一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，包括P(NIPA-CO-AA)凝膠體，以及位于P(NIPA-CO-AA)凝膠體內的里脊肉；且里脊肉表面包覆有蠟層。本實用新型的用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體中，P(NIPA-CO-AA)凝膠體的聲學特性應、熱學特性與人體軟組織的聲學特性相近，是能形成與人體有著高度相似的仿生體型，同時其水凝膠的密度與聲速都與人體有著極度的相似性；并結合與肌瘤組織有著十分接近聲學性能的里脊肉作為肌瘤模擬體，能有效觀察到肌瘤體的能量變化的同時能觀察到水凝膠的能量變化，從而實現仿生評估；而且凝膠體本身為透明，可以實時觀察到超聲聚焦焦點大小形態以及位置的載體，同時這種載體要求能多次、重復使用，可視化程度高。
【專利說明】一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生物仿生【技術領域】，具體涉及一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體。
【背景技術】
[0002]高強度超聲聚焦是一種無創性、適形的熱“切除”治療腫瘤的新技術，其機制主要是通過超聲波聚焦后產生高熱，對準患處靶區進行腫瘤細胞殺滅。但是這一高熱同時也伴隨著對正常組織的燙傷等安全風險，因此臨床應用進行治療時，為了保證治療的有效性和安全性，必須對HIFU (High Intensity Focused Ultrasound,高強度聚焦超聲)治療頭的聚焦性能進行評價。然而，由于治療中是作用于活體的組織，因此迄今為止很難用非標準化的生物組織對HIFU治療頭的聚焦性能進行評價，以及對不同治療頭的聚焦性能進行比較。
[0003]現有大多進行超聲聚焦治療的治療中聚焦焦斑的大小研究更多的是基于離體組織上進行，但是離體的組織畢竟失去了活體的溫敏、活性等條件，評估的結果上并不準確；而且在評估的過程中需要對超聲聚焦的焦點進行實時的監控與觀察，便于制定超聲聚焦治療的治療方案與計量，傳統意義上對由于離體組織不具備可視化以及不能多次重復利用的功能，因此在大量數據數據輸出的平臺上，不能高效進行數據統計與觀察。
實用新型內容
[0004]本實用新型實施例的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種各項熱學性、聲學性等生物性能能替代活體組織用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體。
[0005]為了實現上述實用新型目的，本實用新型實施例的技術方案如下:
[0006]一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，包括P(NIPA-CO-AA)凝膠體，以及位于所述P(NIPA-CO-AA)凝膠體內的里脊肉；所述里脊肉表面包覆有蠟層。
[0007]本實用新型的用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體中，P(NIPA-CO-AA)凝膠體的聲學特性應、熱學特性與人體軟組織的聲學特性相近，是能形成與人體有著高度相似的仿生體型，同時其水凝膠的密度與聲速都與人體有著極度的相似性；并結合與肌瘤組織有著十分接近聲學性能的里脊肉作為肌瘤模擬體，能有效觀察到肌瘤體的能量變化的同時能觀察到水凝膠的能量變化，從而實現仿生評估；而且凝膠體本身為透明，可以實時觀察到超聲聚焦焦點大小形態以及位置的載體，同時這種載體要求能多次、重復使用，可視化程度聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0009]圖1為本實用新型實施例用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0011]本實用新型實施例提供一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，參見圖1，包括一 P (NIPA-CO-AA)凝膠體10，以及設置于該P (NIPA-C0-AA)凝膠體10內的里脊肉20，該里脊肉20的外表面包覆有蠟層。
[0012]為了保證P (NIPA-CO-AA)凝膠體10的結構和形狀利于成型和穩定，P(NIPA-CO-AA)凝膠體10形狀優選為長方體、正方體等規則幾何形體，雖然也可以制成不規則的形狀，但是規則的幾何體更加利于加工和仿生評估中的可視性觀察，整體的聲學、熱學性能較不規則的形體要好。
