CN110930844A - 一种组织仿体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料技术领域，具体公开了一种组织仿体及其制备方法。所述组织仿体由特定材料制备而成，所述特定材料包括基质材料和吸收材料；其中，所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料。通过上述实施方式，本发明所提供的组织仿体可以更精确地模拟血红蛋白在可见光波段光学吸收特性，从而，其不仅可用于内镜的白光成像模式下观察，还可用于特殊光成像模式下观察，并且在白光成像模式和特殊光成像模式下的反射光图像的颜色均更接近真实人体体腔内黏膜血管的反射光图像的颜色。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种组织仿体及其制备方法。
背景技术
组织仿体，即模拟生物组织光学特性的仿生模型，例如模拟组织的吸收、散射特性等，其主要应用于生物光学成像仪器的标定校准以及代替生物体进行模拟实验。
在医用内窥镜领域，可以将组织仿体制备成形似消化道管腔结构的形状，如包含食管、胃及十二指肠的上消化道仿体，或者包含回盲部、结肠、直肠、肛管的下消化道仿体，以模拟内窥镜进、退镜过程，对内窥镜的操控性、图像质量及综合性能进行评估。
然而，在实践的过程中，发明人发现：目前用于内窥镜领域的组织仿体通常采用天然乳胶材料或者硅胶模拟消化道管腔结构，没有考虑真实的消化管腔中黏膜血管对特定光谱波段的吸收特性，从而，其仅适用于白光成像模式，而在特殊光成像模式下，观察到的图像与真实组织中观察到的图像存在显著差异，因而不具备模拟早癌诊断的功能。
因此，目前亟需一种能够更加准确地模拟黏膜血管对特定光谱波段的吸收特性的组织仿体。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备方法简易，并且可以更精确地模拟血红蛋白在可见光波段光学吸收特性的组织仿体及其制备方法，以为电子内窥镜多种成像模式在体外环境下模拟黏膜血管成像提供有效的组织仿体模型。
本发明提供了一种组织仿体，由特定材料制备而成；所述特定材料包括基质材料和吸收材料；所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料。
可选地，所述吸收材料包括第一吸收材料和第二吸收材料，所述第一吸收材料与所述第二吸收材料以预设比例混合；其中，
所述第一吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内的非血细胞材料；优选的，所述第一吸收材料的吸收峰位于405nm～425nm之间；
所述第二吸收材料包括吸收峰位于500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；优选的，所述第二吸收材料的吸收峰位于520nm～580nm之间。
可选地，所述第一吸收材料包括喹啉黄。
可选地，所述第二吸收材料包括活性红、葵红与甜菜红中的一种或多种。
可选地，所述组织仿体包括第一区域和第二区域，其中，
在所述第一区域内，所述吸收材料与所述基质材料的质量比为N1，
在所述第二区域内，所述吸收材料与所述基质材料的质量比为N2，其中N1≠N2；优选的，N2＞N1，所述第一区域具有与正常组织类似的吸光特性。
可选地，所述特定材料还包括散射材料，所述散射材料在可见光范围内的散射系数为10cm-1～200cm-1的值。
本发明还提供了一种组织仿体的制备方法，包括：
配置基质材料，其中，所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；
配置吸收材料，其中，所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；
将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体。
可选地，所述吸收材料包括第一吸收材料和第二吸收材料；
所述第一吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内的非血细胞材料，所述第二吸收材料包括吸收峰位于500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；
则，所述配置吸收材料，包括：
将所述第一吸收材料与所述第二吸收材料按照预设比例混合。
可选地，所述预设比例根据血红蛋白在可见光范围内的吸光度曲线、所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物在可见光范围内的吸光度曲线以及所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物在可见光范围内的吸光度曲线计算得到。
可选地，所述将所述第一吸收材料与所述第二吸收材料按照预设比例混合，包括：
按照预设比例，将所述第一吸收材料和所述第二吸收材料溶解于第一溶解剂，得到吸收剂；
则，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，包括：
将所述吸收剂与所述基质材料进行混合。
可选地，当所述基质材料不溶于所述第一溶解剂时，所述将所述吸收剂与所述基质材料进行混合，包括：
将所述吸收剂和所述基质材料在第二溶解剂中进行混合，其中，所述第二溶解剂能够溶解所述基质材料，与所述第一溶解剂互溶，并且不发生化学反应。
可选地，所述基质材料为硅胶，所述第一吸收材料为喹啉黄，所述第二吸收材料为活性红；则，所述第一溶解剂为水溶液，所述第二溶解剂为乙醇。
可选地，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体的步骤之前，所述制备方法还包括：
配置散射材料，其中，所述散射材料在可见光范围内的散射系数为10cm-1～200cm-1的值；
