RU2682459C1 - Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии - Google Patents
Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682459C1 RU2682459C1 RU2017143499A RU2017143499A RU2682459C1 RU 2682459 C1 RU2682459 C1 RU 2682459C1 RU 2017143499 A RU2017143499 A RU 2017143499A RU 2017143499 A RU2017143499 A RU 2017143499A RU 2682459 C1 RU2682459 C1 RU 2682459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid silicone
- component liquid
- structures
- tissue
- layer
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 title claims abstract description 36
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002091 elastography Methods 0.000 title claims description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 67
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 48
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002583 angiography Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 8
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 claims description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 74
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 6
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 210000004177 elastic tissue Anatomy 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 238000012285 ultrasound imaging Methods 0.000 description 2
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 2
- 235000004391 Chenopodium capitatum Nutrition 0.000 description 1
- 244000038022 Chenopodium capitatum Species 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229920004482 WACKER® Polymers 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 210000000981 epithelium Anatomy 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229940028435 intralipid Drugs 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 210000005075 mammary gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 210000001087 myotubule Anatomy 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000012860 organic pigment Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 210000002307 prostate Anatomy 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000329 smooth muscle myocyte Anatomy 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
- 210000005166 vasculature Anatomy 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Algebra (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Instructional Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам формирования слоистых фантомов кровеносных сосудов, и может быть использовано в медицине и ветеринарии для обучения персонала проведению диагностических измерений на эндоскопических оптических когерентных томографах. Способ включает изготовление формы для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека, заполнение формы для литья двухкомпонентным жидким силиконом с модулем Юнга в диапазоне от 2 до 30 кПа, формирование в отдельных формах для литья имитаторов патологических тканевых структур из двухкомпонентного жидкого силикона с модулем Юнга в диапазоне от 30 до 600 кПа, использование специальных добавок для усиления контраста при формировании имитаторов патологических тканевых структур, добавление в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека отдельно сформированных имитаторов патологических тканевых структур, покрытие внешнего контура изготавливаемого фантома защитным слоем, имеющим механические свойства, как у защитных оболочек имитируемой ткани, причем механические свойства используемого при изготовлении фантома двухкомпонентного жидкого силикона изменяют путем изменения массовой доли кремния в нем, при этом скорость затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона контролируется изменением температуры, в отдельных формах для литья формируют полые структуры с трехслойными стенками, по форме и размерам соответствующие кровеносным сосудам, проходящим сквозь имитируемую ткань человека, и имеющие диаметр, превышающий диаметр зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, предварительно сведения о форме и размерах кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека получают методом ангиографии, при этом каждая полая структура с трехслойными стенками имеет один проксимальный и по меньшей мере один дистальный конец, слои стенок полых структур последовательно от внутреннего к наружному изготавливают из двухкомпонентного жидкого силикона, используя при этом одни и те же специальные добавки, а массовая доля специальных добавок должна соответствовать оптическим свойствам соответствующего слоя имитируемой полой структуры, при этом после затвердевания слои имеют различную толщину. Полые структуры с трехслойными стенками после затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона добавляют в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека совместно с затвердевшими имитаторами патологических тканевых структур таким образом, чтобы геометрическое расположение полых структур с трехслойными стенками в форме для литья соответствовало геометрическому расположению ассоциированных с ними кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека, причем сведения о геометрическом расположении этих кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека предварительно получают методом ангиографии. Проксимальные и дистальные концы полых структур с трехслойными стенками после затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона в форме для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека, и покрытия внешнего контура затвердевшей структуры защитным слоем снабжают раздвоенными катетерами таким образом, чтобы одновременно имелась возможность для прокачивания растворов с оптическими свойствами крови через полые структуры с трехслойными стенками и введения в эти полые структуры зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, причем защитный слой также содержит в себе специальные добавки для усиления контраста. Использование изобретения позволяет повысить достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области научных, медицинских и математических моделей, в частности к способам формирования слоистых фантомов (т.е. физических моделей, имитаторов) кровеносных сосудов, и может быть использовано в медицине и ветеринарии для обучения персонала проведению диагностических измерений на эндоскопических оптических когерентных томографах, в том числе с функцией эластографии, а также в физике для проведения измерений или испытания оптических и акустических приборов.
