專利名稱：一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型的制作方法
技術領域：
本發明屬于醫療衛生領域，涉及超聲醫學中的超聲引導下介入治療領域，具體涉 及一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型。
背景技術：
消融治療是肝臟惡性腫瘤治療的三大主要手段之一，是將一針形器具插入腫瘤 內，通過針尖發出射頻或微波，產熱后破壞腫瘤組織以達到治療目的。對于直徑口 3cm的小 病灶，消融治療已取得和手術相同或近似的臨床療效。但也有研究發現局部消融治療有較 高的術后復發率，為減少術后復發，對腫瘤組織進行完全消融至關重要。對肝癌患者進行手 術時，為達到完整切除整個腫瘤組織的目的，往往需要同時切除腫瘤邊界外至少5mm厚的 正常組織，這也就是所謂的安全邊界。同樣，為達到完全滅活腫瘤組織的目的，消融時也要 達到安全邊界。目前臨床上主要通過增強影像學方法如增強CT/MR及超聲造影判斷有無消融完 全。消融術后，當原腫瘤的異常灌注區均消失，則提示消融完全，否則診斷為腫瘤殘留。手 術切除時通過檢查大體標本就可判定有無達到完全邊界，與此不同，消融治療后在評價安 全邊界時卻存在困難。因消融后原病灶被消融灶取代，操作者無法根據術前腫瘤的大小和 術后消融灶的范圍來評價是否達安全邊界。即使是直徑2cm的腫瘤消融后達到直徑3cm的 消融灶，也不能肯定消融灶在各個方向上均達到了腫瘤邊界外5mm，很可能在一個方向上有 8mm，而另一方向上只有2mm。目前國內外尚無研究報道能從三維方向上精確評價消融是否 達安全邊界的方法。虛擬導航技術能利用磁定位方法將不同種類或不同時間的圖像信息進行融合，如 將某患者的三維超聲容積圖像和CT/MR三維容積圖像進行融合或不同時間的三維超聲容 積圖像進行融合。融合后，兩種圖像顯示的三維數據能在空間上完全重合，可在同一畫面上 同時顯示重疊在一起的兩種圖像，通過對比這兩種圖像可以發現對臨床有用的信息。如果 將消融術前病灶的圖像與消融術后消融灶的圖像進行對位融合，就可判斷消融灶是否完全 覆蓋原腫瘤病灶及是否消融灶范圍在各個方向上均大于腫瘤邊界超過5mm。因為使用三維 容積圖像進行融合，虛擬導航能從三維空間角度完整評價消融是否達安全邊界，是一項具 備很高臨床應用價值的技術。臨床上，消融后不將消融灶切除，導航評價后缺少用于驗證評價結果的金標準。如 果使用體外模型，在導航評價后可直接切開模型，驗證評價結果，目前國內尚無虛擬導航評 價腫瘤消融安全邊界模型的相關報道。

發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安 全邊界的模型，用以準確而客觀地驗證虛擬導航評價結果。本發明的另一個目的在于提供該模型的制備方法。