则，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体，包括：
将所述吸收材料和所述散射材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体。
与现有技术相比，本发明提供的组织仿体包括基质材料和吸收材料，并且所述吸收材料包括吸收峰位于400～440nm波段范围内和/或500～600nm波段范围内的非血细胞材料；从而，该组织仿体在包含所述吸收材料的位置处具有与血红蛋白相似的吸光特性，能够更加精确地模拟血红蛋白在可见光范围内的吸光特性。进而，本发明提供的组织仿体不仅可用于内镜的白光成像模式下观察，还可用于特殊光成像模式下观察，并且在白光成像模式和特殊光成像模式下的反射光图像的颜色更接近真实人体体腔内黏膜血管的反射光图像的颜色，有助于更真实地模拟内镜临床操作，也有助于在临床前阶段在体外环境下开展针对各种成像模式图像效果调试的参数标定工作，对于开发更好地识别和诊断病变特别是早期癌症的成像技术具有重要意义。此外，由于该组织仿体所采用的吸收材料为非血细胞材料，而此类非血细胞材料与常规的基质材料均为可以长期稳定存在的材料，因此，由这些材料制备而成的组织仿体可以长期保存和重复使用；又，本发明提供的制备上述组织仿体的方法操作简便，易于控制，便于进行大规模生产。
附图说明
图1为血红蛋白的摩尔消光系数-波长关系曲线；
图2为本发明实施例1中喹啉黄的吸光度-波长关系曲线；
图3为本发明实施例1中活性红M-3BE的吸光度-波长关系曲线；
图4为本发明实施例1中活性红X-3B的吸光度-波长关系曲线；
图5为本发明实施例1中喹啉黄和活性红M-3BE按照特定比例均匀混合于基质材料后的吸光度-波长关系曲线以及与含氧血红蛋白的吸光度-波长关系曲线的对比；
图6为本发明实施例1制备的组织仿体分别在白光成像模式(左)和特殊光成像模式(右)下的反射光图像；
图7为人体消化道黏膜分别在白光成像模式(左)和特殊光成像模式(右)下的反射光图像；
图8为市售组织仿体分别在白光成像模式(左)和特殊光成像模式(右)下的反射光图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
消化道肿瘤的早期诊断是医学界的研究热点。电子内窥镜能够伸入体腔内部进行高分辨率观察及实施微创治疗，是消化道早期癌症诊疗的有力工具。研究表明，可以通过内镜图像中黏膜表面微结构和微血管的形态学变化、颜色变化等综合信息判断病变性质及癌灶的浸润深度，从而评估治疗方案。电子内窥镜诊断模式通常包括白光成像模式和特殊光成像模式。白光成像主要用于对常规疾病进行筛查，但是不易于对病灶细微结构及病灶边界进行判断。特殊光成像模式利用黏膜血管中的主要吸收物质血红蛋白的光学吸收特性，采用特定波段光谱照明，并结合对应的图像处理技术，显著提高黏膜表面微结构与微血管的可视性，增强病灶部位与周围正常组织的结构对比度和颜色对比度，从而有效减少漏诊率，提高诊断准确率。
其中，在研发和临床实验的过程中需要使用组织仿体模拟成像效果，如果仿体的光学特性能够与人体消化道管腔的光学特性接近，并且性质稳定、形状可塑，则可以大规模制备和长期保存，还可将其用于内窥镜各成像模式的图像参数定标，实现在体外实验中模拟生物组织体内的诊断结果，从而不必像以往那样需要多次临床验证和参数优化的迭代过程，大幅提升产品开发效率，并保证各型号内镜产品图像效果的一致性。
然而，现有的组织仿体无法真实地模拟黏膜血管对特定光谱波段的吸收特性，从而不适用于仿真电子内窥镜特殊光成像模式下的成像效果。
有鉴于此，本发明提供了一种组织仿体，其由特定材料制备而成；所述特定材料包括基质材料与吸收材料；所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料。
具体而言，所述基质材料可以为任意在可见光范围内透明或半透明的可固化材料。为了能够真实地模拟生物组织的光学特性，所述基质材料的折射率优选为1.3～1.9，更优选为1.33～1.6，最优选为1.4。在实际应用中，所述基质材料可以包括但不限于：硅胶、琼脂、明胶或树脂等。其中，为了便于阐述本发明，后续将以硅胶作为所述基质材料为例进行详细说明。
所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料，亦即，本发明中的吸收材料可以包括仅在400nm～440nm段范围内具有吸收峰的非血细胞材料，也可以包括仅在500nm～600nm波段范围内具有吸收峰的非血细胞材料，还可以包括在400nm～440nm波段范围内和500nm～600nm波段范围内均具有吸收峰的非血细胞材料。其中，所述“非血细胞材料”可以是任意具有稳定的化学性质的材料(比如，化学性质稳定的着色剂)，由此，本发明提供的组织仿体无需采用真实血液作为特定光谱的吸收物质，避免了血液凝固、氧化等带来的不易保存问题，制备简易、无毒害。此外，还需说明的是，所述非血细胞材料可以由一种材料组成，也可以由两种或两种以上的材料组成，只要其吸收峰位于上述任意一个波段范围内或位于上述两个波段范围内即可，本发明对此不作具体限定。
其中，根据如图1所示的血红蛋白的摩尔消光系数-波长关系曲线可知，含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白均在上述两个波段范围内(400nm～440nm和500～600nm)具有吸收峰。从而，本发明所述的吸收材料具有与血红蛋白相似的吸光特性，能够用于模拟血红蛋白在可见光范围内的吸光特性。
又，由于血红蛋白是黏膜血管中的主要吸收物质，因此，通过在所述基质材料中掺入所述吸收材料，可以使得所制备的组织仿体在包含所述吸收材料的位置处具有与黏膜血管相似的吸光特性(亦即，可以以包含所述吸收材料的位置处的吸光特性，模拟组织中包含黏膜血管的位置处的吸光特性)。
