專利名稱：一種智能型仿組織超聲體模及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生物體組織模型，具體地說是關(guān)于一種智能型仿組 織超聲體模及其制作方法。
背景技術(shù)：
體模，是仿生物體組織模型的簡(jiǎn)稱。目前所使用的超聲體模種類繁多， 但多數(shù)是用于超聲診斷，也有用于微波熱療及HIFU研究的體模。但是，用 于超聲治療的體膜與超聲診斷的體模在使用目的上完全不同。高強(qiáng)度聚焦超 聲(High Intensity Focused Ultrasound ， HIFU)治療腫瘤是使組織產(chǎn)生凝固 性壞死，診斷用超聲體模雖然在聲學(xué)特性方面接近軟組織，但大多不透明， 不能產(chǎn)生經(jīng)HIFU輻照后能產(chǎn)生肉眼可見的凝固性壞死灶。
HIFU，是近年來興起的一種在超聲或MRI(Magnetic Resonance Imaging 磁共振成像)引導(dǎo)下的無創(chuàng)性，適形熱切除治療腫瘤的新技術(shù)，臨床應(yīng)用 HIFU系統(tǒng)治療時(shí)，必須對(duì)該HIFU系統(tǒng)的品質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，即有效性、安全 性、可靠性測(cè)試，其中最為關(guān)鍵的測(cè)試是對(duì)HIFU治療頭(聚焦超聲換能器) 的聚焦性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。HIFU在組織中的聚焦性能，直接關(guān)系到HIFU 臨床應(yīng)用的有效性、安全性和可靠性。然而，至今為止很難用非標(biāo)準(zhǔn)化的生 物組織對(duì)HIFU治療頭的聚焦性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，對(duì)不同HIFU治療頭的聚 焦性能進(jìn)行比較。所以，建立一種標(biāo)準(zhǔn)化的，能重復(fù)使用的仿組織透明體模 就顯得非常重要。
目前，國(guó)內(nèi)外研究HIFU所使用的體模，都是采用聚丙烯酰胺和作為溫 度敏感指示劑的蛋白質(zhì)(牛血清或新鮮雞蛋白)為主要原料混合而成的仿組 織透明體模，經(jīng)HIFU輻照后，通過蛋白質(zhì)受熱變性，外觀變渾濁或變白， 將聚焦超聲的焦域展示出來(詳見李發(fā)琪，馬平，寇小琴，等. 一種用于 HIFU聚焦性能評(píng)價(jià)的仿組織透明體模.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2006， 22(8): 1261 1265，)。但這種蛋白質(zhì)類體模，有諸多不足(1) 變渾濁區(qū)域不穩(wěn)定，邊界不清，性狀更是與在生物組織中產(chǎn)生的BFR
(Biological focal region,生物學(xué)焦域。指在接受HIFU輻照的生物組織 中，在聲學(xué)焦點(diǎn)位置所出現(xiàn)的，通過肉眼所見并經(jīng)顯微鏡確定的凝固性 壞死區(qū)域。參考周永昌，郭萬學(xué).超聲醫(yī)學(xué)[M].第四版.北京:科學(xué)技術(shù) 文獻(xiàn)出版社，2002.1780.)性狀相去甚遠(yuǎn)，因此不適合做HIFU在組織中 的聚焦性能的研究。
(2) 其內(nèi)如含有氣泡，變白的區(qū)域形態(tài)將會(huì)變得不規(guī)則。
(3) 蛋白質(zhì)作為溫度敏感指示劑， 一旦受熱變性，外觀變白后，就不能恢復(fù)， 所以只能用一次,使用成本高。
(4) 雖然可以加入防腐劑，泡沫抑制劑等，但是由于蛋白質(zhì)這種主要材料容 易變質(zhì)，所以體模的穩(wěn)定性和在配制過程中有效的消除氣泡的影響都受 限制。
(5) 牛血清或新鮮雞蛋白作為透明蛋白質(zhì)的來源，不能確保品質(zhì)的一致性， 因此體模的一致性也無法保證，不能從根本上實(shí)現(xiàn)體模的標(biāo)準(zhǔn)化。
(6) 受蛋白質(zhì)本身性質(zhì)等方面的限制，必須使溫度達(dá)到7CTC的變性溫度，才 能使其外觀發(fā)生肉眼可見的變化，而這個(gè)溫度要高于在真實(shí)生物體組織 內(nèi)產(chǎn)生凝固性壞死的溫度(一般在60 65。C)，而且，不同的生物體組 織，可能具有不同的凝固性壞死的溫度。所以，蛋白質(zhì)類體模的變性溫 度是固定的，不能滿足對(duì)不同變性溫度的要求，因此相關(guān)的專業(yè)人員期 待有低于7(TC變性溫度且可用于不同變性溫度的體模。(參考Sam Howard, Jonathan Yuen， Paul Wegner ,et al. Characterization and FEA Simulation for a HIFU Phantom Material, 2003 IEEE International Ultrasonics Symposium,2003,
