CN115677906A - 一种面向放射组学纹理分析的精准定制ct值水凝胶体模及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向放射组学纹理分析的精准定制CT值水凝胶体模及其制备方法，本发明单网络多交联的水凝胶体模由以下质量百分数的原料制成：丙烯酸13.2～19.8％、引发剂0.06～0.8％、交联剂0.06～0.5％、金属盐0.3～5.7％、余量为去离子水；该体模既可以通过配方的调控与人体组织在CT上达到等效，同时由于材料的配方一致，可以排除诸多干扰因素影响，因此可以用来合理解释某类特征与病变之间的微妙联系应用于影像组学纹理分析领域，增加组学纹理分析的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及影像组学纹理分析领域，具体涉及一种新型医用水凝胶体模及其制备方法。
背景技术
放射组学是重要的医学图像分析工具，近十年来以纹理分析法最受关注，其将传统的医学影像学图像(MRI、CT、PET)转换为可发掘的特征数据信息，可用于评估放射肿瘤学、治疗监测、结果预测等领域，也可作为潜在的生物标志物。通过提取得到的特征数据进行高通量分析，在辅助诊断良恶性肿瘤的判断，肺癌的诊断、分型和分期、疗效及预后评估等众多疾病上具有临床的价值，为临床医生提供高通量特征值数据以便进一步实施个性化的治疗和监测。但是其在特征分析时存在缺陷，不仅对结果的可重复性和稳健性产生负面影响，而且无法合理解释特征值变化的关键因素，大多数医生对其持怀疑态度，限制了其在临床的应用。
最新的研究证实，通过体模成像法可以对纹理分析特征值的结果进行监测和质量控制，可以提高纹理分析结果的准确性与可信度。
YangJing Li等(The impact of phantom design and material-dependence onrepeatability and reproducibility of CT-based radiomics features)制作了radiomic phantom以研究放射体模的设计以及材料对CT放射组特征的重复性和可重复性的依赖性。该体模由不同材料如聚苯乙烯泡沫塑料、石膏、大米、谷物、生物体制成，结果表明该体模在放射组学纹理分析上有参照效果并且CT放射组学特征对材料有高依赖性。但是其存在的问题有：聚苯乙烯石墨材料与人体组织没有可比较性，其适应性较差。生物体虽然与人体组织较接近，但其制作工艺可控性小，偶然因素较多，且随时间变化会出现腐败变质等现象；CT值可控性较差，与人体组织相差较大适用性低，导致参照效果不明显。
中国发明专利CN202080082604.9提供了一种CT性能体模构建方法和装置以及体模制造方法，采用熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)增材制造方法产生一个体模模型，该方法利用一个挤压筒的FDM装置来制造不同结构的心脏体模，然后组装起来并用不同材料来填充体模例如水、胶状物和油。该方法制造的体模有较好的CT值可控的性能，在CT校准上有一定的应用。通过计算不同混合材料的有效电子浓度后使用熔融沉积成型制造技术来制作体模。但制作的体模成本较高，且不具备纹理分析功能，只能在CT值上进行调控，在纹理分析领域并未具有应用，并不能进行患者预测预后，也不能来阐明图像特征与疾病状态之间的微妙关系。
中国发明专利CN201910340437.2提供了一种CT标准值检测体模的制作方法。由琼脂糖、含钙无机盐、氯化钠等钙盐组成该体模，该体模具有良好的导电速率与凝固速度并且在CT扫描上有较好的响应，并且通过调整钙盐的比例能够在范围内控制CT值，但其功能较为单一只适用于CT值的校准，无法在放射组学的深度分析上有应用，并且琼脂糖制作的水凝胶材料稳定性较差，随着时间的变化会有失水等的现象，难以长期保存使用。
针对上述问题，本发明提出了一种新型水凝胶体模的制备方法，该水凝胶利用丙烯酸单体的共价交联与金属离子的离子交联构成了单网络多交联的水凝胶，改善了水凝胶材料稳定性较差的问题；金属离子的精确调控解决了CT值与特征值的重复性问题。该复合水凝胶模拟人体正常组织，在此基础上，引入纤维丝材料模拟病灶CT值。制备出一种均匀稳定的新型复合水凝胶多功能体模。更为重要的是，本发明在上述体系中引入的金属钙离子，利用它具有较好的CT响应性来实现精准调控CT值，从而使水凝胶体模可以获得CT值连续变化、形状精准可控、分布排列可调的特性，为后续纹理分析提供重要的技术支持。该体模不仅可以增加组学纹理分析的可行性与准确性，还可以描述疾病状态与图像特征之间的联系，为今后的组学研究提供了新的方法。
发明内容
