CN105448169B - 一种用于介入超声的活检模型 - Google Patents

Abstract

本发明属于医学领域，涉及一种活检模型，含有正常组织胶模型和肿瘤胶模型，所述肿瘤胶含有以下成分：卡拉胶、刚果红。本发明的肿瘤胶模型包埋于普通的卡拉胶后，超声显示为高回声肿块，肉眼观察普通卡拉胶为无色半透明，而肿瘤胶为红色不透明，对比强烈，易于区分。该模型十分适合于作为模拟介入超声引导穿刺活检的模型。

Description

一种用于介入超声的活检模型

技术领域

本发明属于医学领域，具体地说涉及超声医学中的超声引导下介入诊断和治疗领域，涉及一种用于介入超声的活检模型。

背景技术

介入超声是临床常用诊断或治疗手段，有着精准、微创、简便的特点，该技术对设备的要求较低，普通超声仪即可满足，但对于操作医生有着较高的要求，因此抓紧培训高素质高水平的介入超声医师是摆在我们面前的一项重要而紧迫的任务。在介入超声的教学工作中，学生首先学习理论知识，然后进行水槽模型练习或实验动物身上进行练习，水槽模型简单易得，但缺乏固体支撑，难以模拟人体情况；而利用实验动物练习成本高，且成像效果不能保证，难以普及。而不经过训练直接在病人身上操作，不但不符合医德要求，也容易导致并发症及医患纠纷的发生，介入超声的教学工作因此面临两难的尴尬境地，严重影响了介入超声年轻医师的培养。

为了模拟临床情况，需要提供超声特性(如声速、密度和衰减系数等)与人体生物组织极大相似的材料，来模仿人体组织。超声在卡拉胶胶体中的传播速度较为接近人体真实情况，因此常用作为制作模仿人体正常组织的材料。

目前的超声体模种类繁多，对应于不同的目的，其所需的超声特性及其他理化性质也完全不同。例如，中国专利201010281486.2公开了一种评价肿瘤消融安全边界的模型，由肿瘤胶、安全边界胶、实质胶组成，其中肿瘤胶由卡拉胶和胃窗超声造影剂制成，而与其相邻的安全边界胶则由卡拉胶-牛奶制成；该肿瘤胶和安全边界胶除了需要在超声特性方面与人体实际情况相似外，还要求可消融性，以及安全边界胶的肉眼可识别性。

而在作为活检模型方面，不仅对模型的超声特性有所要求，而且要求其易于其活检操作效果进行判断，因此，在满足超声特性的同时要求肿瘤模型与周边正常组织模型具有明显的肉眼可区分性。

中国专利201010281470.1提供了一种用于虚拟导航辅助超声无法显示的肿瘤组织活检过程的模型，包含实质胶和肿瘤胶，肿瘤胶由卡拉胶、碘油、表面活性剂和牛奶制成。其中碘油可以起到提高组织密度的作用，能提高CT值，同时其超声回声不增加；而牛奶的加入可以使得肿瘤胶与实质胶在颜色上呈现一定的差别，同时超声回声不会有明显变化。

上述的活检模型是应用于超声无法显示的肿瘤模型。然而，更多的肿瘤是是具有高回声特性的。并且上述的活检模型采用在肿瘤胶中加入牛奶来使得其自颜色上与实质胶呈现出一定的区别以实现肉眼观察，但是，由于一般的卡拉胶在凝固之后会呈现一定的不透明性，因此牛奶所呈现的乳白色与半透明的实质胶之间并不能呈现令人非常满意的明显清晰的区别。染料的使用，无疑可以进一步增强这种可区分性。然而，目前未见任何关于添加染料的报道，主要的原因可能是很多染料容易从肿瘤胶往卡拉胶渗透，使得肿瘤胶与卡拉胶均渗透染料颜色，反而不利于观察。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种肿瘤胶体模型与正常组织胶体模型之间具有明显肉眼可区分度的活检模型。

本发明目的之二在于提供一种肿瘤胶体模型与正常组织胶体模型之间具有明显肉眼可区分度的，且肿瘤胶具有高回声特性的活检模型。

本发明目的之三在于提供上述活检模型的制备方法。

发明通过以下技术方案实现上述目的。

发明提供了一种用于介入超声的活检模型，含有正常组织胶模型和肿瘤胶模型，所述肿瘤胶含有以下成分：胶体原料、染料。所述胶体原料为琼脂糖、琼脂、卡拉胶、魔芋粉、明胶中的一种或多种；所述的染料选自刚果红、甲基蓝或炭黑。