Медицинские фантомы представляют собой физические модели, специально разработанные для тестирования и отладки систем медицинской визуализации, а также для обучения персонала работе с ними. Широкое использование медицинских фантомов в реальной клинической практике обусловлено отсутствием необходимости подвергать живой субъект риску, высокой воспроизводимостью результатов сканирования, доступностью подобных изделий и возможностью изготовления фантома под конкретную ситуацию.
По патенту US 20100047752 А1, МПК В32В 38/04, В28В 5/00, G09B 23/30, опубл. 25.02.2010 г. известны анатомические и функциональные фантомы мягких биологических тканей и способ их формирования. Способ формирования анатомических и функциональных фантомов мягких биологических тканей включает в себя: размещение моделируемого органа или ткани в контейнере с расплавленным эластомерным материалом, введение множества стержней через стенку контейнера и расплавленный эластомерный материал в моделируемый орган или ткань, затвердевание расплавленного эластомерного материала, удаление моделируемого органа или ткани из контейнера, замену удаленного органа или ткани множеством эластомерных сегментов, цикличное поштучное удаление эластомерных сегментов с заполнением образовавшихся пустот расплавленным поливиниловым спиртом и последующим затвердеванием расплавленного поливинилового спирта, выполняемое до тех пор пока все эластомерные сегменты не будут удалены из контейнера, причем цикличные действия осуществляются таким образом, чтобы сегменты из расплавленного поливинилового спирта склеились друг с другом, формируя тем самым фантом органа или ткани. Известны варианты способа формирования анатомических и функциональных фантомов мягких биологических тканей в которых: фантом органа или ткани посредством использования дополнительного сегмента из поливинилового спирта сформирован полым; фантом органа или ткани содержит внутреннюю сосудистую сеть сформированную после стадии удаления моделируемого органа или ткани из контейнера посредством создания и удаления эластомерных слепков внутренней сосудистой сети моделируемого органа или ткани, формирования негативных отливных форм (обратные модели) из удаленных эластомерных слепков внутренней сосудистой сети, формирования на основе негативных отливных форм пластиковых позитивных форм (прямые модели) и вставки затвердевших пластиковых позитивных форм в контейнер на стадии замены удаленного органа или ткани множеством эластомерных сегментов. Техническим результатом предложенного способа является формирование анатомически и функционально точных фантомов мягких биологических тканей.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, вызванная тем, что получаемые по данному способу фантомы не обладают оптическими и механическими (упругими) свойствами имитируемых биологических объектов или их частей.
По патенту US 8888498 В2, МПК А61В 5/00, G09B 23/28, G09B 23/30, опубл. 18.11.2014 г. известны многослойные фантомы биологических тканей, способы их изготовления и использования. Способ изготовления многослойных фантомов биологических тканей включает в себя последовательное формирование по меньшей мере двух слоев фантома посредством: осаждения вязкого текучего материала на опорный элемент, его часть или предварительно сформированный слой фантома, избирательного перераспределения вязкого текучего материала в процессе его затвердевания таким образом, чтобы обеспечить нужную толщину формируемого слоя, затвердевания вязкого текучего материала до состояния готовности, причем соседние слои фантома характеризуются по меньшей мере различной толщиной и составом, обеспечивающими заданные оптические и механические свойства, а избирательное перераспределение вязкого текучего материала в процессе его затвердевания организовано посредством контакта с распределительным устройством, находящимся во вращательном движении относительно вязкого текучего материала. Известны варианты способа изготовления многослойных фантомов биологических тканей в которых: распределительное устройство избирательно перераспределяет вязкий текучий материал по всей его глубине или на часть его глубины; вращательное движение распределительного устройства по объему перераспределяемого вязкого текучего материала является неравномерным; вязкий текучий материал не менее чем на 40% состоит из полимерной смолы; вязкий текучий материал содержит силикон и(или) полидиметилсилоксан; оптические и механические свойства слоев фантома задаются посредством концентрации в них сажи, диоксида титана, оксида алюминия в порошкообразных формах; температура вязкого текучего материала в процессе его осаждения регулируется; вязкий текучий материал для более эффективного осаждения вращается относительно своей оси. Техническим результатом предложенного способа является формирование фантомов оптических и механических свойств биологических тканей для нужд оптической когерентной томографии.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, вызванная тем, что получаемые по данному способу фантомы не позволяют имитировать кровоток в биологических объектах или их частях.
