CN111724666A - 一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型 - Google Patents

一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型，配方包含有：丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、v/v为5%感温油墨、w/v为0.14%过硫酸铵、v/v为0.1%TEMED，丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺的w/v为7%，丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺质量比为19:1，感温油墨能够在大于等于60℃时，颜色由无色变桃红色。本发明仿体模型的弹性和质地与肝脏组织相似，可在超声图像中清晰定位和显示仿体模型中消融针或穿刺针的位置，在消融温度达到60℃及60℃以上时发生明显的颜色改变，可用于评估热消融的消融范围。本发明的可塑性强、配方简单、制备方便，能够用于模拟临床肿瘤热消融治疗。

Description

一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型
技术领域
本发明属于医学领域，涉及介入治疗中的超声引导下热消融领域，具体地说涉及一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型。
背景技术
热消融是临床上常用的肝脏肿瘤局部治疗的手段，具有疗效好，创伤小，并发症少等优点。基本操作是通过将消融针插入肿瘤内部后产生大量的热量，从而杀死肿瘤细胞。研究表明消融温度维持54℃三分钟或60℃即刻即可实现肿瘤的完全灭活。为了实现肿瘤根治性治疗，最大限度的减少肿瘤进展，在局部热消融过程中往往需要根据肿瘤大小和形态，结合单点次消融灶的大小和形态进行多点次重叠消融，具有较高的操作者经验依赖和技术难度。
消融治疗后由于无法通过标本解剖直接观察消融灶是否完全覆盖肿瘤，常常在消融治疗后通过增强影像的方式评估消融疗效，以确保消融治疗的成功。但增强影像检查用于即刻评估消融疗效往往受到炎性反应的影响，难以真实显示消融边界。此外，通常情况下增强影像学通过切面的形式显示消融边界，缺乏空间直观感，即使部分增强影响可通过三维可视化成像显示消融灶的大小和形态，但依然丧失了病灶与消融灶、消融灶与消融电极以及操作者与消融灶之间的空间位置关系，为操作者经验累积、病例回顾造成了阻碍。
为了突破消融治疗后无法通过标本解剖观察消融范围的屏障，加快青年医生对热消融技术的掌握和理解，缩短局部热消融操作初学者的学习曲线，需要一种能用于教学的直观显示消融范围仿体模块。既往公开号为CN105427725A提出一种用于超声单模态图像融合评估肿瘤消融范围的仿体模型，所用材料特性为在消融后需吸出溶解的肿瘤胶及周围部分熔解的正常组织胶后再灌注消融胶，然后才可形成消融后的消融灶范围及大小。虽然该仿体模型能够评估肿瘤消融范围，但在实际操作中操作过程相对复杂、耗时、溶解胶的吸出具有不可控因素以及难以清晰显示单点次消融灶之间的关系，在临床教学的广泛应用受限。为更快捷、简便且高效地评估热消融范围和效果，能够用于肿瘤消融技术教学和训练，我们需要建立一种新型肝脏消融仿体模块，该模块具有以下性能：（1）具有肝脏相近的软组织质地和良好的电、热物理特性，局部消融后能获得与肝组织消融后相似的椭球形或近圆球形消融灶；（2）在组织细胞发生凝固性坏死的温度范围内（约60-70℃），模块能发生相应的改变，全程模拟临床实时消融过程，无需其他操作即可通过切开的模块实际看到颜色变化；（3）简单、便捷且具有高度可重复性，用于临床模拟及教学。
发明内容
本发明主要是对现有技术中尚未有针对用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型的问题，提供了一种成本低、制备简单可用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型。
本发明通过以下的技术方案予以实现，一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型，仿体模型的配方包含有：丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、感温油墨、过硫酸铵、TEMED；
TEMED是四甲基乙二胺的英文简称；
作为优选地，感温油墨为v/v 5%水溶性感温油墨，能够在大于等于60℃时，感温油墨的颜色由无色变桃红色；
作为优选地，丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺的w/v为7%；
作为优选地，过硫酸铵的w/v为0.14%；
作为优选地，丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺质量比为19:1；
作为优选地，TEMED的v/v为0.1%；
其中v/v代表物质浓度，w/v表示质量浓度。
一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型的制备方法如下：
步骤一：用电子天平分别称取19A克丙烯酰胺和A克甲叉丙烯酰胺的粉末于烧杯中，加入（2000÷7）A毫升超纯水溶解，用电动搅拌器搅拌均匀至完全溶解，此时的溶液为无色透明状；
步骤二：在搅拌步骤一混合溶液的同时，缓慢加入（100÷7）A毫升感温油墨至混合溶液均匀，此时的混合溶液的颜色为感温油墨的底色；
步骤三：在步骤二混合溶液里加入0.4A克过硫酸铵和（2000÷7）A微升TEMED，使得丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺聚合交联成三维网状结构的凝胶，感温油墨被均匀的固定在其中；
步骤四：将搅拌均匀的步骤三混合溶液倒入相应模具，置于4℃冰箱静置过夜，即可获得仿体胶体模型。
在本发明的技术方案中，超纯水配备的丙烯酰胺与甲叉双丙烯酰胺溶液构成凝胶主体，过硫酸铵的作用是催化剂，TEMED的作用是加速剂，两者有助于加速催化凝胶的形成；水溶性感温油墨的作用便于热消融的颜色显示；通过调节丙烯酰胺浓度可以有效控制仿体模型凝胶的质地和弹性，w/v为7%的丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺，两者的质量比为19:1的组合，是仿体模型的凝胶主体与活体软组织在弹性和质地上有相似的特性；60℃无色变桃红色的水溶性油墨的加入使得凝胶具有温感型，当消融温度达到60℃及60℃以上时，仿体模型颜色会明显变成桃红色，有利于后期观察和测量消融灶的大小和范围。
本发明的有益技术效果是，本仿体模型的弹性和质地与活体软组织具有真实的相似特性；本仿体模型在超声诊断仪下为低回声，能够通过超声诊断仪可清晰定位仿体模型中消融针或穿刺针的位置；本仿生模型能够在消融温度达到60℃及60℃以上时发生明显的颜色改变，可用于评估热消融的消融灶范围；本仿生模型可塑性强，可以根据不同的模具做成相应的形状，应对不同的临床背景。本发明的配方简单、制备方便，能够用于模拟临床肿瘤热消融治疗。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
在附图中：
图1为本发明仿体模型的加热60°前后的对比图；
图2为本发明超声下低回声图；
图3为本发明仿体模型微波消融后的图；
图4为本发明牛肝热消融后的图。
附图说明：在图1中，左侧为未加热的呈肉色的仿体模型，右侧为60°加热10min后的的仿体模型，呈桃红色；在图2中，仿体模型在超声仪器下检测，可以看到凝胶背景大体呈低回声，红箭头所指消融针明显的高回声，因此可以通过超声导航消融针在模具中的位置。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
实施例：用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型的配方包含有：丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、感温油墨、过硫酸铵、TEMED；
TEMED是四甲基乙二胺的英文简称；
感温油墨为v/v 5%水溶性感温油墨，能够在大于等于60℃时，感温油墨的颜色由无色变红色；
丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺的w/v为7%；
过硫酸铵的w/v为0.14%；
丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺质量比为19:1；
TEMED的v/v为0.1%；
用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型的制备方法如下：
步骤一：用电子天平称取2.66克丙烯酰胺和0.14克甲叉丙烯酰胺粉末于烧杯中，加入40毫升超纯水溶解，用电动搅拌器搅拌均匀至完全溶解，此时的溶液为无色透明状；
步骤二：在搅拌步骤一混合溶液的同时，缓慢加入2毫升感温油墨至混合溶液均匀，此时的混合溶液的颜色为感温油墨的底色；
步骤三：在步骤二混合溶液里加入0.056克过硫酸铵和40微升TEMED，使得丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺聚合交联成三维网状结构的凝胶，感温油墨被均匀的固定在其中；
步骤四：将搅拌均匀的步骤三混合溶液倒入相应模具，置于4℃冰箱静置过夜，即可获得仿体胶体模型。
最终制备的用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型如图1所示，左侧为未加热的呈肉色的仿体模型，右侧为60°加热10min后的的仿体模型，呈桃红色。
需要注意的是：凝胶成型速度与TEMED加入的量相关，因此不建议过量加入TEMED（加速剂），以免在注模之前就已成胶；此外，过量过快的TEMED加入会使得溶液在成胶过程中短时间产生大量的热，造成感温油墨的失效，因此建议催化剂的量一定要严格控制，不可过快过量的加入。
对所制备的仿体模型进行消融前超声成像效果以及模块内消融针的定位试验，采用飞利浦Philips iU 22超声诊断仪对仿体模型进行检测，如图2所示，在二维超声下，其中可见高回声的消融针与低回声的仿体回声形成鲜明的对比。
对超声引导下仿体模型的微波消融以及消融范围进行评估，消融功率为70w微波消融10min后，用小刀沿消融针长轴方向切开如图3所示仿体模型组织，与如图4所示的同样功率下牛肝消融范围进行比较，发现仿体模型消融灶体积和范围都高度相似，模拟效果可靠可信。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (3)

