas as características acústicas e ópticas analisadas.

[086] Ainda, para exemplificação, imagens do material com polímeros na concentração obtida pelas técnicas de imagem de ultrassonografia e imagem por fotoacústicas, são mostradas nas Figuras 5 e 6A-B, respectivamente.

[087] As imagens do material mimetizador mostrados nas Figuras 5 e 6A-B ilustram um phantom confeccionado com uma inclusão esférica com l,lcm de diâmetro, feita com o mesmo material do phantom aqui descrito, além da adição do corante alimentício urucum. A inclusão não pode ser visualizada na imagem de ultrassom devido a sua ecogenicidade ser a mesma do restante do phantom.

[088] Deve-se ressaltar que para os constituintes usados nos exemplos mostrados, verificou-se que o uso de PEBD em uma proporção maior do que 10% originou um material rigido e menos homogêneo e, portanto, com características que não mais simulavam o tecido. Também verificou-se que os aditivos usados para controle de características acústicas e ópticas não alteraram a estabilidade mecânica do material produzido.

[089] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (13)

1. Material mimetizador de tecidos biológicos (phantom) caracterizado pelo fato de compreender: de 5 a 15%, preferencialmente 7% em massa de borrachas termoplásticas olefinas, preferencialmente o copolimero tribloco termoplástico estireno- etileno/butileno-estireno (SEBS); - de 0,1 a 10%, preferencialmente 5% em massa de homopolimero oleofinico polietileno, preferencialmente o polietileno de baixa densidade (PEBD); - de 75 a 95%, preferencialmente 88% de massa total de óleo mineral parafínico; e - de 0,01 a 30% em massa do material de materiais aditivos.

2. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as borrachas termoplásticas olefinas serem selecionadas do grupo que consiste em estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno-isopreno-estireno (SIS) e estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS).

3. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, alternativamente, o óleo mineral parafínico ser substituído por óleo mineral naftênico.

4. Material, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de a porcentagem dos polímeros a ser empregada na confecção do material mimetizador variar de acordo com o tecido biológico humano específico a ser mimetizado, em que para mimetizar tecidos moles, tal como gordura, a proporção dos polímeros consiste em, preferencialmente 7% de SEBS e 5% de PEBD em base de óleo mineral parafínico; e para mimetizar tecido mamário a proporção dos polímeros consiste em, preferencialmente 12% de SEBS e 5% de PEBD em base de óleo mineral parafínico.

5. Material, de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracter i zado pelo fato de os materiais aditivos serem selecionados do grupo que consiste em estruturas de espalhamento acústico, estruturas de absorção e espalhamento óptico, em que estes variam de acordo com a característica acústica ou óptica desejada.

6. Material, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de as estruturas de espalhamento acústico serem selecionadas do grupo que consiste em microesferas de vidro, pó de policloreto de vinila (PVC), pó de grafite, microesferas poliméricas ou pó de madeira.

7. Material, de acordo com a reivindicação 5, caracteri zado pelo fato de as estruturas de espalhamento óptico serem selecionadas do grupo que consiste em emulsões lipídicas, microesferas poliméricas, dióxido de titânio (Ti02) e óxido de alumínio (A1203) na forma de pó.

8. Material, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de as estruturas de absorção óptico serem selecionadas do grupo que consiste em tinta nanquim, corantes alimentícios, corantes moleculares como a Indocianina Verde e o Azul de Metileno, pó de grafite, nanopartículas magnéticas, nanopartículas de prata e de ouro.

9. Material, de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de ser termorreversível, reutilizável e remodelado através de aquecimento a uma temperatura que varia de 100 a 130°C.

10. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, adicionalmente, em temperaturas que variam de 100 a 130°C, ser utilizado um antioxidante, tal como pentaeritritol tetrakis (3-mercaptoproprianato) em uma concentração que varia de 0,2-0,5% em massa do material.

11. Material, de acordo com a reivindicação 1 ou 10, caracterizado pelo fato de ser fabricado a uma temperatura que varia de 100 a 130°C por um período de tempo que varia de 3 a 6 horas.

12. Uso do material, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de ser para aplicações em ultrassonografia; técnicas ópticas, tais como tomografia de coerência óptica, tomografia por óptica difusa, entre outras; e técnicas híbridas, tal como a fotoacústica.

13. Uso do material, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de ser para fins de aplicações clinicas como controle de qualidade de equipamentos e treinamento de intervenções cirúrgicas guiadas por imagens.