По патенту WO 2011032840 А1, МПК А61В 5/00, А61В 8/08, G09B 23/28, опубл. 24.03.2011 г.) известны биомодальные фантомы живых органов и способ их изготовления. Способ изготовления биомодальных фантомов живых органов включает в себя: заполнение стаканообразного контейнера дистиллированной водой, добавление в дистиллированную воду китайской черной туши (краситель Indian Ink) и порошкообразного поливинилового спирта, магнитное перемешивание дистиллированной воды, китайской черной туши и порошкообразного поливинилового спирта в стаканообразном контейнере с термостатическим регулированием, добавление кварцевой пудры и диоксида титана в стаканообразный контейнер с термостатическим регулированием при продолжающемся магнитном перемешивании, нагревание получившейся смеси при продолжающемся магнитном перемешивании в стаканообразном контейнере с термостатическим регулированием, последующую вакуумную обработку и циклы заморозки-разморозки. Известны варианты способа в которых: количество циклов заморозки-разморозки составляет от одного до десяти, а предпочтительное их количество находится в диапазоне от двух до шести; матриксу фантома (материалу, получившемуся после циклов заморозки-разморозки) с использованием нейлоновых форм придаются контуры имитируемого органа. Техническим результатом предложенного способа является бимодальность получаемых фантомов, т.е. повышение достоверности физического моделирования реальных биологических объектов или их частей за счет имитации не только оптических, но и механических характеристик мягких биологических тканей.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, вызванная тем, что получаемые по данному способу фантомы не позволяют имитировать кровоток в биологических объектах или их частях.
Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного способа является способ изготовления фантомов тканей человека (патент на фантомы тканей человека и способ их изготовления US 20080076099 А1, МПК G09B 23/28, опубл. 27.03.2008 г.) включающий в себя: изготовление формы для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека, заполнение формы для литья двухкомпонентным жидким силиконом (прозрачный двухкомпонентный силиконовый гель) с модулем Юнга в диапазоне от 2 до 30 килопаскаль, формирование в отдельных формах для литья имитаторов патологических тканевых структур из двухкомпонентного жидкого силикона с модулем Юнга в диапазоне от 30 до 600 килопаскаль, добавление в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека этих отдельно сформированных имитаторов патологических тканевых структур, покрытие внешнего контура изготавливаемого фантома защитным слоем, имеющим механические свойства как у защитных оболочек имитируемой ткани. Известны варианты способа изготовления фантомов тканей человека в которых: в качестве используемого на различных этапах формирования фантома двухкомпонентного жидкого силикона применены готовые прозрачные двухкомпонентные силиконовые гели фирмы Wacker Chemie AG (SEMICOSIL 921, SEMICOSIL 745 and SEMICOSIL 934), либо двухкомпонентный жидкий силикон изготавливается самостоятельно, причем механические свойства варьируются путем изменения массовой доли кремния в нем; при формировании в отдельных формах для литья имитаторов патологических тканевых структур из двухкомпонентного жидкого силикона использованы специальные добавки усиливающие контраст имитируемых тканевых структур; в качестве усиливающих контраст имитируемых тканевых структур специальных добавок использованы сухой порошок смешанной с солями муки (фантом для рентгеновской визуализации), парамагнитные соли и хелатирующий агент (фантом для магнитно-резонансной томографии), смесь сахарной пудры и измельченного песка (фантом для ультразвуковой визуализации), люминесцентные красители и органические пигменты (фантом для визуализации в оптическом диапазоне длин волн). Техническим результатом предложенного способа является высокоточное физическое моделирование механических свойств тканей и органов (в первую очередь молочной железы и простаты) человека.
Недостатком данного способа является невысокая достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, вызванная тем, что получаемые по данному способу фантомы не позволяют имитировать кровоток в биологических объектах или их частях.