1.一种用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型，其特征在于，仿体模型的配方包含有：丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、感温油墨、过硫酸铵、TEMED；
所述的感温油墨为v/v 5%水溶性感温油墨；
所述的丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺的w/v为7%；
所述的过硫酸铵的w/v为0.14%；
所述的丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺质量比为19:1；
所述的TEMED的v/v为0.1%。
2.根据权利要求1所述的用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型，其特征在于，所述的感温油墨能够在大于等于60℃时，感温油墨的颜色由无色变桃红色。
3.一种利用权利要求2所述的用于模拟临床肿瘤热消融治疗的仿体模型的制备方法，其特征在于，
步骤一：用电子天平分别称取19A克丙烯酰胺和A克甲叉丙烯酰胺的粉末于烧杯中，加入（2000÷7）A毫升超纯水溶解，用电动搅拌器搅拌均匀至完全溶解；
步骤二：在搅拌步骤一混合溶液的同时，缓慢加入（100÷7）A毫升感温油墨至混合溶液均匀；
步骤三：在步骤二混合溶液里加入0.4A克过硫酸铵和（2000÷7）A微升TEMED；
步骤四：将搅拌均匀的步骤三混合溶液倒入相应模具，置于4℃冰箱静置过夜，即可获得仿体胶体模型。
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