專利名稱：多模態(tài)仿生體模的制作方法
多模態(tài)仿生體摸
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設備領域，尤其涉及ー種多模態(tài)仿生體摸。背景技木由于超聲具有適應面廣、價格低廉、無輻射、快捷及無創(chuàng)等優(yōu)點，超聲診斷已經在國內外得到了廣泛的應用。超聲診斷是利用超聲波在人體組織界面發(fā)生反射和散射信號的強弱差異來傳遞生物內部信息，從而達到診斷的目的。隨著醫(yī)學超聲領域的不斷發(fā)展， 超聲診斷的影像技術也發(fā)生了深刻的變革，產生了大量的成像新技術彩色多普勒、介入超聲、三維超聲、寬頻帶超聲等，而且超聲不僅可以用于臨床的診斷，還可以廣泛應用于術中導航，輔助醫(yī)生安全順利的完成手木，如經皮腎穿微創(chuàng)碎石木等。此外，在生物醫(yī)學方面應用較多的還有MRI (Magnetic Resonance Imaging，原子核磁共振成像，簡稱核磁共振成像)。其原理是，將患者置于成像體內，通過向患者施加射頻信號，靶區(qū)域氫原子核受到射頻信號激勵，發(fā)出微弱的射頻信號，稱為核磁共振信號，再通過施加適當梯度磁場，可有選擇地獲得磁共振信號，通過對信息進行處理獲得各點的組織特性而對組織成像。磁共振圖像具有極高的組織分辨能力，能較容易地區(qū)分正常組織和腫瘤組織，確定腫瘤組織的邊界。另外，磁共振圖像得到的是一定體積內的立體數(shù)據，可以對人體某個部位以至全身成像，因此可以用于病變部位的準確定位。超聲診斷或MRI成像是現(xiàn)今醫(yī)學研究的重點，對種類繁多、功能復雜的超聲或MRI 成像的評價是其應用于臨床的必經階段，所以建立完善的體外評價體系尤為重要。體摸，即仿生物體組織器官模型的簡稱，包括仿組織器官的外形、顏色及生理特性，其主要用于臨床醫(yī)學試驗模擬，此外，還可以用于教學試驗。傳統(tǒng)的臨床醫(yī)用的體模種類繁多，如用于超聲診斷的體摸，用于MRI成像的體模等。但傳統(tǒng)的仿生體模多是單模態(tài)且針對人體不同組織器官的體模，并沒有一種能夠實現(xiàn)多模態(tài)且具有人體軀干部分符合人體解剖學的各個組織器官整體的仿生體摸，因此，無論是在教學試驗和科研上均造成不便。

發(fā)明內容基于此，有必要提供ー種使用方便的集合人體多個組織器官的多模態(tài)仿生體摸?！N應用于超聲波或核磁共振檢測的多模態(tài)仿生體摸，包括組織器官體模、固定底座及流體控制系統(tǒng)，所述組織器官體模包括多個仿人體組織器官的體模單元，所述多個體模單元按照人體解剖結構的組織器官位置固定在符合人體解剖結構的所述固定底座上， 所述組織器官體模及所述固定底座為非金屬材料，所述組織器官體模由超聲及核磁仿生材料構成，所述流體控制系統(tǒng)用于模擬控制人體的血液循環(huán)及呼吸運動。優(yōu)選的，所述多個體模單元包括由不同材料構成的肺部體模、心臟體模、肝臟體模、胃部體模、腎臟體模、膀胱體模、仿腸道、仿血管及位于所述仿血管內的仿血液液體，所述仿血管貫穿所述肺部體模、心臟體模、肝臟體模、胃部體模、腎臟體模及膀胱體摸。優(yōu)選的，所述肺部體模為采用硅膠仿生材料的滿足肺部解剖學結構的氣囊；所述心臟體模為硅膠仿生材料與硫化劑制成的符合心臟解剖學的腔體結構，包括左心房空腔、
