CN207718689U - 一种体外介入栓塞治疗模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种体外介入栓塞治疗模拟系统，包括微血管模拟区、血流模拟区和压力监测区，微血管模拟区放置在恒温装置内并与血流模拟区通过管道相连通，压力监测区用于监测管道中的压力值；微血管模拟区包括微流控芯片。本实用新型的模拟系统，可以通过观察不同栓塞剂所封堵的芯片中管道分级来量化其末梢栓塞性能的差别，从而更直观的评估不同栓塞剂的末梢栓塞性能，给研发人员提供更为简易，便捷的数据积累方案；同时本实用新型可以给予不同栓塞剂末梢栓塞性能评估，使其更加了解栓塞剂的性能，降低临床风险；压力检测区可以精确的分析出不同栓塞剂在不同条件下抗血流冲刷的效果，从而在体外评估其栓塞强度，还可监测血管复通时间。

Description

一种体外介入栓塞治疗模拟系统

技术领域

本实用新型涉及医疗器械介入用血管栓塞材料评价系统及医疗操作培训技术领域，特别是涉及一种体外介入栓塞治疗模拟系统。

背景技术

介入治疗是一门融合了影像诊断及临床治疗于一体的学科，具体是在数字减影血管造影机、磁共振、超声、CT等影像医学设备的引导下，将导管或其他介入器材经微小创口引入病变部位并实施治疗的医疗技术，该技术具有微创、见效快、高精确性、毒副作用小等优点，这使得其在临床应用中正在发挥越来越重要的作用。介入治疗中很大一个分支为肝癌的介入治疗，肝癌的恶性程度极高，侵袭生长迅速，治疗后易复发，5年生存率不到5％。

对于早期肝癌，通过外科切除是治疗肝癌的首选，也是最有效的方法，但是肝癌的早期诊断一直是医学界的难题，很多患者在确诊时都已经错过了外科治疗的最佳时机，另外，亚洲国家的患者通常还伴有肝炎引起的肝硬化，这也给外科切除造成了很大的不便。

1978年，日本大阪市立大学医学部的山田教授提出了经导管肝动脉化疗栓塞(TACE)作为不可切除肝癌的一种治疗选择。顾名思义，经导管肝动脉化疗栓塞就是在肝动脉中借助微导管将栓塞剂注射到肿瘤的供养血管内，封堵肿瘤血供，对肿瘤实施局部的“饥饿疗法”。由于肝脏具有独特的“双重血供”，既正常肝脏中，肝动脉负责肝脏25％的血供，另外75％由引流肠道血液的门静脉运送而来，而在肝癌患者身上，肿瘤的血供几乎全部由肝动脉负责，门静脉对肝脏的血液供给可以达到90％以上。正是由于肝脏的“双重血供”，TACE才能在不影响肝脏正常工作的前提下对肿瘤血管施行有效封堵。

与传统的外科手术相比，肝肿瘤切除创口较大，而TACE属于微创手术，只需要在患者腹股沟处进行股动脉穿刺，在实时X射线透视下将微导管沿穿孔引导至肝动脉，当微导管到达靶向位置后，注射入栓塞剂和化疗药物，抽出微导管，缝合创口即可。微创使得TACE在操作上更加安全，降低了患者手术感染的风险。

在肝癌的介入栓塞治疗中，栓塞剂的性能直接影响到疗效及手术的实施，理想的栓塞剂应该具备以下特点：1.能够有效的对肿瘤各级血管实施栓塞；2.具有良好的流动性，不堵导管；3.不透X射线，实现栓塞过程可视化；4.能够负载化疗药物，并实现化疗药物的缓控释放。

目前临床上常用的栓塞剂可以分为固体和液体两大类：固体栓塞剂主要有聚乙烯醇颗粒/微球，明胶海绵颗粒等，它们能够对肿瘤血管实现较高强度的封堵，在长期血流冲刷下不易复通，但碍于其固体形态，在经微导管注射时，常发生团聚，从而引起微导管堵塞，而且固体栓塞剂本身并不具备X射线屏蔽能力，在使用时需要和医用造影剂共混，这为临床操作带来了不便；液体栓塞剂中，最常用的是碘化油注射液，简称碘油，碘油本身能够屏蔽X射线，并且黏度较低，在推注过程中不会堵管，是目前使用最久，最广泛的栓塞剂，但是碘油在体内并不能起到长期栓塞的作用，会随血流冲刷而发生复通，所以在临床上，通常会搭配固体栓塞剂一同使用。