再者，电子内窥镜特殊光成像模式主要是基于组织黏膜血管对特殊波段(即，血红蛋白的吸收峰所在波段)的强吸光特性，通过向黏膜血管照射特定波段光谱并结合图像后处理的方式获取凸显组织黏膜血管网络的形态的特殊光图像；从而，本发明通过所述吸收材料模拟黏膜血管的吸光特性，不仅可用于仿真内镜的白光成像模式下的成像效果，还可用于仿真特殊光成像模式下的成像效果。其中，由于血红蛋白的最大吸收峰位于400nm～440nm波段范围内，因此，在一些实施例中，为了能够适用于特殊光成像模式，并且能够相对准确地模拟黏膜血管对特殊波段的吸光特性，可以优选采用吸收峰位于400nm～440nm波段范围内的非血细胞材料作为所述吸收材料。
或者，为了能够更加准确地模拟血红蛋白在可见光波段范围内的吸光特性，以便在白光成像模式和特殊光成像模式下的反射光图像的颜色更接近真实人体体腔内黏膜血管的反射光图像的颜色，在另一些实施例中，也可以采用在400～440nm波段范围内和500～600nm波段范围内均具有吸收峰的非血细胞材料作为所述吸收材料。
其中，作为一种实施方式，所述在400～440nm波段范围内和500～600nm波段范围内均具有吸收峰的非血细胞材料可以由两种或以上的非血细胞材料组成。即，在该实施方式中，所述吸收材料可以包括第一吸收材料和第二吸收材料，所述第一吸收材料和所述第二吸收材料按照预设比例混合，以模拟血红蛋白在可见光波段的吸光特性。
具体而言，所述第一吸收材料可以包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内的非血细胞材料，其对位于400～440nm波段范围的蓝紫光具有较强的吸收。在本发明中，所述第一吸收材料主要用于模拟血红蛋白在其最大吸收峰处的吸光特性，因此，所述第一吸收材料优选在405～425nm附近具有吸收峰，更优选在415nm附近具有吸收峰。具体地，所述第一吸收材料可以包括喹啉黄，其在415nm附近具有强烈吸收特性、化学性质稳定且在某些领域中用于作为食品添加剂，制造成本低，非常适合作为模拟血红蛋白在波长为415nm处吸收特性的吸收物质。因此，本发明将在后续的实例中以喹啉黄作为所述第一吸收材料为例进行详细说明。
所述第二吸收材料可以包括吸收峰位于500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料，其对位于500nm～600nm波段范围的光具有较强的吸收。在本发明中，所述第二吸收材料主要用于模拟血红蛋白在其次级吸收峰处的吸光特性，因此，所述第二吸收材料优选在520nm～580nm的波段范围内具有吸收峰，再优选在520nm～560nm具有特定吸收峰，再优选在530nm～550nm具有特定吸收峰，最优选在540nm附近具有特定吸收峰。具体地，所述第二吸收材料可以为任意在540nm附近具有与血红蛋白相同或相似的光吸收特性的非血细胞材料，比如，其可以包括活性红、落葵红与甜菜红中的一种或多种。其中，活性红在540nm附近具有强烈吸收特性，溶解度高，无毒，化学性质稳定，可以用于纺织品的染色，非常适合作为模拟血红蛋白在波长为540nm处的吸收特性的吸收物质，因此，本发明将在后续的实例中以活性红作为所述第二吸收材料为例进行详细说明。
进一步地，考虑到病变组织中除了血管形态发生变化之外，还有可能会存在充血的情况，而充血则会导致病变区域的血红蛋白浓度增加，对特征光(蓝紫光和/或绿光)的吸收特性增强。因此，在又一些实施例中，所述组织仿体还可以包括具有不同浓度的吸收材料的第一区域和第二区域，亦即，若在所述第一区域内，所述吸收材料与所述基质材料的质量比为N1，在所述第二区域内，所述吸收材料与所述基质材料的质量比为N2，则，N1≠N2。具体而言，可以使所述第一区域具有与正常组织类似的吸光特性(即，在第一区域中的吸收材料的浓度与正常组织中的血红蛋白的浓度相近)以模拟正常组织区域，则，此时，所述N2＞N1。由此，通过设置具有不同浓度的吸收材料的两个或以上区域，能够同时模拟正常组织区域和病变组织区域的光学吸收特性，从而便于进行内镜临床模拟操作以及内镜参数标定。
此外，所述特定材料还可以包括散射材料，用于模拟组织的散射特性，提升针对组织仿体成像时的亮度。具体地，所述散射材料可以为任意在可见光范围内的散射系数为10cm-1～200cm-1的稳定性材料，比如，其可以包括但不限于：玻璃微珠、二氧化钛粉末、聚合物微球、金纳米颗粒等。
应当理解的是，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
由上述实施方式可见，本发明提供的组织仿体除了包括常规的基质材料之外，还包括吸收材料，并且所述吸收材料包括吸收峰位于400～440nm波段范围内和/或500～600nm波段范围内的非血细胞材料；从而，该组织仿体在包含所述吸收材料的位置处具有与血红蛋白相似的吸光特性，能够更加精确地模拟血红蛋白在可见光范围内的吸光特性。进而，本发明提供的组织仿体不仅可用于内镜的白光成像模式下观察，还可用于特殊光成像模式下观察，并且在白光成像模式和特殊光成像模式下的反射光图像的颜色更接近真实人体体腔内黏膜血管的反射光图像的颜色，有助于更真实地模拟内镜临床操作，也有助于在临床前阶段在体外环境下开展针对各种成像模式图像效果调试的参数标定工作，对于开发更好地识别和诊断病变特别是早期癌症的成像技术具有重要意义。此外，由于该组织仿体所采用的吸收材料为非血细胞材料，而此类非血细胞材料与常规的基质材料均为可以长期稳定存在的材料，因此，由这些材料制备而成的组织仿体可以长期保存和重复使用。
本发明还提供了一种组织仿体的制备方法，用于制备如上所述的组织仿体。
具体地，所述方法包括：
配置基质材料，其中，所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；
配置吸收材料，其中，所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；
将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体。
其中，所述基质材料与吸收材料均同上所述，在此不再赘述。
