CN108257478A - 用于光声显像装置测试的仿生仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，光声显像装置包含一个用于引导激光的光纤导线，及一个能接收超音波讯号的超音波探头。该仿生仿真系统包含一个提供输送动力的泵、一个连通该泵并输送仿体血液的导管，及一个供该导管连通的测试模块。该测试模块包括一个围绕出一个容置空间的壳体、一个设置于该容置空间中的仿体血管，及一个设置于该容置空间中并叠置于该仿体血管的仿生单元。该仿生单元具有至少一层仿体组织，由水、吉利丁粉，及石墨粉混合而成，该光纤导线发出激光激发该仿体血管及该仿生单元，产生超音波讯号而由该超音波探头接收成像。

Description

用于光声显像装置测试的仿生仿真系统

技术领域

本发明涉及一种生医仿真系统，特别是涉及一种用于光声显像装置测试的仿生仿真系统。

背景技术

参阅图1，为一执行光声显像的示意图，光声显像为一种使用激光的成像技术，通过一光纤导线11发出激光，所述的激光照射而激发组织产生超音波后，利用组织对特定波长光线的选择性吸收，使拥有较高的光吸收系数的组织吸收激光所提供的能量，并因而产生光声讯号，所产生的光声讯号可由一超音波探头12接收，借此形成影像。

心导管介入微创手术是目前心血管疾病主要治疗方式，主要是穿刺腿腹股沟或手部动脉而置入动(静)脉鞘，以钢丝导线沿血管进入至治疗部位建立手术通道，结合于塑料导管的器械沿着导线，可顺利进入血管，进行检查与治疗。然而，为了使手术操作顺利，过程中必须持续使用X光或者通过显影剂显影的方式，确认血管路径而维护手术安全，并提高手术成功的机率。有鉴于上述手术特性，光声显像技术可控制导线方向，并结合完整的血管影像以导引路径，可大幅提升手术安全程度，且不需要使用X光或者显影剂。

由于光声显像技术配合心导管介入微创手术的优势，未来在心导管介入微创手术的实施上，必会逐渐提高配合光声显像技术的比例，故无论是学习中的医学系学生，或是手术的执行医师，都有可能需要进行心导管介入微创手术配合光声显像的实际演练，而执行光声显像技术的装置，在实际配合手术执行前亦有进行测试的必要性。然而，心导管介入微创手术并非适合直接以人体进行练习的手术，故如何设计得以配合光声显像技术，且能确实仿真活体状态的仿真系统，遂成为一个刻不容缓的重要研发课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，以及一种得以配合光声显像装置测试的仿体组织。

本发明用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，该光声显像装置包含一用于引导激光的光纤导线，及一用于接收超音波讯号的超音波探头。该仿生仿真系统包含一用于提供输送仿体血液的动力的泵、一连通于该泵而用于输送仿体血液的导管，及一连通该导管且供该光纤导线穿伸的测试模块。

该测试模块包括一围绕出一容置空间的壳体、一设置于该容置空间中的仿体血管，及一设置于该容置空间中并叠置于该仿体血管的仿生单元。该仿生单元具有至少一层仿体组织，该至少一仿体组织包括水、吉利丁粉，以及石墨粉。该光纤导线引导而发出的激光激发该仿体血管及该仿生单元，产生的超音波讯号由该超音波探头所接收。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，该导管的两端分别贯穿该测试模块的壳体，并与该仿体血管连通，使所述仿体血液能流布该仿体血管并循环。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，该导管邻近该壳体处开设有一个第一穿口，供该光纤导线穿伸进入该仿体血管。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，该壳体具有一呈贯通状的第二穿口，该测试模块还包括一个两端分别连通于该第二穿口与该仿体血管的连接管，该光纤导线能自该第二穿口穿伸于该连接管而进入该仿体血管。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，该仿生单元的仿体组织中，水、吉利丁粉，及石墨粉是以体积比100:(15～33):(6～25)的比例所混合而成。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，该仿生单元包括两层仿体组织，其中一层仿体组织的水、吉利丁粉，及石墨粉是以体积比100:(27～33):(8～12)的比例混合；另外一层仿体组织是以体积比100:(15～25):(15～25)的比例混合。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，所述石墨粉的粒径介于10微米至20微米间。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，该仿生仿真系统还包括一个连通于该导管的缓冲容器，用于暂时容置所述仿体血液。

