WO2024008990A1 - Use of composite material as an artificial tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnosis apparatus - Google Patents

Use of composite material as an artificial tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnosis apparatus Download PDF

Info

Publication number
WO2024008990A1
WO2024008990A1 PCT/ES2023/070433 ES2023070433W WO2024008990A1 WO 2024008990 A1 WO2024008990 A1 WO 2024008990A1 ES 2023070433 W ES2023070433 W ES 2023070433W WO 2024008990 A1 WO2024008990 A1 WO 2024008990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ranging
mrayl
composite material
powder
micronized
Prior art date
Application number
PCT/ES2023/070433
Other languages
Spanish (es)
French (fr)
Inventor
Tomás GÓMEZ-ÁLVAREZ ARENAS
Vicente GENOVES GÓMEZ
Luis DÍEZ BLANCO
Original Assignee
Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) filed Critical Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Publication of WO2024008990A1 publication Critical patent/WO2024008990A1/en

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/58—Testing, adjusting or calibrating the diagnostic device
    • A61B8/587—Calibration phantoms
    • 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
    • G09B23/30—Anatomical models
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/58—Testing, adjusting or calibrating the diagnostic device
    • 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
    • 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
    • G09B23/286—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine for scanning or photography techniques, e.g. X-rays, ultrasonics

Definitions

  • composite material as an artificial tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic device
  • the invention relates to the use of a composite material, comprising a polymer matrix and micronized rubber powder, preferably obtained from recycled used tires, as an artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic apparatus.
  • the present invention is of interest to the field of medicine and the waste management sector.
  • Phantoms are necessary to develop and test (new) ultrasound techniques, both for diagnostic imaging and treatment and for the training of specialists, calibration of equipment, etc.
  • the phantoms currently available do not faithfully reproduce the ultrasonic properties of human tissues or organs or do not replicate the geometry, shape, or texture of these tissues or organs, which are responsible for much of the noise of background in an ultrasound (A. Cafarell i, A. Verbeni, A. Poliziani, P. Dario, A. Menciassi and L. Ricotti, "Tuning acoustic and mechanical properties of materials for ultrasound phantoms and smart substrates for cell cultures", Acta Biomater., vol. 49, pages 368-378, 2017).
  • the problem that the present invention must solve is to provide a composite material for use as an artificial human tissue or organ, with a reduced cost, stable and easy to shape/mold to replicate complex anatomical structures and facilitate the achievement of advances in therapeutic strategies. and ultrasound diagnostics.
  • n is the exponent in the power law that describes the variation of the attenuation coefficient with frequency.
  • ultrasonic properties (ultrasound velocity, acoustic impedance and attenuation coefficient) determine the main characteristics observed in an ultrasound:
  • the key material property is the Young's modulus of the fabric.
  • Tissue Young's modulus values range from 0.5 kPa-1 kPa (for brain) to 0.1 MPa-1 MPa (for tendons).
  • most tissues fat, muscle, spleen, pancreas, tongue, etc. fall within the range between 1 kPa and 10 kPa.
  • Bone has a much higher value of Young's modulus: 15-25 GPa.
  • the composite material of the present invention faithfully reproduces the ultrasonic properties of human tissues or organs.
  • the selection of the polymer matrix and the micronized rubber powder in the composite material is key to precisely adjust the ultrasonic parameters of the artificial tissues or organs to be reproduced.
  • the first aspect of the invention refers to a use of a composite material comprising
  • micronized rubber powder wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm
  • a polymer matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel, wherein the volume fraction of the micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the composite material that serves as artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic device.
  • the term "artificial human tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnostic apparatus or phantom” refers to fat, breast, brain, kidney, muscle, liver, to the connective tissue, the lens of the eye, a tendon, the skin and cartilage.
  • the micronized rubber powder of the composite material has the following ultrasonic properties:
  • the composite material comprises micronized rubber powder obtained from recycled used tires (ELT).
  • ELT recycled used tires
  • Tires are complexly designed products made from a variety of components: rubbers, fillers and various additives, as well as steel and textile fibers.
  • the composite material comprises micronized rubber obtained from recycled used tires (ELT) and has a particle size between 10 pm and 100 pm, which is produced by cryogenic milling.
  • micronized rubber obtained from recycled used tires is advantageous to properly manage these post-consumer products and to recover and reuse their valuable components.
  • Recovering rubber from recycled used tires and micronized up to 100 pm by cryogenic grinding implies a reduction in the use of fundamental raw materials for the manufacture of artificial organs and tissues (and, consequently, a reduction in costs) and a contribution to the reduction of waste and sustainable waste management.
  • the composite material of the present invention is stable and easy to prepare industrially.
  • the components are mixed using a mixer. high-speed orbital and then heal.
  • the main important circumstance here is degassing before the addition of each component.
  • Current techniques available for forming and molding resins can be used to replicate the texture and morphology of real human tissues or organs.
  • the polymer matrix of the composite is selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel.
  • epoxy resin is selected as the polymer matrix, said epoxy resin has the following ultrasonic properties:
  • a polyurethane is selected as the polymer matrix, said polyurethane can be rigid or soft.
  • rigid polyurethane refers herein to polyurethanes with a Young's modulus greater than 100 MPa and the term “soft polyurethane” refers to polyurethanes with a Young's modulus less than 100 MPa.
  • a rigid polyurethane (a polyurethane with a Young's modulus E greater than 100 MPa) is selected as the polymer matrix, said rigid polyurethane has the following ultrasonic properties:
  • the variation of the attenuation coefficient with the frequency of said soft polyurethane follows a power law, where the exponent ranges between 0.9 and 2.5.
  • silicone rubber or a silicone gel is selected as the polymer matrix, said silicone rubber or a silicone gel has the following ultrasonic properties:
  • polyvindic alcohol gel has the following ultrasonic properties:
  • Another preferred embodiment of the invention refers to the use of a composite material comprising • a polymer matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvindic alcohol gel, and
  • Spatial variations of the concentration of the micronized polymer powder in the polymer matrix can be used to simulate local tissue variations and realistically reflect the characteristics present in the tissue, whether normal or pathological.
  • the composite material comprises
  • micronized rubber powder wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm
  • a polymer matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel,
  • the composite material comprises
  • micronized rubber powder wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm
  • a polymeric matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvindic alcohol gel,
  • a plurality of hollow glass microspheres or a plurality of hollow polymer microspheres preferably of sizes between 10 pm and 100 pm, wherein the volume fraction of said micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the material composite, and where said microspheres are in a volume fraction of between 0.1% and 20% in the composite material.
  • the composite material comprises
  • micronized rubber powder wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm
  • a polymeric matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel,
  • alumina powder • alumina powder, zirconium powder, frown powder or a combination thereof, preferably in sizes of 2 pm and 20 pm, and
  • a plurality of hollow glass microspheres or a plurality of hollow polymer microspheres preferably of sizes between 10 pm and 100 pm, wherein the volume fraction of said micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the material composite, wherein said alumina powder, zirconium powder, brow powder or a combination thereof is found in a percentage by weight of between 0.1% and 20% in the composite material, and wherein said microspheres are in a volume fraction of between 0.1% and 20% in the composite material.
  • Figure 1 Configuration measured by water immersion and ultrasonic transmission
  • Figure 7 Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of soft polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shthkman and coherent potential approximation (CPA).
  • micronized rubber obtained from recycled used tires (MicroDyne 75-TR powder, provided by Lehigh Technologies).
  • the composite materials were manufactured by simultaneously mixing the components and degassing the mixture using a high-speed orbital mixer (Hauschild DAC Speed Mixer 150 FVZ).
  • component A of the resin is mixed with the micronized rubber powder and degassed.
  • component B of the resin is added, in the proportion indicated by the manufacturer, and the mixture is mixed and degassed again.
  • the sample is briefly mixed by hand and pressed by hand (in the case of highly charged compounds), visually checked to ensure that everything is well mixed, and then mixed again in the orbital mixer following the same protocol.
  • the samples are cured for 24 hours at 25 °C in a cylindrical mold (30 mm diameter), then demolded and post-cured for 1 h at 80 °C. When the samples cool, they are polished with an automatic polisher to achieve uniform, flat and parallel surfaces, so that it is possible to obtain the density and accurately measure the ultrasonic properties.
  • a rubber sheet was also produced by pressure molding the rubber powder from used tires (ELT) at 160 °C and 200 bar for 30 minutes. This process encourages the synthesis of rubber powder particles and the creation of interactions between them to provide sufficient mechanical stability to be able to manipulate the rubber sheet thus obtained.
  • EHT used tires
  • Disc samples (30 mm diameter) of the raw materials were prepared to further measure the ultrasonic properties of the raw materials.
  • the mass fraction of each component used in compound (i) is defined as: These mass fraction data along with the density of each component ( ⁇ ) are used to calculate the volume fraction of each component:
  • the nominal density of the final compound (Pcomp) is calculated - This nominal density is compared with the actual density (p comp ) of the manufactured sample obtained from the size and mass of the sample to obtain the density deviation.
  • This parameter provides information about the precision of the manufacturing process and can reveal inaccuracies in the weighing of components, the possibility that the components have not been completely mixed, the partial loss of some of them, or the presence of air caught.
  • the composition, sample thickness and density deviation of the fabricated composite are listed in Table 3. The volume fraction ranges from a negligible rubber loading ( ⁇ 1%), to the maximum rubber loading achievable with the media. manufacturing available ( ⁇ 35%).
  • Table 3 Composition, sample thickness and density deviation of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
  • Ultrasonic measurements were performed in a water immersion configuration in “transmission” mode as described in Figure 1.
  • the configuration comprises the following elements: a push-button receiver (JSR Ultrasonics, model DPR300, not shown), a oscilloscope (Tektronix, DPO5054, not shown), (1) a pair of broadband water immersion transducers centered at 3.5 MHz, one for transmission, the other for receiving the material response, which allowed studying the frequency range 1.5-6 MHz, (Olympus V383-SU 3.5 MHz). (5) A custom-made tank (45 x 45 x 1 10 mm 3 PMMA), with (4) two opposing holes and an O-ring, where the transducers (1) are installed.
  • the tank (5) is filled with distilled water (2), where the sample (3) is immersed.
  • Two connected orthogonal goniometers function as sample holders (6) and allow precise control of the angle of incidence.
  • a first series of measurements was carried out at normal incidence since the main interest of this work focuses on the impedance, speed and attenuation coefficient of longitudinal waves in the proposed compounds.
  • the sample (3) It was mounted on a double goniometer (6) that allowed it to be placed in both normal incidence and oblique incidence with a precise determination of the angle of incidence.
  • the procedure was the same: the acquired signals were transferred to a MATLAB, where an FFT was applied to the received signal to obtain the magnitude and phase spectra of the transmission coefficient. From these measurements, the ultrasound velocity and attenuation coefficient were obtained. Since the ultrasound velocity is fairly constant, an average value is given for the frequency range of 1-5 MHz. Additionally, the variation of the attenuation coefficient with frequency is quantified using a power law equation. The attenuation coefficient (c) changes with frequency (f). A power law, which is regularly used in the field of ultrasound, is used to describe this variation:
  • the velocity is obtained directly from the ultrasonic measurements and the impedance is obtained from the velocity x density of the product, where the density is obtained from the measurement of the mass of the sample and the volume following the equation:
  • V ??-r 2 -t Eq. 9 assuming that the sample has an ideal cylindrical shape, where r is the radius of the sample and t is the thickness.
  • the density of the sample of a composite material (p CO mp) can be obtained from the density of its components i ( ⁇ ) and its volumetric concentration ( ⁇ ) (Eq. 2), the agreement between the measured density and The calculated one can be used to verify the correct mixture of the components and the absence of trapped air.
  • Figure 2 shows the attenuation curves of the raw materials and Table 4 summarizes the ultrasonic properties of the raw materials: epoxy resin (Ep-00) and micronized rubber powder (Rb-00). The main exception is the micronized rubber powder sample, where a significant decrease in velocity with frequency was observed. Table 4. Ultrasonic properties and Young's modulus of raw materials: epoxy resin (Ep-00) and micronized rubber powder (Rb-00)
  • the density measured with a pycnometer was 1147 kg/m 3 . Density is calculated from measurements of weight and size (diameter and thickness of the disc)
  • Table 5 summarizes the ultrasonic properties obtained from the epoxy resin composite samples loaded with micronized rubber powder.
  • Figure 3 shows the measurements of the attenuation coefficient and the variation with frequency.
  • Table 6 summarizes the Young's modulus of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
  • the epoxy resin compounds loaded with micronized rubber powder prepared in this example 1 have the following ultrasonic properties:
  • the compressibility modulus (K com p) and stiffness (G CO mp) of the composite are given as follows: where the subscripts 1 and 2 refer to the two components and v is the volume fraction, K 2 > Ki and G2 > G1 and the superscripts L and U represent the upper and lower limits of the Hashin-Shtrikman model.
  • L is the exact solution for the phase "one” material matrix composite in which the spherical inclusions of phase "two” material are distributed in a specific way.
  • U is the exact solution for the matrix of phase "two” material in which the spherical inclusions of phase "one” material are distributed in a particular way.
  • the coherent potential approximation (CPA) model is based on dispersion theory. This model predicts the compressibility modulus (K CO mp) and stiffness (G CO mp) of two-phase compounds, assuming that the inclusions are spherical, the wavelengths are much longer than the size of the inclusions, and the effects of multiple scattering are negligible: where the subscripts 1 and 2 refer to the matrix and inclusions, respectively, and v is the volume fraction.
  • the complex wave number for longitudinal and shear waves is defined from the angular frequency (o) and the attenuation coefficient (a L >s ) where the subscripts L and S indicate the longitudinal and shear waves, respectively. Therefore, the complex wave speed ( v ⁇ s ) is given as follows:
  • Figure 4 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder.
  • Experimental data points Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
  • Example 1 The results obtained in Example 1 show that it is possible to apply different models, specifically the Hashin-Shtrikman model and the coherent potential approximation model, to calculate the properties of composite samples if the properties of the raw materials are known. This facilitates the application of the proposed method since the composition of the composite material to achieve a certain set of properties can be determined theoretically and then verified experimentally, so there is no need to produce a large set of samples with different proportions of materials and measure their properties to determine those that are closest to the tissue that is going to be replicated by the phantom.
  • different models specifically the Hashin-Shtrikman model and the coherent potential approximation model
  • micronized rubber powder of silicone rubbers The main problem with the combination of micronized rubber powder of silicone rubbers and ETL is that, in some cases, the micronized rubber powder inhibits the curing of the silicone rubber. In this document, the amount of powder Micronized rubber in the composite material is kept below a certain threshold to avoid this problem.
  • the micronized rubber powder used in this example 2 is the same as that used in example 1.
  • the micronized rubber powder loading was kept below 2% and a silicone rubber purchased from Smooth-On under the trade name: Ecoflex 00-50 was used. This is a platinum catalyzed silicone rubber without additional component.
  • the method of manufacturing the compounds consists of mixing by hand the micronized rubber powder and part A of the silicone rubber, once a homogeneous mixture is obtained, part B of the silicone rubber is added and mixed again by hand for 5 minutes. The mixture is then placed in a vacuum chamber (-27 in Hg) for 3 minutes to remove any trapped gas. The mixture is poured into a cylindrical silicone mold to produce the disc-shaped samples with 40 mm diameter and 4 mm thickness.
  • Table 7 Composition of silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder.
  • Example 2 The same procedure as Example 1 was followed to measure the ultrasonic properties of the two types of composite samples at normal incidence. Since the speed of the longitudinal ultrasonic wave in silicone rubber is lower than in water, it is not possible to reach the limiting angle, so the shear wave cannot be measured, as in the previous case. Therefore, a bioindenter was used to measure G and E directly.
  • the MACH 1 Biomomentum equipment was used in indentation mode. The tip displacement was set to 1 mm with a speed of 0.1 mm/s. A spherical indenter with a diameter of 3.2 mm was used.
  • Table 8 shows the ultrasonic properties and Young's modulus of the raw materials: SR-R-00 silicone rubber (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-R-00 silicone rubber (Smooth-On Ecoflex 00-50 ).
  • Table 9 and Table 10 show the ultrasonic properties and Young's modulus of SR-R silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-silicone rubber compounds. R loaded with micronized rubber powder (Smooth-On Ecoflex 00-50), respectively.
  • the composite materials prepared in this example 2 have the following ultrasonic properties:
  • Figure 5 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of high-density SR-R silicone rubber composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of micronized rubber powder.
  • Experimental data points Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
  • ultrasonic data obtained experimentally from the measurement of samples of discs made of compounds of other raw materials (other polymeric matrices) were used, through transmission in immersion in water in the frequency range of 1 -5 MHz, to calculate the ultrasonic properties of the resulting composite properties using the Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation models tested in Examples 1 and 2.
  • Figure 6 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the low-density epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder.
  • Experimental data points Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
  • low-density epoxy resin (with a density ranging between 850 kg/m 3 and 1000 kg/m 3 ) can be obtained as a result of modifying its chemical composition or by adding glass microspheres.
  • the effective density of said glass microsphere additive ranges between 0.1 and 0.6 g/cc, therefore, and as an example, a 20% volume fraction of 0.3 gg/cc of glass bubbles in the Epoxy resin will produce a compound with a density of 980 kg/m 3 .
  • Micronized rubber powder loaded with low density epoxy resin compounds comprises
  • micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100, has the following ultrasonic properties:
  • Figure 7 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the soft polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder.
  • Experimental data points Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
  • Soft polyurethane compounds loaded with micronized rubber powder comprising
  • micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100 have the following ultrasonic properties:
  • Figure 8 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of low-density polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of micronized rubber powder.
  • Experimental data points Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
  • the micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100 have the following ultrasonic properties: • a longitudinal ultrasound speed ranging between 1450 m/s and 1700 m/s,
  • Figure 9 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the PVA composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder.
  • Experimental data points Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
  • the composite material (see Figure 9) comprising
  • micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100, has the following ultrasonic properties:
  • the following table 11 summarizes the compounds that can replicate the ultrasonic properties of human tissues or organs.
  • Table 11 Compounds that can replicate the ultrasonic properties of human tissues or organs.
  • E Epoxy matrix compound
  • LE Low density epoxy matrix compound
  • SP Soft polyurethane matrix compound
  • LSP Low density soft polyurethane matrix compound
  • HSR High density silicone rubber matrix compound
  • PVA poly(vindic alcohol) gel matrix compound.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