在对栓塞剂进行性能评估时往往会遇到一系列问题，例如如何评价栓塞强度，也就是栓塞剂抗血流冲刷程度，栓塞剂是否会在术后被血流冲离栓塞位置，从而进入整个血液循环系统，在身体其他部位形成血栓；如何评价栓塞程度，是否能够有效填充至毛细血管末端，从而进一步抑制肿瘤侧枝循环的建立，从而更有效的抑制肿瘤生长。如果能有一套体外模拟设备具备以上功能，将为栓塞剂的研发及临床前研究带来极大的便利。在体外对不同栓塞剂进行定量评估，不但可以节约开发成本，提高研发效率，还可以一定程度上增进临床医生对栓塞剂性能的了解，降低手术风险。

中国发明专利，CN202720819U，公开了一种颅内动脉瘤栓塞模拟器，该模拟器按照人体内部布局设计，可以作为医院提高医生技术的有效训练工具，能够提高初学者的熟练程度和技巧掌握，进一步降低手术失误率，提高治疗效果，但其作为训练工具，无法对栓塞剂的性能做出评估。

实用新型内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种体外介入栓塞治疗模拟系统，实现了在体外环境下对栓塞剂性能进行评估，能够对栓塞剂的栓塞强度，栓塞程度，抗冲刷能力等重要性质做出量化评估，使栓塞剂研发人员更加全面的评价栓塞产品，使临床医生对栓塞剂的性质更加了解，降低手术风险。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种体外介入栓塞治疗模拟系统，包括微血管模拟区、血流模拟区和压力监测区，所述微血管模拟区放置在恒温装置内并与所述血流模拟区通过管道相连通，所述压力监测区用于监测所述管道中的压力值；所述微血管模拟区包括微流控芯片。

可选的，所述微血管模拟区为上下两层聚二甲基硅氧烷键合而成的微血管模拟区，或由上层聚二甲基硅氧烷、下层玻璃键合而成微血管模拟区。

可选的，所述微血管模拟区的管道分级由粗至细分为九级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm。

可选的，所述微血管模拟区的管道高度为20-200μm。

可选的，所述微血管模拟区的管道高度为50-100μm。

可选的，所述微流控芯片的制备方法包括以下步骤，

1)将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比10:1混合后置于烧杯中，用玻璃棒搅拌混合均匀，将该混合物浇筑于预置有芯片的模具上，在60℃下固化2小时；

2)用刀片将固化后的基板切割下来，用打孔器在打孔位置开孔；

3)将固化后的上下基板进行键合，并于50℃烘箱内存放30分钟，使其键合完成。

可选的，所述微流控芯片的数量为至少两个。

可选的，所述血流模拟区包括依次与所述管道连接的恒流泵和模拟血流介质，所述压力监测区与所述恒流泵相连。

可选的，所述恒流泵的流速为0.05-1.00ml/min。

可选的，所述模拟血流介质为pH＝7.4的磷酸盐缓冲液或0.9％的生理盐水。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本实用新型提供的体外介入栓塞治疗模拟系统，具有微血管模拟区，采用2个或2个以上高透光性的微流控芯片并联而成，微流控芯片本身具有高精度管道，并可针对该管道进行多级分级，从而模拟微血管网络的分级，其最小管道宽度仅为50μm，可在显微镜下观测，最大管道宽度为1000μm，其管道高度自20-200μm可调，在制备上具有较高的自由度，可根据实际情况制备，本实用新型中涉及的管道高度为50-100μm，管道分级为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm共9个分级，多分级能够更好的评估不同栓塞剂在相同条件下的栓塞程度，从而量化末梢栓塞性能，对于肿瘤栓塞剂而言，如果对血管封堵不充分，会诱发新生血管生成，从而形成侧枝循环，恢复肿瘤养分供给，大大影响栓塞的疗效，而对末梢血管栓塞能够有效抑制新生血管生成。本实用新型可以通过观察不同栓塞剂所封堵的芯片中管道分级来量化其末梢栓塞性能的差别，从而更直观的评估不同栓塞剂的末梢栓塞性能，给研发人员提供更为简易，便捷的数据积累方案。对临床医生而言，通过本实用新型可以给予其不同栓塞剂末梢栓塞性能评估，使其更加了解栓塞剂的性能，降低临床风险。

