模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法技术

一种模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法，其中模具结构包括仿形模具组和壳体，仿形模具组包括第一病灶仿形模具、第二病灶仿形模具和正常组织分界面仿形盖，第一病灶仿形模具、由第二病灶仿形模具形成的病灶固‑液可逆块能被定位在壳体内，其中：正常组织光学仿体在第一病灶仿形模具外部成型后，将第一病灶仿形模具直接取出形成非封闭式病灶空腔，通过灌注形成的病灶组织光学仿体自正常组织光学仿体内部直达表面；正常组织光学仿体在病灶固‑液可逆块外部成型后，将病灶固‑液可逆块抽出形成封闭式病灶空腔，通过灌注形成的病灶组织光学仿体深入正常组织光学仿体内部。本发明专利技术能在低温或常温下制备光学仿体，并精确控制光学仿体位置。

【技术实现步骤摘要】
模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法
本专利技术涉及仿体模型
，尤其涉及一种模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法。
技术介绍
近年来，基于光热效应的激光手术已经被广泛的应用于眼科、皮肤科和口腔科的治疗中。由于激光具有可精准治疗病灶、疼痛较低、出血较少的特点，从而备受临床医生青睐，在临床中获得了长足的发展和广泛的应用。然而，由于实际激光手术存在激光波长、工作模式、脉冲能量/输出功率、脉冲宽度、光斑大小等参数难于抉择的实际问题，同时临床病灶的实际情况复杂多变，因此临床医生难以找到最佳的激光治疗参数和治疗手法，存在疗效不佳和产生副作用的风险。光热作用是激光外科手术中最为重要的生物学效应。掌握激光照射生物组织光热传输和光热损伤规律，可以对激光手术的疗效和副作用做出更为有效的评估和预测，从而更好地把握和控制手术过程，实现激光的临床规范化精准治疗。然而，目前绝大多数生物组织光热传输和光热损伤研究仍集中于有限元建模分析等理论研究阶段，并不适合医生在实际激光手术中的应用，难以满足临床实际对最佳治疗参数选择和治疗手法提升的迫切需求。生物组织光学仿体技术有望解决临床实际对不同激光参数和治疗手法所产生的光热作用的差异缺乏有效量化评估方法的问题。该技术通过模仿生物组织的光学特征(吸收特性、散射特性和反射特性等)建立仿生模型，通常由基体材料、吸收材料和散射材料按照光学特性以一定比例配置而成。然而，由于目前生物组织光学仿体的主要应用领域是生物光学成像仪器的标定校准以及代替生物体进行模拟实验，故现有仿体技术均难以满足激光手术临床实际需求。如专利KR20080012444A和专利US6224969B1只是通过改变基体材料、吸收剂、散射剂配比来实现均质光学仿体，并不能制备形态结构接近实际临床病灶的仿体；专利KR20130136419A和KR20170027232A采用旋涂法制备表皮层，并通过插入血管复制管的方法实现非均质复杂结构的光学仿体，然而该方法制备装置复杂，制备时间长，且旋涂法制备层厚度无法精确控制，难以根据临床实际进行改变；美国北达科他大学的研究人员曾利用复合模具法来制作生物组织光学仿体，采用不同形状的模具浇注不同光学特性的均质仿体模型，然后将这些仿体模型拼合在一起以制备具有一定形貌特征的非均质生物组织光学仿体。该技术的优点是制备装置结构简单；但其缺点是需要制作模具，过程复杂耗时，且制备过程人为因素影响较大。目前，最有希望实现根据临床实际病灶尺寸结构快速制备准确可靠光学仿体的技术是3D打印技术。中国专利CN201520398648.9提出了一种利用3D打印原理，基于多通道熔融沉积喷头，快速制备能够准确模拟生物组织光学特性的非均质光学仿体的技术。该技术的主要特点是，设计了多通道供料装置，可根据组织光学特性实时调整供料配比，供料熔融后(熔融温度上限为300℃)，通过3D打印直接制备所需光学仿体。