RU220592U1 - Фантом щитовидной железы для ультразвуковых исследований - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, биомедицинского моделирования, в частности - к фантомам для исследований щитовидной железы, и может использоваться в лабораториях ультразвуковой визуализации для обучения специалистов по проведению ультразвуковой диагностики щитовидной железы, манипуляций с ультразвуковой навигацией, проверки оборудования и создания новых диагностических методик и приборов. Из уровня техники известен фантом щитовидной железы [Thyroid Ultrasound Training Phantom. CIRS. https://www.doza.ru/catalog/ultrasound_training_phantoms/2882/], выполненный в форме шеи, содержащий модели щитовидной железы, окружающих железу мягких тканей, трахеи, внутренней яремной вены и общей каротидной артерии как внутренние анатомические ориентиры. Недостатком данного технического решения является его низкая детализация, вызванная отсутствием многих важных анатомических ориентиров, таких как кости, хрящи, лимфатические узлы, позвоночные артерии. В отличие от данного прототипа предлагаемая полезная модель содержит модели костей, хрящей, лимфатических узлов, позвоночных артерий. За счет этого достигается большая реалистичность и расширяется область применения. Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание фантома для ультразвуковых исследований, характеризующегося реалистичностью моделирования и следующей из этого реалистичностью условий наблюдения при помощи средств ультразвуковой диагностики. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение степени соответствия структуры фантома структуре щитовидной железы человека и следующее из этого повышение реалистичности условий проведения ультразвуковых экспериментов в целях обучения специалистов и тем самым повышение качества освоения методик ультразвуковой диагностики и манипуляций под контролем ультразвуковой визуализации, выполняемых с использованием фантома. Работа с фантомом обеспечит получение навыков дифференциальной диагностики узловых образований щитовидной железы, оценки размеров щитовидной железы и узловых образований щитовидной железы, навыка введения иглы для взятия биопсийной пробы.

Description

Полезная модель относится к области медицины, биомедицинского моделирования, в частности - к фантомам для исследований щитовидной железы, и может использоваться в лабораториях ультразвуковой визуализации для обучения специалистов по проведению ультразвуковой диагностики щитовидной железы, манипуляций с ультразвуковой навигацией, проверки оборудования и создания новых диагностических методик и приборов.

Из уровня техники известен фантом [1], содержащий модель щитовидной железы, изготовленную из желатина, модель трахеи, изготовленную из пластиковой бутылки, и модель окружающих щитовидную железу и трахею мягких тканей, изготовленных из желатина. Желатин, выбранный для моделирования мягких тканей, близок по некоторым параметрам к тканям человека, так, например, скорость звука в желатине близка к скорости звука в мягких тканях человека, обычно принимаемой равной 1540 метрам в секунду. Недостатком данного технического решения является то, что выбранный материал для имитации мягких тканей недолговечен, подвержен высыханию и появлению бактерий, делающих его непригодным для долговременного применения.

Также из уровня техники известен фантом щитовидной железы [2], выполненный в форме шеи, содержащий модели щитовидной железы, окружающих железу мягких тканей, трахеи, внутренней яремной вены и сонной артерии как внутренние анатомические ориентиры. Каждая доля фантома щитовидной железы содержит имитации одной кисты и одного изоэхогенного узлового образования. Недостатком данного технического решения является его низкая детализация, вызванная отсутствием многих важных анатомических ориентиров, таких как кости, хрящи, лимфатические узлы, позвоночные артерии.

Фантом [2] взят в качестве наиболее близкого аналога заявленного устройства. В отличие от прототипа предлагаемая полезная модель содержит модели костей, хрящей, лимфатических узлов, позвоночных артерий. За счет этого достигается большая реалистичность и расширяется область применения.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание фантома для ультразвуковых исследований, характеризующегося точностью имитирования щитовидной железы человека и следующей из этого реалистичностью условий наблюдения при помощи средств ультразвуковой диагностики.

Решение данной задачи достигается тем, что предлагаемое устройство, в отличие от технического решения [2], содержит кости, хрящи, лимфатические узлы, позвоночные артерии.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение степени соответствия структуры фантома структуре щитовидной железы человека и следующее из этого повышение реалистичности условий проведения ультразвуковых экспериментов в целях обучения специалистов и, тем самым, повышение качества освоения методик ультразвуковой диагностики и манипуляций под контролем ультразвуковой визуализации, выполняемых с использованием фантома.

На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого технического решения. Устройство состоит из имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала 1, модели щитовидной железы 2, модели узлового образования 3, модели трахеи 4, модели шейного отдела позвоночника 5, модели ключицы 6, модели ребер 7, модели грудины 8, модели сонной артерии 9, модели яремной вены 10, модели позвоночной артерии 11, модели лимфатических узлов 12, модель хряща 13.

Все элементы фантома расположены так, чтобы обеспечить наилучшую имитацию анатомического расположения моделируемых органов человека и связаны между собой следующим образом. Модель щитовидной железы 2 расположена поверх модели трахеи 4, модель узлового образования 3 находится внутри модели щитовидной железы 2, модель трахеи 4 расположена перед моделью шейного отдела позвоночника 5, модель ключицы 6, модель ребер 7, модель грудины 8 расположены в нижней части фантома у основания модели трахеи 4, модель сонной артерии 9 расположена в направлении модели трахеи 4 и в непосредственной близости от нее (в среднем 10-20 мм), модель яремной вены 10 расположена в направлении модели трахеи 4 и в непосредственной близости от нее (в среднем 15-25 мм), модель позвоночной артерии 11 проходит в непосредственной близости модели шейного отдела позвоночника 5, модель лимфатических узлов 12 примыкает к модели яремной вены 10, модель хряща 13 огибает модель трахеи 4. Элементы 2-13 находятся внутри имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала 1.