The invention relates to the use of a composite material comprising a polymer matrix and micronized rubber powder, preferably obtained from recycled end-of-life tires, as an artificial human tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnosis apparatus. The present invention is of interest in medicine and for waste-management industries.

Description

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Uso de material compuesto como tejido u órgano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido Using composite material as an artificial tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic device
La invención se refiere al uso de un material compuesto, que comprende una matriz polimérica y polvo de caucho micronizado, preferentemente obtenido a partir de neumáticos usados reciclados, como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido. The invention relates to the use of a composite material, comprising a polymer matrix and micronized rubber powder, preferably obtained from recycled used tires, as an artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic apparatus.
La presente invención interesa para el campo de la medicina y para el sector de gestión de residuos. The present invention is of interest to the field of medicine and the waste management sector.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE TECHNIQUE
Debido a las restricciones en la investigación con seres humanos, es esencial disponer de tejidos u órganos humanos artificiales, también llamados "fantomas", que se puedan utilizar para posibilitar avances en las estrategias terapéuticas y de diagnóstico por ultrasonido. Los fantomas son necesarios para desarrollar y probar (nuevas) técnicas de ultrasonido, tanto para diagnóstico por imagen como para tratamiento y para la formación de especialistas, la calibración de equipos, etc. Due to restrictions on human research, it is essential to have artificial human tissues or organs, also called "phantoms", that can be used to enable advances in ultrasound diagnostic and therapeutic strategies. Phantoms are necessary to develop and test (new) ultrasound techniques, both for diagnostic imaging and treatment and for the training of specialists, calibration of equipment, etc.
Muchos de los fantomas que se utilizan actualmente son caros (W02006086115A1 , M. Earle, G. De Portu y E. Devos, "Agar ultrasound phantoms for low-cost training without refrigeration", African J. Emerg. Med., vol. 6, n.e 1 , páginas 18-23, 2016 y L. C. Cabrelli, P. I. B. G. B. Pelissari, A. M. Deana, A. A. O. Carneiro y T. Z. Pavan, "Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging", Phys. Med. Biol., vol. 62, n.e 2, páginas 432-447) o están hechos de materiales perecederos (como gelatinas) que solo se pueden utilizar durante un corto período de tiempo (falta de estabilidad) (L. C. Cabrelli, P. I. B. G. B. Pelissari, A. M. Deana, A. A. O. Carneiro y T. Z. Pavan, "Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging", Phys. Med. Biol., vol. 62, n.e 2, páginas 432-447, 2017). Many of the phantoms currently used are expensive (W02006086115A1, M. Earle, G. De Portu and E. Devos, "Agar ultrasound phantoms for low-cost training without refrigeration", African J. Emerg. Med., vol. 6 , no. 1 , pages 18-23, 2016 and LC Cabrelli, PIBGB Pelissari, AM Deana, AAO Carneiro and TZ Pavan, "Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging", Phys. Med. Biol., vol. 62, n. e 2, pages 432-447) or are made of perishable materials (such as gelatins) that can only be used for a short period of time (lack of stability) (LC Cabrelli, PIBGB Pelissari, AM Deana, AAO Carneiro and TZ Pavan, "Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging", Phys. Med. Biol., vol. 62, no . 2, pages 432-447, 2017).
Los fantomas actualmente disponibles no reproducen fielmente las propiedades ultrasónicas de los tejidos u órganos humanos o no replican la geometría, la forma, ni la textura de estos tejidos u órganos que son las responsables de gran parte del ruido de fondo en una ecografía (A. Cafarell i, A. Verbeni, A. Poliziani, P. Dario, A. Menciassi y L. Ricotti, "Tuning acoustic and mechanical properties of materials for ultrasound phantoms and smart substrates for cell cultures", Acta Biomater., vol. 49, páginas 368-378, 2017). The phantoms currently available do not faithfully reproduce the ultrasonic properties of human tissues or organs or do not replicate the geometry, shape, or texture of these tissues or organs, which are responsible for much of the noise of background in an ultrasound (A. Cafarell i, A. Verbeni, A. Poliziani, P. Dario, A. Menciassi and L. Ricotti, "Tuning acoustic and mechanical properties of materials for ultrasound phantoms and smart substrates for cell cultures", Acta Biomater., vol. 49, pages 368-378, 2017).
Así mismo, el uso de técnicas multimodales, donde se combina la ecografía con otras técnicas, amplía el abanico de propiedades de los tejidos que deben replicarse, dificultando la producción de fantomas de tejido. Ejemplos de esto son las técnicas de elastografía, ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) y fotoacústicas. En estos casos, los fantomas también deben replicar, respectivamente, el módulo de cizalla del tejido y las propiedades térmicas y ópticas. Likewise, the use of multimodal techniques, where ultrasound is combined with other techniques, expands the range of properties of the tissues that must be replicated, making the production of tissue phantoms difficult. Examples of this are elastography, high-intensity focused ultrasound (HIFU) and photoacoustic techniques. In these cases, the phantoms must also replicate, respectively, the shear modulus of the tissue and the thermal and optical properties.
Por lo tanto, es necesario desarrollar composiciones estables, cuyos costes de fabricación sean reducidos y que permitan reproducir las propiedades de velocidad, impedancia, atenuación, variación de la atenuación con la frecuencia, textura y morfología que se encuentran en tejidos u órganos humanos reales, con la posibilidad de modificar otras propiedades como: el módulo de cizalla, la conducción de calor y la transmisión de luz. Therefore, it is necessary to develop stable compositions, whose manufacturing costs are reduced and that allow reproducing the properties of speed, impedance, attenuation, variation of attenuation with frequency, texture and morphology found in real human tissues or organs, with the possibility of modifying other properties such as: shear modulus, heat conduction and light transmission.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
El problema que debe resolver la presente invención es proporcionar un material compuesto para su uso como tejido u órgano humano artificial, con un coste reducido, estable y fácil de conformar/moldear para replicar estructuras anatómicas complejas y facilitar la consecución de avances en las estrategias terapéuticas y de diagnóstico por ultrasonido. The problem that the present invention must solve is to provide a composite material for use as an artificial human tissue or organ, with a reduced cost, stable and easy to shape/mold to replicate complex anatomical structures and facilitate the achievement of advances in therapeutic strategies. and ultrasound diagnostics.
Se han medido los siguientes valores de velocidad del ultrasonido, la impedancia acústica y el coeficiente de atenuación en tejidos y órganos humanos: The following values of ultrasound velocity, acoustic impedance and attenuation coefficient have been measured in human tissues and organs:
Tabla 1. Propiedades ultrasónicas de diferentes tejidos humanos de interés para ecografía.
Figure imgf000005_0001
Table 1. Ultrasonic properties of different human tissues of interest for ultrasound.
Figure imgf000005_0001
(*): n es el exponente en la ley de potencia que describe la variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia. (*): n is the exponent in the power law that describes the variation of the attenuation coefficient with frequency.
Estas propiedades ultrasónicas (velocidad del ultrasonido, impedancia acústica y coeficiente de atenuación) determinan las principales características observadas en una ecografía: These ultrasonic properties (ultrasound velocity, acoustic impedance and attenuation coefficient) determine the main characteristics observed in an ultrasound:
• la velocidad del ultrasonido afecta a la determinación de la distancia y al tamaño real de las características observadas en la imagen, así como a la profundidad focal efectiva, • the speed of the ultrasound affects the determination of the distance and the actual size of the features observed in the image, as well as the effective focal depth,
• las diferencias en los valores de impedancia entre diferentes órganos son las responsables del contraste entre ellos, y • the differences in impedance values between different organs are responsible for the contrast between them, and
• la atenuación determina la pérdida de amplitud de señal con la penetración. De forma adicional, las técnicas multimodales recientes exigen que se reproduzcan otras propiedades materiales en el fantoma, donde la elastografía es el ejemplo más extendido. En este caso, la propiedad clave del material es el módulo de Young del tejido. Los valores del módulo de Young del tejido oscilan de 0,5 kPa-1 kPa (para el cerebro) a 0,1 MPa-1 MPa (para los tendones). No obstante, la mayoría de los tejidos (grasa, a músculo, bazo, páncreas, lengua, etc.) se encuentran dentro del intervalo entre 1 kPa y 10 kPa. El hueso presenta un valor mucho mayor del módulo de Young: 15- 25 GPa. • attenuation determines the loss of signal amplitude with penetration. Additionally, recent multimodal techniques require that other material properties be reproduced in the phantom, of which elastography is the most widespread example. In this case, the key material property is the Young's modulus of the fabric. Tissue Young's modulus values range from 0.5 kPa-1 kPa (for brain) to 0.1 MPa-1 MPa (for tendons). However, most tissues (fat, muscle, spleen, pancreas, tongue, etc.) fall within the range between 1 kPa and 10 kPa. Bone has a much higher value of Young's modulus: 15-25 GPa.
El material compuesto de la presente invención reproduce fielmente las propiedades ultrasónicas de los tejidos u órganos humanos. La selección de la matriz polimérica y del polvo de caucho micronizado en el material compuesto es clave para ajustar con precisión los parámetros ultrasónicos de los tejidos u órganos artificiales que vayan a reproducirse. The composite material of the present invention faithfully reproduces the ultrasonic properties of human tissues or organs. The selection of the polymer matrix and the micronized rubber powder in the composite material is key to precisely adjust the ultrasonic parameters of the artificial tissues or organs to be reproduced.
El primer aspecto de la invención se refiere a un uso de un material compuesto que comprende The first aspect of the invention refers to a use of a composite material comprising
• polvo de caucho micronizado, en donde dicho polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100 pm, • micronized rubber powder, wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm,
• una matriz polimérica seleccionada a partir de una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vinílico) , en donde la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado oscila entre el 1 % y el 35 % en el material compuesto que sirve como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido. • a polymer matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel, wherein the volume fraction of the micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the composite material that serves as artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic device.
En el presente documento, el término "tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato o fantoma de diagnóstico por ultrasonido" se refiere a la grasa, a un seno, al cerebro, a un riñón, a músculo, al hígado, al tejido conectivo, al cristalino del ojo, a un tendón, a la piel y al cartílago. As used herein, the term "artificial human tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnostic apparatus or phantom" refers to fat, breast, brain, kidney, muscle, liver, to the connective tissue, the lens of the eye, a tendon, the skin and cartilage.
El polvo de caucho micronizado del material compuesto presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: The micronized rubber powder of the composite material has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1000 m/s y 1300 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1000 m/s and 1300 m/s,
• una impedancia que oscila entre 1 ,2 MRayl y 1 ,4 MRayl, • an impedance ranging between 1.2 MRayl and 1.4 MRayl,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 2 dB/mm y 17 dB/mm, preferentemente 16 dB/mm, • y una densidad que oscila entre 950 kg/m3 y 1259 kg/m3. • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 2 dB/mm and 17 dB/mm, preferably 16 dB/mm, • and a density that ranges between 950 kg/m 3 and 1259 kg/m 3 .
La variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia de dicho caucho micronizado sigue una ley de potencia, donde el exponente oscila entre 0,6 y 1 . The variation of the attenuation coefficient with the frequency of said micronized rubber follows a power law, where the exponent ranges between 0.6 and 1.
Preferentemente, el material compuesto comprende polvo de caucho micronizado obtenido a partir de neumáticos usados reciclados (ELT, por sus siglas en inglés). Las buenas propiedades del granulado de ELT y el caucho en polvo, como la absorción de impactos y vibraciones, su poco peso, el buen aislamiento acústico y térmico y su alta resistencia a los agentes atmosféricos, hacen posible su uso en un amplio abanico de aplicaciones, tales como superficies deportivas, elementos de seguridad vial, modificación de mezclas bituminosas, aislamiento, pastillas de freno o incluso para la fabricación de neumáticos nuevos. Los neumáticos son productos de diseño complejo hechos a partir de una variedad de componentes: cauchos, rellenos y varios aditivos, así como acero y fibras textiles. Deben llevarse a cabo vahas etapas de reducción de tamaño por medio de procesos mecánicos (trituración, molienda) y separación del caucho de los elementos que no lo son (el acero se elimina mediante separadores magnéticos y las fibras textiles se separan mediante sistemas de vacío) para obtener granulados de caucho (tamaños de partículas de 1 mm a 20 mm) y polvos (tamaños de partículas por debajo de 0,8 mm). Preferably, the composite material comprises micronized rubber powder obtained from recycled used tires (ELT). The good properties of ELT granules and rubber powder, such as shock and vibration absorption, low weight, good acoustic and thermal insulation and high resistance to atmospheric agents, make their use in a wide range of applications possible. , such as sports surfaces, road safety elements, modification of bituminous mixtures, insulation, brake pads or even for the manufacture of new tires. Tires are complexly designed products made from a variety of components: rubbers, fillers and various additives, as well as steel and textile fibers. Several stages of size reduction must be carried out through mechanical processes (shredding, grinding) and separation of rubber from non-rubber elements (steel is removed using magnetic separators and textile fibers are separated using vacuum systems). to obtain rubber granules (particle sizes from 1 mm to 20 mm) and powders (particle sizes below 0.8 mm).