[0013]在本實用新型中P (NIPA-CO-AA)凝膠體10其有利特點是模擬人體軟組織，其水凝膠組合體的綜合密度1.058g/cm3與人體肝臟組織的平均密度1.050g/cm3接近，在超聲聚焦中焦域中心溫度上升幅度可達(70°C ±5°C)，靶區中央最高溫度達130°C，而本實用新型中P(NIPA-CO-AA)凝膠體熔點達到150°C，滿足HIFU焦點處高熱的要求；因此整體性能穩定，而且其聲衰減系數在1.2MHz時為0.615dB/cm，較肝組織的衰減系數(0.75dB/cm, 1.2MHz)稍低，與腦組織的衰減系數(0.61dB/cm, 1.2MHz)非常接近；更重要的在于P (NIPA-CO-AA)凝膠體的聲學特性應、熱學特性與人體軟組織的聲學特性相近，是能形成與人體有著高度相似的仿生體型，同時其水凝膠的密度與聲速都與人體有著極度的相似性，其PNIPA水凝膠的較低臨界溶解溫度為50°C。用異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺單體制作的共聚水凝膠，比PNIPA水凝膠有更高的LCST (低臨界溶解溫度)，更接近于生物軟組織熱變性溫度。
[0014]因此，在上述凝膠體基礎上，可以實現對模擬組織的熱消融治療仿真，同時結合與肌瘤組織有著十分接近聲學性能的里脊肉作為肌瘤模擬體，以智能型仿生體模作為子宮體、牛晶狀體等組織，使得在劑量考量中能有效觀察到肌瘤體的能量變化的同時能觀察到水凝膠的能量變化，從而實現仿生評估；而且凝膠體本身為透明，可以實時觀察到超聲聚焦焦點大小形態以及位置的載體，同時這種載體要求能多次、重復使用，可視化程度高。
[0015]本實用新型進一步還提出一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體的制備方法，包括如下步驟:
[0016]獲取原料，包括:NIPA(N-異丙基丙烯酰胺)、Bis(甲叉雙丙烯酰胺)、AAm(丙烯酰胺)、APS (過硫酸銨)、TEMED (N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺)、偏重亞硫酸鈉、優質里脊肉、生理鹽水、蠟、以及脫氣去離子水定容400ml ；
[0017]S10，將NIPA單體溶于脫氣去離子水，攪拌均勻形成NIPA溶液；
[0018]S20，按照Bis: NIPA為1:10?20的比例向NIPA溶液加入Bis，以及按照AAm =NIPA為1:3?4的比例向NIPA溶液加入AAm，攪拌均勻溶解形成單體混合液；
[0019]S30，按照量比APS =NIPA為0.02?0.027:1取APS溶解成APS溶液，以及按偏重亞硫酸鈉:NIPA為0.015?0.02:1取偏重亞硫酸鈉用脫氣去離子水溶解成偏重亞硫酸鈉溶液；
[0020]S40,按照NIPA =TEMED為200?267g: Iml的比例取TEMED溶解于脫氣去離子水，形成TEMED溶液；
[0021]S50，將里脊肉作為嵌入體，根據所需肌瘤模擬體的尺寸和形狀進行切割處理；
[0022]S60，將生理鹽水與脫氣去離子水按照1:2的比例配制浸泡液，并低溫保存，保存溫度可以控制約10°c。
[0023]S70，將蠟熔融成蠟液后，將里脊肉置于蠟液中進行浸滯處理，處理時間約0.5s后，取出使里脊肉表面的蠟液凝固；再將封蠟的里脊肉置于浸泡液中浸泡。
[0024]S80，將TEMED溶液加入到單體混合液中，單向攪拌均勻；
[0025]S90,將APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液加入單體混合液中，攪拌均勻形成凝膠原液；
[0026]S100，將浸泡液后的里脊肉浸入凝膠原液中，并采用離體組織固定裝置進行位置固定，靜置30s以上使凝膠原液凝固，清洗封膜后即得到本實用新型的仿生水凝膠組合體。
[0027]在上述步驟S50中對所選的里脊肉進行切割中，形狀主要是根據肌瘤的形態結構來進行制定。在本實用新型中根據評估效果的精確度，里脊肉切削后的規格控制在Icm3?20cm3,首先可以保證組肌瘤模仿體與真實相仿，進一步的加工和處理更加方便；其次這一規格中整體上比較易于可視性觀察，治療頭的光斑聚焦后產生變化的靈敏性也比較優異。
[0028]在仿生凝膠組合體中，需要對凝膠的凝結速度和里脊肉活性進行控制，在本實用新型中用超速凝固的凝膠原液，其中TEMED和APS組合使用，促進凝膠單體超速凝結，提升其凝結時間至幾十秒；在固定里脊肉的位置后，緩慢凝結的凝膠類型由于在完全凝結的之前其分子結構具有很高的流動隨意性，在凝結中分子間力會導致固定的里脊肉發生位置偏移。并且在制備中采用單向攪拌，保證單體的規整銜接，避免出現雜亂的情形，導致其性質達不到預期。