刚果红是一种红棕色粉末，无臭，溶于水，略溶于乙醇，几乎不溶于氯仿、乙醚，常作为染料诊断剂使用，用于检查肾功能、淀粉样变性等。本发明首次将刚果红用于胶体原料的染色中。甲基蓝是一种芳香杂环化合物。被用作生物染色剂，用于动物组织学中原生动物活体、细菌、神经细胞的染色。炭黑是一种黑色粉末状的无定形碳，具有多种用途，包括用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业等。

由于本发明的模型含有正常组织胶模型和肿瘤胶模型，采用一般的染料，很容易产生染料相互渗透的现象，导致两种模型之间的颜色界限不清。例如，发明人曾经常尝试过多种染料，除了刚果红、甲基蓝、炭黑之外，还包括孔雀石绿、曙红、玫瑰红B等，但是，当肿瘤胶凝固后进一步被正常组织胶包裹后，很多染料会从肿瘤胶中渗透到正常组织胶中，使得正常组织胶也带有相应的颜色。这将混淆两种胶模型，十分不利于活检操作结果的判断。

而令人惊喜的是，发明人采用了刚果红这一通常作为诊断试剂的染料作为肿瘤胶的染料时，在肿瘤胶凝固之后，可以有效地吸附锁紧于肿瘤胶中，即使肿瘤胶外层再包覆一层正常组织胶，在长时间放置或浸泡的历程中，染料仍然稳定地仅存在于肿瘤胶中，使得肿瘤胶与正常组织胶之间形成稳定的清晰的界限，适于作为活检模型，活检操作的结果得以非常明晰地判断。

而甲基蓝、炭黑的效果则差强人意，染料颜色有轻度的渗透。其他大多数染料颜色均在1小时内即明显渗透至正常组织胶中，完全不能用于作为肿瘤胶的染色剂。

发明人在进一步的实验中发现，在所有胶体原料中优选采用卡拉胶，所采用的卡拉胶采用食品级的即可用满足肿瘤胶的制作要求。并且，食品级卡拉胶比卡拉胶精粉更适合于制作该模型。尽管卡拉胶精粉制作而成的胶体具有透明度及耐用性更加的优点，但是，发明人发现在肿瘤胶的制作中，采用食品级的卡拉胶作为原料，所得的肿瘤胶对于染料的锁紧程度更佳。发明人猜测可能是因为食品级卡拉胶中含有一定含量的纤维素，对刚果红具有吸附作用，在凝固成为肿瘤胶模型之后有利于两者更为可靠稳固地结合而锁紧固定刚果红染料。

优选地，所述的肿瘤胶中还含有牛奶。采用上述方法获得的肿瘤胶在颜色上呈现出明显的颜色，可以完全满足肉眼辨识的要求。然而，为了进一步强化肿瘤胶与正常组织胶之间的对比度，可以在肿瘤胶的制作过程中进一步加入牛奶。此时，肿瘤胶将呈现完全不透明的颜色，使得其与透明或半透明的正常组织胶之间形成强烈的对比和清晰的界限。

作为一种可选的方案，所述的肿瘤胶中还含有胃窗超声造影剂。胃窗超声造影剂是超声胃肠道造影时常用的一种粉末颗粒，在胶体原料中加入适量胃窗超声造影剂可调节胶体原料的回声强度。此时，可以通过胃肠超声造影剂的加入来调整肿瘤胶的超声特性，以模仿超声可现实的肿瘤模型。

优选地，胶体原料和染料的质量份数为：胶体原料以干重计18～25份、染料5～10份。染料的进一步加入尽管可以强化胶体呈现的颜色，然而其加入量优选控制在一定程度为宜。

牛奶的质量份数优选为100～200份。胃窗超声造影剂的质量份数优选为10～30份。

本发明活检模型中的正常组织胶模型可以采用多种原料制成，例如，可以含有卡拉胶、琼脂糖、琼脂、魔芋胶中的一种或多种。

只要在制备肿瘤胶时选用了合适的染料及基质胶(胶体原料)，使得染料得以锁紧在基质胶中，此时形成的肿瘤胶外部包裹多种胶体，均可以稳定颜色边界，染料不易扩散。

发明同时提供了该介入超声的活检模型的制备方法，其中肿瘤胶的制备方法包括以下步骤：

S1.将胶体原料溶解于水溶液中成为胶体原料溶液；

S2.将染料、胶体原料溶液混合，凝固成为肿瘤胶；或将胃窗超声造影剂、染料、牛奶、胶体原料溶液混合，凝固成为肿瘤胶。

步骤S1所述的水溶液为NaCL盐水溶液；优选地，所述的盐水溶液为质量分数0.1-3.0％的盐水；更优选为0.9％的NaCl生理盐水；更优选地，所述的盐水溶液的温度保持在70-90℃。发明人发现，当采用蒸馏水作为溶剂时，所获得的胶体在硬度方面不及采用生理盐水的情况。