En la presente invención, el material compuesto comprende caucho micronizado obtenido a partir de neumáticos usados reciclados (ELT) y tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100 pm, que se produce mediante molienda criogénica. In the present invention, the composite material comprises micronized rubber obtained from recycled used tires (ELT) and has a particle size between 10 pm and 100 pm, which is produced by cryogenic milling.
Desde una perspectiva ambiental, el uso de caucho micronizado obtenido a partir de neumáticos usados reciclados es ventajoso para gestionar adecuadamente estos productos posconsumo y para recuperar y reutilizar sus componentes de valor. Recuperar el caucho de los neumáticos usados reciclados y micronizado hasta 100 pm mediante molienda criogénica implica una reducción del uso de materias primas fundamentales para la fabricación de órganos y tejidos artificiales (y, en consecuencia, una reducción de costes) y una contribución a la reducción de residuos y a la gestión sostenible de residuos. From an environmental perspective, the use of micronized rubber obtained from recycled used tires is advantageous to properly manage these post-consumer products and to recover and reuse their valuable components. Recovering rubber from recycled used tires and micronized up to 100 pm by cryogenic grinding implies a reduction in the use of fundamental raw materials for the manufacture of artificial organs and tissues (and, consequently, a reduction in costs) and a contribution to the reduction of waste and sustainable waste management.
El material compuesto de la presente invención es estable y fácil de preparar industhalmente. Por ejemplo, para preparar un material compuesto que comprende una resina epoxi como matriz polimérica, los componentes se mezclan usando un mezclador orbital de alta velocidad y luego se curan. La principal circunstancia importante aquí es la desgasificación antes de la adición de cada componente. Las técnicas actuales disponibles para formar y moldear resinas se pueden utilizar para replicar la textura y morfología de los tejidos u órganos humanos reales. The composite material of the present invention is stable and easy to prepare industrially. For example, to prepare a composite material comprising an epoxy resin as a polymer matrix, the components are mixed using a mixer. high-speed orbital and then heal. The main important circumstance here is degassing before the addition of each component. Current techniques available for forming and molding resins can be used to replicate the texture and morphology of real human tissues or organs.
La matriz polimérica del compuesto se selecciona de entre una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vinílico) . The polymer matrix of the composite is selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel.
Si se selecciona una resina epoxi como matriz polimérica, dicha resina epoxi presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: If an epoxy resin is selected as the polymer matrix, said epoxy resin has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 2200 m/s y 2800 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 2200 m/s and 2800 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,5 dB/mm y 2,5 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.5 dB/mm and 2.5 dB/mm,
• una densidad de entre 1000 kg/m3 y 1300 kg/m3 y • a density of between 1000 kg/m 3 and 1300 kg/m 3 and
• una impedancia acústica de entre 2,5 MRayl y 3,75 MRayL • an acoustic impedance of between 2.5 MRayl and 3.75 MRayl
La variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia de dicha resina epoxi sigue una ley de potencia, donde el exponente oscila entre 0,5 y 1 ,2. The variation of the attenuation coefficient with the frequency of said epoxy resin follows a power law, where the exponent ranges between 0.5 and 1.2.
Si se selecciona un poliuretano como matriz polimérica, dicho poliuretano puede ser rígido o blando. El término "poliuretano rígido" se refiere en el presente documento a poliuretanos con un módulo de Young superior a 100 MPa y el término "poliuretano blando" se refiere a poliuretanos con un módulo de Young inferior a 100 MPa. If a polyurethane is selected as the polymer matrix, said polyurethane can be rigid or soft. The term "rigid polyurethane" refers herein to polyurethanes with a Young's modulus greater than 100 MPa and the term "soft polyurethane" refers to polyurethanes with a Young's modulus less than 100 MPa.
Si se selecciona como matriz polimérica un poliuretano rígido (un poliuretano con un módulo de Young E superior a 100 MPa), dicho poliuretano rígido presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: If a rigid polyurethane (a polyurethane with a Young's modulus E greater than 100 MPa) is selected as the polymer matrix, said rigid polyurethane has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1600 m/s y 2500 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1600 m/s and 2500 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,5 dB/mm y 5 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.5 dB/mm and 5 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 970 kg/m3 y 1270 kg/m3, y • a density ranging between 970 kg/m 3 and 1270 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 1 ,5 MRayl y 2,75 MRayl. • an acoustic impedance of between 1.5 MRayl and 2.75 MRayl.
La variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia de dicho material sigue una ley de potencia, donde el exponente oscila entre 0,9 y 1 ,6. Si se selecciona como matriz polimérica un poliuretano blando (un poliuretano con un módulo de Young E inferior a 100 MPa), dicho poliuretano blando presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: The variation of the attenuation coefficient with the frequency of said material follows a power law, where the exponent ranges between 0.9 and 1.6. If a soft polyurethane (a polyurethane with a Young's modulus E less than 100 MPa) is selected as the polymer matrix, said soft polyurethane has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1200 m/s y 2000 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1200 m/s and 2000 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,3 dB/mm y 5 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.3 dB/mm and 5 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 970 kg/m3 y 1270 kg/m3, y • a density ranging between 970 kg/m 3 and 1270 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 1 ,4 MRayl y 2 MRayl. • an acoustic impedance of between 1.4 MRayl and 2 MRayl.
La variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia de dicho polyuretano blando sigue una ley de potencia, donde el exponente oscila entre 0,9 y 2,5. The variation of the attenuation coefficient with the frequency of said soft polyurethane follows a power law, where the exponent ranges between 0.9 and 2.5.
Si se selecciona una goma de silicona o un gel de silicona como matriz polimérica, dicho goma de silicona o un gel de silicona presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: If a silicone rubber or a silicone gel is selected as the polymer matrix, said silicone rubber or a silicone gel has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 850 m/s y 1250 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 850 m/s and 1250 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,1 dB/mm y 0,7 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.1 dB/mm and 0.7 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 850 kg/m3 y 1050 kg/m3, y • a density ranging between 850 kg/m 3 and 1050 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 0,9 MRayl y 1 ,5 MRayl. • an acoustic impedance of between 0.9 MRayl and 1.5 MRayl.
La variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia de dicha goma de silicona o gel de silicona sigue una ley de potencia, donde el exponente oscila entre 0,9 y 2,2.The variation of the attenuation coefficient with the frequency of said silicone rubber or silicone gel follows a power law, where the exponent ranges between 0.9 and 2.2.
Si se selecciona un gel de poli(alcohol vindico) como matriz polimérica, dicho gel de poli(alcohol vindico) presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: If a polyvindic alcohol gel is selected as the polymer matrix, said polyvindic alcohol gel has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1425 m/s y 1725 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1425 m/s and 1725 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,075 dB/mm y 0,085 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.075 dB/mm and 0.085 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 1000 kg/m3 y 1200 kg/m3, y • a density ranging between 1000 kg/m 3 and 1200 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 1 ,4 MRayl y 2,9 MRayl. • an acoustic impedance of between 1.4 MRayl and 2.9 MRayl.
La variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia de dicho gel de poli(alcohol vindico) sigue una ley de potencia, donde el exponente oscila entre 0,6 y 1 . The variation of the attenuation coefficient with the frequency of said polyvindic alcohol gel follows a power law, where the exponent ranges between 0.6 and 1.
Otra realización preferida de la invención se refiere al uso de un material compuesto que comprende • una matriz polimérica seleccionada a partir de una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vindico), yAnother preferred embodiment of the invention refers to the use of a composite material comprising • a polymer matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvindic alcohol gel, and
• al menos un polvo de polímero micronizado que tiene un tamaño de partícula inferior a 100 pm seleccionado de entre una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de uretano, un caucho de silicona o un gel de poli(alcohol vinílico), en donde dicho polvo de polímero micronizado se encuentra en el material compuesto en una fracción volumétrica de entre 0,1 % y 10 % como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido. • at least one micronized polymer powder having a particle size of less than 100 pm selected from an epoxy resin, a polyurethane, a urethane rubber, a silicone rubber or a polyvinyl alcohol gel, wherein said Micronized polymer powder is found in the composite material in a volume fraction between 0.1% and 10% as artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic apparatus.
Pueden utilizarse variaciones espaciales de la concentración del polvo de polímero micronizado en la matriz polimérica para simular variaciones locales del tejido y reflejar de manera realista las características presentes en el tejido, ya sean normales o patológicas. Spatial variations of the concentration of the micronized polymer powder in the polymer matrix can be used to simulate local tissue variations and realistically reflect the characteristics present in the tissue, whether normal or pathological.
Así mismo, se puede lograr un ajuste preciso de las propiedades ultrasónicas del material compuesto mediante la adición de Likewise, precise adjustment of the ultrasonic properties of the composite material can be achieved by adding
• polvo de alúmina, polvo de circonio, polvo de ceño o una combinación de los mismos, • alumina powder, zirconium powder, brow powder or a combination thereof,
• y/o microesferas de vidrio huecas o microesferas de polímero huecas al material compuesto. • and/or hollow glass microspheres or hollow polymer microspheres to the composite material.
Por lo tanto, en una realización preferida del uso de un material compuesto como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido de la presente invención, el material compuesto comprende Therefore, in a preferred embodiment of using a composite material as an artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic apparatus of the present invention, the composite material comprises
• polvo de caucho micronizado, en donde dicho polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100 pm, • micronized rubber powder, wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm,
• una matriz polimérica seleccionada a partir de una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vinílico),• a polymer matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel,
• y polvo de alúmina, polvo de circonio, polvo de ceño o una combinación de los mismos, preferentemente con tamaños de 2 pm y 20 pm, en donde la fracción volumétrica de dicho polvo de caucho micronizado oscila entre el 1 % y el 35 % en el material compuesto, y en donde dicho polvo de alúmina, polvo de circonio, polvo de ceño o una combinación de los mismos se encuentra en un porcentaje en peso de entre 0,1 % y 20 % en el material compuesto. En otra realización preferida del uso de un material compuesto como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido de la presente invención, el material compuesto comprende • and alumina powder, zirconium powder, brow powder or a combination thereof, preferably with sizes of 2 pm and 20 pm, wherein the volume fraction of said micronized rubber powder ranges from 1% to 35%. in the composite material, and wherein said alumina powder, zirconium powder, brow powder or a combination thereof is found in a percentage by weight of between 0.1% and 20% in the composite material. In another preferred embodiment of using a composite material as an artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic apparatus of the present invention, the composite material comprises
• polvo de caucho micronizado, en donde dicho polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100 pm, • micronized rubber powder, wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm,
• una matriz poliméhca seleccionada a partir de una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vindico),• a polymeric matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvindic alcohol gel,
• una pluralidad de microesferas de vidrio huecas o una pluralidad de microesferas de polímero huecas, preferentemente de tamaños entre 10 pm y 100 pm, en donde la fracción volumétrica de dicho polvo de caucho micronizado oscila entre el 1 % y el 35 % en el material compuesto, y en donde dichas microesferas están en una fracción volumétrica de entre 0,1 % y 20 % en el material compuesto. • a plurality of hollow glass microspheres or a plurality of hollow polymer microspheres, preferably of sizes between 10 pm and 100 pm, wherein the volume fraction of said micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the material composite, and where said microspheres are in a volume fraction of between 0.1% and 20% in the composite material.
En otra realización preferida del uso de un material compuesto como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido de la presente invención, el material compuesto comprende In another preferred embodiment of using a composite material as an artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic apparatus of the present invention, the composite material comprises
• polvo de caucho micronizado, en donde dicho polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100 pm, • micronized rubber powder, wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm,
• una matriz poliméhca seleccionada a partir de una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vinílico) ,• a polymeric matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvinyl alcohol gel,