本發明上述目的通過以下技術方案予以實現本發明提供了一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型，該模型由里到外 分別由腫瘤膠、安全邊界膠和實質膠組成；所述的實質膠由卡拉膠制成；腫瘤膠由卡拉膠 和胃窗超聲造影劑制成；安全邊界膠由卡拉膠_和牛奶制成。上述三種膠分別是由以下原料和方法制得實質膠是將卡拉膠干品與熱生理鹽水按照質量比1 45-55的比例混合獲得的卡 拉膠_生理鹽水溶液攪拌、冷卻后制成。腫瘤膠是由卡拉膠-生理鹽水溶液與胃窗超聲造影劑按照質量比10-20 1的比 例混合(成為卡拉膠_生理鹽水_胃窗超聲造影劑溶液)、冷卻制成。安全邊界膠是由卡拉膠-生理鹽水溶液與牛奶按照質量比10-20 1的比例混合 (成為卡拉膠_生理鹽水_牛奶溶液)、冷卻制成。在該模型中，腫瘤膠位于模型的中央，為直徑2cm的正球體；安全邊界膠為厚度 5mm的膠層，均勻包裹腫瘤膠，形成直徑3cm的正球體，并與腫瘤膠正球體同心；實質膠進一 步包裹安全邊界膠。實質膠上還附有標記材料，為竹制、木制或塑料制的類似牙簽形狀的物品，優選的 標記材料為牙簽。本發明同時提供給了該用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型的制備方法， 包括以下步驟(1)分別制備卡拉膠_生理鹽水溶液，卡拉膠_生理鹽水_胃窗超聲造影劑溶液， 卡拉膠_生理鹽水_牛奶溶液。(2)將卡拉膠-生理鹽水-胃窗超聲造影劑溶液倒入直徑2cm的正球體模具后，冷 卻后制成腫瘤膠球形膠塊；將腫瘤膠球形膠塊固定于直徑3cm的正球體模具中心，倒入卡 拉膠_生理鹽水_牛奶溶液后冷卻，制成外周均勻包裹半徑5mm安全邊界膠的球形膠塊；將 包裹有安全邊界膠的球形膠塊置于模具中，倒入卡拉膠-生理鹽水溶液后冷卻制成模型。 在卡拉膠_生理鹽水溶液冷卻成型后，再在其中插入標記物品，作為對位標記。本發明所采用的膠體，在虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的應用中具有以下的優 勢(1)本發明選用了卡拉膠作為模型的主要原料。卡拉膠是一種從海藻中提取的多 糖，其食品級別的干品膠體價格便宜，是食品和醫藥行業常用的一種材料。我國海南產的卡 拉膠屬于族，此族卡拉膠具有良好的熱可逆性，固態卡拉膠的熔點和液態卡拉膠的凝 固點在40-60°C之間，即簡單的加熱或冷卻就可對卡拉膠進行重新塑形。本發明首次將其作 為虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型，這種膠體具有易得、價廉、制作條件要求不高、 具有良好的透聲性、固體膠不易變形等優點。合適比例的卡拉膠-生理鹽水溶液變為固體 后具有合適的硬度、彈性和脆性，制成模型后不易變型，可制成實質膠。(2)卡拉膠_生理鹽水溶液加入胃窗超聲造影劑后制成腫瘤膠，此腫瘤膠的回聲 明顯高于實質膠。(3)卡拉膠_生理鹽水溶液加適量的牛奶后制成安全邊界膠，其回聲與實質膠相 同，但肉眼觀察為不透明乳白色，可用肉眼與實質膠區別。腫瘤膠塊內插入射頻針加熱后會變為液態，與其周邊受熱液化的安全邊界膠和實質膠混合，重新冷卻成固態后為消融灶，因其內含有胃窗超聲造影劑，與安全邊界膠和實質 膠能通過超聲和肉眼進行區別。由此，本發明的模型，可以在虛擬導航技術中準確地模擬腫瘤組織，有效而客觀的 驗證評價結果腫瘤膠，可以用超聲顯示，可模擬腫瘤病灶；通過在該模擬腫瘤病灶外周制 出一層代表安全邊界的膠，超聲無法區別此層膠與周圍正常的實質膠，可以有效地模擬普 通超聲無法顯示安全邊界，并且該安全邊界可用肉眼可以鑒別，用于虛擬導航評價安全邊 界效果的驗證；模型中的腫瘤膠(模擬腫瘤病灶)可以進行消融，消融后形成的消融灶也可 用超聲評價，并且此消融灶能使用肉眼觀察，與安全邊界膠和實質膠區別明顯，以驗證虛擬 導航評價安全邊界的效果。