[0029]并且在上述步驟S70中將里脊肉進行蠟封處理，蠟質封閉可以使里脊肉處于被密閉的狀態，從而利于保持其活性和各種生理性能，避免其發生變性等等；而且其還能有利于里脊肉在凝膠中的隔離，避免分子滲透使得整體仿生性能發生改變；同時還使得能夠隔絕里脊肉的血紅色素等等對凝膠的顏色產生污染，保證凝膠的純透明可視性，保證仿生評估中的可觀測性。其中蠟優選采用石蠟，其蠟質結構穩定。并且在蠟封后用生理鹽水稀釋的浸泡液浸泡處理，使蠟在凝固后的表面離子分布和滲透壓平衡，更加接近于活體組織的性能。并且，進一步在本實用新型中實施過程中根據仿生評估的效果，將蠟層的厚度優選控制在0.8mm?1.2mm，這樣保證效果最佳。因為當蠟層的厚度再加厚時，治療頭聚焦的光斑的部分的熱能將會被蠟吸收，相應地加大了評估結果的誤差。
[0030]在上述制備過程中，為了防止其水分的流失，在凝膠中還可以加入瓊脂，用于固水，在凝膠中瓊脂形成網狀交聯的固水結構，利于大量保持水分子，并且其本身對凝膠的性能不產生影響；一般的瓊脂糖凝膠中瓊脂會影響凝膠的凝結速度和謎底結構，而在本實用新型中本身凝結速度不由瓊脂控制，因此添加瓊脂后僅僅固水，而對凝結和整體結構性能影響非常小；因此在本實用新型中采用添加瓊脂，更加利于維持各性能的持久性。
[0031]采用本實用新型的上述制備方法中，制備獲得的仿生水凝膠組合體其聲學和熱學的生理參數上與活體相仿，并且在制備步驟中通過多種因素的控制，進一步保證其更加接近生理條件，綜合密度為1.058g/cm3與人體肝臟組織的平均密度1.050g/cm3接近，可以直接用作模擬人體軟組織，從而實現可視化的熱消融療效評估。
[0032]為了使本實用新型的上述制備方法更加清楚以及易于理解，以下通過多個實施例對上述方式進行舉例說明:
[0033]實施例1
[0034]S10，取NIPA單體30g溶于350ml脫氣去離子水，在磁力攪拌器上攪拌約1min ;待NIPA單體溶解后,加入質量2g的Bis、10g Aam ;攪拌約3min待其溶解形成單體混合液:
[0035]S20，分別將0.8gAPS和0.6g偏重亞硫酸鈉各溶于5ml脫氣去離子水中得到APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液，靜置；
[0036]S30，取1.5mlTEMED溶解于5ml的去氣水中，充分攪拌均勻后，靜置；
[0037]S40，將新鮮質地均勻的里脊肉按照子宮體模的形狀進行切削處理，再用尼龍細線作為固定細繩捆綁將里脊肉垂掉起來；
[0038]S50，用醫用生理鹽水與脫氣去離子水按照1:2的比例配制浸泡液，然后把制備好的浸泡液放置冰箱，把溶液溫度降低到約10°c ；
[0039]S60，使用恒溫鍋溶解石蠟，后迅速將里脊肉置于蠟液體中約0.5s后提起，自然晾干凝固約1s后，放到上述制備的浸泡液中浸泡30s ；
[0040]S70，將TEMED溶液加入到單體混合液中，單向、低速充分攪拌；再將APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液加入單體混合液中，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應原液，注入400ml透明塑料杯中；
[0041]S80，通過尼龍繩把里脊肉浸入凝膠聚合反應原液中，通過離體組織固定裝置在需要的位置上位置上固定，靜置在反應原液中，約30s后自然凝固，得到仿生水凝膠組合體；
[0042]S90，凝固后1Min后，將仿生水凝膠組合體表面在室溫下經5次水洗(每次用去離子水浸泡表面6小時，然后倒掉水晾干12小時)，以去除表面殘留單體；最后凝膠表面覆蓋保鮮膜，保存。
[0043]實施例2
[0044]S10，取NIPA單體40g溶于350ml脫氣去離子水，在磁力攪拌器上攪拌約1min ;待NIPA單體溶解后,加入質量3g的Bis、10g Aam ;攪拌約3min待其溶解形成單體混合液:
[0045]S20,分別將0.8gAPS和0.6g偏重亞硫酸鈉各溶于5ml脫氣去離子水中得到APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液，靜置；
[0046]S30，取1.5mlTEMED溶解于5ml的去氣水中，充分攪拌均勻后，靜置；
[0047]S40，將新鮮質地均勻的里脊肉按照子宮體模的形狀進行切削處理，再用尼龍細線作為固定細繩捆綁將里脊肉垂掉起來；
[0048]S50，用醫用生理鹽水與脫氣去離子水按照1:2的比例配制浸泡液，然后把制備好的浸泡液放置冰箱，把溶液溫度降低到約10°c ；