Технической задачей способа является повышение достоверности физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, за счет имитации не только оптических и механических свойств этих биообъектов или их частей, но и кровотока в них.
Поставленная техническая задача достигается тем, что способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии, также как и способ, который является ближайшим аналогом, включает изготовление формы для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека, заполнение формы для литья двухкомпонентным жидким силиконом с модулем Юнга в диапазоне от 2 до 30 килопаскаль, формирование в отдельных формах для литья имитаторов патологических тканевых структур из двухкомпонентного жидкого силикона с модулем Юнга в диапазоне от 30 до 600 килопаскаль, использование специальных добавок для усиления контраста при
формировании имитаторов патологических тканевых структур, добавление в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека отдельно сформированных имитаторов патологических тканевых структур, покрытие внешнего контура изготавливаемого фантома защитным слоем, имеющим механические свойства как у защитных оболочек имитируемой ткани, причем механические свойства используемого при изготовления фантома двухкомпонентного жидкого силикона изменяют путем изменения массовой доли кремния в нем.
Новым в разработанном способе формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии является то, что скорость затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона контролируется изменением температуры, в отдельных формах для литья формируют полые структуры с трехслойными стенками, по форме и размерам соответствующие кровеносным сосудам, проходящим сквозь имитируемую ткань человека, и имеющие диаметр превышающий диаметр зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, предварительно сведения о форме и размерах кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека получают методом ангиографии, при этом каждая полая структура с трехслойными стенками имеет один проксимальный и, по меньшей мере, один дистальный конец, слои стенок полых структур последовательно от внутреннего к наружному изготавливают из двухкомпонентного жидкого силикона, используя при этом одни и те же специальные добавки, а массовая доля специальных добавок должна соответствовать оптическим свойствам соответствующего слоя имитируемой полой структуры, при этом после затвердевания слои имеют различную толщину, полые структуры с трехслойными стенками после затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона добавляют в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека совместно с затвердевшими имитаторами
патологических тканевых структур, таким образом, чтобы геометрическое расположение полых структур с трехслойными стенками в форме для литья соответствовало геометрическому расположению ассоциированных с ними кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека, причем сведения о геометрическом расположении этих кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека предварительно получают методом ангиографии, проксимальные и дистальные концы полых структур с трехслойными стенками после затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона в форме для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека и покрытия внешнего контура затвердевшей структуры защитным слоем, снабжают раздвоенными катетерами, таким образом, чтобы одновременно имелась возможность для прокачивания растворов с оптическими свойствами крови через полые структуры с трехслойными стенками и введения в эти полые структуры зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, причем защитный слой также содержит в себе специальные добавки для усиления контраста.
На фиг. 1 в виде блок-схемы проиллюстрирована последовательность действий при формировании фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии в соответствии с формулой изобретения. Действия, отличающие разработанный способ от прототипа показаны красным цветом.
Рассмотрим формирование (фиг. 1) фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии на конкретном примере.
С помощью компьютерной или магнитно-резонансной томографии получают сведения о структурах имитируемой ткани человека, затем с использованием компьютерной или магнитно-резонансной ангиографии оценивают форму, размеры и геометрическое (т.е. пространственное) положение кровеносных сосудов в этой ткани. С использованием 3D принтера изготавливают повторяющую контур имитируемой ткани человека
форму для литья. Аналогичным образом изготавливают формы для литья имитаторов патологических тканевых структур и полых структур с трехслойными стенками. Форму повторяющую контур имитируемой ткани человека заполняют двухкомпонентным жидким силиконом с модулем Юнга в диапазоне от 2 до 30 килопаскаль и хранят при пониженной температуре для замедления процесса затвердевания (которое и так будет медленным из-за значительной толщины объекта).