在实现本专利技术的过程中，申请人发现上述现有技术在应用于模拟基于光热效应的激光手术时存在如下技术缺陷：(1)3D打印的熔融步骤限制了所用原料的类型。由于仿体所用原料需经过熔融步骤，故不能采用易在高温下发生变性的材料，如全血、血红蛋白等生物材料。这样就无法模拟激光手术的过程中组织光学和热物性的变化和蛋白质变性等过程；(2)难以模拟组织的液体环境。由于3D打印材料的限制，打印喷头挤出物质将在常温下冷却为固体。然而由于人体组织体液(如血液等)的存在，此种3D打印光学仿体的全固体结构将难以模拟人体组织受激光照射产生光热效应后的水分蒸发等情况；(3)效率较低，无法满足实际临床需求。3D打印技术的精度较高，但速度较慢。如果打印较大病灶，如体积较大的静脉畸形等，其打印时间特别漫长，难以批量制备光学仿体，无法满足临床医生进行术前训练和治疗方案优化的实际需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：作为本专利技术的一个方面，提供一种用于制备模拟激光手术用光学仿体的模具结构，包括仿形模具组和壳体，其中：所述仿形模具组包括至少一病灶仿形模具和至少一正常组织分界面仿形盖，所述病灶仿形模具包括第一病灶仿形模具和第二病灶仿形模具，其中：所述第一病灶仿形模具的外部轮廓与实际病灶组织形态相匹配，所述第一病灶仿形模具的外部形成一正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述第一病灶仿形模具能够直接取出，形成非封闭式病灶空腔来进行病灶组织光学仿体灌注；所述第二病灶仿形模具的内部轮廓与实际病灶组织形态相匹配，在所述第二病灶仿形模具内部凝固形成病灶固-液可逆块，所述病灶固-液可逆块的外部形成所述正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述病灶固-液可逆块能够变为液体被抽出，形成封闭式病灶空腔来进行病灶组织光学仿体灌注；所述正常组织分界面仿形盖的一底面轮廓与实际组织层界面形态相匹配，用于使所述正常组织光学仿体沿所述底面轮廓凝固成型；所述壳体形成一具有上开口的容置腔，所述容置腔用于灌注入所述正常组织光学仿体和病灶组织光学仿体，以及放置所述正常组织分界面仿形盖，所述壳体上设置有至少一病灶固定架，所述病灶固定架用于将所述第一病灶仿形模具或病灶固-液可逆块定位于容置腔内，其中：用于定位所述病灶固-液可逆块的病灶固定架被设置为能够从容置腔内撤除，以在所述正常组织光学仿体内形成进针通道，或者被设置为具有中空管道来形成进针通道，通过所述进针通道能够将所述病灶固-液可逆块抽出以及将病灶组织光学仿体灌入所述封闭式病灶空腔。其中，所述壳体上还设置有位于所述容置腔底部的水浴室支撑结构，并且在水浴室支撑结构处设置有控温装置；所述仿形模具组还包括水浴室仿形模具，用于凝固形成所述水浴室固-液可逆块，并且所述水浴室固-液可逆块与水浴室支撑结构的内部形态相匹配，所述水浴室固-液可逆块的外部形成所述正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述水浴室固-液可逆块能够变为液体被抽出以形成水浴室空腔；所述壳体上位于所述水浴室支撑结构处设置有进针孔，通过所述进针孔能够将所述水浴室固-液可逆块抽出以及将生理盐水灌注入所述水浴室空腔，通过所述控温装置对生理盐水进行持续控温，进而对所述模拟激光手术用光学仿体传热来模拟人体温度。其中，所述控温装置为设置于所述水浴室支撑结构内的控温器，通过所述控制器对生理盐水进行持续控温；或者所述控温装置为设置于所述水浴室支撑结构外的具有控温功能的水循环机，在所述水浴室支撑结构处开设循环接口，通过所述循环接口连接至所述水循环机，对生理盐水进行循环控温。