针对影像组学纹理分析技术中存在的不足，本发明提供了一种新型水凝胶体模及其制备方法。该体模既可以通过配方的调控与人体组织在CT上达到等效，同时由于材料的配方一致，可以排除诸多干扰因素影响，因此可以用来合理解释某类特征与病变之间的微妙联系应用于影像组学纹理分析领域，增加组学纹理分析的准确性。
本发明的技术方案如下：
一种单网络多交联的水凝胶体模，由以下质量百分数的原料制成：
丙烯酸13.2～19.8％、引发剂0.06～0.8％、交联剂0.06～0.5％、金属盐0.3～5.7％、余量为去离子水；
优选丙烯酸的质量百分数为19.8％；
所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾，优选过硫酸铵；引发剂过硫酸铵的含量越高，凝胶速度越快，优选0.3％；
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)或乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)，优选N,N-亚甲基双丙烯酰胺，其结构式如下：
所述金属盐选自钙盐、铁盐、镁盐、铜盐中的一种或多种，优选钙盐0.17～0.66％、铁盐0.3～0.33％、镁盐3.1～3.2％、铜盐1.5％；
所述钙盐为乳酸钙、氯化钙或纳米级碳酸钙，优选氯化钙；
所述铁盐为硝酸铁或氯化铁，优选硝酸铁；
所述铜盐优选为氯化铜；
所述镁盐优选为氯化镁。
本发明所述的单网络多交联的水凝胶体模的制备方法为(以下各物料按照上述配方投料)：
(1)将丙烯酸与去离子水混合，加入交联剂，在30～45℃(优选35～38℃，更优选39～41℃)下恒温搅拌3～4h使其均匀分散，得到反应液；
(2)在步骤(1)所得反应液中加入金属盐，在30～45℃(优选35～38℃，更优选39～41℃)下恒温搅拌10～16h(优选12h)，得到混合液，使用氮气循环保护；
(3)将步骤(2)所得混合液倒入模具中，加入引发剂，在30～45℃下(优选30℃)放置24h使其凝胶，得到所述的水凝胶体模；
所述模具的材质为PMMA，形状为长方体；进一步，在长方体模具相对的侧壁穿入玻璃纤维丝(图1)，以此在水凝胶体模中引入玻璃纤维丝来模拟CT图像中的病灶点，进行后期特征的纹理分析测试；
用玻璃纤维丝来模拟病灶，希望通过改变玻璃纤维丝的疏密排列来解释医学中的特征值变化是由肿瘤的疏密排列引起的；通过倒入设计不同配方的水凝胶来引起CT值变化，通过水凝胶CT值变化来证明组学中特征值变化是由于肿瘤的微量密度变化差异引起的；由此得到可以兼顾CT值与特征值的水凝胶体模。
本发明的原理在于：
本发明在聚合过程中通过丙烯酸单体的自由基共聚合的共价交联反应形成网络，具有较稳定的网络结构且具有较好的吸水与保水性能，但是其韧性较差，拉伸性能也不好，在破坏其中的化学键后难以恢复，因此单一的聚丙烯酸水凝胶力学性能较差，不能够满足水凝胶体模的制作。因此我们又引入了离子交联的方法，在体系中引入了金属离子交联，改善其网络结构。
本次实验尝试的金属离子有Na+,Mg2+,Fe2+,Fe3+,Ca2+,Al3+中的一种或多种。并且因为在CT检测中CT值的主要影响因素与材料的密度与原子序数有关，因此在制作水凝胶体模时用金属离子可以提高水凝胶的密度，从而可以改变材料的CT值。经过实验测试Fe3+、Cu2+可以增加离子配位交联形成(PAA-Fe3+/PAA-Cu2+)体系水凝胶，从而提高其机械性能并进一步增强凝胶网络稳定性；优化其保水性能；并且缩短水凝胶的凝胶时间。但是该体系的水凝胶并不能很好的调控影像组学中的CT值，经过文献查阅与实验测试Ca2+在计算机断层扫扫描上具有好的CT响应性能，因此在此基础上引入Ca2+，形成PAA-Fe3+-Ca2+/PAA-Ca2+-Cu2+/PAA-Ca2+-Mg2+复合水凝胶，该水凝胶满足了此前不能调控CT值的缺陷，并进一步加强了凝胶的网络结构，增加了凝胶的稳定性，并提高了其力学性能改善了PAA水凝胶脆性较大的缺陷。根据以上分析，该配方的水凝胶满足了影像组学特征值体模中所需要的网络结构稳定性良好，保水性能较好，机械性能优异，可以调控CT值的诸多条件。
本发明的水凝胶材料可以将CT影像中的各类人体器官组织在计算机断层扫描上达到CT值等效的效果，并且在影像组学领域增加纹理分析的准确性。
本发明的有益效果如下：
本发明制备的水凝胶特征值体模具有较好的特征值稳定性并且可以在一定的范围调控CT值。
(1)本发明加入的钙盐具有调控CT值的作用，其中作为优选氯化钙在大范围调控CT值具有优势，比其余两种盐具有更快速的调控；但是乳酸钙在小范围微调上具有优势，在同样钙离子含量下，乳酸钙的CT值比氯化钙的小。因此根据不同的需要可以选择不同的钙离子盐来制作不同需求的水凝胶体模。以此来达到本发明的体模具有调控CT值的作用。