Формы для литья имитаторов патологических тканевых структур заполняют двухкомпонентным жидким силиконом с модулем Юнга в диапазоне от 30 до 600 килопаскаль. Для придания имитаторам патологических тканевых структур характерных оптических свойств в формы вносят некоторое количество специальных добавок, например, мелкодисперсного порошка диоксида титана (рассеивающий агент) и китайской черной туши (поглощающий агент). Для ускорения процесса затвердевания формы для литья имитаторов патологических тканевых структур оставляют при повышенной температуре. Относительно небольшая толщина имитаторов патологических тканевых структур также будет способствовать ускорению процесса затвердевания.
С помощью форм для литья и повышенной температуры внутренний слой (интима) каждой полой структуры с трехслойными стенками изготавливают из двухкомпонентного жидкого силикона смешанного с определенным количеством специальных добавок (массовая доля добавок должна соответствовать оптическим свойствам интимы имитируемого кровеносного сосуда). Средний слой (медиа) каждой полой структуры с трехслойными стенками изготавливают нанося смесь двухкомпонентного жидкого силикона и тех же самых специальных добавок на слой полой структуры, соответствующий интиме. Причем массовая доля специальных добавок и толщина среднего слоя должны отличаться от соответствующих параметров внутреннего слоя. Повышенная температура и небольшая (около миллиметра) толщина способствует быстрому затвердеванию этого слоя.
Наружный слой (адвентиция) каждой полой структуры с трехслойными стенками изготавливают аналогично среднему слою. Этот слой также быстро затвердевает из-за небольшой толщины и повышенной температуры.
Затвердевшие имитаторы патологических тканевых структур и затвердевшие полые структуры с трехслойными стенками добавляют в повторяющую контур имитируемой ткани человека заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья. Причем, полые структуры с трехслойными стенками в форме для литья геометрически располагают так, чтобы они соответствовали геометрическому расположению ассоциированных с ними кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека. Аналогичным образом располагают имитаторы патологических тканевых структур. С помощью повышения температуры добиваются полного затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона и расположенных в нем структур.
Внешний контур затвердевшей структуры покрывают защитным слоем, имеющим оптические и механические свойства как у защитных оболочек имитируемой ткани. Причем механические свойства используемого при изготовления фантома двухкомпонентного жидкого силикона варьируются путем изменения массовой доли кремния в нем, а оптические свойства варьируются путем изменения массовой доли специальных добавок (в данном примере диоксида титана и китайской черной туши).
Проксимальные и дистальные концы полых структур с трехслойными стенками снабжаются раздвоенными катетерами, таким образом, чтобы одновременно имелась возможность для прокачивания растворов с оптическими свойствами как у крови через полые структуры с трехслойными стенками и введения в эти структуры зонда эндоскопического оптического когерентного томографа (в том числе с функцией эластографии).
Важно отметить, что растворы имитирующие оптические свойства крови не являются частью формируемых фантомов, поэтому их изготовление не описано в формуле изобретения. Однако, для лучшего понимания
конкретного примера, уточняем, что в качестве жидкости с оптическими свойствами крови может быть использован 1% раствор интралипида в воде. Также, формула изобретения не накладывает никаких ограничений на конструкцию зонда эндоскопического оптического когерентного томографа для работы с которым формируется фантом. Уточняется, лишь то, что фантом содержит полые структуры с трехслойными стенками обладающие диаметром превышающим диаметр зонда эндоскопического оптического когерентного томографа. Такое уточнение сугубо связано со сроком возможной эксплуатации фантома. Если диаметр зонда эндоскопического оптического когерентного томографа будет больше диаметра имитируемых сосудов, то фантом будут повреждаться при каждом целевом использовании и быстро станет непригодным для дальнейшей эксплуатации.