进一步优选地，将S1中所述的胶体原料与盐水溶液以质量比为1:45～55的比例混合，成为胶体原料溶液，然后再进一步与其他成分混合。

本发明的活检模型的制备方法还包括正常组织胶的制备，是在制备好的肿瘤胶模型外部凝固正常组织胶溶液；所述的正常组织胶溶液是将凝固剂(卡拉胶、琼脂糖、琼脂、魔芋胶、明胶中的一种或多种)溶解于质量分数0.1-3.0％的盐水中；优选将凝固剂和水按照1:45～55的质量比溶解。更优选地，正常组织胶溶液采用的凝固剂是琼脂糖或琼脂中的一种或两种，发明人发现在这种选择下模型长时间浸泡于水中时其稳定性更优于其他选择。

可以采用在肿瘤胶凝固之后，置于正常组织胶溶液中，待正常组织胶凝固后成为活检模型；或者也可以采用分层灌注正常组织胶溶液的方法，将肿瘤放置于中间某层的适当位置，待液体正常组织胶凝固后即成为活检模型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的肿瘤胶模型包埋于普通的胶体后，超声显示为高回声肿块，肉眼观察普通胶体为无色半透明，而肿瘤胶为红色不透明，对比强烈，易于区分(图)。该模型十分适合于作为模拟介入超声引导穿刺活检的模型。

本发明肿瘤胶采用的胶体原料具有易得、价廉、制作条件要求不高、透声性好的特点。卡拉胶是一种从海藻中提取的多糖，其食品级别的干品胶体价格便宜，是食品和医药行业常用的一种材料。我国海南产的卡拉胶属于κ-族，此族卡拉胶具有良好的热可逆性，固态卡拉胶的熔点和液态卡拉胶的凝固点在40-60℃之间，即简单的加热或冷却就可对卡拉胶进行重新塑形。固态明胶半透明，具有良好的透声性，制作工艺简单方便，较易保存。

附图说明

图1为本发明活检模型的照片；

A：正中剖面图，肿瘤胶模型显示于箭头所向的红色圆形，直径10mm，内含红色颜料，包埋于正常组织胶内，与周围乳白色的正常组织胶模型分界清晰；

B：显示了活检的组织条，内含红色部分，即表示活检到目标肿瘤，肉眼易于区分，长度可代表穿刺的准确性。

图2为模型采用分层灌注的模式制作，肿瘤模型在超声图像上呈高回声(红色箭头)，与周边低回声的正常组织胶分界清楚。

图3为肿瘤胶采用不同染料时的效果比较。

具体实施方式

以下对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不局限于以下的实施例介绍，凡依照本发明的原理或理念所作的等同的变化或变通都应视为本发明保护的范畴。

实施例1

海南产卡拉胶干品与0.9％(w/w)生理盐水按质量比1：52的比例混合，加热至70度以上，溶解后制成卡拉胶溶液，并维持温度在60度左右待用。

胃窗、刚果红、牛奶以及卡拉胶溶液按1.5：0.5：10：100的质量比例充分混合制成液体肿瘤胶，倒入直径1cm或2cm的球形铸模中冷却凝固制成肿瘤模型，将肿瘤模型放入液体正常组织胶中(可采用丝线将肿瘤胶悬挂固定在模具中后灌注液体正常组织胶，或者分层灌注正常组织胶的方法，将肿瘤放置于中间某层的适当位置)，待液体正常组织胶凝固后即模型制作成功。在本实施例中液体正常组织胶采用的即为上述卡拉胶溶液。

模型检测：25℃，标准大气压下，超声在模型中的平均传播速度为：1512m/s，非常接近人体软组织的超声传播速度；正常组织胶超声表现为均匀等回声，肉眼表现为白色半透明胶体，肿瘤模型超声表现为边界清楚的高回声球体；肿瘤模型表现为红色不透明球体；模型室温下放置24小时，甚至长达1周后，各组成结构的形状、超声及肉眼特性无明显改变，肿瘤胶模型和正常组织胶模型之间的界限清晰(如图1所示)；活检出的肿瘤组织条，易于分辨。