Vol.2:1270-1272)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題，提供 一種智能型仿組織超聲體模及其制作方法，使超聲體模熱變性溫度可調(diào)、熱 變渾濁區(qū)域明顯，邊界清楚，體模材料穩(wěn)定、不易變質(zhì)，能確保品質(zhì)的一致 性，受熱變性，外觀變白，熱能消失后恢復(fù)原狀，能反復(fù)使用。
解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該智能型仿組織超聲體模是一種具有以下(與生物組織基本相同的)聲學(xué)及其他物理特性的溫敏性高分 子凝膠
聲速為1500 1550 m/s，聲阻抗為(1.50 1.60) X 106Pa s/m，密度 為1.01 1.06g/cm3，有體積發(fā)生變化的較低臨界溶解溫度(Lower Critical Solution Temperature, LCST)或體積相變溫度(Volume Phase Transition Temperature),即變性溫度，變性溫度點(diǎn)可以通過原料配比的改變?cè)?0 70'C的 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在變性溫度點(diǎn)上下，產(chǎn)生不透明相與透明相的可逆相變。用 聚焦超聲進(jìn)行輻照時(shí)，聚焦超聲焦域內(nèi)的仿組織超聲體模因超聲能量的積聚使 焦域內(nèi)的溫度達(dá)到變性溫度時(shí)，外觀上從無色透明轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该鞯娜榘咨?，?晰顯示聚焦超聲的焦域形態(tài)；停止聚焦超聲輻射，由于局部熱量的散失，溫度 低于變性溫度時(shí)，白色的區(qū)域又逐漸恢復(fù)到無色透明的狀態(tài)。
智能型高分子凝膠是一種對(duì)外界剌激具有敏感響應(yīng)的新型功能材料，典型 的外界剌激一般為溫度、PH、溶劑、鹽濃度、光、電場(chǎng)、化學(xué)物質(zhì)等。溫敏性 高分子凝膠是一種對(duì)溫度刺激能產(chǎn)生敏感響應(yīng)的智能型凝膠。
優(yōu)選的是，所說的溫敏性高分子凝膠為一種異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物 水凝膠或聚N—乙烯基己內(nèi)酰胺(PNVCL)水凝膠或丙烯酸-p-羥基丙酯-N-肉桂
酰氧甲基丙烯酰胺(C麗細(xì))共聚物水凝膠等。
進(jìn)一步優(yōu)選的的是用于智能型仿組織超聲體模的異丙基丙烯酰胺(NIPA)
聚合物水凝膠，其組分包括異丙基丙烯酰胺、水，還包括引發(fā)還原劑、交聯(lián)劑、 引發(fā)氧化劑，還可包括低臨界溶解溫度調(diào)節(jié)劑即變性溫度調(diào)節(jié)劑，各組分的重 量百分比可為異丙基丙烯酰胺8 15%、變性溫度調(diào)節(jié)劑0 4%、引發(fā)還原劑 0. 02 0. 05%、交聯(lián)劑 0. 1 0. 15%、引發(fā)氧化劑 0. 03 0. 07%、水91. 85 80.73%，變性溫度為3(TC 7(TC。變性溫度調(diào)節(jié)劑為0時(shí)，本智能型仿組織超 聲體模的低臨界溶解溫度即變性溫度為3CTC，根據(jù)不同需要，改變調(diào)節(jié)劑的用 量，可調(diào)節(jié)變性溫度從30 7(TC的范圍內(nèi)變化。
以上所述引發(fā)劑是指產(chǎn)生自由基聚合反應(yīng)活性中心的物質(zhì)，是一類含有弱 鍵的化合物，在分解活化能的作用下，共價(jià)鍵斷裂可產(chǎn)生自由基。在一般自由 基聚合體系中，為了提供足夠的活化能，聚合溫度為40 100°C。本發(fā)明所用 的引發(fā)劑可由引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑構(gòu)成，它是在過氧類引發(fā)劑中加入還原 劑，通過氧化一還原反應(yīng)產(chǎn)生自由基，這種體系就叫氧化一還原引發(fā)體系或稱
7氧化一還原引發(fā)劑。利用氧化一還原引發(fā)劑可以降低分解活化能，從而使聚合 反應(yīng)在較低的溫度下(15 25°C)進(jìn)行，有利于提高聚合物質(zhì)量和降低對(duì)環(huán)境 的要求，方便操作。
以上所述的交聯(lián)劑是一類具有非共軛多雙鍵的化合物，其作用是將由自由 基引發(fā)所形成的異丙基丙烯酰胺線性交聯(lián)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而給凝 膠塑形。