右心房空腔、左心室空腔及右心室空腔。優(yōu)選的，構成所述肝臟體模、胃部體模、腎臟體模及膀胱體模的材料為80% 90%蒸餾水、3% 5%瓊脂糖、3% 5%甘油、2% 7%碳化硅金屬顆粒及3% 5%活性炭所組成的混合物，所述胃部體模、腎臟體模及膀胱體模中設有空腔。優(yōu)選的，所述仿血液液體為水、尼龍粉、右旋糖酐及表面活性劑的混合物；所述仿血管及所述仿腸道為具有不同內徑的仿生硅膠軟管，所述仿血管包括貫穿所述肺部體摸、 心臟體模、肝臟體摸、胃部體摸、腎臟體模及膀胱體模的仿主動脈和仿主靜脈。優(yōu)選的，所述流體控制系統(tǒng)包括液體控制系統(tǒng)和氣體控制系統(tǒng)，所述液體控制系統(tǒng)用于模擬控制血液循環(huán)，所述氣體控制系統(tǒng)用于模擬控制呼吸運動。優(yōu)選的，所述液體控制系統(tǒng)包括心臟跳動控制單元、蠕動泵及液體流量測量裝置， 所述心臟跳動控制単元、所述蠕動泵、所述仿血管及所述心臟體模構成閉環(huán)的血液循環(huán)系統(tǒng)，所述心臟跳動控制単元通過控制心臟體模的跳動控制血液的流動來模擬控制血液循環(huán)；所述液體流量測量裝置包括兩個分別用于檢測仿主動脈和仿主靜脈中血液流量信息的流量計。優(yōu)選的，所述氣體控制系統(tǒng)包括氣泵、電磁閥及頻率控制單元，所述氣泵、電磁閥及所述頻率控制單元與所述肺部體模相連用于模擬控制人體呼吸運動。優(yōu)選的，多個所述體模單元還包括骨骼體模及仿脂肪肌肉組織；所述骨骼體模為羥基磷灰石材質或羥基磷灰石膠原復合材質；所述仿脂肪肌肉組織為多元醇、聚異氰酸酯及有機溶膠脹性基質按摩爾比120 150 40 60 160 200的混合反應物。優(yōu)選的，所述組織器官體模上設有用于連接所述流體控制系統(tǒng)的接頭。優(yōu)選的，所述固定底座為可拆卸式結構。優(yōu)選的，所述固定底座內設有用于消聲的吸聲內村，所述的吸聲內襯為室溫硫化硅橡膠、固化劑、蛭石粉及石英砂的混合物。該多模態(tài)仿生體模集合了仿人體軀干部位多個主要組織器官的體模單元，結構簡単，各體模單元采用解剖學上的位置關系固定在固定底座上，以達到真實模擬效果。同吋， 仿生體模中設有流體控制系統(tǒng)，可以模擬人體血液循環(huán)或呼吸運動，還能靈活的通過流體控制系統(tǒng)向體模單元中注入液體，觀察體模單元的模擬生理反應，并結合相應的檢測成像設備進行掃描成像，目的性、對比性更強。該多模態(tài)仿生體模能夠同時進行超聲和MRI成像，真實模擬人體組織器官的成像特點，可以廣泛應用于教學、醫(yī)學實驗等領域，使用方便快捷。

圖1為ー較優(yōu)實施例的多模態(tài)仿生體模示意圖；圖2為圖1實施例的肝臟體模的超聲成像圖；圖3為圖1實施例的肝臟中仿血管的MRI成像圖；圖4為圖1中液體控制系統(tǒng)示意圖；圖5為圖1中氣體控制系統(tǒng)示意圖。具體實施方式
下面主要結合附圖及具體實施例對多模態(tài)仿生體模作進ー步詳細的說明。該仿生體模應用于超聲波或核磁共振檢測，用于模擬人體組織器官的聲學及磁場特性。如圖1所示，一實施例的多模態(tài)仿生體模100包括組織器官體模110、固定底座 120及流體控制系統(tǒng)130。其中，組織器官體模110包括多個仿人體組織器官的體模單元 (圖中只示出部分)。多個體模單元按照人體解剖結構固定在固定底座120的相應位置上。 組織器官體模110及固定底座120為非金屬材料制作，且組織器官體模110由符合人體超聲及核磁成像特性的超聲及核磁仿生材料構成。流體控制系統(tǒng)130用于模擬并控制人體的血液循環(huán)及呼吸運動。其中，超聲仿生材料要求聲速(1540士 15)m/sQ3 士 3)°C聲衰減(0.7 士 0. 05) dB/cm/MHz (23 士 3) °C ；仿生組織器官采用材料由聲衰減系數(shù)小，聲阻抗特性與人體組織對接近的材料構成，如聚乙烯、瓊脂糖、明膠等。