其中，所述容置腔内还设置有第一走线通道，连接至所述水浴室支撑结构，作为所述控温器与外部电源的连接通道。其中，所述壳体上还设置有位于所述容置腔内的传感器通道，所述传感器通道包括传感器固定架和第二走线通道，所述传感器固定架用于使传感器定位于容置腔内，以对所述模拟激光手术用光学仿体的物理参数变化进行测量，所述第二走线通道作为所述传感器与外部设备的连接通道。其中，所述壳体向上弯折延伸有一支架，在所述支架上安装有激光导光头夹具，所述激光导光头夹具位于所述上开口上方，用于夹持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备模拟激光手术用光学仿体的模具结构，所述模具结构包括仿形模具组和壳体，其中：所述仿形模具组包括至少一病灶仿形模具和至少一正常组织分界面仿形盖，所述病灶仿形模具包括第一病灶仿形模具和第二病灶仿形模具，其中：所述第一病灶仿形模具的外部轮廓与实际病灶组织形态相匹配，所述第一病灶仿形模具的外部形成一正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述第一病灶仿形模具能够直接取出，形成非封闭式病灶空腔来进行病灶组织光学仿体灌注；所述第二病灶仿形模具的内部轮廓与实际病灶组织形态相匹配，在所述第二病灶仿形模具内部凝固形成病灶固‑液可逆块，所述病灶固‑液可逆块的外部形成所述正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述病灶固‑液可逆块能够变为液体被抽出，形成封闭式病灶空腔来进行病灶组织光学仿体灌注；所述正常组织分界面仿形盖的一底面轮廓与实际组织层界面形态相匹配，用于使所述正常组织光学仿体沿所述底面轮廓凝固成型；所述壳体形成一具有上开口的容置腔，所述容置腔用于灌注入所述正常组织光学仿体和病灶组织光学仿体，以及放置所述正常组织分界面仿形盖，所述壳体上设置有至少一病灶固定架，所述病灶固定架用于将所述第一病灶仿形模具或病灶固‑液可逆块定位于容置腔内，其中：用于定位所述病灶固‑液可逆块的病灶固定架被设置为能够从容置腔内撤除，以在所述正常组织光学仿体内形成进针通道，或者被设置为具有中空管道来形成进针通道，通过所述进针通道能够将所述病灶固‑液可逆块抽出以及将病灶组织光学仿体灌入所述封闭式病灶空腔。...

【技术特征摘要】
1.一种用于制备模拟激光手术用光学仿体的模具结构，所述模具结构包括仿形模具组和壳体，其中：所述仿形模具组包括至少一病灶仿形模具和至少一正常组织分界面仿形盖，所述病灶仿形模具包括第一病灶仿形模具和第二病灶仿形模具，其中：所述第一病灶仿形模具的外部轮廓与实际病灶组织形态相匹配，所述第一病灶仿形模具的外部形成一正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述第一病灶仿形模具能够直接取出，形成非封闭式病灶空腔来进行病灶组织光学仿体灌注；所述第二病灶仿形模具的内部轮廓与实际病灶组织形态相匹配，在所述第二病灶仿形模具内部凝固形成病灶固-液可逆块，所述病灶固-液可逆块的外部形成所述正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述病灶固-液可逆块能够变为液体被抽出，形成封闭式病灶空腔来进行病灶组织光学仿体灌注；所述正常组织分界面仿形盖的一底面轮廓与实际组织层界面形态相匹配，用于使所述正常组织光学仿体沿所述底面轮廓凝固成型；所述壳体形成一具有上开口的容置腔，所述容置腔用于灌注入所述正常组织光学仿体和病灶组织光学仿体，以及放置所述正常组织分界面仿形盖，所述壳体上设置有至少一病灶固定架，所述病灶固定架用于将所述第一病灶仿形模具或病灶固-液可逆块定位于容置腔内，其中：用于定位所述病灶固-液可逆块的病灶固定架被设置为能够从容置腔内撤除，以在所述正常组织光学仿体内形成进针通道，或者被设置为具有中空管道来形成进针通道，通过所述进针通道能够将所述病灶固-液可逆块抽出以及将病灶组织光学仿体灌入所述封闭式病灶空腔。