(2)本发明中铁盐是硝酸铁性能大于氯化铁，在PAA水凝胶体系中引入铁离子的目的是增强水凝胶的力学性能，改善纯丙烯酸水凝胶脆性较强的缺陷，并且减缓其凝胶时间，且氯化铁的效果要低于硝酸铁，使其机械强度明显增强。以此来达到本发明的体模具有稳定性高，重复性较好，制作简便的特点。
(3)本发明实施例中的PMMA材料模具的正方形面中有定制的小孔，穿入玻璃纤维丝，根据本次试验的需要尝试用20孔的纤维丝模拟CT图像中的病灶点。用该体模模拟病灶的CT图像在PHI GO软件中提取特征值，并在IPM软件中进行降维分析，达到该体模在影像组学纹理分析上具有一定的功能。
附图说明
图1水凝胶体模纤维丝材料示意图。
图2实施例1水凝胶CT值稳定性测试评估图。
图3根据实施例6配方所做的水凝胶体模CT图，20孔纤维丝排布为方形(左)与圆形(右)。
图4模拟样本的相关系数图与测试样本的相关系数图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例中使用的丙烯酸为麦克林公司生产的包含180～200ppm MEHQ稳定剂的丙烯酸。
以下实施例中使用的模具为PMMA定制模具，形状为长方体，尺寸为4cm×4cm×20cm，在4×4的正方形面上穿入玻璃纤维丝。
参照人体组织CT值表，我们可以得到人体组织的CT值范围在30HU-80HU之间，因此我们所涉及的PAA-Ca-Fe水凝胶的CT值能够在30-80HU范围内精确可调，本次实验目的是模拟脑部，因此合理范围在40-45HU。
表1人体组织CT值(HU)
实施例1
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(79.2wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.33wt％)的九水合硝酸铁，继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使铁离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。每隔7天经过测试CT值如图2所示。
表2 PAA-Fe水凝胶CT值表
| 时间 | Fe<sup>3+</sup>(wt％) | AA(wt％) | H<sub>2</sub>O(wt％) | Mean(HU) | SD(HU) |
| 7日后 | 0.33 | 19.8 | 78.9 | 64.3 | 2.6 |
| 14日后 | 0.33 | 19.8 | 78.9 | 63.1 | 2.8 |
| 21日后 | 0.33 | 19.8 | 78.9 | 60.2 | 2.7 |
| 28日后 | 0.33 | 19.8 | 78.9 | 62.8 | 2.6 |
根据此次CT测试，我们发现PAA-Fe的CT值稳定性较好，CT值随着时间的延长变化不大较为稳定并且CT值的SD较小，水凝胶网络比较稳定。
实施例2
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(78.5wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.33wt％)的九水合硝酸铁，加入氯化钙0.2g(0.6wt％)继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例3
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(78.5wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.33wt％)的九水合硝酸铁，加入乳酸钙0.2g(0.66wt％)继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例4
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(78.5wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.33wt％)的九水合硝酸铁，加入纳米级碳酸钙0.2g(0.66wt％)继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例5