• polvo de alúmina, polvo de circonio, polvo de ceño o una combinación de los mismos, preferentemente de tamaños de 2 pm y 20 pm, y • alumina powder, zirconium powder, frown powder or a combination thereof, preferably in sizes of 2 pm and 20 pm, and
• una pluralidad de microesferas de vidrio huecas o una pluralidad de microesferas de polímero huecas, preferentemente de tamaños entre 10 pm y 100 pm, en donde la fracción volumétrica de dicho polvo de caucho micronizado oscila entre el 1 % y el 35 % en el material compuesto, en donde dicho polvo de alúmina, polvo de circonio, polvo de ceño o una combinación de los mismos se encuentra en un porcentaje en peso de entre 0,1 % y 20 % en el material compuesto, y en donde dichas microesferas están en una fracción volumétrica de entre 0,1 % y 20 % en el material compuesto. • a plurality of hollow glass microspheres or a plurality of hollow polymer microspheres, preferably of sizes between 10 pm and 100 pm, wherein the volume fraction of said micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the material composite, wherein said alumina powder, zirconium powder, brow powder or a combination thereof is found in a percentage by weight of between 0.1% and 20% in the composite material, and wherein said microspheres are in a volume fraction of between 0.1% and 20% in the composite material.
A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que el que entiende normalmente un experto habitual en la materia a la que pertenece esta invención. Pueden utilizarse métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento para poner en práctica la presente invención. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, la palabra "comprende" y sus vahantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o etapas. Los objetos, ventajas y características adicionales de la invención serán evidentes para las personas expertas en la materia tras estudiar la descripción o los podrán aprender mediante la puesta en práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no pretenden limitar la presente invención. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as you normally understand. a person familiar with the art to which this invention pertains. Methods and materials similar or equivalent to those described herein may be used to practice the present invention. Throughout the description and claims, the word "comprises" and its meanings are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. Additional objects, advantages and features of the invention will be apparent to persons skilled in the art after studying the description or may be learned by practicing the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration and are not intended to limit the present invention.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura 1 . Configuración medida por inmersión en agua y transmisión ultrasónicaFigure 1 . Configuration measured by water immersion and ultrasonic transmission
(1 ) Un par de transductores de banda ancha de inmersión en agua centrados a 3,5 MHz(1) One pair of broadband water immersion transducers centered at 3.5 MHz
(2) Tanque lleno de agua destilada (2) Tank filled with distilled water
(3) Muestra (3) Sample
(4) Orificio con junta tonca (4) Hole with tonk joint
(5) Depósito a medida (5) Tailor-made deposit
(6) El portamuestras está conectado a dos goniómetros ortogonales (6) The sample holder is connected to two orthogonal goniometers
Figura 2. Curvas de atenuación frente a frecuencia de la materia prima resina epoxi Ep- 00 y polvo de caucho micronizado Rb-00. Figure 2. Attenuation versus frequency curves of the raw material epoxy resin Ep-00 and micronized rubber powder Rb-00.
Figura 3. Curvas de atenuación frente a frecuencia de los compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado. Figure 3. Attenuation versus frequency curves of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
Figura 4. Impedancia y coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado frente a fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shthkman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 4. Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shthkman and coherent potential approximation (CPA).
Figura 5. Impedancia y coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de goma de silicona de alta densidad cargados con polvo de caucho micronizado frente a fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shthkman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 5. Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of high-density silicone rubber composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower Hashin-Shthkman limits and coherent potential approximation (CPA).
Figura 6. Impedancia y coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de resina epoxi de baja densidad cargados con polvo de caucho micronizado frente a fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shthkman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 6. Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of low-density epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shthkman and coherent potential approximation (CPA).
Figura 7. Impedancia y coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de poliuretano blando cargados con polvo de caucho micronizado frente a fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shthkman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 7. Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of soft polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shthkman and coherent potential approximation (CPA).
Figura 8. Impedancia y coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de poliuretano de baja densidad cargados con polvo de caucho micronizado frente a fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin- Shthkman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 8. Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of low-density polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shthkman and coherent potential approximation (CPA).
Figura 9. Impedancia y coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de PVA cargados con polvo de caucho micronizado frente a fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shthkman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 9. Impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of PVA composites loaded with micronized rubber powder versus volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shthkman and coherent potential approximation (CPA).
EJEMPLOS EXAMPLES
Ejemplo 1 Example 1
Este trabajo se centra en el estudio del uso de polvo de caucho micronizado obtenido a partir de neumáticos usados reciclados para la obtención de compuestos aptos para utilizarlos como órganos y tejidos artificiales para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido. This work focuses on the study of the use of micronized rubber powder obtained from recycled used tires to obtain compounds suitable for use as artificial organs and tissues to test the performance of an ultrasound diagnostic device.
Se produjeron vahas muestras de material compuesto a base de resinas epoxi y polvo de caucho micronizado obtenido a partir de neumáticos usados reciclados (polvo MicroDyne 75-TR, proporcionado por Lehigh Technologies). Several samples of composite material were produced based on epoxy resins and powder. micronized rubber obtained from recycled used tires (MicroDyne 75-TR powder, provided by Lehigh Technologies).
Los materiales compuestos se fabricaron mezclando simultáneamente los componentes y desgasificando la mezcla utilizando un mezclador orbital de alta velocidad (Hauschild DAC Speed Mixer 150 FVZ). El protocolo de mezcla se llevó a cabo durante 3 minutos con dos fases, primera fase con velocidad = 1800 rpm durante 2 min y, a continuación, una segunda fase con la que se aumentó la velocidad (rampa de 10 s) hasta 2200 rpm para el resto del proceso. The composite materials were manufactured by simultaneously mixing the components and degassing the mixture using a high-speed orbital mixer (Hauschild DAC Speed Mixer 150 FVZ). The mixing protocol was carried out for 3 minutes with two phases, first phase with speed = 1800 rpm for 2 min and then a second phase with which the speed was increased (10 s ramp) to 2200 rpm for the rest of the process.
En primer lugar, el componente A de la resina se mezcla con el polvo de caucho micronizado y se desgasifica. Después de esto, se añade el componente B de la resina, en la proporción indicada por el fabricante, y la mezcla se vuelve a mezclar y desgasificar. Después de mezclarla, la muestra se mezcla brevemente a mano y se prensa a mano (en el caso de compuestos altamente cargados), se comprueba visualmente que todo esté bien mezclado y luego se vuelve a mezclar en el mezclador orbital siguiendo el mismo protocolo. Las muestras se curan durante 24 horas a 25 °C en un molde cilindrico (30 mm de diámetro), luego se desmoldan y post-curan durante 1 h a 80 °C. Cuando las muestras se enfrían, se pulen con una pulidora automática para lograr superficies uniformes, planas y paralelas, de modo que sea posible obtener la densidad y medir con precisión las propiedades ultrasónicas. First, component A of the resin is mixed with the micronized rubber powder and degassed. After this, component B of the resin is added, in the proportion indicated by the manufacturer, and the mixture is mixed and degassed again. After mixing, the sample is briefly mixed by hand and pressed by hand (in the case of highly charged compounds), visually checked to ensure that everything is well mixed, and then mixed again in the orbital mixer following the same protocol. The samples are cured for 24 hours at 25 °C in a cylindrical mold (30 mm diameter), then demolded and post-cured for 1 h at 80 °C. When the samples cool, they are polished with an automatic polisher to achieve uniform, flat and parallel surfaces, so that it is possible to obtain the density and accurately measure the ultrasonic properties.
Las materias primas empleadas para fabricar las muestras compuestas se resumen en la tabla 2. Se fabricaron muestras de la resina epoxi siguiendo el mismo procedimiento empleado para las muestras compuestas. The raw materials used to manufacture the composite samples are summarized in Table 2. Samples of the epoxy resin were manufactured following the same procedure used for the composite samples.
De forma adicional, también se produjo una lámina de caucho mediante moldeo a presión del polvo de caucho de neumáticos usados (ELT) a 160 °C y 200 bar durante 30 minutos. Este proceso fomenta la sintehzación de las partículas de polvo de caucho y la creación de interacciones entre ellas para proporcionar una suficiente estabilidad mecánica para poder manipular la lámina de caucho así obtenida. Additionally, a rubber sheet was also produced by pressure molding the rubber powder from used tires (ELT) at 160 °C and 200 bar for 30 minutes. This process encourages the synthesis of rubber powder particles and the creation of interactions between them to provide sufficient mechanical stability to be able to manipulate the rubber sheet thus obtained.
Se prepararon muestras de disco (30 mm de diámetro) de las materias primas para medir adicionalmente las propiedades ultrasónicas de las materias primas. Disc samples (30 mm diameter) of the raw materials were prepared to further measure the ultrasonic properties of the raw materials.
Tabla 2. Información de las materias primas
Figure imgf000015_0005
Table 2. Raw material information
Figure imgf000015_0005
La fracción de masa de cada componente utilizado en el compuesto ( i) se define como:
Figure imgf000015_0001
Estos datos de fracción de masa junto con la densidad de cada componente ( ¿) se utilizan para calcular la fracción volumétrica de cada componente:
Figure imgf000015_0002
The mass fraction of each component used in compound (i) is defined as:
Figure imgf000015_0001
These mass fraction data along with the density of each component ( ¿ ) are used to calculate the volume fraction of each component:
Figure imgf000015_0002
Por lo tanto, se calcula la densidad nominal del compuesto final (Pcomp) -
Figure imgf000015_0003
Esta densidad nominal se compara con la densidad real (pcomp) de la muestra fabricada obtenida a partir del tamaño y la masa de la muestra para obtener la desviación de densidad. Este parámetro proporciona información sobre la precisión del proceso de fabricación y puede revelar imprecisiones en el pesaje de los componentes, la posibilidad de que no se haya realizado por completo la mezcla de los componentes, la pérdida parcial de alguno de ellos o la presencia de aire atrapado.
Figure imgf000015_0004
La composición, el grosor de la muestra y la desviación de densidad del compuesto fabricado se enumeran en la tabla 3. La fracción volumétrica oscila desde una carga de caucho insignificante (~1 %), hasta la máxima carga de caucho alcanzable con los medios de fabricación disponibles (~35 %). Therefore, the nominal density of the final compound (Pcomp) is calculated -
Figure imgf000015_0003
This nominal density is compared with the actual density (p comp ) of the manufactured sample obtained from the size and mass of the sample to obtain the density deviation. This parameter provides information about the precision of the manufacturing process and can reveal inaccuracies in the weighing of components, the possibility that the components have not been completely mixed, the partial loss of some of them, or the presence of air caught.
Figure imgf000015_0004
The composition, sample thickness and density deviation of the fabricated composite are listed in Table 3. The volume fraction ranges from a negligible rubber loading (~1%), to the maximum rubber loading achievable with the media. manufacturing available (~35%).
Tabla 3. Composición, grosor de muestra y desviación de densidad de los compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado.
Figure imgf000016_0001
Table 3. Composition, sample thickness and density deviation of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
Figure imgf000016_0001
Las mediciones ultrasónicas se realizaron en una configuración de inmersión en agua en modo “transmisión” como la descrita en la figura 1. La configuración comprende los siguientes elementos: un pulsador-receptor (JSR Ultrasonics, modelo DPR300, que no se muestra), un osciloscopio (Tektronix, DPO5054, que no se muestra), (1 ) un par de transductores de banda ancha de inmersión en agua centrados a 3,5 MHz, uno para transmisión, y el otro para recibir la respuesta del material, que permitieron estudiar el rango de frecuencias 1 ,5-6 MHz, (Olympus V383-SU 3,5 MHz). (5) Un tanque hecho a medida (45 x 45 x 1 10 mm3 PMMA), con (4) dos orificios en oposición y una junta tórica, en donde se instalan los transductores (1 ). El tanque (5) se llena con agua destilada (2), donde se sumerge la muestra (3). Dos goniómetros ortogonales conectados funcionan como portamuestras (6) y permiten controlar con precisión el ángulo de incidencia. Ultrasonic measurements were performed in a water immersion configuration in “transmission” mode as described in Figure 1. The configuration comprises the following elements: a push-button receiver (JSR Ultrasonics, model DPR300, not shown), a oscilloscope (Tektronix, DPO5054, not shown), (1) a pair of broadband water immersion transducers centered at 3.5 MHz, one for transmission, the other for receiving the material response, which allowed studying the frequency range 1.5-6 MHz, (Olympus V383-SU 3.5 MHz). (5) A custom-made tank (45 x 45 x 1 10 mm 3 PMMA), with (4) two opposing holes and an O-ring, where the transducers (1) are installed. The tank (5) is filled with distilled water (2), where the sample (3) is immersed. Two connected orthogonal goniometers function as sample holders (6) and allow precise control of the angle of incidence.