所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中的具体实施方式可以为：将吸收材料溶解后与基质材料进行均匀混合；也可以为：采用3D打印技术将所述吸收材料掺入所述基质材料中；还可以为：首先将所述吸收材料填充至预设的结构件中，该结构件具体可以为类似血管网络的结构，然后再将填充有所述吸收材料的结构件插入所述基质材料内；本发明实施例对此不作具体限定，只要能够将所述吸收材料掺入所述基质材料中即可。
其中，将吸收材料溶解后与基质材料进行均匀混合这种掺杂方式操作简便，易于控制，便于进行大规模生产，因此，本发明实施例后续将以此方式为例进行详细说明。
具体地，可以参考传统的方式配置所述基质材料，比如，配置硅胶、明胶或琼脂等，本发明对此不作具体限定。而在配置所述吸收材料时，可以将所述吸收材料溶解于第一溶解剂中，得到吸收剂。
其中，在一些实施例中，所述吸收材料包括第一吸收材料和第二吸收材料，以模拟血红蛋白在400nm～440nm波段范围内和500nm～600nm波段范围内的吸光特性。又，由于血红蛋白分别在400nm～440nm波段范围内和500nm～600nm波段范围内具有不同的吸收峰强度，因此，在配置所述吸收材料时，具体可以为：将所述第一吸收材料与所述第二吸收材料按照预设比例混合，所述预设比例用于使所述吸收材料分别在400nm～440nm波段范围内和500nm～600nm波段范围内的吸收峰之比与血红蛋白分别在400nm～440nm波段范围内和500nm～600nm波段范围内的吸收峰之比大致相同。
由此，所述预设比例可以根据血红蛋白在可见光范围内的吸光度曲线、所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物在可见光范围内的吸光度曲线以及所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物在可见光范围内的吸收光度曲线计算得到。
具体地，在本发明中，假设所述基质材料与所述第一吸收材料的混合物中所述第一吸收材料的浓度为c1，所述基质材料与所述第二吸收材料的混合物中所述第二吸收材料的浓度为c2；可根据血红蛋白在可见光范围内的吸光度曲线、浓度为c1的所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物的吸光度曲线，以及浓度为c2的所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物的吸光度曲线得到所述吸收材料中所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的浓度比。
其中吸光度可根据比尔-朗伯定律得出：
A(λ)＝ε(λ)·c·l＝μa(λ)·l
A(λ)：吸光度，ε(λ)：消光系数，c：浓度，l：光程，μa(λ)：吸收系数。λ为波长。
已知血红蛋白的摩尔消光系数-波长的关系曲线以及血液浓度分布，即可得到吸光度曲线。由于血红蛋白的主要特定吸收峰位于415nm与540nm，因此，根据血红蛋白在415nm和540nm下的摩尔消光系数
和
即可得到血红蛋白在415nm和540nm下的吸光度
和
由于多种物质混合的吸光度满足加和性，因此，根据所述第一吸收材料的吸光度曲线和所述第二吸收材料的吸光度曲线即可计算得到所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的浓度配比(或者，质量比)。
在本发明中所述第一吸收材料与所述第二吸收材料均可以选择在所要求波长范围内具有吸收峰的物质的一种或多种，但均满足吸光度的加合性即A＝A1+A2；其中A为血红蛋白的吸光度，A1为所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物的吸光度(当所述第一吸收材料包括多种物质时，是指所述多种物质与所述基质材料的混合物的总吸光度)，A2为所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物的吸光度(当所述第二吸收材料包括多种物质时，是指所述多种物质与所述基质材料的混合物的总吸光度)。
根据血红蛋白的吸光度，多种物质混合的混合物的吸光度满足加和性，由此，根据所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物的吸光度、所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物的吸光度，即可获得所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的浓度配比，所述浓度配比优选满足以下关系：
其中，所述第一吸收材料的种类为n，所述第二吸收材料的种类为m；a1i,a2j(i＝1,2……n,j＝1,2……m)分别对应所述第一吸收材料和所述第二吸收材料的内部成分的浓度配比参数，均为正值的系数。
在本发明中，优选地，所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的种类均为1种，此时，所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的浓度比为a1c1：a2c2；所述a1c1与a2c2满足以下关系式：
其中
为血红蛋白在415nm下的吸光度；
为血红蛋白在540nm下的吸光度；A1(415)为当所述第一吸收材料浓度为c1时，所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物在415nm下的吸光度；A2(415)为当所述第二吸收材料浓度为c2时，所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物在415nm下的吸光度；A1(540)为当所述第一吸收材料浓度为c1时，所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物在540nm下的吸光度；A2(540)为当所述第二吸收材料浓度为c2时，所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物在540nm下的吸光度。
