TWI617294B - 用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統 - Google Patents

Abstract

一種用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，光聲顯像裝置包含一用以引導雷射光的光纖導線，及一接收超音波訊號的超音波探頭。該仿生模擬系統包含一提供輸送動力的泵浦、一連通該泵浦並輸送仿體血液的導管，及一供該導管連通的測試模組。該測試模組包括一圍繞出一容置空間的殼體、一設置於該容置空間中的仿體血管，及一設置於該容置空間中並疊置於該仿體血管的仿生單元。該仿生單元具有至少一層仿體組織，由水、吉利丁粉，及石墨粉混合而成，該光纖導線發出雷射光激發該仿體血管及該仿生單元，產生超音波訊號而由該超音波探頭接收成像。

Description

用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統

本發明是有關於一種生醫模擬系統，特別是指一種用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統。

參閱圖1，為一執行光聲顯像的示意圖，光聲顯像為一種使用雷射光的成像技術，藉由一光纖導線11發出雷射光，所述的雷射光照射而激發組織產生超音波後，利用組織對特定波長光線之選擇性吸收，使擁有較高之光吸收係數的組織吸收雷射光所提供之能量，並因而產生光聲訊號，所產生的光聲訊號可由一超音波探頭12接收，藉此形成影像。

心導管介入微創手術是目前心血管疾病主要治療方式，主要是穿刺腿腹股溝或手部動脈而置入動(靜)脈鞘，以鋼絲導線沿血管進入至治療部位建立手術通道，結合於塑膠導管之器械沿著導線，可順利進入血管，進行檢查與治療。然而，為了使手術操作順利，過程中必須持續使用X光或者藉由顯影劑顯影的方式，確認血管路徑而維護手術安全，並提高手術成功的機率。有鑒於上述手術特性，光聲顯像技術可控制導線方向，並結合完整的血管影像以導引路徑，可大幅提升手術安全程度，且不需要使用X光或者顯影劑。

由於光聲顯像技術配合心導管介入微創手術的優勢，未來在心導管介入微創手術的實施上，必會逐漸提高配合光聲顯像技術的比例，故無論是學習中的醫學系學生，或是手術的執行醫師，都有可能需要進行心導管介入微創手術配合光聲顯像的實際演練，而執行光聲顯像技術的裝置，在實際配合手術執行前亦有進行測試的必要性。然而，心導管介入微創手術並非適合直接以人體進行練習的手術，故如何設計得以配合光聲顯像技術，且能確實模擬活體狀態的模擬系統，遂成為一個刻不容緩的重要研發課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，以及一種得以配合光聲顯像裝置測試的仿體組織。

於是，本發明用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，該光聲顯像裝置包含一用以引導雷射光的光纖導線，及一用以接收超音波訊號的超音波探頭。該仿生模擬系統包含一用以提供輸送仿體血液之動力的泵浦、一連通於該泵浦而用以輸送仿體血液的導管，及一連通該導管且供該光纖導線穿伸的測試模組。

該測試模組包括一圍繞出一容置空間的殼體、一設置於該容置空間中的仿體血管，及一設置於該容置空間中並疊置於該仿體血管的仿生單元。該仿生單元具有至少一層仿體組織，該至少一仿體組織包括水、吉利丁粉，以及石墨粉。

該光纖導線引導而發出的雷射光激發該仿體血管及該仿生單元，產生的超音波訊號由該超音波探頭所接收。

另外，該仿體組織適用於配合光聲顯像裝置的測試，並包含水、吉利丁粉，以及石墨粉，所述仿生組織的水、吉利丁粉，及石墨粉是選自體積比100 : (27~33) : (8~12)的比例混合，以及體積比100 : (15~25) : (15~25)的比例混合所組成的群組。

本發明之功效在於：該仿生單元配合該仿體血管，可模擬實際手術時的血管以及人體組織，由水、吉利丁粉，以及石墨粉混合而成的該仿生單元，也就是多層的仿體組織，可確實扮演人體組織的角色，模擬出實際之聲波傳遞性質，故可供使用者在不需對人體實際侵入的情況下，對該光聲顯像裝置進行測試，或者練習手術之執行。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，為本發明用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統之一第一實施例，該光聲顯像裝置9包含一用以引導雷射光的光纖導線91，及一用以接收超音波訊號的超音波探頭92。該第一實施例包含一用以提供輸送仿體血液之動力的泵浦2、一連通於該泵浦2而用以輸送仿體血液的導管3、一連通該導管3且供該光纖導線91穿伸的測試模組4，及一連通於該導管3並用以暫時容置所述仿體血液的緩衝容器5。