Se realizó una primera serie de mediciones en incidencia normal ya que el principal interés de este trabajo se centra en la impedancia, la velocidad y el coeficiente de atenuación de las ondas longitudinales en los compuestos propuestos. La muestra (3) se montó en un goniómetro doble (6) que permitió colocarla tanto en incidencia normal como en incidencia oblicua con una determinación precisa del ángulo de incidencia. A first series of measurements was carried out at normal incidence since the main interest of this work focuses on the impedance, speed and attenuation coefficient of longitudinal waves in the proposed compounds. The sample (3) It was mounted on a double goniometer (6) that allowed it to be placed in both normal incidence and oblique incidence with a precise determination of the angle of incidence.
Se obtuvo una segunda medición con incidencia oblicua. El ángulo era igual al ángulo límite de la onda longitudinal, de modo que solo se midió la onda de cizalla. Esta medición es interesante porque determina la velocidad de la onda de cizalla (vs), por lo tanto, el módulo de cizalla (G) se calcula usando la ecuación Ec. 6. A second measurement was obtained with oblique incidence. The angle was equal to the limiting angle of the longitudinal wave, so only the shear wave was measured. This measurement is interesting because it determines the speed of the shear wave (v s ), therefore the shear modulus (G) is calculated using equation Eq. 6.
G = vs 2 x p Ec. 6 G = v s 2 xp Eq. 6
Con el módulo de cizalla y la velocidad de la onda longitudinal (vi) es posible calcular el módulo de Young usando la siguiente ecuación Ec. 7 With the shear modulus and the longitudinal wave speed (vi) it is possible to calculate the Young's modulus using the following equation Eq. 7
E = G[(3M-4G)/(M-G)] Ec. 7 donde M = vi2 x p. E = G[(3M-4G)/(MG)] Eq. 7 where M = vi 2 x p.
En ambos casos, el procedimiento fue el mismo: las señales adquiridas se transfirieron a un MATLAB, donde se aplicó una FFT a la señal recibida para obtener los espectros de magnitud y fase del coeficiente de transmisión. A partir de estas mediciones, se obtuvieron la velocidad del ultrasonido y el coeficiente de atenuación. Como la velocidad del ultrasonido es bastante constante, se proporciona un valor promedio para el rango de frecuencias de 1 -5 MHz. De forma adicional, la variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia se cuantifica mediante una ecuación de ley de potencia. El coeficiente de atenuación (c ) cambia con la frecuencia (f). Se utiliza una ley de potencia, que se emplea con regularidad en el campo de los ultrasonidos, para describir esta variación:
Figure imgf000017_0001
In both cases, the procedure was the same: the acquired signals were transferred to a MATLAB, where an FFT was applied to the received signal to obtain the magnitude and phase spectra of the transmission coefficient. From these measurements, the ultrasound velocity and attenuation coefficient were obtained. Since the ultrasound velocity is fairly constant, an average value is given for the frequency range of 1-5 MHz. Additionally, the variation of the attenuation coefficient with frequency is quantified using a power law equation. The attenuation coefficient (c) changes with frequency (f). A power law, which is regularly used in the field of ultrasound, is used to describe this variation:
Figure imgf000017_0001
Debido a la complejidad de medición del parámetro de atenuación a bajas frecuencias (<1 ,5 MHz) por el error y los bajos valores de dB/mm para la mayor parte de la señe compuesta, se utilizó un método de transmisión directa para evaluar esta propiedad (figura 1 ). El uso de esta técnica supone el empleo de una frecuencia de trabajo más alta que permite evitar reverberaciones dentro de la muestra o filtrarlas en el dominio del tiempo mediante el uso de una puerta temporal centrada en la señal transmitida. Por lo tanto, se puede identificar, aislar y utilizar claramente el análisis de la señal transmitida (modo de transmisión) o el eco de fondo (pulso-eco) para determinar la velocidad de fase del ultrasonido y el coeficiente de atenuación si se conoce el grosor de la placa. Due to the complexity of measuring the attenuation parameter at low frequencies (<1.5 MHz) due to the error and the low dB/mm values for most of the composite signal, a direct transmission method was used to evaluate this property (figure 1). The use of this technique involves the use of a higher working frequency that allows avoiding reverberations within the sample or filtering them in the domain. of time by using a temporal gate centered on the transmitted signal. Therefore, analysis of the transmitted signal (transmission mode) or the background echo (pulse-echo) can be clearly identified, isolated, and used to determine the ultrasound phase velocity and attenuation coefficient if the plate thickness.
La velocidad se obtiene directamente de las mediciones ultrasónicas y la impedancia se obtiene de la velocidad x densidad del producto, donde la densidad se obtiene a partir de la medición de la masa de la muestra y del volumen siguiendo la ecuación: The velocity is obtained directly from the ultrasonic measurements and the impedance is obtained from the velocity x density of the product, where the density is obtained from the measurement of the mass of the sample and the volume following the equation:
V = ??-r2 -t Ec. 9 suponiendo que la muestra tiene una forma cilindrica ideal, donde r es el radio de la muestra y t es el grosor. V = ??-r 2 -t Eq. 9 assuming that the sample has an ideal cylindrical shape, where r is the radius of the sample and t is the thickness.
De forma adicional, se calcularon el peso (balanza analítica de precisión de laboratorio, Nahita Blue), diámetro (calibre) y grosor (micrómetro, Mitutoyo) de todas las muestras y la densidad del material. Additionally, the weight (laboratory precision analytical balance, Nahita Blue), diameter (caliber) and thickness (micrometer, Mitutoyo) of all samples and the density of the material were calculated.
Como la densidad de la muestra de un material compuesto (pCOmp) se puede obtener a partir de la densidad de sus componentes i ( ¿) y su concentración volumétrica ( ¿) (Ec. 2), la concordancia entre la densidad medida y la calculada puede utilizarse para verificar la correcta mezcla de los componentes y la ausencia de aire atrapado. Since the density of the sample of a composite material (p CO mp) can be obtained from the density of its components i ( ¿ ) and its volumetric concentration ( ¿ ) (Eq. 2), the agreement between the measured density and The calculated one can be used to verify the correct mixture of the components and the absence of trapped air.
La figura 2 muestra las curvas de atenuación de las materias primas y la tabla 4 resume las propiedades ultrasónicas de las materias primas: resina epoxi (Ep-00) y polvo de caucho micronizado (Rb-00). La principal excepción es la muestra de polvo de caucho micronizado, donde se observó una disminución significativa de la velocidad con la frecuencia. Tabla 4. Propiedades ultrasónicas y módulo de Young de las materias primas: resina epoxi (Ep-00) y polvo de caucho micronizado (Rb-00)
Figure imgf000019_0001
Figure 2 shows the attenuation curves of the raw materials and Table 4 summarizes the ultrasonic properties of the raw materials: epoxy resin (Ep-00) and micronized rubber powder (Rb-00). The main exception is the micronized rubber powder sample, where a significant decrease in velocity with frequency was observed. Table 4. Ultrasonic properties and Young's modulus of raw materials: epoxy resin (Ep-00) and micronized rubber powder (Rb-00)
Figure imgf000019_0001
La densidad medida con un picnómetro fue de 1147 kg/m3. La densidad se calcula a partir de las mediciones de peso y tamaño (diámetro y grosor del disco) The density measured with a pycnometer was 1147 kg/m 3 . Density is calculated from measurements of weight and size (diameter and thickness of the disc)
La tabla 5 resume las propiedades ultrasónicas obtenidas de las muestras compuestas de resina epoxi cargadas con polvo de caucho micronizado. La figura 3 muestra las mediciones del coeficiente de atenuación y la variación con la frecuencia. Table 5 summarizes the ultrasonic properties obtained from the epoxy resin composite samples loaded with micronized rubber powder. Figure 3 shows the measurements of the attenuation coefficient and the variation with frequency.
Tabla 5. Propiedades ultrasónicas de compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado.
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000020_0001
Table 5. Ultrasonic properties of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000020_0001
1 : véase la Ec. 1 1: see Eq. 1
La carga de polvo de caucho micronizado produce una disminución relativa moderada de la impedancia acústica en comparación con el epoxi sin carga (22 %: de 3,0 MRayl a 2,35 MRayl), en comparación con un aumento relativo notable en el coeficiente de atenuación (236 % a 3 MHz: de 0,7 dB/mm a 2,35 dB/mm). Además, en comparación con el epoxi sin carga, la variación con la frecuencia cambia notablemente (de n = 0,9 a n ~1 ,8), probablemente debido a la contribución de la dispersión producida por las partículas de caucho o su respuesta viscoelástica. En su mayor parte, la variación en la dependencia de la frecuencia del coeficiente de atenuación con la carga de caucho permanece sin alteraciones. Micronized rubber powder loading produces a moderate relative decrease in acoustic impedance compared to unfilled epoxy (22%: 3.0 MRayl to 2.35 MRayl), compared to a notable relative increase in the coefficient of attenuation (236% at 3 MHz: 0.7 dB/mm to 2.35 dB/mm). Furthermore, compared to unfilled epoxy, the variation with frequency changes markedly (from n = 0.9 to n ~1 .8), probably due to the contribution of the dispersion produced by the rubber particles or their viscoelastic response. For the most part, the variation in the frequency dependence of the attenuation coefficient with rubber loading remains unchanged.
La tabla 6 resume el módulo de Young de compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado. Table 6 summarizes the Young's modulus of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
Tabla 6. Módulo de Young de los compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado.
Figure imgf000021_0002
Table 6. Young's modulus of epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder.
Figure imgf000021_0002
Los compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado preparados en este ejemplo 1 presentan las siguientes propiedades ultrasónicas: The epoxy resin compounds loaded with micronized rubber powder prepared in this example 1 have the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 2000 m/s y 2500 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 2000 m/s and 2500 m/s,
• una impedancia acústica de entre 2,2 MRayl y 2,9 MRayL • an acoustic impedance between 2.2 MRayl and 2.9 MRayl
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,69 dB/mm y 2,1 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.69 dB/mm and 2.1 dB/mm,
• una variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia (exponente en la ley de potencia: n) que oscila de 0,9 a 2,1 , • a variation of the attenuation coefficient with frequency (exponent in the power law: n) that ranges from 0.9 to 2.1,
• un módulo de Young que oscila de 3 GPa a 5 GPa. • a Young's modulus ranging from 3 GPa to 5 GPa.
Por lo tanto, se puede utilizar para replicar diferentes propiedades ultrasónicas de los tejidos humanos (véase la tabla de resumen 1 1 del ejemplo 3). Therefore, it can be used to replicate different ultrasonic properties of human tissues (see summary table 1 1 of example 3).
De acuerdo con el enfoque de Hashin-Shtrikman (HS) para un compuesto bifásico, el módulo de compresibilidad (Kcomp) y la rigidez (GCOmp) del compuesto se dan de la siguiente manera:
Figure imgf000021_0001
donde los subíndices 1 y 2 se refieren a los dos componentes y v es la fracción volumétrica, K2 > Ki y G2 > G1 y los superindices L y U representan los límites superior e inferior del modelo de Hashin-Shtrikman. En concreto, L es la solución exacta para el compuesto de matriz de material de fase "uno" en el que las inclusiones esféricas de material de fase "dos" están distribuidas de una manera específica. De forma adicional, U es la solución exacta para la matriz del material de la fase "dos" en la que las inclusiones esféricas del material de la fase "uno" se distribuyen de una manera particular. According to the Hashin-Shtrikman (HS) approach for a two-phase composite, the compressibility modulus (K com p) and stiffness (G CO mp) of the composite are given as follows:
Figure imgf000021_0001
where the subscripts 1 and 2 refer to the two components and v is the volume fraction, K 2 > Ki and G2 > G1 and the superscripts L and U represent the upper and lower limits of the Hashin-Shtrikman model. Specifically, L is the exact solution for the phase "one" material matrix composite in which the spherical inclusions of phase "two" material are distributed in a specific way. Additionally, U is the exact solution for the matrix of phase "two" material in which the spherical inclusions of phase "one" material are distributed in a particular way.
El modelo de aproximación potencial coherente (CPA) se basa en la teoría de la dispersión. Este modelo predice el módulo de compresibilidad (KCOmp) y la rigidez (GCOmp) de los compuestos bifásicos, suponiendo que las inclusiones son esféricas, las longitudes de onda son mucho más largas que el tamaño de las inclusiones y los efectos de dispersión múltiple son insignificantes:
Figure imgf000022_0001
donde los subíndices 1 y 2 se refieren a la matriz y a las inclusiones, respectivamente, y v es la fracción volumétrica. The coherent potential approximation (CPA) model is based on dispersion theory. This model predicts the compressibility modulus (K CO mp) and stiffness (G CO mp) of two-phase compounds, assuming that the inclusions are spherical, the wavelengths are much longer than the size of the inclusions, and the effects of multiple scattering are negligible:
Figure imgf000022_0001
where the subscripts 1 and 2 refer to the matrix and inclusions, respectively, and v is the volume fraction.
Para predecir tanto el coeficiente de atenuación como la impedancia acústica de compuestos bifásicos, utilizamos el principio de correspondencia de la viscoelasticidad, donde los módulos elásticos complejos (K*, G*) se utilizan para tener en cuenta el amortiguamiento dinámico en el material: To predict both the attenuation coefficient and the acoustic impedance of two-phase composites, we use the correspondence principle of viscoelasticity, where complex elastic moduli (K*, G*) are used to account for dynamic damping in the material:
K K*, G G* Ec. 15 K K*, G G* Eq. 15
El número de onda complejo para las ondas longitudinal y de cizalla se define a partir de la frecuencia angular (¿o) y el coeficiente de atenuación (aL >s)
Figure imgf000023_0001