2.根据权利要求1所述的模具结构，其特征在于：所述壳体上还设置有位于所述容置腔底部的水浴室支撑结构，并且在水浴室支撑结构处设置有控温装置；所述仿形模具组还包括水浴室仿形模具，用于凝固形成所述水浴室固-液可逆块，并且所述水浴室固-液可逆块与水浴室支撑结构的内部形态相匹配，在所述水浴室固-液可逆块的外部形成所述正常组织光学仿体，待所述正常组织光学仿体凝固成型后，所述水浴室固-液可逆块能够变为液体被抽出以形成水浴室空腔；所述壳体上位于所述水浴室支撑结构处设置有进针孔，通过所述进针孔能够将所述水浴室固-液可逆块抽出以及将生理盐水灌注入所述水浴室空腔，通过所述控温装置对生理盐水进行持续控温，进而对所述模拟激光手术用光学仿体传热来模拟人体温度。3.根据权利要求2所述的模具结构，其特征在于：所述控温装置为设置于所述水浴室支撑结构内的控温器，通过所述控制器对生理盐水进行持续控温；所述容置腔内还设置有第一走线通道，连接至所述水浴室支撑结构，作为所述控温器与外部电源的连接通道；或者所述控温装置为设置于所述水浴室支撑结构外的具有控温功能的水循环机，在所述水浴室支撑结构处开设循环接口，通过所述循环接口连接至所述水循环机，对生理盐水进行循环控温。4.根据权利要求1所述的模具结构，其特征在于：所述壳体上还设置有位于所述容置腔内的传感器通道，所述传感器通道包括传感器固定架和第二走线通道，所述传感器固定架用于使传感器定位于容置腔内，以对所述模拟激光手术用光学仿体的物理参数变化进行测量，所述第二走线通道作为所述传感器与外部设备的连接通道；和/或所述壳体向上弯折延伸有一支架，在所述支架上安装有激光导光头夹具，所述激光导光头夹具位于所述上开口上方，用于夹持激光器的光纤或导光臂，优选地，所述激光导光头夹具相对于所述支架的位置可调，所述支架上具有对激光导光头夹具的位置进行定位的刻度；和/或所述壳体在高度方向上具有刻度，用于对所述正常组织光学仿体在高度上的层次分布进行定位；和/或所述模具结构通过3D打印而成，以对所述模具结构的尺寸进行精确控制；和/或所述第一病灶仿形模具和正常组织分界面仿形盖上均设计有用于排出液态仿体的排液孔；和/或所述正常组织分界面仿形盖包括表皮层-真皮层分界面仿形盖和/或真皮层-肌肉层分界面仿形盖；和/或所述正常组织光学仿体包括表皮组织光学仿体、真皮组织光学仿体和肌肉组织光学仿体中的至少一种；和/或所述病灶仿形模具包括病变血管仿形模具、肿瘤仿形模具或息肉仿形模具；和/或所述仿形模具组还包括正常组织内部结构仿形模具，用于在所述正常组织光学仿体内部形成除组织层结构外的其他仿体结构。5.一种利用如权利要求1至4任意一项所述的模具结构制备而成的模拟激光手术用光学仿体，在壳体形成的容置腔内制备而成，包括至少一病灶组织光学仿体和至少一层正常组织光学仿体，其中所述至少一病灶组织光学仿体被定位至自所述至少一层正常组织光学仿体内部直达表面或者被定位至深入所述至少一层正常组织光学仿体内部，所述至少一病灶组织光学仿体能够为液态仿体或由液态仿体凝固而成的固态仿体。6.根据权利要求5所述的模拟激光手术用光学仿体，其特征在于：在所述容置腔底部还设置有水浴室支撑结构，所述水浴室支撑结构内灌注有生理盐水，并在所述水浴室支撑结构处设置有对生理盐水进行控温的控温装置，通过生理盐水向所述模拟激光手术用光学仿体传热来模拟人体温度；和/或在所述模拟激光手术用光学仿体内还固定有传感器，以对所述模拟激光手术用光学仿体的物理参数变化进行测量；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓曦，孔亚群，李迎新，
申请(专利权)人：中国医学科学院生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12