同時，發明進一步探索了放在實質膠塊模型內作為虛擬導般對 位標記的材料，為竹制、木制或塑料制的類似牙簽形狀的物品，發現其可超聲圖像上能清楚 顯示。本發明選擇使用普通牙簽。實質膠凝固成固體后，向固體膠內插入牙簽，此牙簽在超 聲圖像上能清楚顯示，可用于對位標記。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果(1)本發明所提供的模型，可以在虛擬導航技術中準確地模擬腫瘤組織，首次實現 了有效地驗證虛擬導航的評價結果。(2)通過本發明的模型所獲得的驗證結果準確而穩定。(3)本發明所提供的模型制作成本低廉，所用原料均為低成本原料，來源廣泛。(4)本發明模型的制備方法簡易，無需大型或先進設備，可實施性強。


圖1為本發明模型的腫瘤膠、安全邊界膠及實質膠的切面標本圖，其中央為直徑 2cm的正球體腫瘤膠塊(左向箭頭所示)；腫瘤膠塊外為厚徑5mm的安全邊界膠(右向箭頭 所示)；安全邊界膠外為實質膠。圖2為腫瘤膠的超聲圖，其中高回聲的2cm的正圓形腫瘤膠塊(箭頭所示)，腫瘤 膠塊外的安全邊界膠與實質膠回聲相同，超聲無法區別。圖3為在實質膠塊模型內插入牙簽作為虛擬導般對位標記的材料(箭頭所示)。圖4為腫瘤膠經消融后的消融灶的超聲圖(箭頭所示)，與周邊實質膠分界清，可 明確鑒別。圖5為腫瘤膠術前三維超聲圖與術后消融灶三維超聲圖融合后所得圖像。從左至 右3列圖像依次為冠狀切面圖、橫切面圖和矢狀切面圖；下方三幅圖為消融灶的超聲圖；上 方三幅圖為重疊后的圖像，其中2號圓圈區域代表腫瘤膠塊，其外3號圓圈代表安全邊界的 范圍，1號圓圈代表消融灶范圍，圖中1號圓圈范圍包繞整個2號圓圈，代表消融完全，但1 號圓圈范圍未包括所有3號圓圈區域，代表未達安全邊界。圖6為腫瘤膠經消融后的消融灶的標體切面觀，其中3號圓圈部分為消融灶(右 向箭頭所示)，與周邊實質膠和未消融到的安全邊界膠(左向箭頭所示)分界明顯。
具體實施例方式以下通過具體的實施例進一步說明本發明的技術方案。實施例
以1 50的比例將海南產卡拉膠干品溶于熱生理鹽水，成為卡拉膠-生理鹽水溶 液。將卡拉膠-生理鹽水溶液與胃窗超聲造影劑按10 1的比例混合，成為卡拉 膠_生理鹽水_胃窗超聲造影劑溶液。將卡拉膠_生理鹽水溶液與牛奶按照10 1的比例混合，成為卡拉膠_生理鹽 水-牛奶溶液。將卡拉膠-生理鹽水-胃窗超聲造影劑溶液倒入直徑2cm的正球體模具后制成腫 瘤膠球形膠塊。沿2cm直徑的球形腫瘤膠塊的直徑穿絲線，利用絲線使膠塊固定于直徑3cm 的正球體模具中心，倒入卡拉膠_生理鹽水_牛奶溶液后冷卻，制成外周均勻包裹厚度5mm 安全邊界膠的球形膠塊。同樣利用絲線使膠塊固定于實質膠模具內，倒入卡拉膠_生理鹽 水溶液后冷卻成型，再插入竹制牙簽，制成模型，如圖3所示。成型后的模型切面如圖1所
7J\ ο消融前先用超聲掃查腫瘤膠塊，并留取三維超聲容積數據。對腫瘤膠塊進行射頻 消融，邊消融邊觀察至腫瘤膠塊完全液化后停止消融，通過插入消融針的位置不同來控制 是否同時達到消融安全邊界膠。消融時腫瘤膠和安全邊界膠受熱液化并混合，形成與原腫 瘤膠、安全邊界膠及實質膠均不同的膠體，此膠體凝固后代表消融灶的范圍。掃查消融灶并 留取三維超聲容積數據，利用虛擬導航將原腫瘤膠塊的圖像與消融灶的圖像進行對比，評 價是否達安全邊界，如圖5所示。虛擬導航評價后切開標本，肉眼觀察消融效果，虛擬導航評價結果對比。如圖6所 示，如果消融達到安全邊界，消融時腫瘤膠和安全邊界膠均溶解后混合；如果未達到安全邊 界，則會有部分安全邊界膠殘存。