要先行說明的是，為了模擬人體血液的血漿以及血球，依據人體血球概為2至20微米的尺寸資訊，以及血漿與血球的比例資料。所述的仿體血液是將水與石墨粉以50:1的體積比例混合而成，且每一石墨粉顆粒的粒徑較佳是與血球相當，採用的是介於10微米至20微米之間。

該測試模組4包括一圍繞出一容置空間400的殼體41、一設置於該容置空間400中的仿體血管43，及一設置於該容置空間400中並疊置於該仿體血管43的仿生單元42。該導管3之兩端分別貫穿該測試模組4的殼體41與仿體血管43連通，使仿體血液能流布該仿體血管43並循環。該導管3鄰近殼體41處開設有一第一穿口31，可供該光纖導線91穿伸而進入位於測試模組4內之仿體血管43。

參閱圖3，為了使該仿體血管43更貼近真實的人體血管，必須依據真實的人體血管之機械性質、直徑等等參數進行全盤考量。就該仿體血管43所需之硬度、強度、韌性、彈性等等機械性質進行評估，較佳是採用矽膠為材料而製造該仿體血管43。另外，為了使製成的該仿體血管43之型態更擬真，可使用3D列印技術而依據實際血管的外觀，成型出與實際血管外觀型態相同的該仿體血管43。因此，該仿體血管43無論在機械性質或者外觀型態上，皆與真實的人體血管相仿，能提供使用者較佳的測試和練習環境。

參閱圖4，該仿生單元42具有二層仿體組織421，分別用以模擬實際人體組織的皮膚以及肌肉，每一層仿體組織421都是由水、吉利丁粉，以及石墨粉所混合而成。製作該仿生單元42時，是先使吉利丁粉溶解於水中而形成膠體溶液，接著再將石墨粉混入所述的膠體溶液，並藉由攪拌方式使石墨粉均勻分散於所述膠體溶液中，待混合有石墨粉的膠體溶液凝固後，即形成其中一層仿體組織421。而水、吉利丁粉，及石墨粉的混合比例，可依據欲模擬之組織的性質而微幅調整比例，主要是各別依據人體組織之皮膚及肌肉的物理性質，就聲波傳遞的參數進行調整。舉例而言，調配模擬皮膚的仿生組織421時，水、吉利丁粉，及石墨粉較佳是以體積比100:(27~33):(8~12)的比例所混合；調配模擬肌肉的仿生組織421時，水、吉利丁粉，及石墨粉較佳是以體積比100:(15~25):(6~25)混合。要特別說明的是，除了可以微幅調整水、吉利丁粉，以及石墨粉的混合比例之外，還能採用摻雜其他物質而使物性更接近實際組織的方式來進行調整。

參閱圖4並配合圖2，實際使用該第一實施例時，是先使仿體血管43穿過該測試模組4的容置空間400，並使導管3的兩端與該仿體血管43連通，接著將所製作的仿生單元42放置於該容置空間400中，並疊置於該仿體血管43上。所述仿體血液是暫存於該緩衝容器5中，藉由該泵浦2提供的動力，所述仿體血液會經由該導管3而流入該仿體血管43，形成一個模擬的血液循環。其中，所述仿體血液的流速、流量等等參數的調整，皆可藉由調整該泵浦2而達成。接著，當該光聲顯像裝置9的光纖導線91自該導管3的第一穿口31開始穿設，並且進入該仿體血管43位於該容置空間400中的範圍時，該光纖導線91發出的雷射光，會激發該仿體血管43與該仿生單元42，由於該仿體血管43與該仿生單元42對於光聲成像之原理而言，具有與真實血液與真實人體組織相仿的成像性質，故當該超音波探頭92接收到對應的超音波訊號時，即可藉此確實成像。

藉由該第一實施例，不但可方便地調整仿體血液的流速和流量，在真實血液以及人體組織的物理性質上，也能以該仿體血液及該仿生單元42確實模擬。更重要的是，該實施例提供了使用者不需通過實際人體即能確實進行測試或練習的操作平台，無論對於該光聲顯像裝置9的測試，或者是手術執行手感的練習，都是相當好的媒介。