进一步地，在配置好所述吸收剂之后，可以将所述吸收剂与所述基质材料进行均匀混合。
其中，当所述基质材料亦可溶于所述第一溶解剂时，所述吸收剂可以直接与所述基质材料进行混合，从而将所述吸收材料掺入所述基质材料中。而当所述基质材料不溶于第一溶解剂时，可以将所述吸收剂与基质材料在能够溶解所述基质材料、与所述第一溶解剂互溶并且不会发生化学反应的第二溶解剂中进行混合。同时，所述第一溶解剂和所述第二溶解剂在可见光范围内无特征吸收峰，并且与所述基质材料和吸收剂不发生化学反应。举例来说，当所述基质材料为硅胶，吸收材料为喹啉黄和活性红的组合物时，由于该吸收材料通常溶于水，但硅胶不溶于水，从而，为了使所述吸收材料能够与所述硅胶进行均匀混合，可以进一步将包含该吸收材料的吸收剂与硅胶在乙醇等能够溶解硅胶、与水互溶并且不发生化学反应的溶解剂中进行混合。
通过对所述吸收剂与基质材料进行均匀混合，能够使得所制备的组织仿体在一定区域内的吸收材料具有大致相同的浓度，从而保证在该区域内具有一致的光学吸收特性，有助于在临床前阶段在体外环境下开展针对各种成像模式图像效果调试的参数标定工作。
此外，可以理解的是，在一些实施例中，为了提升针对组织仿体成像时的亮度，所述组织仿体还可以包括散射材料，所述散射材料在可见光范围内的散射系数为10cm-1～200cm-1的值。因此，在该实施例中，所述方法还包括：配置所述散射材料；则，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，包括：将所述吸收材料与散射材料掺入基质材料中。
具体地，可以先将所述散射材料溶于散射材料溶解剂中，然后再分别将所述吸收材料和所述散射材料掺入基质材料中；也可直接将所述散射材料与吸收材料一并掺入基质材料中。所述散射材料溶解剂优选为水和/或乙醇；将散射材料溶解于散射材料溶解剂中，可使散射材料均匀分布在基质材料中，从而使得制备得到的组织仿体在含有所述散射材料的位置处，在可见光范围内具有散射特性。
再者，根据基质材料的不同，在将吸收材料和/或散射材料掺入基质材料中时可加入固化剂，用以固化基质材料；当所述基质材料可采用热固化或冷却固化时，也可不添加固化剂。
在固化前，优选抽真空处理除去气泡，然后再进行固化。
所述固化的方法可根据基质材料进行选择。比如，当所述基质材料为琼脂和/或明胶时，优选混合后进行加热直至其呈现胶体状态，冷却后即可固化得到组织仿体；所述加热的时间优选为2～3分钟。
在本发明中，所述固化优选在塑性模具或塑性材料中进行，在固化的同时进行塑性，可使得到的组织仿体成为预期的形状。
由上述实施方式可见，本发明提供的组织仿体制备方法能够制备出如上述实施例所述的组织仿体，并且材料价格低廉易获取，成本低，无毒无害，化学性质稳定，易于保存存储，配制的方法简单，易于实现，适用于批量化生产。
为了进一步说明本发明，以下结合具体实例对本发明提供的一种组织仿体及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的材料或试剂均为市售。
实施例1
1.1选取喹啉黄作为模拟血红蛋白在415nm处的光学强吸收特性的第一吸收材料。
1.2选取活性红X-3B或者活性红M-3BE作为模拟血红蛋白在540nm处光学吸收特性的第二吸收材料。
1.3将喹啉黄和活性红按照预设的浓度配比进行混合，其中溶剂可采用75％的酒精代替水溶液，酒精与水的在可见光内的吸收光谱一致，不影响最终混合后溶液的吸收谱。
其中，所述“预设的浓度配比”可通过如下方式确定：
(1)分别配制喹啉黄和活性红不同浓度的水溶液，并采用可见光分光光度计测试其在可见光波段的吸光度谱线。其中，所配置的水溶液的浓度应在可见光分光光度计的测量范围内。
如图所示2，为喹啉黄的吸光度-波长关系曲线。可以看到其在波长415nm附近具有强吸收特性，其特征吸收峰在413nm左右。
图3和图4分别为活性红M-3BE和活性红X-3B的吸光度-波长关系曲线。同样的，可以看到两种活性红染料在波长540nm附近具有强吸收特性，其中活性红M-3BE在波长为543nm具有特征吸收峰，活性红X-3B在波长为538nm处具有特征吸收峰。因此喹啉黄可以用于模拟血红蛋白在415nm附近的吸收特性，活性红M-3BE和活性红X-3B可以模拟血红蛋白在540nm附近的吸收特性，本实施例以活性红M-3BE作为第二吸收材料为例进行说明。
(2)根据血红蛋白的摩尔消光系数与波长的关系曲线以及血红蛋白浓度，可以由下述公式计算出对应的血红蛋白的吸光度与波长的关系(即，血红蛋白的吸光度曲线)：
A(λ)＝ε0(λ)·c0·l0/64500
其中ε0(λ)为摩尔消光系数，单位为L/(cm·mole)；c0为血红蛋白浓度，单位为g/L；l0为比色皿的厚度，其典型值为1cm；64500为分子量值，单位为g/mole。
(3)再根据多种物质混合的吸光度满足加和性，即：A＝A1+A2；以计算出两种吸收材料的混合配制比例，即：
其中，可以根据血红蛋白的吸光度曲线得到血红蛋白在415nm和540nm处的吸光度
和
针对喹啉黄与硅胶的混合溶液(喹啉黄浓度为c1)进行分光光度测试，可以得到其分别在415nm和540nm处的吸光度A1(415)和A1(540)；针对活性红M-3BE与硅胶的混合溶液(活性红M-3BE浓度为c2)进行分光光度测试，可以得到其分别在415nm和540nm处的吸光度A2(415)和A2(540)；通过上述方程组，即可计算得出系数a1和a2，进而确定最终的喹啉黄和活性红M-3BE的配比为a1c1和a2c2。
按照本发明，所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的质量比优选为1.5:1～3.5:1，更优选为1.5:1～2:1；所述特定材料中第二吸收材料的浓度优选为0.001～0.005g/ml，更优选为0.001～0.003g/ml，再优选为0.001～0.002g/ml。具体地，在本实施例中，所述第一吸收材料与所述第二吸收材料的质量比为2:1，所述特定材料中第二吸收材料的浓度为0.00175g/ml。