Точные названия специальных добавок для имитации оптических свойств биологических тканей не вынесены в формулу изобретения, поскольку многие из них представляют собой коммерческие названия (например, спектральный краситель «Evans Blue» французской фирмы Biochem может быть использован для придания структурам фантома поглощающих свойств). Отметим, что наиболее доступными специальными добавками для варьирования оптических свойств структур фантома являются диоксид титана (рассеивающие свойства), китайская черная тушь и лиофилизированный кофе (поглощающие свойства). Также отметим, что двухкомпонентный жидкий силикон с различной массовой долей кремния позволяет регулировать модуль Юнга моделируемой биологической ткани или ее части, а сахарная пудра и измельченный песок смешанные в различных концентрация (указаны в прототипе как примеры специальных добавок) позволяют регулировать скорость звука, коэффициенты затухания и обратного рассеяния акустического излучения в моделируемой биологической ткани или ее части, что позволяет создавать фантомы для нужд ультразвуковой визуализации. Упругие свойства фантома (модуль Юнга) и способность этого фантома имитировать акустические
характеристики биологических тканей (скорость звука, коэффициенты затухания и обратного рассеяния акустического излучения) не синонимы в контексте предлагаемого способа. Под имитацией механических свойств биологической ткани или ее части по тексту подразумевается имитация ее модуля Юнга.
Наиболее важными отличительными особенностями предложенного способа формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии являются:
- формирование полых структур с трехслойными стенками по форме и размерам (получены методом ангиографии) соответствующих кровеносным сосудам, проходящим сквозь имитируемую ткань человека;
- добавление полых структур с трехслойными стенками в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека, таким образом, чтобы геометрическое расположение полых структур с трехслойными стенками в форме для литья соответствовало геометрическому расположению (получено методом ангиографии) ассоциированных с ними кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека;
- снабжение проксимальных и дистальных концов полых структур с трехслойными стенками раздвоенными катетерами, таким образом, чтобы одновременно имелась возможность для прокачивания растворов с оптическими свойствами крови через полые структуры с трехслойными стенками и введения в эти полые структуры зонда эндоскопического оптического когерентного томографа.
Вышеприведенные отличительные особенности повышают достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, за счет создания возможности имитации кровотока в них.
Другими важными отличительными особенностями предлагаемого способа являются трехслойное строение стенок у каждой полой структуры, и
тот факт, что все три слоя характеризуются различной толщиной и массовой долей специальных добавок. Такой подход к имитированию стенок кровеносных сосудов имеет под собой медицинские основания. Реальные кровеносные сосуды обладают трехслойным строением: адвентиция (наружный слой: соединительная ткань с примесью эластических и мышечных волокон), медиа (средний слой: гладкие мышечные волокна), интима (внутренний слой: плоский эпителий и эластические волокна). Все три слоя стенки кровеносного сосуда имеют разную толщину и состоят из различных типов тканей, а значит обладают различными оптическими и механическими свойствами, что и было реализовано в предлагаемом способе формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии. Учет медицинских аспектов, связанных со строением реальных кровеносных сосудов повышает достоверность физического моделирования биологических объектов или их частей, в том числе кровотока в них.
Еще одной особенностью предлагаемого способа является контроль над скоростью затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона посредством температуры. Такой подход обеспечивает минимальное пространственное смещение имитаторов патологических тканевых структур и полых структур с трехслойными стенками относительно геометрического положения соответствующих структур имитируемой ткани человека, что также повышают достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей.
Также следует отметить, что в предлагаемом способе формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии защитный слой содержит в себе специальные добавки, т.е. этот слой имитирует не только механические, но и оптические свойства защитных оболочек имитируемой ткани. Поскольку глубина визуализации методом оптической когерентной томографии (эндоскопическая оптическая когерентная эластография одна из
разновидностей этого метода) составляет порядка 2.5 миллиметров, исследование покровных, т.е. поверхностных слоев биологических объектов является одним из ключевых направлений использования этого метода медицинской визуализации. Следовательно, фантом сформированный по предложенному способу будет более достоверной физической моделью реального биологического объекта.