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(79.1wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.32wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.32wt％)的九水合硝酸铁，加入氯化钙0.05g(0.17wt％)继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.32wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例6
称取6g丙烯酸AA(19.1wt％)与24g去离子水(76.6wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.32wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.32wt％)的九水合硝酸铁，加入氯化钙0.05g(0.17wt％)，加入硝酸镁1g(3.2wt％)继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.32wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca-Mg水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例7
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(78.5wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液取出后加入0.1g(0.31wt％)的九水合硝酸铁，0.48g(1.5wt％)的氯化铜，加入氯化钙0.05g(0.17wt％)，继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca-Cu水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例8
称取6g丙烯酸AA(18.8wt％)与24g去离子水(75.4wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.31wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.31wt％)的九水合硝酸铁，加入氯化钙0.05g(0.17wt％)，加入硝酸镁1.0g(3.1wt％)，加入氯化铜0.48g(1.5wt％)，继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使金属离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.31wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe-Ca-Mg-Cu水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
实施例9
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(78.9wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液加入0.1g(0.33wt％)的氯化铁，继续放回40℃水浴锅搅拌12h，使铁离子均匀的分散在丙烯酸溶液中，最后将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA-Fe水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
对比例1
称取4g丙烯酸AA(13.2wt％)与26g去离子水(85.2wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为13:2，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
对比例2
称取6g丙烯酸AA(19.8wt％)与24g去离子水(79.4wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为4:1，再加入0.1g(0.33wt％)的共价交联剂BIS，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
对比例3