為了模擬人體組織對超聲的散射，還可以加入碳化硅等材料。對于MRI仿生材料中不能含有磁性材料，如鐵等金屬材料，但是可以包含超順磁性材料或者磁性兼容材料，如碳化硅，超順磁性的三氧化鐵粒子，而且人體組織器官都含有水，且核磁成像信號來源于對氫原子的激發(fā)，因此仿生材料可以通過加入蒸餾水來模擬人體組織器官。本實施例的多個仿人體組織器官的體模單元具體包括肺部體模(圖未示)、心臟體模(圖未示)、肝臟體模(圖未示)、胃部體模(圖未示)、腎臟體模(圖未示)、膀胱體模 (圖未示)、仿血管112、仿腸道(圖未示)及仿血液液體(圖未示)。圖2和圖3所示為肝臟體模的超聲成像圖及肝臟體模中仿血管112的MRI成像圖，從圖中可以看出，該仿組織器官體?？梢赃_到真實模擬人體組織器官的效果。此外，針對具體的使用需求，還可以添加其它體模単元，例如，胰腺體模(圖未示)、生殖系統(tǒng)體模(圖未示)等。肺部體模主要用于模擬人體的呼吸運動。肺部體模可以采用硅膠仿生材料材料制成大致符合人體肺部解剖結構的氣囊形狀，能夠進行沖氣或放氣，進而模擬人體的呼吸系統(tǒng)。心臟體?？梢圆捎霉枘z仿生材料與硫化劑制作成模擬人體心臟的腔體結構，包括左心房空腔、右心房空腔、左心室空腔及右心室空腔四個腔體。四個腔體中注入有仿血液液體。仿血液液體為水、甘油、尼龍粉、右旋糖酐及表面活性劑的混合物。肝臟體模、胃部體模、腎臟體模及膀胱體模的外形大致符合人體解剖結構形貌，具體是按照人體生理參數(shù)配比的80% 90%蒸餾水、3% 5%瓊脂糖、3% 5%甘油、2% 7%碳化硅金屬顆粒及3% 5%活性炭的不同比例混合物，從而可以從外形及不同檢測設備的檢測成像圖上加以區(qū)分，模擬人體的超聲及磁場特性。胃部體模、腎臟體模及膀胱體模中設有空腔，便于向其中加入其他物體來模擬人體生理反應，如為模擬病變組織的特性，向胃部體模、腎臟體模及膀胱體模中加入硅膠物質等。仿血管及仿腸道可以選用不同內徑的醫(yī)用的仿生硅膠軟管制成。其中，仿血管包
6括貫穿肺部體模、心臟體模、肝臟體模、胃部體模、腎臟體模及膀胱體模的仿主動脈和仿主靜脈。仿血管與心臟體模配合仿血液液體構成多模態(tài)仿生體模100的血液循環(huán)系統(tǒng)，用于模擬人體的血液循環(huán)。多個所述體模單元還包括骨骼體模、仿脂肪肌肉組織114。仿脂肪肌肉組織114覆蓋在固定底座120表面。骨骼體?？梢赃x用市售的骨骼材料制成，如羥基磷灰石材質或羥基磷灰石膠原復合材質等。仿脂肪肌肉組織114為多元醇、聚異氰酸酯、有機溶膠脹性基質的混合反應物。本實施例的體模單元均采用非金屬材質制作，可以同時適用于超聲及MRI成像， 相比較傳統(tǒng)的仿人體體模只能適用于單一成像檢測系統(tǒng)，本實施例的多模態(tài)仿生體模100 使用更方便，可以用于模擬人體血流狀態(tài)、心臟跳動、肺部呼吸運動及組織器官的超聲特性和磁場特性，在不同模態(tài)下都能獲得清晰的圖片，給教學實驗和科研工作帶來很多的便利， 而且制作簡單，同時大大降低了成本。本實施例的流體控制系統(tǒng)130包括液體控制系統(tǒng)132和氣體控制系統(tǒng)134。液體控制系統(tǒng)132用于模擬控制血液循環(huán)。氣體控制系統(tǒng)134用于模擬控制呼吸運動。如圖4所示，液體控制系統(tǒng)132包括心臟跳動控制單元322、蠕動泵3M及液體流量測量裝置326。心臟跳動控制單元322、蠕動泵324、仿血管及心臟體模構成閉環(huán)的血液循環(huán)系統(tǒng)。心臟跳動控制單元322通過控制心臟體模的跳動來控制血液的流動從而模擬控制血液循環(huán)。