较佳地，前述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其中，所述仿体血液是将水与石墨粉以50:1的体积比例混合而成。

另外，本发明仿体组织适用于配合光声显像装置的测试，并包含水、吉利丁粉，以及石墨粉，所述仿体组织的水、吉利丁粉，及石墨粉是选自体积比100:(27～33):(8～12)的比例混合，以及体积比100:(15～25):(15～25)的比例混合所组成的群组。

本发明的有益的效果在于：该仿生单元配合该仿体血管，可模拟实际手术时的血管以及人体组织，由水、吉利丁粉，以及石墨粉混合而成的该仿生单元，也就是多层的仿体组织，可确实扮演人体组织的角色，仿真出实际的声波传递性质，故可供使用者在不需对人体实际侵入的情况下，对该光声显像装置进行测试，或者练习手术的执行。

附图说明

图1是一示意图，说明现有的光声显像技术；

图2是一系统配置图，说明本发明用于光声显像装置测试的仿生仿真系统的一第一实施例；

图3是一立体图，说明该第一实施例的一仿体血管；

图4是一示意图，说明该第一实施例的使用情况以及功效；及

图5是一系统配置图，说明本发明用于光声显像装置测试的仿生仿真系统的一第二实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明用于光声显像装置测试的仿生仿真系统的一第一实施例，该光声显像装置9包含一用于引导激光的光纤导线91，及一用于接收超音波讯号的超音波探头92。该第一实施例包含一用于提供输送仿体血液的动力的泵2、一连通于该泵2而用于输送仿体血液的导管3、一连通该导管3且供该光纤导线91穿伸的测试模块4，及一连通于该导管3并用于暂时容置所述仿体血液的缓冲容器5。

要先行说明的是，为了模拟人体血液的血浆以及血球，依据人体血球概为2至20微米的尺寸信息，以及血浆与血球的比例数据。所述的仿体血液是将水与石墨粉以50:1的体积比例混合而成，且每一石墨粉颗粒的粒径较佳是与血球相当，采用的是介于10微米至20微米间。

该测试模块4包括一围绕出一容置空间400的壳体41、一设置于该容置空间400中的仿体血管43，及一设置于该容置空间400中并叠置于该仿体血管43的仿生单元42。该导管3的两端分别贯穿该测试模块4的壳体41与仿体血管43连通，使仿体血液能流布该仿体血管43并循环。该导管3邻近壳体41处开设有一第一穿口31，可供该光纤导线91穿伸而进入位于测试模块4内的仿体血管43。

参阅图3，为了使该仿体血管43更贴近真实的人体血管，必须依据真实的人体血管的机械性质、直径等等参数进行全盘考虑。就该仿体血管43所需的硬度、强度、韧性、弹性等等机械性质进行评估，较佳是采用硅胶为材料而制造该仿体血管43。另外，为了使制成的该仿体血管43的型态更拟真，可使用3D打印技术而依据实际血管的外观，成型出与实际血管外观型态相同的该仿体血管43。因此，该仿体血管43无论在机械性质或者外观型态上，皆与真实的人体血管相仿，能提供使用者较佳的测试和练习环境。

参阅图4，该仿生单元42具有两层仿体组织421，分别用以仿真实际人体组织的皮肤以及肌肉，每一层仿体组织421都是由水、吉利丁粉，以及石墨粉所混合而成。制作该仿生单元42时，是先使吉利丁粉溶解于水中而形成胶体溶液，接着再将石墨粉混入所述的胶体溶液，并通过搅拌方式使石墨粉均匀分散于所述胶体溶液中，待混合有石墨粉的胶体溶液凝固后，即形成其中一层仿体组织421。而水、吉利丁粉，及石墨粉的混合比例，可依据欲仿真组织的性质而微幅调整比例，主要是各别依据人体组织的皮肤及肌肉的物理性质，就声波传递的参数进行调整。举例而言，调配仿真皮肤的仿体组织421时，水、吉利丁粉，及石墨粉较佳是以体积比100:(27～33):(8～12)的比例所混合；调配仿真肌肉的仿体组织421时，水、吉利丁粉，及石墨粉较佳是以体积比100:(15～25):(6～25)混合。要特别说明的是，除了可以微幅调整水、吉利丁粉，以及石墨粉的混合比例外，还能采用掺杂其他物质而使物性更接近实际组织的方式来进行调整。