В результате, формирование полых структур с трехслойными стенками, по форме и размерам соответствующих проходящим сквозь имитируемую ткань человека кровеносным сосудам, добавление этих структур в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека, таким образом, чтобы геометрическое расположение полых структур с трехслойными стенками в этой форме соответствовало геометрическому расположению ассоциированных с ними кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека, снабжение проксимальных и дистальных концов полых структур с трехслойными стенками раздвоенными катетерами, таким образом, чтобы одновременно имелась возможность для прокачивания растворов с оптическими свойствами крови через полые структуры с трехслойными стенками и введения в эти полые структуры зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, а также переменная толщина стенок и переменная массовая доля специальных добавок для каждой трехслойной полой структуры повышают достоверность физического моделирования реальных биологических объектов или их частей, за счет имитации не только оптических и механических свойств этих биообъектов или их частей, но и кровотока в них. Контроль над скоростью затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона посредством температуры и наличие в защитном слое специальных добавок также способствуют повышению достоверности физического моделирования реальных биологических объектов или их частей. Серия экспериментов со сформированными по предложенному способу фантомами кровеносных сосудов для эндоскопической оптической
когерентной эластографии показала, что эти физические модели позволяют имитировать кровоток в биологических тканях или их частях с достоверностью более 76%, что свидетельствует о выполнении поставленной технической задачи.
Предлагаемый способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии предназначен для изготовления фантомов оптических и механических свойств мягких биологических тканей, а также для имитации потоков крови со сложной гидродинамической структурой внутри этих тканей. Подобные фантомы могут быть использованы для обучения медицинского персонала работе с оптическими и акустическими системами медицинской визуализации, а также для разработки, тестирования и отладки этих и подобных (неразрушающий контроль на оптических и акустических принципах в физике) систем.
Claims (1)
- Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии, включающий изготовление формы для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека, заполнение формы для литья двухкомпонентным жидким силиконом с модулем Юнга в диапазоне от 2 до 30 кПа, формирование в отдельных формах для литья имитаторов патологических тканевых структур из двухкомпонентного жидкого силикона с модулем Юнга в диапазоне от 30 до 600 кПа, использование специальных добавок для усиления контраста при формировании имитаторов патологических тканевых структур, добавление в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека отдельно сформированных имитаторов патологических тканевых структур, покрытие внешнего контура изготавливаемого фантома защитным слоем, имеющим механические свойства, как у защитных оболочек имитируемой ткани, причем механические свойства используемого при изготовлении фантома двухкомпонентного жидкого силикона изменяют путем изменения массовой доли кремния в нем, отличающийся тем, что скорость затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона контролируется изменением температуры, в отдельных формах для литья формируют полые структуры с трехслойными стенками, по форме и размерам соответствующие кровеносным сосудам, проходящим сквозь имитируемую ткань человека, и имеющие диаметр, превышающий диаметр зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, предварительно сведения о форме и размерах кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека получают методом ангиографии, при этом каждая полая структура с трехслойными стенками имеет один проксимальный и по меньшей мере один дистальный конец, слои стенок полых структур последовательно от внутреннего к наружному изготавливают из двухкомпонентного жидкого силикона, используя при этом одни и те же специальные добавки, а массовая доля специальных добавок должна соответствовать оптическим свойствам соответствующего слоя имитируемой полой структуры, при этом после затвердевания слои имеют различную толщину, полые структуры с трехслойными стенками после затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона добавляют в заполненную двухкомпонентным жидким силиконом форму для литья с контуром имитируемой ткани человека совместно с затвердевшими имитаторами патологических тканевых структур таким образом, чтобы геометрическое расположение полых структур с трехслойными стенками в форме для литья соответствовало геометрическому расположению ассоциированных с ними кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека, причем сведения о геометрическом расположении этих кровеносных сосудов в имитируемой ткани человека предварительно получают методом ангиографии, проксимальные и дистальные концы полых структур с трехслойными стенками после затвердевания двухкомпонентного жидкого силикона в форме для литья, повторяющей контур имитируемой ткани человека, и покрытия внешнего контура затвердевшей структуры защитным слоем снабжают раздвоенными катетерами таким образом, чтобы одновременно имелась возможность для прокачивания растворов с оптическими свойствами крови через полые структуры с трехслойными стенками и введения в эти полые структуры зонда эндоскопического оптического когерентного томографа, причем защитный слой также содержит в себе специальные добавки для усиления контраста.