液體流量測量裝置3 包括兩個分別用于檢測仿主動脈和仿主靜脈中血液流量信息的流量計。如圖5所示，氣體控制系統(tǒng)134包括氣泵342、電磁閥344及頻率控制単元346。氣泵342、電磁閥344及頻率控制単元346與肺部體模相連用于模擬控制呼吸運動。此外，為便于流體控制系統(tǒng)130的連接，相應的體模單元上設有長度約5cm的接頭部分。為便于體模單元的固定及拆卸，本實施例的固定底座120為仿人體解剖學形狀的可拆卸式結構，從而相應體模単元的擺放更直觀，拆卸更方便。為避免在設備成像過程中產生噪音影響成像結果，本實施例的固定底座120內進ー步設有用于消聲的吸聲內襯140。吸聲內襯140由室溫硫化硅橡膠、固化劑、蛭石粉及石英砂等混合而成。該多模態(tài)仿生體模100集合了仿人體軀干部位多個主要組織器官的體模單元，結構簡単，各體模單元采用解剖學上的位置關系固定在固定底座120上，便于觀察檢測。同吋，多模態(tài)仿生體模100中設有流體控制系統(tǒng)130，可以模擬控制多模態(tài)仿生體模100的血液循環(huán)或呼吸運動，還能靈活的通過流體控制系統(tǒng)130向體模單元中注入液體，觀察體模単元的模擬生理反應，并結合相應的檢測成像設備進行掃描成像，目的性、對比性更強。上述多模態(tài)仿生體模100的具體構建過程包括如下步驟步驟Sl 采用上述相應的材料制作不同的仿組織器官的體模單元及仿人體結構的固定底座120，其形狀符合人體解剖結構。其中，制作仿脂肪肌肉組織114，可以根據表1中相應的物質及份數(shù)，首先將作為有機溶膠脹性基質用的碳酸丙烯酯、催化劑用的月桂酸ニ丁基錫與多元醇混合，得到液體混合物；然后將液體混合物與聚異氰酸酯混合，并注入模具中，在45-60°C下反應6-12小時。
表 權利要求
1.一種應用于超聲波或核磁共振檢測的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，包括組織器官體模、固定底座及流體控制系統(tǒng)，所述組織器官體模包括多個仿人體組織器官的體模單元， 所述多個體模單元按照人體解剖結構的組織器官位置固定在符合人體解剖結構的所述固定底座上，所述組織器官體模及所述固定底座為非金屬材料制作，所述組織器官體模由超聲及核磁仿生材料構成，所述流體控制系統(tǒng)用于模擬控制人體的血液循環(huán)及呼吸運動。
2.如權利要求1所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述多個體模單元包括由不同材料構成的肺部體模、心臟體模、肝臟體模、胃部體模、腎臟體模、膀胱體模、仿腸道、仿血管及位于所述仿血管內的仿血液液體，所述仿血管貫穿所述肺部體模、心臟體模、肝臟體摸、 胃部體摸、腎臟體模及膀胱體摸。
3.如權利要求2所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述肺部體模為采用硅膠仿生材料的滿足肺部解剖學結構的氣囊；所述心臟體模為硅膠仿生材料與硫化劑制成的符合心臟解剖學的腔體結構，包括左心房空腔、右心房空腔、左心室空腔及右心室空腔。
4.如權利要求2所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，構成所述肝臟體摸、胃部體摸、 腎臟體模及膀胱體模的材料為80% 90%蒸餾水、3% 5%瓊脂糖、3% 5%甘油、2% 7%碳化硅金屬顆粒及3% 5%活性炭所組成的混合物，所述胃部體模、腎臟體模及膀胱體模中設有空腔。