donde los subíndices L y S indican las ondas longitudinales y de cizalla, respectivamente. Por tanto, la velocidad de onda compleja (v¿s) viene dada de la siguiente manera:
Figure imgf000023_0002
The complex wave number for longitudinal and shear waves is defined from the angular frequency (o) and the attenuation coefficient (a L >s )
Figure imgf000023_0001
where the subscripts L and S indicate the longitudinal and shear waves, respectively. Therefore, the complex wave speed ( v¿s ) is given as follows:
Figure imgf000023_0002
Y los módulos elásticos complejos (K*, G*) se obtienen de: te. 18
Figure imgf000023_0003
And the complex elastic moduli (K*, G*) are obtained from: te. 18
Figure imgf000023_0003
La figura 4 muestra la impedancia y el coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de resina epoxi cargados con polvo de caucho micronizado frente a la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin- Shtrikman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 4 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
Los resultados obtenidos en el ejemplo 1 muestran que es posible aplicar diferentes modelos, en concreto, el de Hashin-Shtrikman y el de aproximación potencial coherente, para calcular las propiedades de las muestras compuestas si se conocen las propiedades de las materias primas. Esto facilita la aplicación del método propuesto ya que la composición del material compuesto para lograr un determinado conjunto de propiedades puede determinarse teóricamente y después verificarse experimentalmente, por lo que no hay necesidad de producir un gran conjunto de muestras con diferentes proporciones de materiales y medir sus propiedades para determinar aquellas que se acerquen más al tejido que vaya a ser replicado por el fantoma. The results obtained in Example 1 show that it is possible to apply different models, specifically the Hashin-Shtrikman model and the coherent potential approximation model, to calculate the properties of composite samples if the properties of the raw materials are known. This facilitates the application of the proposed method since the composition of the composite material to achieve a certain set of properties can be determined theoretically and then verified experimentally, so there is no need to produce a large set of samples with different proportions of materials and measure their properties to determine those that are closest to the tissue that is going to be replicated by the phantom.
Ejemplo 2 Example 2
El principal problema de la combinación del polvo de caucho micronizado de los cauchos de silicona y ETL es que, en algunos casos, el polvo de caucho micronizado inhibe el curado del caucho de silicona. En el presente documento, la cantidad de polvo de caucho micronizado en el material compuesto se mantiene por debajo de un cierto umbral para evitar este problema. El polvo de caucho micronizado utilizado en este ejemplo 2 es el mismo que el utilizado en el ejemplo 1 . The main problem with the combination of micronized rubber powder of silicone rubbers and ETL is that, in some cases, the micronized rubber powder inhibits the curing of the silicone rubber. In this document, the amount of powder Micronized rubber in the composite material is kept below a certain threshold to avoid this problem. The micronized rubber powder used in this example 2 is the same as that used in example 1.
En este documento se presentan dos tipos de compuestos: en el primer tipo de compuestos se podía añadir hasta un 17 % de una carga de polvo de caucho micronizado y un caucho de silicona adquirido en RS-AMIDATA con el número de referencia: 409-5721. Se trata de un caucho de silicona de alta densidad donde la alta densidad y el carácter ignífugo se consiguen mediante la adición de una carga de polvo de sílice. Two types of compounds are presented in this document: in the first type of compounds, up to 17% of a charge of micronized rubber powder and a silicone rubber purchased from RS-AMIDATA with the reference number: 409-5721 could be added. . It is a high-density silicone rubber where high density and flame retardant character are achieved by adding a silica powder filler.
En el segundo tipo de compuestos, la carga de polvo de caucho micronizado se mantuvo por debajo del 2 % y se utilizó un caucho de silicona adquirido en Smooth-On con el nombre comercial: Ecoflex 00-50. Este es un caucho de silicona catalizado con platino sin componente adicional. In the second type of compounds, the micronized rubber powder loading was kept below 2% and a silicone rubber purchased from Smooth-On under the trade name: Ecoflex 00-50 was used. This is a platinum catalyzed silicone rubber without additional component.
El método de fabricación de los compuestos consiste en mezclar a mano el polvo de caucho micronizado y la parte A del caucho de silicona, una vez obtenida una mezcla homogénea, se añade la parte B del caucho de silicona y se vuelve a mezclar a mano durante 5 minutos. A continuación, la mezcla se coloca en una cámara de vacío (- 27 in Hg) durante 3 minutos para eliminar cualquier gas atrapado. La mezcla se vierte en un molde cilindrico de silicona para producir las muestras que tienen forma de disco con 40 mm de diámetro y 4 mm de grosor. The method of manufacturing the compounds consists of mixing by hand the micronized rubber powder and part A of the silicone rubber, once a homogeneous mixture is obtained, part B of the silicone rubber is added and mixed again by hand for 5 minutes. The mixture is then placed in a vacuum chamber (-27 in Hg) for 3 minutes to remove any trapped gas. The mixture is poured into a cylindrical silicone mold to produce the disc-shaped samples with 40 mm diameter and 4 mm thickness.
La composición de los diferentes compuestos de caucho de silicona cargados con polvo de caucho micronizado se muestra en la tabla 7. The composition of the different silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder is shown in Table 7.
Tabla 7. Composición de compuestos de caucho de silicona cargados con polvo de caucho micronizado.
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
Table 7. Composition of silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder.
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
Se siguió el mismo procedimiento del ejemplo 1 para medir las propiedades ultrasónicas de los dos tipos de muestras compuestas a una incidencia normal. Como la velocidad de la onda longitudinal ultrasónica en el caucho de silicona es menor que en el agua, no es posible alcanzar el ángulo límite, de modo que no se puede medir la onda de cizalla, como ocurre en el caso anterior. Por lo tanto, se utilizó un bioindentador para medir G y E directamente. Se utilizó el equipo MACH 1 Biomomentum en modo indentación. El desplazamiento de la punta se fijó en 1 mm con una velocidad de 0,1 mm/s. Se utilizó un indentador esférico con un diámetro de 3,2 mm. The same procedure as Example 1 was followed to measure the ultrasonic properties of the two types of composite samples at normal incidence. Since the speed of the longitudinal ultrasonic wave in silicone rubber is lower than in water, it is not possible to reach the limiting angle, so the shear wave cannot be measured, as in the previous case. Therefore, a bioindenter was used to measure G and E directly. The MACH 1 Biomomentum equipment was used in indentation mode. The tip displacement was set to 1 mm with a speed of 0.1 mm/s. A spherical indenter with a diameter of 3.2 mm was used.
La tabla 8 muestra las propiedades ultrasónicas y el módulo de Young de las materias primas: caucho de silicona SR-R-00 (RS-AMIDATA 409-5721 ) y caucho de silicona SR2- R-00 (Smooth-On Ecoflex 00-50). Table 8 shows the ultrasonic properties and Young's modulus of the raw materials: SR-R-00 silicone rubber (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-R-00 silicone rubber (Smooth-On Ecoflex 00-50 ).
Tabla 8. Propiedades ultrasónicas y módulo de Young de las materias primas: caucho de silicona SR-R-00 (RS-AMIDATA 409-5721 ) y caucho de silicona SR2-R-00 (Smooth- On Ecoflex 00-50).
Figure imgf000025_0002
Figure imgf000026_0001
Table 8. Ultrasonic properties and Young's modulus of raw materials: SR-R-00 silicone rubber (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-R-00 silicone rubber (Smooth-On Ecoflex 00-50).
Figure imgf000025_0002
Figure imgf000026_0001
La tabla 9 y la tabla 10 muestran las propiedades ultrasónicas y el módulo de Young de los compuestos de caucho de silicona SR-R cargado con polvo de caucho micronizado (RS-AMIDATA 409-5721 ) y de los compuestos de caucho de silicona SR2-R cargado con polvo de caucho micronizado (Smooth-On Ecoflex 00-50), respectivamente. Table 9 and Table 10 show the ultrasonic properties and Young's modulus of SR-R silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-silicone rubber compounds. R loaded with micronized rubber powder (Smooth-On Ecoflex 00-50), respectively.
Tabla 9. Propiedades ultrasónicas de los compuestos de caucho de silicona SR-R cargados con polvo de caucho micronizado (RS-AMIDATA 409-5721 ) y los compuestos de caucho de silicona SR2-R cargados con polvo de caucho micronizado (Smooth-On Ecoflex 00-50).
Figure imgf000026_0002
Table 9. Ultrasonic properties of SR-R silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-R silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder (Smooth-On Ecoflex 00-50).
Figure imgf000026_0002
Tabla 10. Módulo de Young de los compuestos de caucho de silicona SR-R cargados con polvo de caucho micronizado (RS-AMIDATA 409-5721 ) y los compuestos de caucho de silicona SR2-R cargados con polvo de caucho micronizado (Smooth-On Ecoflex 00- 50).
Figure imgf000027_0001
Table 10. Young's modulus of SR-R silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder (RS-AMIDATA 409-5721) and SR2-R silicone rubber compounds loaded with micronized rubber powder (Smooth-On Ecoflex 00- fifty).
Figure imgf000027_0001
Los materiales compuestos preparados en este ejemplo 2 presentan las siguientes propiedades ultrasónicas: The composite materials prepared in this example 2 have the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 940 m/s y 1010 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 940 m/s and 1010 m/s,
• una impedancia acústica de entre 1 ,45 MRayl y 1 ,76 MRayL • an acoustic impedance of between 1.45 MRayl and 1.76 MRayl
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 2,2 dB/mm y 5 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 2.2 dB/mm and 5 dB/mm,
• una variación del coeficiente de atenuación con la frecuencia (exponente en la ley de potencia: n) que oscila de 1 ,8 a 2,1 , • a variation of the attenuation coefficient with frequency (exponent in the power law: n) that ranges from 1.8 to 2.1,
• un módulo de Young que oscila de 26 kPa a 2,4 MPa. • a Young's modulus ranging from 26 kPa to 2.4 MPa.
Por lo tanto, se puede utilizar para replicar diferentes propiedades ultrasónicas de los tejidos humanos (véase la tabla de resumen 1 1 del ejemplo 3). Therefore, it can be used to replicate different ultrasonic properties of human tissues (see summary table 1 1 of example 3).
La figura 5 muestra la impedancia y el coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de caucho de silicona SR-R de alta densidad cargados con polvo de caucho micronizado frente a la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shtrikman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 5 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of high-density SR-R silicone rubber composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
Los resultados obtenidos en el ejemplo 2 muestran que es posible aplicar diferentes modelos, en concreto, el de Hashin-Shtrikman y el de aproximación potencial coherente, para calcular las propiedades del compuesto si se conocen las propiedades de las materias primas. Esto facilita la aplicación del método propuesto ya que la composición del material compuesto para lograr un determinado conjunto de propiedades puede determinarse teóricamente y después verificarse experimentalmente, por lo que no hay necesidad de producir un gran conjunto de muestras con diferentes proporciones de materiales y medir sus propiedades para determinar aquellas que se acerquen más al tejido que vaya a ser replicado por el fantoma. The results obtained in example 2 show that it is possible to apply different models, specifically, the Hashin-Shtrikman model and the coherent potential approximation model, to calculate the properties of the compound if the properties of the raw materials are known. This facilitates the application of the proposed method since the composition of the composite material to achieve a certain set of properties can determined theoretically and then verified experimentally, so there is no need to produce a large set of samples with different proportions of materials and measure their properties to determine those that are closest to the tissue that is going to be replicated by the phantom.
Ejemplo 3 Example 3
En este ejemplo, se utilizaron los datos ultrasónicos obtenidos experimentalmente a partir de la medición de muestras de discos de compuestos de otra materia prima (otras matrices poliméricas), a través de la transmisión en inmersión en agua en el rango de frecuencias de 1 -5 MHz, para calcular las propiedades ultrasónicas de las propiedades de los compuestos resultantes usando los modelos de aproximación de potencial coherente y de Hashin-Shtrikman probados en los ejemplos 1 y 2. In this example, ultrasonic data obtained experimentally from the measurement of samples of discs made of compounds of other raw materials (other polymeric matrices) were used, through transmission in immersion in water in the frequency range of 1 -5 MHz, to calculate the ultrasonic properties of the resulting composite properties using the Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation models tested in Examples 1 and 2.
La figura 6 muestra la impedancia y el coeficiente de atenuación a 3 MHz de los compuestos de resina epoxi de baja densidad cargados con polvo de caucho micronizado frente a la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shtrikman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 6 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the low-density epoxy resin composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
Téngase en cuenta que la resina epoxi de baja densidad (con una densidad que oscila entre 850 kg/m3 y 1000 kg/m3) puede obtenerse como resultado de la modificación de su composición química o por la adición de microesferas de vidrio. La densidad efectiva de dicho aditivo de microesferas de vidrio oscila entre 0,1 y 0,6 g/cc, por lo tanto, y como ejemplo, una fracción volumétrica del 20 % de 0,3 gg/cc de burbujas de vidrio en la resina epoxi producirá un compuesto con una densidad de 980 kg/m3. Note that low-density epoxy resin (with a density ranging between 850 kg/m 3 and 1000 kg/m 3 ) can be obtained as a result of modifying its chemical composition or by adding glass microspheres. The effective density of said glass microsphere additive ranges between 0.1 and 0.6 g/cc, therefore, and as an example, a 20% volume fraction of 0.3 gg/cc of glass bubbles in the Epoxy resin will produce a compound with a density of 980 kg/m 3 .
El polvo de caucho micronizado cargado con compuestos de resina epoxi de baja densidad comprende Micronized rubber powder loaded with low density epoxy resin compounds comprises