如图5所示为喹啉黄和活性红M-3BE按照计算得到的浓度配比混合于基质材料后得到的混合溶液的吸光度-波长关系曲线以及含氧血红蛋白的吸光度-波长关系曲线的对比图。根据图5可见，本实施例配置得到的所述吸收材料与血红蛋白在特殊波段，尤其是400nm～440nm范围内，具有相似的吸光度特性。
1.4将所述混合后的溶液与硅胶进行均匀搅拌混合，并且按照50ml硅胶配比20ml混合溶液的配比比例进行搅拌约15分钟，直至混合均匀。
1.5将固化剂加入到所述混合物中，按照所述混合物的质量与所述固化剂的质量二者的比值为100:2的比例进行均匀混合。
1.6将所述混合物放入抽真空装置中去除气泡。
1.7将去除气泡的所述混合物放入预设的固定模型中，待静置30分钟后固化，即可得到组织仿体。(其中，所述预设的固定模型可以为任意形状的定型装置，用于限定组织仿体的结构形态，使所述组织仿体成为预期的形状。具体地，在一些实施例中，所述预设的固定模型可以为人体食管和胃的形态结构，用于模拟人体上消化道结构形态)
进一步地，为了验证本发明提供的组织仿体的光学仿真效果，本实施例还分别采用电子内窥镜的白光成像模式和特殊光成像模式对上述实施例1制备得到的组织仿体进行图像采集。
具体地，请参阅图6，其左图和右图分别为本发明提供的所述组织仿体在白光成像模式(左)和特殊光成像模式(右)下的反射光图像。
其中，在图6左图所示的白光成像模式下的反射光图像中，存在反射光强度较低的区域(即，相对较暗的区域)，这主要是因为所述吸收材料吸收了部分照明光从而导致该组织仿体中包含所述吸收材料的位置处反射光强度较低。该现象与人体消化道黏膜中的血管区域吸收部分照明光从而造成血管区域的反射光强度低于非血管区域的现象是同一道理。
进一步地，对比图6的左右图可以明显观察到，图6右图的图像对比度高于图6左图的图像对比度。
相对应地，图7左图和右图分别为人体消化道黏膜在白光成像模式(左)和特殊光成像模式(右)下的反射光图像。图8左图和右图分别为市售人体消化道组织仿体(日本高研株式会社)在白光成像模式(左)和特殊光成像模式(右)下的反射光图像。图7右图的图像对比度高于图7左图的图像对比度。图8右图的图像对比度高于图8左图的图像对比度。
为了进行对比，在图6-8中各选取一处反射光强度较低的区域，选取依据为使所选取的上述区域在白光模式下颜色相近(即R、G、B三个颜色通道的值相近)。
首先采用下述公式计算所述反射光强度较低的区域和与其相邻的反射光强度较高的区域(即背景区域)之间的亮度对比度：
C＝|Ib-Iv|/Ib
其中，C为亮度对比度，Ib为所述背景区域的亮度均值，Iv为所述反射光强度较低的区域的亮度值。
根据上述公式计算得到图6中白光成像模式和特殊光成像模式的亮度对比度分别为0.094和0.160，由此可知，图6中特殊光成像模式下的反射光图像的亮度对比度相比于白光成像模式下的反射光图像的亮度对比度提高了70.5％。相应地，图7中白光成像模式和特殊光成像模式的亮度对比度分别为0.332和0.557，由此可知，图7中特殊光成像模式下的反射光图像的亮度对比度相比于白光成像模式的亮度对比度提高了67.6％，该数值与本发明提供的组织仿体在上述两种成像模式下的图像亮度对比度提升率70.5％相近，表明本发明提供的组织仿体能够准确模拟血红蛋白在特殊光照明下的吸光特性。而图8中白光成像模式和特殊光成像模式的亮度对比度分别为0.185和0.582，后者比前者提高了215.08％，该数值与人体消化道黏膜在上述两种成像模式下的图像亮度对比度提升率67.6％相差甚远，表明市售组织仿体(日本高研株式会社)不适用于模拟电子内窥镜在特殊光成像模式下的成像效果。
此外，本实施例还对图6-8中所述反射光强度较低的区域的颜色对比度进行了对比分析。表1所示为所述市售组织仿体、本发明所述的组织仿体以及所述人体消化道黏膜分别在白光成像模式以及特殊光成像模式下的反射光图像的颜色对比度数据，其中R/G为R通道灰度均值与G通道灰度均值的比值，B/G为B通道灰度均值与G通道灰度均值的比值。
表1反射光图像的颜色对比度数据
通过表1可以看到，所述市售组织仿体与所述人体消化道黏膜在白光成像模式下的反射光图像对应的R/G、B/G的值较为接近，但是在特殊光成像模式下的反射光图像对应的R/G、B/G的值差异较大；而本发明所述的组织仿体无论在白光成像模式还是在特殊光成像模式下，其对应的反射光图像的R/G、B/G值均与所述人体消化道黏膜的反射光图像的R/G、B/G接近。
进一步地，记Cr＝R/G、Cb＝B/G，分别记所述市售组织仿体(日本高研株式会社)的Cr值和Cb值为Cr,old和Cb,old，分别记所述人体消化道黏膜的Cr值和Cb值为Cr,human和Cb,human，分别记本发明所述组织仿体的Cr值和Cb值为Cr,new和Cb,new，分别记所述市售组织仿体与所述人体消化道黏膜二者的颜色对比度偏差率为Cr,old/Cr,human和Cb,old/Cb,human，分别记本发明所述组织仿体与所述人体消化道黏膜二者的颜色对比度偏差率为Cr,new/Cr,human和Cb,new/Cb,human，则由表1中的数据可以进一步得到如表2所示数据。
表2颜色对比度偏差率计算结果
| 颜色对比度偏差率 | 白光成像模式 | 特殊光成像模式 |
| C<sub>r,old</sub>/C<sub>r,human</sub> | 2.56％ | 72.39％ |
| C<sub>b,old</sub>/C<sub>b,human</sub> | 11.36％ | 10.41％ |
| C<sub>r,new</sub>/C<sub>r,human</sub> | 3.87％ | 6.83％ |
| C<sub>b,new</sub>/C<sub>b,human</sub> | 9.86％ | 6.65％ |