在超声引导下针对模型中的高回声肿块进行穿刺活检训练，针对大小一致的球形肿瘤活检时，活检出的肿瘤组织条长度可代表穿刺活检的准确性，可用于评价训练效果。

实施例2

海南产干品卡拉胶干品与0.9％(w/w)生理盐水按质量比1：45的比例混合加热后，制成卡拉胶溶液(同时用作液体正常组织胶)并用恒温水浴箱维持温度在60度左右待用。将胃窗、刚果红、牛奶以及卡拉胶溶液按2.5：1：20：100的质量比例充分混合后制成液体肿瘤胶，将肿瘤胶液体倒入直径1cm的球形铸模内冷却至室温制成肿瘤模型。采用分层灌注的方法，在正常组织胶的中间层放置数个肿瘤模型，冷却至室温后制成模型。

经测量模型的超声传播速度为：1510m/s(25℃，标准大气压下)，肿瘤模型超声显示为边界清楚的高回声，直径10mm，分布深度在25mm-105mm深度范围，正常组织胶肉眼表现为白色半透明胶体，肿瘤模型表现为红色不透明球体，模型放置24h，甚至长达1周后，各组成结构的超声特性及肉眼外观无明显变化。

在超声引导下进行穿刺活检操作，活检获取的组织条中含有红色胶条说明穿刺成功，命中目标。

实施例3

如实施例1，但肿瘤胶采用的染料分别有刚果红、甲基蓝、炭黑、孔雀石绿、曙红、玫瑰红B、苏丹红。所制成的模型分别放置1小时和24小时候观察渗透情况。结果如表1和图3所示。

表1肿瘤胶采用不同染料时模型性状对比

由结果可知，刚果红的效果最佳，远远优越于其他染料，其边缘十分清晰，染料完全不渗透至正常组织胶，肿瘤胶与正常组织胶对比度十分强烈，放置24小时甚至长达一周时间后，仍然保持良好的状态。

甲基蓝效果次之，放置1小时后边界能基本辨析，放置24小时后则不能满足要求；炭黑效果次之，放置1小时后边界模糊，24小时候，扩散至正常组织胶的染料由于进一步扩散使得正常组织胶的染料颜色比1小时时更浅，能在一定程度上辨析边界。

采用孔雀石绿、曙红、玫瑰红B时，肿瘤胶的颜色严重扩散至正常组织胶，边界模糊，完全不能满足超声训练和判断的需求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均未脱离本发明的内容，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种活检模型，其特征在于含有正常组织胶模型和肿瘤胶模型，所述的正常组织胶模型含有卡拉胶、琼脂糖、琼脂、魔芋胶中的一种或多种；所述肿瘤胶模型含有以下成分：胶体原料、染料；所述胶体原料为琼脂糖、琼脂、卡拉胶、魔芋粉、明胶中的一种或多种；所述的染料选自刚果红、甲基蓝或炭黑；所述的胶体原料和染料的质量份数为：胶体原料以干重计18～25份、染料5～10份。

2.如权利要求1所述的活检模型，其特征在于所述的肿瘤胶模型中还含有牛奶。

3.如权利要求1所述的活检模型，其特征在于所述的肿瘤胶模型中还含有胃窗超声造影剂。

4.如权利要求1所述的活检模型，其特征在于所述的胶体原料为卡拉胶。

5.如权利要求4所述的活检模型，其特征在于所述的卡拉胶为食品级卡拉胶。

6.如权利要求2所述的活检模型，其特征在于所述的牛奶的质量份数为100～200份。

7.如权利要求3所述的活检模型，其特征在于所述的胃窗超声造影剂的质量份数为10～30份。

8.一种如权利要求1所述的活检模型的制备方法，其特征在于所述肿瘤胶模型的制备方法包括以下步骤：

S1.将胶体原料溶解于水溶液中成为胶体原料溶液；

S2.将染料、胶体原料溶液混合，凝固成为肿瘤胶模型；或将胃窗超声造影剂、染料、牛奶、胶体原料溶液混合，凝固成为肿瘤胶模型；

S1中所述的胶体原料与水溶液的质量比为1:45～55；

S2中所述将胃窗超声造影剂、染料、牛奶、胶体原料之间的重量配比为：胶体原料干重计18～25份、胃窗超声造影剂0～30份、染料5～10份、牛奶0～200份；

所述正常组织胶的制备，是在制备好的肿瘤胶模型外部凝固正常组织胶溶液；

所述的正常组织胶溶液是将卡拉胶、琼脂糖、琼脂、魔芋胶、明胶中的一种或多种溶解于质量分数0.1-3.0％的盐水中。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于步骤S1所述的水溶液为盐水溶液。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述的胃窗超声造影剂是10～30份，牛奶100～200份。

11.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述的盐水溶液为质量分数0.1-3.0％的盐水。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于所述的盐水溶液为0.9％的NaCl生理盐水。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于所述的盐水溶液的温度保持在70-90℃。

14.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述的正常组织胶溶液采用琼脂糖或琼脂中的一种或两种。