• una resina epoxi de baja densidad, en donde su densidad oscila entre 850 kg/m3 y 1000 kg/m3, y • a low density epoxy resin, where its density ranges between 850 kg/m 3 and 1000 kg/m 3 , and
• el polvo de caucho micronizado en una fracción volumétrica comprendida entre el 1 % y el 35 %, en donde el polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de particula do entre 10 pm y 100, presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: • the micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100, has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1780 m/s y 2350 m/s, una impedancia acústica de entre 1 ,7 MRayl y 2,1 MRayl, y un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,69 dB/mm y 3,0 dB/mm. • a longitudinal ultrasound speed ranging between 1780 m/s and 2350 m/s, an acoustic impedance of between 1.7 MRayl and 2.1 MRayl, and an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.69 dB/mm and 3.0 dB/mm.
La figura 7 muestra la impedancia y el coeficiente de atenuación a 3 MHz de los materiales compuestos de poliuretano blando cargados con polvo de caucho micronizado frente a la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shtrikman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 7 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the soft polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
Los compuestos de poliuretano blando cargados con polvo de caucho micronizado que comprenden Soft polyurethane compounds loaded with micronized rubber powder comprising
• un poliuretano blando, • a soft polyurethane,
• el polvo de caucho micronizado en una fracción volumétrica comprendida entre el 1 % y el 35 %, en donde el polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de particula do entre 10 pm y 100, presentan las siguientes propiedades ultrasónicas: • the micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100, have the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1450 m/s y 1700 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1450 m/s and 1700 m/s,
• una impedancia acústica de entre 1 ,6 MRayl y 1 ,9 MRayl, y • an acoustic impedance of between 1.6 MRayl and 1.9 MRayl, and
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 1 ,34 dB/mm y 5 dB/mm. • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 1.34 dB/mm and 5 dB/mm.
La figura 8 muestra la impedancia y el coeficiente de atenuación a 3 MHz de los materiales compuestos de poliuretano de baja densidad cargados con polvo de caucho micronizado frente a la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin-Shtrikman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 8 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of low-density polyurethane composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
Los compuestos de poliuretano de baja densidad cargados con polvo de caucho micronizado que comprenden Low-density polyurethane compounds loaded with micronized rubber powder comprising
• un poliuretano de baja densidad, en donde su densidad oscila entre 800 kg/m3 y 1000 kg/m3, y • a low density polyurethane, where its density ranges between 800 kg/m 3 and 1000 kg/m 3 , and
• el polvo de caucho micronizado en una fracción volumétrica comprendida entre el 1 % y el 35 %, en donde el polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100, presentan las siguientes propiedades ultrasónicas: • una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1450 m/s y 1700 m/s,• the micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100, have the following ultrasonic properties: • a longitudinal ultrasound speed ranging between 1450 m/s and 1700 m/s,
• una impedancia acústica de entre 1 ,47 MRayl y 1 ,62 MRayl, y • an acoustic impedance of between 1.47 MRayl and 1.62 MRayl, and
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 1 ,34 dB/mm y 5,2 dB/mm. • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 1.34 dB/mm and 5.2 dB/mm.
La figura 9 muestra la impedancia y el coeficiente de atenuación a 3 MHz de los materiales compuestos de PVA cargados con polvo de caucho micronizado frente a la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado. Datos experimentales de puntos. Valores calculados en líneas continuas con límites superior e inferior de Hashin- Shtrikman y aproximación de potencial coherente (CPA). Figure 9 shows the impedance and attenuation coefficient at 3 MHz of the PVA composites loaded with micronized rubber powder versus the volume fraction of the micronized rubber powder. Experimental data points. Values calculated on solid lines with upper and lower limits of Hashin-Shtrikman and coherent potential approximation (CPA).
El material compuesto (véase la figura 9) que comprende The composite material (see Figure 9) comprising
• un gel de poli(alcohol vinílico) y • a poly(vinyl alcohol) gel and
• el polvo de caucho micronizado en una fracción volumétrica comprendida entre el 1 % y el 35 %, en donde el polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de particula do entre 10 pm y 100, presenta las siguientes propiedades ultrasónicas: • the micronized rubber powder in a volume fraction between 1% and 35%, where the micronized rubber powder has a particle size between 10 pm and 100, has the following ultrasonic properties:
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1400 m/s y 1550 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1400 m/s and 1550 m/s,
• una impedancia acústica de entre 1 ,54 MRayl y 1 ,72 MRayl, y • an acoustic impedance of between 1.54 MRayl and 1.72 MRayl, and
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,08 dB/mm y 5,2 dB/mm. • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.08 dB/mm and 5.2 dB/mm.
En la siguiente tabla 11 se resumen los compuestos que pueden replicar las propiedades ultrasónicas de los tejidos u órganos humanos. The following table 11 summarizes the compounds that can replicate the ultrasonic properties of human tissues or organs.
Tabla 11 . Compuestos que pueden replicar las propiedades ultrasónicas de los tejidos u órganos humanos.
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000031_0001
Table 11. Compounds that can replicate the ultrasonic properties of human tissues or organs.
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000031_0001
E: compuesto de matriz epoxi, LE: compuesto de matriz epoxi de baja densidad, SP: compuesto de matriz de poliuretano blando, LSP: compuesto de matriz de poliuretano blando de baja densidad, HSR: compuesto de matriz de caucho de silicona de alta densidad, PVA: compuesto de matriz de gel de poli (alcohol vindico). E: Epoxy matrix compound, LE: Low density epoxy matrix compound, SP: Soft polyurethane matrix compound, LSP: Low density soft polyurethane matrix compound, HSR: High density silicone rubber matrix compound , PVA: poly(vindic alcohol) gel matrix compound.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Uso de un material compuesto que comprende 1 . Use of a composite material comprising
• polvo de caucho micronizado, en donde dicho polvo de caucho micronizado tiene un tamaño de partícula de entre 10 pm y 100 pm, • micronized rubber powder, wherein said micronized rubber powder has a particle size of between 10 pm and 100 pm,
• una matriz poliméhca seleccionada a partir de una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de silicona, un gel de silicona o un gel de poli(alcohol vindico), en donde la fracción volumétrica del polvo de caucho micronizado oscila entre el 1 % y el 35 % en el material compuesto, como tejido u órgano humano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido. • a polymeric matrix selected from an epoxy resin, a polyurethane, a silicone rubber, a silicone gel or a polyvindic alcohol gel, where the volume fraction of the micronized rubber powder ranges between 1% and 35% in the composite material, such as artificial human tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic device.
2. Uso de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el polvo de caucho micronizado del material compuesto tiene 2. Use according to claim 1, wherein the micronized rubber powder of the composite material has
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1000 m/s y 1300 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1000 m/s and 1300 m/s,
• una impedancia que oscila entre 1 ,2 MRayl y 1 ,4 MRayl, • an impedance ranging between 1.2 MRayl and 1.4 MRayl,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre• an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz that oscillates between
2 dB/mm y 17 dB/mm, 2 dB/mm and 17 dB/mm,
• y una densidad que oscila entre 950 kg/m3 y 1259 kg/m3. • and a density that ranges between 950 kg/m 3 and 1259 kg/m 3 .
3. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el polvo de caucho micronizado se obtiene a partir de neumáticos usados reciclados. 3. Use according to any of claims 1 or 2, wherein the micronized rubber powder is obtained from recycled used tires.
4. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la matriz poliméhca es una resina epoxi que tiene 4. Use according to any of claims 1 to 3, wherein the polymeric matrix is an epoxy resin that has
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 2200 m/s y 2800 m/s• a longitudinal ultrasound speed ranging between 2200 m/s and 2800 m/s
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,5 dB/mm y 2,5 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.5 dB/mm and 2.5 dB/mm,
• una densidad de entre 1000 kg/m3 y 1300 kg/m3 y • a density of between 1000 kg/m 3 and 1300 kg/m 3 and
• una impedancia acústica de entre 2,5 MRayl y 3,75 MRayl. • an acoustic impedance of between 2.5 MRayl and 3.75 MRayl.
5. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la matriz poliméhca es un poliuretano con un módulo de Young superior a 100 MPa que tiene5. Use according to any of claims 1 to 3, wherein the polymeric matrix is a polyurethane with a Young's modulus greater than 100 MPa that has
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1600 m/s y 2500 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1600 m/s and 2500 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,5 dB/mm y 5 dB/mm, una densidad que oscila entre 970 kg/m3 y 1270 kg/m3 y una impedancia acústica de entre 1 ,5 MRayl y 2,75 MRayl. • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.5 dB/mm and 5 dB/mm, a density ranging between 970 kg/m 3 and 1270 kg/m 3 and an acoustic impedance between 1.5 MRayl and 2.75 MRayl.
6. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la matriz polimérica es un poliuretano con un módulo de Young inferior a 100 MPa que tiene6. Use according to any of claims 1 to 3, wherein the polymer matrix is a polyurethane with a Young's modulus of less than 100 MPa having
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1200 m/s y 2000 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1200 m/s and 2000 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,3 dB/mm y 5 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.3 dB/mm and 5 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 970 kg/m3 y 1270 kg/m3, y • a density ranging between 970 kg/m 3 and 1270 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 1 ,4 MRayl y 2 MRayl. • an acoustic impedance of between 1.4 MRayl and 2 MRayl.
7. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la matriz polimérica es un caucho de silicona o un gel de silicona que tiene 7. Use according to any of claims 1 to 3, wherein the polymer matrix is a silicone rubber or a silicone gel having
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 850 m/s y 1250 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 850 m/s and 1250 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,1 dB/mm y 0,7 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.1 dB/mm and 0.7 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 850 kg/m3 y 1050 kg/m3, y • a density ranging between 850 kg/m 3 and 1050 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 0,9 MRayl y 2,5 MRayl. • an acoustic impedance of between 0.9 MRayl and 2.5 MRayl.
8. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la matriz polimérica es un gel de poli (alcohol vindico) que tiene 8. Use according to any of claims 1 to 3, wherein the polymer matrix is a polyvindic alcohol gel having
• una velocidad de ultrasonido longitudinal que oscila entre 1425 m/s y 1725 m/s,• a longitudinal ultrasound speed ranging between 1425 m/s and 1725 m/s,
• un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 3 MHz que oscila entre 0,075 y 0,085 dB/mm, • an attenuation coefficient at a frequency of 3 MHz ranging between 0.075 and 0.085 dB/mm,
• una densidad que oscila entre 1000 y 1200 kg/m3, y • a density ranging between 1000 and 1200 kg/m 3 , and
• una impedancia acústica de entre 1 ,4 MRayl y 2,9 MRayl. • an acoustic impedance of between 1.4 MRayl and 2.9 MRayl.
9. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el material compuesto comprende además 9. Use according to any of claims 1 to 8, wherein the composite material further comprises
• al menos un polvo de polímero micronizado que tiene un tamaño de partícula inferior a 100 pm seleccionada de entre una resina epoxi, un poliuretano, un caucho de uretano, un caucho de silicona o un gel de poli(alcohol vinílico), en donde dicho polvo de polímero micronizado se encuentra en una fracción volumétrica de entre 0,1 % y 10 % en el material compuesto. • at least one micronized polymer powder having a particle size of less than 100 pm selected from an epoxy resin, a polyurethane, a urethane rubber, a silicone rubber or a polyvinyl alcohol gel, wherein said Micronized polymer powder is found in a volume fraction of between 0.1% and 10% in the composite material.
10. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el material compuesto comprende además polvo de alúmina, polvo de circonio, polvo de ceno o una combinación de los mismos, preferentemente con tamaños de 2 pm y 20 pm, en donde dicho polvo se encuentra en una fracción volumétrica de entre 0,1 % y 20 % en el material compuesto. 10. Use according to any of claims 1 to 9, wherein the composite material further comprises alumina powder, zirconium powder, ceno powder or a combination thereof, preferably with sizes of 2 pm and 20 pm, in where said powder is found in a volumetric fraction of between 0.1% and 20% in the composite material.
11 . Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el material compuesto comprende además una pluralidad de microesferas de vidrio huecas o una pluralidad de microesferas de polímero huecas, preferentemente de tamaños entre 10 pm y 100 pm, en donde dichas microesferas se encuentran en un porcentaje volumétrico de entre el 0,1 % y el 20 % en el material compuesto. eleven . Use according to any of claims 1 to 10, wherein the composite material further comprises a plurality of hollow glass microspheres or a plurality of hollow polymer microspheres, preferably of sizes between 10 pm and 100 pm, wherein said microspheres are They are found in a volumetric percentage of between 0.1% and 20% in the composite material.
PCT/ES2023/070433 2022-07-05 2023-07-05 Use of composite material as an artificial tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnosis apparatus WO2024008990A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP202230610 2022-07-05
ES202230610A ES2958163A1 (en) 2022-07-05 2022-07-05 Using composite material as an artificial tissue or organ to test the performance of an ultrasound diagnostic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024008990A1 true WO2024008990A1 (en) 2024-01-11