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143499A RU2682459C1 (ru) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143499A RU2682459C1 (ru) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2682459C1 true RU2682459C1 (ru) | 2019-03-19 |
Family
ID=65806064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143499A RU2682459C1 (ru) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2682459C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776983C1 (ru) * | 2021-04-12 | 2022-07-29 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | Способ изготовления фантома для транскраниальных ультразвуковых исследований |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080076009A1 (en) * | 2006-09-25 | 2008-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid electrolyte membrane, method of manufacturing solid electrolyte membrane, fuel cell provided with solid electrolyte membrane, and method of manufacturing fuel cell |
| WO2011032840A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Bimodal organ phantom and associated production method |
| JP2016195641A (ja) * | 2015-04-02 | 2016-11-24 | キヤノン株式会社 | ファントム |
| RU2637289C2 (ru) * | 2012-03-28 | 2017-12-01 | Конинклейке Филипс Н.В. | Устройство и способ контроля качества при планировании лучевой терапии на основе магнитного резонанса |
-
2017
- 2017-12-13 RU RU2017143499A patent/RU2682459C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080076009A1 (en) * | 2006-09-25 | 2008-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid electrolyte membrane, method of manufacturing solid electrolyte membrane, fuel cell provided with solid electrolyte membrane, and method of manufacturing fuel cell |
| WO2011032840A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Bimodal organ phantom and associated production method |
| RU2637289C2 (ru) * | 2012-03-28 | 2017-12-01 | Конинклейке Филипс Н.В. | Устройство и способ контроля качества при планировании лучевой терапии на основе магнитного резонанса |
| JP2016195641A (ja) * | 2015-04-02 | 2016-11-24 | キヤノン株式会社 | ファントム |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776983C1 (ru) * | 2021-04-12 | 2022-07-29 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | Способ изготовления фантома для транскраниальных ультразвуковых исследований |
| RU2777255C1 (ru) * | 2021-04-12 | 2022-08-01 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | Способ изготовления фантома с сосудами для ультразвуковых исследований |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7255565B2 (en) | Anthropomorphic phantoms and method | |
| KR100713726B1 (ko) | 입체 모델 | |
| Hungr et al. | A realistic deformable prostate phantom for multimodal imaging and needle‐insertion procedures | |
| KR100614147B1 (ko) | 입체 모델 | |
| US7419376B2 (en) | Human tissue phantoms and methods for manufacturing thereof | |
| CN103847100B (zh) | 模制品生产方法和模制品 | |
| JP2010533025A (ja) | 超音波ガイド下のニードル挿入用のファントム及び該ファントムの製法 | |
| Chen et al. | An anthropomorphic polyvinyl alcohol brain phantom based on Colin27 for use in multimodal imaging | |
| US10350833B1 (en) | Methods and systems for creating anatomical models | |
| ES2615034B1 (es) | Procedimiento de fabricación de modelos anatómicos y modelos obtenidos | |
| Gatto et al. | Three-Dimensional Printing (3DP) of neonatal head phantom for ultrasound: Thermocouple embedding and simulation of bone | |
| JP2020535043A (ja) | 解剖学的シリコーンモデル及びその付加製造 | |
| JP7365020B2 (ja) | ゲルを有する物体の製造法 | |
| Ikeda et al. | In vitro patient-tailored anatomical model of cerebral artery for evaluating medical robots and systems for intravascular neurosurgery | |
| US10864659B1 (en) | Methods and systems for creating anatomical models | |
| RU2682459C1 (ru) | Способ формирования фантомов кровеносных сосудов для эндоскопической оптической когерентной эластографии | |
| JP7437826B2 (ja) | 手術練習用の臓器モデル | |
| CN105374266B (zh) | 一种用于模拟肿瘤超声造影的仿体模型 | |
| JP3670657B1 (ja) | 立体モデル | |
| Seitzinger et al. | Development, evaluation, and overview of standardized training phantoms for abdominal ultrasound-guided interventions | |
| JP2006113520A (ja) | 応力観察装置 | |
| Sadasivan et al. | Physical simulators and replicators in endovascular neurosurgery training | |
| RU2776983C1 (ru) | Способ изготовления фантома для транскраниальных ультразвуковых исследований | |
| Mackle | Patient-Specific Polyvinyl Alcohol Phantoms for Applications in Minimally Invasive Surgery | |
| KR102051116B1 (ko) | 간 모사 모형의 제조방법 및 이에 따라 제조된 간 모사 모형 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201214 |