表2的结果更直观地表明，本发明所述的组织仿体既能够在白光成像模式下模拟人体消化道黏膜的颜色特性，也能够在特殊光成像模式下很好地模拟人体消化道黏膜的颜色特性；而所述市售组织仿体(日本高研株式会社)仅能够在白光成像模式下较好地模拟人体消化道黏膜的颜色特性，但在特殊光成像模式下则表现出与人体消化道黏膜差异显著的颜色特性。
综上，本发明所述的组织仿体在特殊光成像模式下能够起到凸显血管的仿真效果，并且，无论在白光成像模式下还是在特殊光成像模式下，其对应的反射光图像的亮度对比度和颜色对比度均与人体消化道黏膜的对应结果相近；而市售组织仿体(日本高研株式会社)的成像效果与人体消化道黏膜的成像效果则差异较大。造成上述差异的主要原因是市售组织仿体并未考虑血红蛋白以及消化道黏膜的光学吸收特性，其采用的吸收材料的光学吸收特性与真实的人体消化道黏膜血管的光学吸收特性差异较大。而本发明中所述的组织仿体通过掺入400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内具有吸收峰的非血细胞材料，能够模拟血红蛋白对特殊光(蓝紫光和/或绿光)的强吸收特性，因此无论在白光成像模式下还是在特殊光成像模式下，其图像效果与人体消化道黏膜对应的图像效果均非常接近。
实施例2
将喹啉黄、活性红等分别在415nm和540nm附近具有强烈吸收特性且化学性质稳定的着色剂溶解于浓度配比为2％的琼脂溶液中。然后分别将两种吸收材料的混合溶液与琼脂均匀混合，测得其吸光度曲线，与采用硅胶作为基质材料的实施例1中制作方法相同，确定两种染料的混合配制比例和浓度。最后将上述混合溶液加热2～3分钟，直至其呈现胶体状态，然后待其完全冷却后，即完成了组织仿体的制备。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.一种组织仿体，其特征在于，所述组织仿体由特定材料制备而成，所述特定材料包括基质材料和吸收材料；其中，
所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；
所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料。
2.根据权利要求1所述的组织仿体，其特征在于，所述吸收材料包括第一吸收材料和第二吸收材料，所述第一吸收材料与所述第二吸收材料以预设比例混合；其中，
所述第一吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内的非血细胞材料；优选的，所述第一吸收材料的吸收峰位于405nm～425nm之间；
所述第二吸收材料包括吸收峰位于500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；优选的，所述第二吸收材料的吸收峰位于520nm～580nm之间。
3.根据权利要求2所述的组织仿体，其特征在于，所述第一吸收材料包括喹啉黄。
4.根据权利要求2或3所述的组织仿体，其特征在于，所述第二吸收材料包括活性红、葵红与甜菜红中的一种或多种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的组织仿体，其特征在于，所述组织仿体包括第一区域和第二区域，其中，
在所述第一区域内，所述吸收材料与所述基质材料的质量比为N1，
在所述第二区域内，所述吸收材料与所述基质材料的质量比为N2，其中N1≠N2；优选的，N2＞N1，所述第一区域具有与正常组织类似的吸光特性。
6.根据权利要求1～5任一项所述的组织仿体，其特征在于，所述特定材料还包括散射材料，所述散射材料在可见光范围内的散射系数为10cm-1～200cm-1的值。
7.一种组织仿体的制备方法，其特征在于，包括：
配置基质材料，其中，所述基质材料为在可见光范围内透明或半透明的可固化材料；
配置吸收材料，其中，所述吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内和/或500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；
将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述吸收材料包括第一吸收材料和第二吸收材料；
所述第一吸收材料包括吸收峰位于400nm～440nm波段范围内的非血细胞材料，所述第二吸收材料包括吸收峰位于500nm～600nm波段范围内的非血细胞材料；
则，所述配置吸收材料，包括：
将所述第一吸收材料与所述第二吸收材料按照预设比例混合。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述预设比例根据血红蛋白在可见光范围内的吸光度曲线、所述第一吸收材料与所述基质材料的混合物在可见光范围内的吸光度曲线以及所述第二吸收材料与所述基质材料的混合物在可见光范围内的吸光度曲线计算得到。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述将所述第一吸收材料与所述第二吸收材料按照预设比例混合，包括：
按照预设比例，将所述第一吸收材料和所述第二吸收材料溶解于第一溶解剂，得到吸收剂；
则，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，包括：
将所述吸收剂与所述基质材料进行混合。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，当所述基质材料不溶于所述第一溶解剂时，所述将所述吸收剂与所述基质材料进行混合，包括：
将所述吸收剂和所述基质材料在第二溶解剂中进行混合，其中，所述第二溶解剂能够溶解所述基质材料，与所述第一溶解剂互溶，并且不发生化学反应。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述基质材料为硅胶，所述第一吸收材料为喹啉黄，所述第二吸收材料为活性红；则，所述第一溶解剂为水溶液，所述第二溶解剂为乙醇。
