Фантом для ультразвуковых исследований

Полезная модель относится к области биомедицинского моделирования, в частности - к фантомам для исследований сосудов, и может использоваться в лабораториях ультразвуковой визуализации для обучения специалистов проведению ультразвуковой диагностики сосудов, эхоконтрастирования, проверки оборудования и создания новых диагностических методик и приборов.
Из уровня техники известен фантом [1], содержащий модель периферийной ткани, изготовленной из ПВА, модель сосудистой сети, сформированной в модели периферийной ткани. ПВА, выбранный для моделирования периферийной ткани, близок по некоторым параметрам к тканям человека, так, например, скорость звука в ПВА близка к скорости звука в мягких тканях человека, обычно принимаемой равной 1540 метрам в секунду. Недостатком данного технического решения является то, что выбранный материал для имитации мягких тканей недолговечен, подвержен высыханию и появлению бактерий, делающих его непригодным для долговременного применения.
Также из уровня техники известен фантом для исследования сосудов [2], содержащий заполненный звукопроводящим веществом резервуар с прозрачной эластичной крышкой, в котором размещена система, образованная бифуркациями и соустьями трубок, имитирующая нормальные сосуды и сосуды с патологиями. Недостатком данного технического решения является то, что в нем используются лишь идеализированные модели сосудов, стенки сосудов моделируются плохо пропускающим звук материалом.
Фантом [2] взят в качестве наиболее близкого аналога заявленного устройства. В отличие от прототипа предлагаемая полезная модель содержит более реалистичные имитации сосудов, стенки сосудов, которые моделируются хорошо пропускающим ультразвук материалом, модель микрокальцинированной ткани и модель кисты. За счет этого достигается большая реалистичность и расширяется область применения.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание фантома для ультразвуковых исследований, характеризующегося реалистичностью используемых моделей сосудов и условий наблюдения при помощи средств ультразвуковой диагностики.
Решение данной задачи достигается тем, что предлагаемое устройство, в отличие от технического решения [2], содержит реалистичную модель сосудов, модель микрокальцинированной ткани и модель кисты, причем модель микрокальцинированной ткани, модель кисты и реалистичная модель сосудов располагаются внутри имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала, реалистичная модель сосудов соединяется со шлангами.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение реалистичности фантома и сокращение времени, затрачиваемом специалистом на освоение методик ультразвуковой диагностики.
На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого технического решения. Устройство состоит из имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала 1, реалистичной модели сосудов 2, модели кисты 3, модели микрокальцинированной ткани 4, шлангов 5.
Все элементы связаны между собой следующим образом. Реалистичная модель сосудов 2, модель кисты 3, модель микрокальцинированной ткани 4 находятся в имитирующем мягкие ткани звукопроводящем материале 1, шланги 5 подключаются к выводам реалистичной модели сосудов 2.
Работает устройство следующим образом. По предварительно подключенным к выводам реалистичной модели сосудов 2 шлангам 5 подается имитирующая кровь жидкость. В качестве системы управления потоком имитирующей кровь жидкости может выступать, например, насос фирмы CIRS [3]. Он позволяет осуществлять циркуляцию имитирующей кровь жидкости в диапазоне скоростей от 0.04 мл/мин до 750 мл/мин, необходимое значение скорости устанавливается в зависимости от цели исследования. Сверху к имитирующему мягкие ткани звукопроводящему материалу прикладывается ультразвуковой датчик, подключенный к ультразвуковому медицинскому диагностическому устройству. Для осуществления контакта между ультразвуковым датчиком и поверхностью фантома используют специальный звукопроводящий гель. В качестве имитирующего мягкие ткани звукопроводящего материала может использоваться пластизоль, он дольше сохраняет свои свойства, чем желе на основе агар-агара и желатина.
Реалистичную модель сосудов 7 может иметь как один так и несколько входов и выходов, к ней может подключаться необходимое количество шлангов для подачи и отвода имитирующей кровь жидкости. Ультразвуковой датчик устанавливается в контакте со звукопроводящим веществом в необходимом для исследования положении, положение датчика выбирается исследователем. При этом на экране ультразвукового медицинского диагностического устройства видны интересующие исследователя части фантома в серошкальном режиме или параметры потока имитирующей кровь жидкости в доплеровских режимах.
При изготовлении образца мы предварительно напечатали на 3D-принтере Picasso X Pro из пластика PLA форму для заливки размером 90×60×60 мм. В ней разместили предварительно напечатанную на 3D-принтере Picasso X Pro из пластика PVA реалистичную модель сосудов, модель кисты и модель микрокальцинированной ткани, залили жидким пластизолем и дождались его застывания. Растворили пластик PVA в воде, остались просветы сосудов, к которым мы подключили шланги и подали имитирующую кровь жидкость при помощи насоса. Поскольку для изготовления заливочной формы можно использовать 3D-печать, то форма фантома может быть близка к анатомической форме какого-либо органа, например, почки.
Фантом может использоваться для тренировки у врачей ультразвуковой диагностики навыков выявления характерных анатомических характеристик и патологий, в особенности, патологий развития сосудов.
Работа с фантомом обеспечит получение навыков: быстрого подбора режима ультразвукового сканирования для наилучшей визуализации различных областей и патологий; распознания проявления артефактов визуализации и их отличия от изображения кровотока; правильной постановки и координации руки с датчиком по ориентирам на экране ультразвукового прибора.
Источники информации
1. CN109859595A. Vascular network ultrasonic phantom and making method thereof.
2. Устройство для обучения диагностике патологий внутренних органов методом эхоконтрастирования. Изобретение RU 2611905 опубликовано 1.3.2017 Бюл. №7.
3. Насос для создания потока фирмы CIRS, США. [Электронный ресурс] URL:https://www.cirsinc.com/products/ultrasound/zerdine-hydrogel/doppler-flow-pump/ (дата обращения 02.02.2021).