Family

ID=87551071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2023/070433 WO2024008990A1 (en) 2022-07-05 2023-07-05 Use of composite material as an artificial tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnosis apparatus

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2958163A1 (en)
WO (1) WO2024008990A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6181136B1 (en) * 1997-10-24 2001-01-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of manufacturing the human tissue phantoms for evaluation of electromagnetic wave environment
JP2003310610A (en) * 2002-02-20 2003-11-05 Kyoto Kagaku:Kk Ultrasonic phantom
JP2005118187A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Shoji Yoshimoto Bio-simulated phantom for ultrasonic medical use
WO2006086115A1 (en) 2005-02-10 2006-08-17 Wilkins Jason D Ultrasound training mannequin
CN104650320A (en) * 2015-03-20 2015-05-27 四川林大全科技有限公司 Method for manufacturing simulated human skin muscles based on radiation detection
WO2016181703A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 三洋化成工業株式会社 Polyurethane resin for water equivalent phantom material
CN109054397A (en) * 2018-07-31 2018-12-21 山东聚众数字医学科技开发有限公司 A kind of people doctor teaching mode production silicon rubber and preparation method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7943231B2 (en) * 2004-05-11 2011-05-17 Hitachi Medical Corporation Organism simulative phantom
JP7343109B2 (en) * 2019-03-29 2023-09-12 国立大学法人東北大学 Ultrasound-guided skin model for puncture technique training and method for adjusting needle tip visibility in echo images of the skin model for ultrasound-guided puncture technique training

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6181136B1 (en) * 1997-10-24 2001-01-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of manufacturing the human tissue phantoms for evaluation of electromagnetic wave environment
JP2003310610A (en) * 2002-02-20 2003-11-05 Kyoto Kagaku:Kk Ultrasonic phantom
JP2005118187A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Shoji Yoshimoto Bio-simulated phantom for ultrasonic medical use
WO2006086115A1 (en) 2005-02-10 2006-08-17 Wilkins Jason D Ultrasound training mannequin
CN104650320A (en) * 2015-03-20 2015-05-27 四川林大全科技有限公司 Method for manufacturing simulated human skin muscles based on radiation detection
WO2016181703A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 三洋化成工業株式会社 Polyurethane resin for water equivalent phantom material
CN109054397A (en) * 2018-07-31 2018-12-21 山东聚众数字医学科技开发有限公司 A kind of people doctor teaching mode production silicon rubber and preparation method thereof

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. CAFARELLIA. VERBENIA. POLIZIANIP. DARIOA. MENCIASSIL. RICOTTI: "Tuning acoustic and mechanical properties of materials for ultrasound phantoms and smart substrates for cell cultures", ACTA BIOMATER., vol. 49, 2017, pages 368 - 378, XP029885835, DOI: 10.1016/j.actbio.2016.11.049
L. C. CABRELLIP. I. B. G. B. PELISSARIA. M. DEANAA. A. O. CARNEIROT. Z. PAVAN: "Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging", PHYS. MED. BIOL., vol. 62, no. 2, 2017, pages 432 - 447, XP020312429, DOI: 10.1088/1361-6560/62/2/432
M. EARLEG. DE PORTUE. DEVOS: "Agar ultrasound phantoms for low-cost training without refrigeration", AFRICAN J. EMERG. MED., vol. 6, no. 1, 2016, pages 18 - 23, XP055391402, DOI: 10.1016/j.afjem.2015.09.003

Also Published As

Publication number Publication date
ES2958163A1 (en) 2024-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Menikou et al. Acoustic and thermal characterization of agar based phantoms used for evaluating focused ultrasound exposures
Culjat et al. A review of tissue substitutes for ultrasound imaging
Hodgskinson et al. The non-linear relationship between BUA and porosity in cancellous bone
Glozman et al. A method for characterization of tissue elastic properties combining ultrasonic computed tomography with elastography
US4406153A (en) Ultrasonic beam characterization device
Clarke et al. A phantom for quantitative ultrasound of trabecular bone
CN107446293B (en) A kind of ultrasound imitated NDVI and its preparation method and application
Kessler et al. Ultrasonic investigation of the conformal changes of bovine serum albumin in aqueous solution
Jayakumari et al. Viscoelastic and acoustic characterization of polyurethane‐based acoustic absorber panels for underwater applications
Aliabouzar et al. Acoustic and mechanical characterization of 3D-printed scaffolds for tissue engineering applications
Antoniou et al. Acoustical properties of 3D printed thermoplastics
CN110292398B (en) Ultrasonic phantom, inclusion phantom, layered phantom and preparation method thereof
Chatelin et al. Investigation of polyvinyl chloride plastisol tissue-mimicking phantoms for MR-and ultrasound-elastography
Sharma et al. Characterizing viscoelastic polyvinyl alcohol phantoms for ultrasound elastography
Engholm et al. Increasing the field-of-view of row–column-addressed ultrasound transducers: implementation of a diverging compound lens
Urban et al. Characterization of transverse isotropy in compressed tissue-mimicking phantoms
Whiting et al. A non-destructive method of evaluating the elastic properties of anterior restorative materials
Zhang Measuring acoustic attenuation of polymer materials using drop ball test
WO2024008990A1 (en) Use of composite material as an artificial tissue or organ for testing the performance of an ultrasound diagnosis apparatus
Hosokawa Development of a numerical cancellous bone model for finite-difference time-domain simulations of ultrasound propagation
Neumann et al. Coupled actuators with a mechanically synchronized phase during MR elastography: A phantom feasibility study
Cho et al. Effect of alumina composition and surface integrity in alumina/epoxy composites on the ultrasonic attenuation properties
CN116917010A (en) Method for testing accuracy and performance of an ultrasonic transducer
CN113563722B (en) Acoustic metamaterial and preparation method thereof
Audoin et al. Diverging polymer lens design and fabrication for row-column addressed transducers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23748825

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1