13.根据权利要求7～12任一项所述的制备方法，其特征在于，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体的步骤之前，所述制备方法还包括：
配置散射材料，其中，所述散射材料在可见光范围内的散射系数为10cm-1～200cm-1的值；
则，所述将所述吸收材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体，包括：
将所述吸收材料和所述散射材料掺入所述基质材料中，固化后得到组织仿体。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115719023A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-02-28 | 之江实验室 | 一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用 |
| CN117516888A (zh) * | 2024-01-05 | 2024-02-06 | 之江实验室 | 一种积分球数字仿体系统及成像测评方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102093668A (zh) * | 2010-12-23 | 2011-06-15 | 天津大学 | 光学乳腺成像用固态仿体制作方法 |
| CN103648353A (zh) * | 2011-07-06 | 2014-03-19 | 富士胶片株式会社 | 内窥镜系统、其处理器装置和图像显示方法 |
| CN104908324A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 中国科学技术大学 | 一种生物组织光学仿体的三维打印装置 |
| CN205255520U (zh) * | 2015-06-10 | 2016-05-25 | 中国科学技术大学 | 一种生物组织光学仿体的三维打印装置 |
| CN206026344U (zh) * | 2016-07-12 | 2017-03-22 | 泰山医学院 | Ct、dr腹部仿真病变扫描检测体模 |
| KR20170061516A (ko) * | 2015-11-26 | 2017-06-05 | 한국전기연구원 | 광학 영상용 팬텀 및 그 제조 방법 |
| CN109036059A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-18 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法 |
| CN110072427A (zh) * | 2017-01-06 | 2019-07-30 | Hoya株式会社 | 校准用固体试样、内窥镜系统、以及固体试样的制备方法 |
-
2019
- 2019-12-17 CN CN201911304617.1A patent/CN110930844A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102093668A (zh) * | 2010-12-23 | 2011-06-15 | 天津大学 | 光学乳腺成像用固态仿体制作方法 |
| CN103648353A (zh) * | 2011-07-06 | 2014-03-19 | 富士胶片株式会社 | 内窥镜系统、其处理器装置和图像显示方法 |
| CN104908324A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 中国科学技术大学 | 一种生物组织光学仿体的三维打印装置 |
| CN205255520U (zh) * | 2015-06-10 | 2016-05-25 | 中国科学技术大学 | 一种生物组织光学仿体的三维打印装置 |
| KR20170061516A (ko) * | 2015-11-26 | 2017-06-05 | 한국전기연구원 | 광학 영상용 팬텀 및 그 제조 방법 |
| CN206026344U (zh) * | 2016-07-12 | 2017-03-22 | 泰山医学院 | Ct、dr腹部仿真病变扫描检测体模 |
| CN110072427A (zh) * | 2017-01-06 | 2019-07-30 | Hoya株式会社 | 校准用固体试样、内窥镜系统、以及固体试样的制备方法 |
| CN109036059A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-18 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115719023A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-02-28 | 之江实验室 | 一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用 |
| CN115719023B (zh) * | 2022-11-24 | 2023-08-22 | 之江实验室 | 一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用 |
| CN117516888A (zh) * | 2024-01-05 | 2024-02-06 | 之江实验室 | 一种积分球数字仿体系统及成像测评方法 |
| CN117516888B (zh) * | 2024-01-05 | 2024-05-10 | 之江实验室 | 一种积分球数字仿体系统及成像测评方法 |
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