Все формирующие фантом модели получены в результате сегментации и анализа томограмм.

На Фиг. 2 представлен пример изготовленного фантома щитовидной железы для ультразвуковых исследований.

На Фиг. 3 и 4 показаны модели костей, хрящей и модель щитовидной железы, являющиеся частью фантома.

На Фиг. 5-7 показаны сонограммы фантома, представляющего собой один из вариантов осуществления полезной модели. На Фиг. 5 - снимок модели щитовидной железы 2 с моделью узлового образования 3. На Фиг. 6 - модель сонной артерии 9 над моделью яремной вены 10. Модель сонной артерии выполнена с диаметром от 5 до 7 мм, модель яремной вены выполнена с диаметром от 10 до 15 мм. На Фиг. 7 - модель щитовидной железы 2 над моделью трахеи 4. Размер модели щитовидной железы над моделью трахеи составил 6,72 мм.

Работает устройство следующим образом. На ультразвуковой датчик сканера наносят гель, датчик прикладывают к фантому и выполняют сканирование. На экране сканера наблюдают модель щитовидной железы 2 с моделью узлового образования 3, оценивают размер модели узлового образования, в фантом вводят иглу, стараясь попасть в модель узлового образования. В качестве имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала может использоваться пластизоль, он дольше сохраняет свои свойства, чем желе на основе агар-агара и желатина. В качестве материала для изготовления модели костей используют PLA пластик, поскольку он не вступает в химическое взаимодействие в пластизолем. Ультразвуковой датчик устанавливается в контакте со звукопроводящим веществом в необходимом для исследования положении, положение датчика выбирается исследователем. При этом на экране ультразвукового медицинского диагностического устройства видны интересующие исследователя части фантома в серошкальном режиме или параметры жесткости ткани в режиме эластографии.

При изготовлении образца мы предварительно напечатали на 3D принтере Picasso X Pro из пластика PLA форму для заливки размером 200×180×150 мм. В ней разместили предварительно напечатанную на 3D принтере Picasso X Pro из пластика PLA модель костей (Фиг. 3), хрящей, изготовленные из пластизоля модели сосудов, модель щитовидной железы (Фиг. 4) и модель лимфатических узлов. Поскольку для изготовления заливочной формы можно использовать программируемую 3D печать, позволяющую создавать модели из пластиков с большой детализацией, то форма фантома может моделироваться для последующей печати таким образом, чтобы в наибольшей степени соответствовать анатомическим особенностям моделируемого органа.

Фантом может использоваться для тренировки у врачей ультразвуковой диагностики навыков выявления характерных анатомических характеристик и патологий, в особенности, патологий щитовидной железы. Как видно из Фиг. 5-7, с помощью фантома можно получить сонограммы с четко различимыми контурами модели щитовидной железы, модели узлового образования, модели сонной артерии и модели яремной вены.

На Фиг. 8 и 9 показаны сонограммы фантомов, представляющих собой дополнительные варианты осуществления полезной модели. На Фиг. 8 показан пример размещения модели трахеи 4, щитовидной железы 2, модели сонной артерии 9, модели яремной вены 10 и модели лимфатического узла 12. На Фиг. 9 показан другой пример размещения модели трахеи 4, щитовидной железы 2, модели сонной артерии 9, модели яремной вены 10 и модели лимфатического узла 12, а также модели узлового образования 3.

Работа с фантомом обеспечит получение навыков дифференциальной диагностики узловых образований щитовидной железы, оценки размеров щитовидной железы и образований щитовидной железы, навыка введения иглы для взятия биопсийной пробы. Фантом позволяет развить зрительно-моторную координацию и освоить особенности ультразвукового исследования щитовидной железы.

Источники информации

1. АА Hakimi, WB Armstrong. Improving on the Do-It-Yourself Ultrasound-Guided Fine-Needle Aspiration Simulation Phantom. JUM. Volume 40, Issue 4, April 2021. PP: 815-819. https://doi.org/10.1002/jum.15461

2. Thyroid Ultrasound Training Phantom. CIRS. URL: https://www.doza.ru/catalog/ultrasound_training_phantoms/2882/

Claims (1)

1. Фантом щитовидной железы для ультразвуковых исследований, выполненный в форме шеи и содержащий модели щитовидной железы, окружающих щитовидную железу мягких тканей, трахеи, внутренней яремной вены и сонной артерии, отличающийся тем, что дополнительно содержит изготовленные с использованием 3D печати модель шейного отдела позвоночника, расположенную позади модели трахеи, модель ключицы, модель ребер, модель грудины, расположенные в нижней части фантома у основания модели трахеи, модель позвоночной артерии, модель лимфатических узлов, модель хряща, модель позвоночной артерии проходит у модели шейного отдела позвоночника, модель лимфатических узлов примыкает к модели яремной вены, модель хряща огибает модель трахеи, модели костей и хрящей изготовлены из PLA пластика, модели сосудов, лимфатических узлов и щитовидной железы – из пластизоля, при этом все модели находятся внутри имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала и получены в результате сегментации томограммы.