參閱圖5，為本發明用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統的一第二實施例，該第二實施例與該第一實施例的差別在於：該殼體41具有一呈貫通狀的第二穿口411，該測試模組4還包括一個兩端分別連通於該第二穿口411與該仿體血管43的連接管44，該光纖導線91能自該第二穿口411穿伸於該連接管44而進入該仿體血管43。該第二實施例的第二穿口411是開設於該殼體41上，並藉由專用的該連接管44連通於該仿體血管43，除了得以發揮該第一實施例的所有功效之外，更有利於使用者經由專屬途徑穿伸該光纖導線91。

綜上所述，本發明用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，能以該仿體血管43、所述仿體血液，以及該仿生單元42，對該光聲顯像裝置9而言模擬出真實血管、血液，以及人體組織的性質，且確實得以發揮仿真的成像效果，不需透過真實人體，即能進行該光聲顯像裝置9的測試，或者執行手術的練習，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧泵浦
3‧‧‧導管
31‧‧‧第一穿口
4‧‧‧測試模組
400‧‧‧容置空間
41‧‧‧殼體
411‧‧‧第二穿口
42‧‧‧仿生單元
421‧‧‧仿體組織
43‧‧‧仿體血管
44‧‧‧連接管
5‧‧‧緩衝容器
9‧‧‧光聲顯像裝置
91‧‧‧光纖導線
92‧‧‧超音波探頭

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明現有的光聲顯像技術； 圖2是一系統配置圖，說明本發明用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統之一第一實施例； 圖3是一立體圖，說明該第一實施例的一仿體血管； 圖4是一示意圖，說明該第一實施例的使用情況以及功效；及 圖5是一系統配置圖，說明本發明用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統之一第二實施例。

2‧‧‧泵浦

3‧‧‧導管

31‧‧‧第一穿口

4‧‧‧測試模組

400‧‧‧容置空間

41‧‧‧殼體

42‧‧‧仿生單元

43‧‧‧仿體血管

5‧‧‧緩衝容器

9‧‧‧光聲顯像裝置

91‧‧‧光纖導線

92‧‧‧超音波探頭

Claims (10)

1. 一種用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，該光聲顯像裝置包含一用以引導雷射光的光纖導線，及一用以接收超音波訊號的超音波探頭，該仿生模擬系統包含：一泵浦，用以提供輸送仿體血液的動力；一導管，連通於該泵浦而用以輸送仿體血液；及一測試模組，連通該導管且供該光纖導線穿伸，並包括一圍繞出一容置空間的殼體、一設置於該容置空間中的仿體血管，及一設置於該容置空間中並疊置於該仿體血管的仿生單元，該仿生單元具有至少一層仿體組織，該至少一仿體組織包括水、吉利丁粉，以及石墨粉，該光纖導線引導而發出的雷射光激發該仿體血管及該仿生單元，產生的超音波訊號由該超音波探頭所接收。
2. 如請求項1所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，該導管之兩端分別貫穿該測試模組的殼體，並與該仿體血管連通，使所述仿體血液能流布該仿體血管並循環。
3. 如請求項2所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，該導管鄰近該殼體處開設有一第一穿口，供該光纖導線穿伸進入該仿體血管。
4. 如請求項2所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，該殼體具有一呈貫通狀的第二穿口，該測試模組還包括一個兩端分別連通於該第二穿口與該仿體血管的連接管，該光纖導線能自該第二穿口穿伸於該連接管而進入 該仿體血管。
5. 如請求項1所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，該仿生單元之仿體組織中，水、吉利丁粉，及石墨粉是以體積比100：(15~33)：(6~25)的比例所混合而成。
6. 如請求項5所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，該仿生單元包括二層仿生組織，其中一層仿生組織的水、吉利丁粉，及石墨粉是以體積比100：(27~33)：(8~12)的比例混合；另外一層仿生組織是以體積比100：(15~25)：(15~25)的比例混合。
7. 如請求項1所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，所述石墨粉的粒徑介於10微米至20微米之間。
8. 如請求項1所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，還包含一連通於該導管的緩衝容器，用以暫時容置所述仿體血液。
9. 如請求項1所述用於光聲顯像裝置測試的仿生模擬系統，其中，所述仿體血液是將水與石墨粉以50：1的體積比例混合而成。
10. 一種仿體組織，適用於配合光聲顯像裝置的測試，並包含水、吉利丁粉，以及石墨粉，所述仿生組織的水、吉利丁粉，及石墨粉是選自體積比100：(27~33)：(8~12)的比例混合，以及體積比100：(15~25)：(15~25)的比例混合所組成的群組。