2、本实用新型提供的体外介入栓塞治疗模拟系统，可以实时检测在栓塞过程前，中，后系统压力的变化，从而反应出不同栓塞剂的栓塞强度，进而对其栓塞强度进行评估。如果栓塞剂对微血管模拟芯片栓塞完全，则系统压力呈上升趋势，在达到峰值后趋于平稳；如果在栓塞后栓塞剂被模拟血流介质冲刷走，则系统压力会有所下降甚至恢复栓塞前数值；如果栓塞剂在栓塞过程中无法对芯片形成有效栓塞，则系统压力不会有显著变化。根据系统上述栓塞过程中系统压力的监控，可以精确的分析出不同栓塞剂在不同条件下抗血流冲刷的效果，从而在体外评估其栓塞强度，如发生复通，还可监测血管复通时间。

3、本实用新型提供的体外介入栓塞治疗模拟系统，通过2块或2块以上微血管模拟微流控芯片并联，实现压力保护的功能。当压力过高时，会有更多的模拟血流介质从栓塞芯片之外的其他芯片通过，但由于栓塞芯片被封堵，相当于系统总通路中发生部分阻塞而导致压力有部分升高，以此来判断栓塞牢固程度；如不采用此种并联方式，则在栓塞过程中会造成压力持续上升直至芯片内部或管道连接处漏夜，从而损坏设备。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型体外介入栓塞治疗模拟系统的整体结构示意图；

图2为微流控芯片示意图一；

图3为微流控芯片示意图二；

图4为模拟血流介质0.3ml/min流速下不同栓塞剂的压力变化曲线；

图5为采用高粘度温敏微凝胶栓塞后微流控芯片透性图；

图6为采用低粘度温敏微凝胶栓塞后微流控芯片透性图；

图7为栓塞后微流控芯片显微照片(从左到右依次为)；

其中，1微血管模拟区；2恒温装置；3微流控芯片；4血流模拟区；5模拟血流介质；6压力监测区；7恒流泵；8栓塞剂为高粘度温敏微凝胶时模拟血流介质的压力变化曲线；9栓塞剂为低粘度温敏微凝胶时模拟血流介质的压力变化曲线；10栓塞剂为碘化油注射液时模拟血流介质的压力变化曲线；10栓塞剂为空白时模拟血流介质的压力变化曲线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种体外介入栓塞治疗模拟系统，实现了在体外环境下对栓塞剂性能进行评估，能够对栓塞剂的栓塞强度，栓塞程度，抗冲刷能力等重要性质做出量化评估，使栓塞剂研发人员更加全面的评价栓塞产品，使临床医生对栓塞剂的性质更加了解，降低手术风险。

本实用新型提供的体外介入栓塞治疗模拟系统，包括微血管模拟区、血流模拟区和压力监测区，微血管模拟区放置在恒温装置内并与血流模拟区通过管道相连通，压力监测区用于监测管道中的压力值；微血管模拟区包括微流控芯片。

本实用新型包含微血管模拟区、血流模拟区、压力监测区、恒温装置四个组成部分，将这四个部分按照图1所示搭建完成后开启恒温装置，开启压力监测区进行实时压力检测，设定流速，当系统温度稳定后使用注射器将栓塞剂注射入微血管模拟区，同步监测压力变化，当注射完成后，可持续对压力变化进行检测，以评估不同栓塞剂的栓塞强度及抗血流冲刷时间。对栓塞强度评估完成后可取出微血管模拟芯片，通过目测或在显微镜下观测不同分级下栓塞剂的栓塞情况评估末梢栓塞效果。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为本实用新型体外介入栓塞治疗模拟系统的整体结构示意图；图2为微流控芯片示意图一；图3为微流控芯片示意图二；图4为模拟血流介质0.3ml/min流速下不同栓塞剂的压力变化曲线；图5为采用高粘度温敏微凝胶栓塞后微流控芯片透性图；图6为采用低粘度温敏微凝胶栓塞后微流控芯片透性图；图7为栓塞后微流控芯片显微照片。

如图1-7所示，本实用新型提供一种体外介入栓塞治疗模拟系统，包括微血管模拟区1、血流模拟区4和压力监测区6，微血管模拟区1放置在恒温装置2内并与血流模拟区4通过管道相连通，压力监测区6用于监测管道中的压力值；微血管模拟区1包括微流控芯片3。