權利要求
一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型，其特征在于模型由里到外分別由腫瘤膠、安全邊界膠和實質膠組成；所述的實質膠由卡拉膠制成；腫瘤膠由卡拉膠和胃窗超聲造影劑制成；安全邊界膠由卡拉膠和牛奶制成。
2.如權利要求1所述的模型，其特征在于所述的實質膠是將卡拉膠干品與熱生理鹽水 按照質量比1 45-55的比例混合獲得的卡拉膠-生理鹽水溶液攪拌、冷卻后制成。
3.如權利要求2所述的模型，其特征在于所述的腫瘤膠是由卡拉膠-生理鹽水溶液與 胃窗超聲造影劑按照質量比10-20 1的比例混合、冷卻制成。
4.如權利要求2所述的模型，其特征在于所述的安全邊界膠是由卡拉膠_生理鹽水溶 液與牛奶按照質量比10-20 1的比例混合、冷卻制成。
5.如權利要求1所述的模型，其特征在于所述的腫瘤膠位于模型的中央，為直徑2cm的 正球體；安全邊界膠均勻包裹腫瘤膠，形成直徑3cm的正球體，并與腫瘤膠正球體同心；實 質膠進一步包裹安全邊界膠。
6.如權利要求1所述的模型，其特征在于所述的實質膠上還附有標記材料。
7.如權利要求6所述的模型，其特征在于所述的標記材料為竹制、木制或塑料制的類 似牙簽形狀的物品。
8.一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型的制備方法，其特征在于包括以下 步驟(1)分別制備卡拉膠_生理鹽水溶液，卡拉膠_生理鹽水_胃窗超聲造影劑溶液，卡拉 膠_生理鹽水_牛奶溶液；(2)將卡拉膠_生理鹽水_胃窗超聲造影劑溶液倒入直徑2cm的正球體模具后，冷卻 后制成腫瘤膠球形膠塊；將腫瘤膠球形膠塊固定于直徑3cm的正球體模具中心，倒入卡拉 膠_生理鹽水_牛奶溶液后冷卻，制成外周均勻包裹厚度5mm安全邊界膠的球形膠塊；將包 裹有安全邊界膠的球形膠塊置于模具中，倒入卡拉膠_生理鹽水溶液后冷卻制成模型。
9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于卡拉膠-生理鹽水溶液冷卻成型后，再在 實質膠中插入標記材料。
全文摘要
本發明屬于醫療衛生領域，涉及一種用于虛擬導航評價腫瘤消融安全邊界的模型，該模型由里到外分別由腫瘤膠、安全邊界膠和實質膠組成，實質膠由卡拉膠制成；腫瘤膠由卡拉膠和胃窗超聲造影劑制成；安全邊界膠由卡拉膠和牛奶制成。腫瘤膠位于模型的中央，為直徑2cm的正球體；安全邊界膠為厚度5mm的膠層，均勻包裹腫瘤膠塊，形成直徑3cm的正球體膠塊；實質膠進一步包裹安全邊界膠。該模型的各個膠層可以在虛擬導航技術中準確地模擬腫瘤組織及其周邊組織，首次實現了有效地驗證虛擬導航的評價結果，通過該模型所獲得的驗證結果準確而穩定。
文檔編號A61B18/00GK101940498SQ20101028148
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者張奧華, 李凱, 袁樹芳, 賀需旗, 鄭榮琴 申請人:中山大學