[0049]S60，使用恒溫鍋溶解石蠟，后迅速將里脊肉置于蠟液體中約0.5s后提起，自然晾干凝固約1s后，放到上述制備的浸泡液中浸泡30s ；
[0050]S70，將TEMED溶液加入到單體混合液中，單向、低速充分攪拌；再將APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液加入單體混合液中，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應原液，注入400ml透明塑料杯中；
[0051]S80，通過尼龍繩把里脊肉浸入凝膠聚合反應原液中，通過離體組織固定裝置在需要的位置上位置上固定，靜置在反應原液中，約30s后自然凝固，得到仿生水凝膠組合體；
[0052]S90，凝固后1Min后，將仿生水凝膠組合體表面在室溫下經5次水洗(每次用離子水浸泡表面6小時，然后倒掉水晾干12小時)，以去除表面殘留單體；最后凝膠表面覆蓋保鮮膜，保存。
[0053]實施例3
[0054]S10，取NIPA單體35g溶于350ml脫氣去離子水，在磁力攪拌器上攪拌約1min ;待NIPA單體溶解后,加入質量2.6g的Bis、9g Aam ;攪拌約3min待其溶解形成單體混合液:
[0055]S20，分別將0.8gAPS和0.6g偏重亞硫酸鈉各溶于5ml脫氣去離子水中得到APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液，靜置；
[0056]S30，取1.5mlTEMED溶解于5ml的去氣水中，充分攪拌均勻后，靜置；
[0057]S40，將新鮮質地均勻的里脊肉按照子宮體模的形狀進行切削處理，再用尼龍細線作為固定細繩捆綁將里脊肉垂掉起來；
[0058]S50，用醫用生理鹽水與脫氣去離子水按照1:2的比例配制浸泡液，然后把制備好的浸泡液放置冰箱，把溶液溫度降低到約10°c ；
[0059]S60，使用恒溫鍋溶解石蠟，后迅速將里脊肉置于蠟液體中約0.5s后提起，自然晾干凝固約1s后，放到上述制備的浸泡液中浸泡30s ；
[0060]S70，將TEMED溶液加入到單體混合液中，單向、低速充分攪拌；再將APS溶液和偏重亞硫酸鈉溶液加入單體混合液中，同時加入2.5g的瓊脂粉，迅速攪拌均勻作為凝膠聚合反應原液，注入400ml透明塑料杯中；
[0061]S80，通過尼龍繩把里脊肉浸入凝膠聚合反應原液中，通過離體組織固定裝置在需要的位置上位置上固定，靜置在反應原液中，約30s后自然凝固，得到仿生水凝膠組合體；
[0062]S90，凝固后1Min后，將仿生水凝膠組合體表面在室溫下經5次水洗(每次用離子水浸泡表面6小時，然后倒掉水晾干12小時)，以去除表面殘留單體；最后凝膠表面覆蓋保鮮膜，保存。
[0063]采用本實用新型的上述仿生水凝膠組合體進行仿生評估時，將超聲聚焦治療頭按照在活體治療過程中進行同樣的步驟，在治療過程中，治療頭置入仿生水凝膠組合體中在里脊肉上進行類似治療或者切除操作。由于超聲聚焦能在焦點區域瞬間產生高溫使得離體組織仿生凝固性壞死，由于離體組織在常溫下是紅色，凝固性壞死后變成白色，結合水凝膠體的高度透明，可以很快觀察到焦點位置的離體組織變壞的過程，由紅色瞬間變成白色。同時再根據仿生水凝膠組合體的最終的的變化過程和結果，便可以對治療頭的性能進行評估。從而彌補了現有單純對治療頭的聚焦強度評估而在活體治療中偏差較大的缺點。
[0064]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包括在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，其特征在于，包括P(NIPA-CO-AA)凝膠體，以及位于所述P (NIPA-CO-AA)凝膠體內的里脊肉； 所述里脊肉表面包覆有蠟層。
2.如權利要求1所述的用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，其特征在于，所述P(NIPA-CO-AA)凝膠體為長方體或正方體。
3.如權利要求1或2所述的用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，其特征在于，所述臘層的厚度為0.8mm?1.2mm。
4.如權利要求1或2所述的用于熱消融療效評估的仿生水凝膠組合體，其特征在于，所述里脊肉體積為Icm3?20cm3。
【文檔編號】A61N7/00GK204147442SQ201420434579
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】黃漢年, 江劍暉 申請人:深圳市普羅惠仁醫學科技有限公司