5.如權利要求2所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述仿血液液體為水、尼龍粉、 右旋糖酐及表面活性劑的混合物；所述仿血管及所述仿腸道為具有不同內徑的仿生硅膠軟管，所述仿血管包括貫穿所述肺部體模、心臟體模、肝臟體模、胃部體模、腎臟體模及膀胱體模的仿主動脈和仿主靜脈。
6.如權利要求2所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述流體控制系統(tǒng)包括液體控制系統(tǒng)和氣體控制系統(tǒng)，所述液體控制系統(tǒng)用于模擬控制血液循環(huán)，所述氣體控制系統(tǒng)用于模擬控制呼吸運動。
7.如權利要求6所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述液體控制系統(tǒng)包括心臟跳動控制単元、蠕動泵及液體流量測量裝置，所述心臟跳動控制単元、所述蠕動泵、所述仿血管及所述心臟體模構成閉環(huán)的血液循環(huán)系統(tǒng)，所述心臟跳動控制単元通過控制心臟體模的跳動控制血液的流動來模擬控制血液循環(huán)；所述液體流量測量裝置包括兩個分別用于檢測仿主動脈和仿主靜脈中血液流量信息的流量計。
8.如權利要求6所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述氣體控制系統(tǒng)包括氣泵、電磁閥及頻率控制単元，所述氣泵、電磁閥及所述頻率控制單元與所述肺部體模相連用于模擬控制人體呼吸運動。
9.如權利要求2所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，多個所述體模單元還包括骨骼體模及仿脂肪肌肉組織；所述骨骼體模為羥基磷灰石材質或羥基磷灰石膠原復合材質；所述仿脂肪肌肉組織為多元醇、聚異氰酸酯及有機溶膠脹性基質按摩爾比120 150 40 60 160 200的混合反應物。
10.如權利要求1所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述組織器官體模上設有用于連接所述流體控制系統(tǒng)的接頭。
11.如權利要求1所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述固定底座為可拆卸式結構。
12.如權利要求1所述的多模態(tài)仿生體摸，其特征在干，所述固定底座內設有用于消聲的吸聲內村，所述的吸聲內襯為室溫硫化硅橡膠、固化劑、蛭石粉及石英砂的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用于超聲波或核磁共振檢測的多模態(tài)仿生體模，包括組織器官體模、固定底座及流體控制系統(tǒng)，組織器官體模包括多個仿人體組織器官的體模單元，多個體模單元按照人體解剖結構的組織器官位置固定在符合人體解剖結構的所述固定底座上，組織器官體模及所述固定底座為非金屬材料制作，組織器官體模由超聲及核磁仿生材料構成，流體控制系統(tǒng)用于模擬控制人體的血液循環(huán)及呼吸運動。該多模態(tài)仿生體模集合了仿人體軀干部位多個主要組織器官的體模單元，結構簡單，各體模單元采用解剖學上的位置關系固定在固定底座上，以達到真實模擬效果。
文檔編號G09B23/28GK102568287SQ201010605510
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者張東文, 溫鐵祥, 秦文健, 辜嘉 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院