参阅图4并配合图2，实际使用该第一实施例时，是先使仿体血管43穿过该测试模块4的容置空间400，并使导管3的两端与该仿体血管43连通，接着将所制作的仿生单元42放置于该容置空间400中，并叠置于该仿体血管43上。所述仿体血液是暂存于该缓冲容器5中，通过该泵2提供的动力，所述仿体血液会经由该导管3而流入该仿体血管43，形成一个模拟的血液循环。其中，所述仿体血液的流速、流量等等参数的调整，皆可通过调整该泵2而达成。接着，当该光声显像装置9的光纤导线91自该导管3的第一穿口31开始穿设，并且进入该仿体血管43位于该容置空间400中的范围时，该光纤导线91发出的激光，会激发该仿体血管43与该仿生单元42，由于该仿体血管43与该仿生单元42对于光声成像的原理而言，具有与真实血液与真实人体组织相仿的成像性质，故当该超音波探头92接收到对应的超音波讯号时，即可借此确实成像。

通过该第一实施例，不但可方便地调整仿体血液的流速和流量，在真实血液以及人体组织的物理性质上，也能以该仿体血液及该仿生单元42确实仿真。更重要的是，该实施例提供了使用者不需通过实际人体即能确实进行测试或练习的操作平台，无论对于该光声显像装置9的测试，或者是手术执行手感的练习，都是相当好的媒介。

参阅图5，为本发明用于光声显像装置测试的仿生仿真系统的一第二实施例，该第二实施例与该第一实施例的差别在于：该壳体41具有一呈贯通状的第二穿口411，该测试模块4还包括一个两端分别连通于该第二穿口411与该仿体血管43的连接管44，该光纤导线91能自该第二穿口411穿伸于该连接管44而进入该仿体血管43。该第二实施例的第二穿口411是开设于该壳体41上，并通过专用的该连接管44连通于该仿体血管43，除了得以发挥该第一实施例的所有功效外，更有利于使用者经由专属途径穿伸该光纤导线91。

Claims (10)

1.一种用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，该光声显像装置包含一条用于引导激光的光纤导线，及一个用于接收超音波讯号的超音波探头；其特征在于：该仿生仿真系统包含：

一个泵，用于提供输送仿体血液的动力；

一条导管，连通于该泵而用于输送仿体血液；及

一个测试模块，连通该导管且供该光纤导线穿伸，并包括一个围绕出一个容置空间的壳体、一条设置于该容置空间中的仿体血管，及一个设置于该容置空间中并叠置于该仿体血管的仿生单元，该仿生单元具有至少一层仿体组织，所述仿体组织包括水、吉利丁粉，以及石墨粉，该光纤导线引导而发出的激光激发该仿体血管及该仿生单元，产生的超音波讯号由该超音波探头所接收。

2.根据权利要求1所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：该导管的两端分别贯穿该测试模块的壳体，并与该仿体血管连通，使所述仿体血液能流布该仿体血管并循环。

3.根据权利要求2所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：该导管邻近该壳体处开设有一个第一穿口，供该光纤导线穿伸进入该仿体血管。

4.根据权利要求2所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：该壳体具有一呈贯通状的第二穿口，该测试模块还包括一个两端分别连通于该第二穿口与该仿体血管的连接管，该光纤导线能自该第二穿口穿伸于该连接管而进入该仿体血管。

5.根据权利要求1所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：该仿生单元的仿体组织中，水、吉利丁粉，及石墨粉是以体积比100:(15～33):(6～25)的比例所混合而成。

6.根据权利要求5所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：该仿生单元包括两层仿体组织，其中一层仿体组织的水、吉利丁粉，及石墨粉是以体积比100:(27～33):(8～12)的比例混合；另外一层仿体组织是以体积比100:(15～25):(15～25)的比例混合。

7.根据权利要求1所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：所述石墨粉的粒径介于10微米至20微米间。

8.根据权利要求1所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：该仿生仿真系统还包括一个连通于该导管的缓冲容器，用于暂时容置所述仿体血液。

9.根据权利要求1所述用于光声显像装置测试的仿生仿真系统，其特征在于：所述仿体血液是将水与石墨粉以50:1的体积比例混合而成。

10.一种仿体组织，适用于配合光声显像装置的测试，并包含水、吉利丁粉，以及石墨粉，所述仿体组织的水、吉利丁粉，及石墨粉是选自体积比100:(27～33):(8～12)的比例混合，以及体积比100:(15～25):(15～25)的比例混合所组成的群组。