该体外介入栓塞治疗模拟系统，由微血管模拟区1、血流模拟区4、压力监测区6、恒温装置2组成，其中微血管模拟区1由微流控芯片3构成，该芯片由聚二甲基硅氧烷和玻璃制备而成，用来模拟微血管网络，具有详细的管网分级；血流模拟区4为横流泵及模拟血流介质5，恒流泵7作为动力端将模拟血流介质5按照设定流速注射入微血管模拟区1；压力监测区6能够实时监控管道中由于堵塞造成的压力变化，能够收集整个过程中系统压力数据；恒温装置2为恒温水浴，用来维持系统温度恒定。

微血管模拟区1为上下两层聚二甲基硅氧烷键合而成的微血管模拟区1，或由上层聚二甲基硅氧烷、下层玻璃键合而成微血管模拟区1；微血管模拟区1的管道分级由粗至细分为九级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm；且微血管模拟区1的管道高度为20-200μm(管道高度指的是管道Z轴上的长度)。

其中，微流控芯片3的制备方法包括以下步骤，

1)将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比10:1混合后置于烧杯中，用玻璃棒搅拌混合均匀，将该混合物浇筑于预置有芯片的模具上，在60℃下固化2小时；

2)用刀片将固化后的基板切割下来，用打孔器在打孔位置开孔；

3)将固化后的上下基板进行键合，并于50℃烘箱内存放30分钟，使其键合完成。

本发明中采用的固化剂为道康宁Sylgard184。

本实用新型中模拟血流介质5为pH＝7.4的磷酸盐缓冲液或0.9％的生理盐水。

本实用新型中的体外介入栓塞治疗模拟系统是通过以下方式实现的：

实施例一

步骤一：将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比10：1混合后置于烧杯中，用玻璃棒搅拌30分钟，充分搅拌均匀，将该混合物浇筑于模具上(模具中管道设计为9级分级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm，管道高度为20-50μm)，在60℃下固化2小时；

步骤二：用刀片将固化后的基板切割下来，用打孔器在打孔位置开孔；

步骤三：将固化后的基板与玻璃键合，并于50℃烘箱内存放30分钟，使其键合完全，得到微血管模拟芯片；

步骤四：重复以上步骤制备2个或2个以上微血管模拟芯片；

步骤五：按照图1将各组成部分搭建完成，开启恒温装置2，将系统温度设定为37℃，开启恒流泵7及实时压力监测，分别设定流速0.05ml/min，0.5ml/min，1.0ml/min，当系统温度稳定后使用注射器将不同栓塞剂注射入微血管模拟区1，同步监测压力变化。

实施例二

步骤一：将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比10：1混合后置于烧杯中，用玻璃棒搅拌30分钟，充分搅拌均匀，将该混合物浇筑于模具上(模具中管道设计为9级分级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm，管道高度为50-100μm)，在60℃下固化2小时；

步骤二：用刀片将固化后的基板切割下来，用打孔器在打孔位置开孔；

步骤三：将固化后的基板与玻璃键合，并于50℃烘箱内存放30分钟，使其键合完全，得到微血管模拟芯片；

步骤四：重复以上步骤制备2个或2个以上微血管模拟芯片；

步骤五：按照图1将各组成部分搭建完成，开启恒温装置2，将系统温度设定为37℃，开启恒流泵7及实时压力监测，分别设定流速0.05ml/min，0.5ml/min，1.0ml/min，当系统温度稳定后使用注射器将不同栓塞剂注射入微血管模拟区1，同步监测压力变化。

实施例三

步骤一：将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比10：1混合后置于烧杯中，用玻璃棒搅拌30分钟，充分搅拌均匀，将该混合物浇筑于模具上(模具中管道设计为9级分级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm，管道高度为100-150μm)，在60℃下固化2小时；

步骤二：用刀片将固化后的基板切割下来，用打孔器在打孔位置开孔；

步骤三：将固化后的基板与玻璃键合，并于50℃烘箱内存放30分钟，使其键合完全，得到微血管模拟芯片；

步骤四：重复以上步骤制备2个或2个以上微血管模拟芯片；

步骤五：按照图1将各组成部分搭建完成，开启恒温装置2，将系统温度设定为37℃，开启恒流泵7及实时压力监测，分别设定流速0.05ml/min，0.5ml/min，1.0ml/min，当系统温度稳定后使用注射器将不同栓塞剂注射入微血管模拟区1，同步监测压力变化。