称取4g丙烯酸AA(13.2wt％)与26g去离子水(85.2wt％)放入圆底烧瓶中，保持去离子水与丙烯酸的质量比为13:2，再加入0.1g乙二醇二缩水甘油醚(0.33wt％)的共价交联剂，在40℃恒温水浴锅中搅拌3h后，将得到的均匀溶液，进行氮气循环保护防止氧化，经过两次氮气循环保护后，再加入0.1g(0.33wt％)APS过硫酸铵引发剂，最后再倒入穿有玻璃纤维丝的PMMA定制模具中，在30度下放置24h后即可得到PAA水凝胶体模。
然后进行CT扫描测试，本次实验所得到的CT数据与特征值数据都由SIEMENSDefinition AS 128测试的，所选参数为头部常规螺旋扫描，层厚1mm，电压为120KV。
表3 PAA水凝胶体模的材料组成与凝胶时间、CT值的关系
根据实施例1-9与对比例1-3结果所得到的水凝胶具有较为优异的稳定性，在30天以上存放形状与质量均未发生明显变化。
根据实施例6所做的PAA-Fe-Ca-Mg水凝胶体模如图3所示，经测试CT值均较为稳定，并且根据不同的人体组织需求可以选择不同配方的水凝胶。因为本次所需为模拟人体脑部组织的材料，因此选择实施例6配方，CT值符合脑部CT值范围40-45HU且较为稳定，具有较稳定的水凝胶网络结构。进而得出该复合水凝胶可以调控CT值。
根据实施例5所得到的PAA-Fe-Ca水凝胶CT图像导入ITK-SNAP进行ROI感兴趣区域勾画，再将勾画后的图像导入PHI go进行特征值计算提取，提取的特征值种类包括FirstOrder、GLRLM、Shape(2D)、GLSZM、NGTIM、GLCM、GLDM、LoG sigma 2.0、Wavelet Leve1，共提取939个特征，经过测试，重复性较好。在进行IPM statistics软件进行降维处理，经过两次重复试验得到的数据如图4所示，降维后得到的特征为表4。
表4降维后得到的RADIOMICS FEATURES
因此通过降维后的特征值(表4)与模拟样本与测试样本图像(图3)得出该体模所提的特征稳定，并且可以达到范围内控制特征的优点，该体模在放射组学的纹理分析领域具有较为重要的作用，为未来组学的研究奠定基础。
经过本次实验的测试该复合水凝胶的凝胶网络结构较为稳定，且具有较好的保水性能，随时间变化不会出现生物材料常有的腐败变质现象，因此该材料适合用于体模的制作；在CT值上可以与各类人体组织类似，具有可比较性，且适应性较好，并且工艺较为稳定，偶然因素少，参照效果较好；在组学纹理分析上可以得到较为稳定的特征，增加纹理分析的可行性与准确性。
Claims (8)
1.一种单网络多交联的水凝胶体模，其特征在于，由以下质量百分数的原料制成：
丙烯酸13.2～19.8％、引发剂0.06～0.8％、交联剂0.06～0.5％、金属盐0.3～5.7％、余量为去离子水；
所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或乙二醇二缩水甘油醚；
所述金属盐选自钙盐、铁盐、镁盐、铜盐中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的单网络多交联的水凝胶体模，其特征在于，不同金属盐在水凝胶体模中的质量百分数范围如下：钙盐0.17～0.66％、铁盐0.3～0.33％、镁盐3.1～3.2％、铜盐1.5％。
3.如权利要求1所述的单网络多交联的水凝胶体模，其特征在于，所述钙盐为乳酸钙、氯化钙或纳米级碳酸钙。
4.如权利要求1所述的单网络多交联的水凝胶体模，其特征在于，所述铁盐为硝酸铁或氯化铁。
5.如权利要求1所述的单网络多交联的水凝胶体模，其特征在于，所述铜盐为氯化铜。
6.如权利要求1所述的单网络多交联的水凝胶体模，其特征在于，所述镁盐为氯化镁。
7.如权利要求1所述的单网络多交联的水凝胶体模的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸与去离子水混合，加入交联剂，在30～45℃下恒温搅拌3～4h使其均匀分散，得到反应液；
(2)在步骤(1)所得反应液中加入金属盐，在30～45℃下恒温搅拌10～16h，得到混合液，使用氮气循环保护；
(3)将步骤(2)所得混合液倒入模具中，加入引发剂，在30～45℃下放置24h使其凝胶，得到所述的水凝胶体模。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述模具的材质为PMMA，形状为长方体，在长方体模具相对的侧壁穿入玻璃纤维丝，以此在水凝胶体模中引入玻璃纤维丝来模拟CT图像中的病灶点，进行后期特征的纹理分析测试。
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| GR01 | Patent grant | ||
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