实施例四

步骤一：将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比10：1混合后置于烧杯中，用玻璃棒搅拌30分钟，充分搅拌均匀，将该混合物浇筑于模具上(模具中管道设计为9级分级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm，管道高度为150-200μm)，在60℃下固化2小时；

步骤二：用刀片将固化后的基板切割下来，用打孔器在打孔位置开孔；

步骤三：将固化后的基板与玻璃键合，并于50℃烘箱内存放30分钟，使其键合完全，得到微血管模拟芯片；

步骤四：重复以上步骤制备2个或2个以上微血管模拟芯片；

步骤五：按照图1将各组成部分搭建完成，开启恒温装置2，将系统温度设定为37℃，开启恒流泵7及实时压力监测，分别设定流速0.05ml/min，0.5ml/min，1.0ml/min，当系统温度稳定后使用注射器将不同栓塞剂注射入微血管模拟区1，同步监测压力变化。

表1实施例1～4微血管模拟芯片管道高度及所选用的栓塞剂

表2实施例1～4的压力峰值监控结果

如上述表1-2及附图4-6数据分析如下：

1、由表2及图4所示，在注射碘化油注射液时注射过程中碘油能够维持较高的系统压力，但当停止推注后，系统压力迅速下降，直至与基线齐平，说明碘化油注射液在栓塞强度上较差，所以在临床使用时，通常需要在注射碘油后使用固体栓塞剂明胶海绵实施封堵，才能达到较好的栓塞效果。而选用低粘度温敏微凝胶及高粘度温敏微凝胶两种栓塞剂的压力曲线均能在栓塞后维持较高的水平，且在接下来的60分钟内未发现压力下降趋势，这说明此两种栓塞剂在栓塞强度上优于碘化油注射液，能够在不添加其他栓塞剂的情况下实施有效的栓塞。通过以上数据分析可以得出结论，利用本实用新型可以衡量不同栓塞剂的栓塞强度。

2、如图5-6所示，在栓塞并持续冲刷60分钟后，使用温敏微凝胶的芯片仍保持栓塞状态，但高粘度温敏微凝胶仅将第5级管道完全封堵，在更狭窄的高级管道中栓塞程度不高，而使用低粘度温敏微凝胶栓塞的芯片几乎将第9级管道完全封堵。这说明本实用新型不但可以评价不同栓塞剂的栓塞强度，还能通过观察进而评价不同栓塞剂的末梢栓塞性能，在本实施例中可以明显看出，低粘度温敏微凝胶具有更加优良的末梢栓塞性能。

需要说明的是，本实用新型体外介入栓塞治疗模拟系统中微血管模拟区的管道分级以及各级管道的宽度并不局限于上述数值，可以根据具体的试验情况进行适当的调整，均属于本实用新型的保护范围内；微血管模拟区的管道高度的数值也并不局限上述数值；有关于微流控芯片的制备过程中的温度控制也是可以在一定的范围内进行调整的，只要在合理的范围内进行调整和使用，均落入本实用新型的保护范围内；同时固化剂的选用也并不局限于上述固化剂种类，只要能满足相应的要求的其他固化剂也在本发明的保护范围内。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：包括微血管模拟区、血流模拟区和压力监测区，所述微血管模拟区放置在恒温装置内并与所述血流模拟区通过管道相连通，所述压力监测区用于监测所述管道中的压力值；所述微血管模拟区包括微流控芯片。

2.根据权利要求1所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述微血管模拟区为上下两层聚二甲基硅氧烷键合而成的微血管模拟区，或由上层聚二甲基硅氧烷、下层玻璃键合而成微血管模拟区。

3.根据权利要求1所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述微血管模拟区的管道分级由粗至细分为九级，其管道宽度分别为1000μm、800μm、630μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm。

4.根据权利要求1所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述微血管模拟区的管道高度为20-200μm。

5.根据权利要求4所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述微血管模拟区的管道高度为50-100μm。

6.根据权利要求1所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述微流控芯片的数量为至少两个。

7.根据权利要求1所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述血流模拟区包括依次与所述管道连接的恒流泵和模拟血流介质，所述压力监测区与所述恒流泵相连。

8.根据权利要求7所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述恒流泵的流速为0.05-1.00ml/min。

9.根据权利要求7所述的体外介入栓塞治疗模拟系统，其特征在于：所述模拟血流介质为pH＝7.4的磷酸盐缓冲液或0.9％的生理盐水。