進(jìn)一步優(yōu)選的的是所用的水為去離子脫氣水，交聯(lián)劑為N， N'-亞甲基雙 丙烯酰胺，引發(fā)氧化劑為過硫酸銨，引發(fā)還原劑采用偏重亞硫酸鈉。 進(jìn)一步優(yōu)選的的是變性溫度調(diào)節(jié)劑為丙烯酰胺。
在本發(fā)明中丙烯酰胺具有親水性，而異丙基丙烯酰胺單體是疏水性的，在 異丙基丙烯酰胺聚合的凝膠中加入丙烯酰胺，可提高整個(gè)體系的親水性，增加 體系中更多的氫鍵，由于凝膠受熱相變的原因是體系中氫鍵的斷裂所致，增加 了氫鍵，就使體系相變的溫度提高了。因此變性溫度調(diào)節(jié)劑可用來調(diào)節(jié)溫敏凝 膠的低臨界溶解溫度(LCST)。
本申請(qǐng)人于2007年2月7日提出了"一種溫敏型聚異丙基丙烯酰胺 的單體制備方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?00710003153.l，本發(fā)明
中所采用的異丙基丙烯酰胺可以為按照專利申請(qǐng)"一種溫敏型聚異丙基丙烯 酰胺的單體合成方法"所制作出的聚異丙基丙烯酰胺的單體。
本發(fā)明智能型仿組織超聲體模經(jīng)測(cè)試，其聲學(xué)物理特性與生物組織基本相 同，聲速為聲速為1500 1550 m/s，聲阻抗為(1.50~1.60) X 106Pa.s/m， 密度為1.01 1.06g/cm3。體積發(fā)生變化的較低臨界溶解溫度(lower critical solution temperature , LCST)或體積相變溫度(Volume Phase Transition Temperature),即變性溫度，通過原料配比的改變，可在30 70°C的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 用聚焦超聲進(jìn)行輻照時(shí)，聚焦超聲焦域內(nèi)的仿組織超聲體模即異丙基丙烯酰胺 (NIPA)聚合物水凝膠因超聲能量的積聚使焦域內(nèi)的溫度達(dá)到變性溫度時(shí)，外觀 上從無色透明轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该鞯娜榘咨?，清晰顯示聚焦超聲的焦域形態(tài)；停止聚 焦超聲輻射，由于局部熱量的散失，溫度低于變性溫度時(shí)，白色的區(qū)域又逐漸 恢復(fù)到無色透明的狀態(tài)。
本發(fā)明智能型仿組織超聲體模用于顯示聚焦超聲焦域的原理是.-(1)由于智能型仿組織超聲體模是一種智能型高分子物質(zhì)，其聲學(xué)物理特性與生物組織基本相同。聲速為1500 1550 m/s，聲阻抗為(1.50 1.60) X 106Pa*s/m，密度為1.01 1.06g/cm3。
(2) 在聚焦超聲的焦點(diǎn)處，由于超聲波的機(jī)械效應(yīng)，熱效應(yīng)和空化效應(yīng)的 綜合作用，尤其是熱效應(yīng)，對(duì)超聲智能型體模產(chǎn)生了強(qiáng)烈的刺激，當(dāng) 聚焦超聲波能量達(dá)到一定的強(qiáng)度閾值，使焦點(diǎn)處溫度達(dá)到變性溫度點(diǎn) 時(shí)，超聲智能型體模內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了空間排列(構(gòu)相)上的改變，
從而導(dǎo)致外觀上從無色透明轉(zhuǎn)變?yōu)槿榘咨?一種乳濁體)不透明。(注 構(gòu)相改變，就是相變，也叫相分離。)
(3) 伴隨焦點(diǎn)處超聲能量的沉積和擴(kuò)散，體?？臻g構(gòu)相變化的范圍隨之改
變，外觀表現(xiàn)出白色區(qū)域(或不透明區(qū)域)的對(duì)應(yīng)擴(kuò)大。在一定超聲 強(qiáng)度范圍內(nèi)，這種改變是可逆的。隨著超聲輻照的消失，熱量的散失， 溫度降低，原本改變的空間構(gòu)相則吸水自行恢復(fù)，即白色(或不透明) 的區(qū)域又恢復(fù)到無色透明的狀態(tài)，這也是稱為智能型體模的原因。
(4) 這種超聲智能型體模所設(shè)計(jì)的變性溫度和生物組織的凝固性壞死溫度 接近，所顯示的乳白色(或不透明)區(qū)域相當(dāng)于HIFU作用于生物組織 形成的生物學(xué)焦域。還可以通過配比的變化改變變性溫度，適應(yīng)不同 的研究目的。
一種制作用于智能型仿組織超聲體模的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水 凝膠的方法，包括以下步驟
1. 確定異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠組分，各組分的重量百分比可為 異丙基丙烯酰胺8 15%、低臨界溶解溫度(LCST)調(diào)節(jié)劑0 4%、引發(fā)還原劑 0. 02 0. 05%、交聯(lián)劑 0. 1 0. 15%、引發(fā)氧化劑 0. 03 0. 07%、水91.85 80. 73%;
2. 將異丙基丙烯酰胺單體溶于部分水，可按單體與水質(zhì)量比(0. 1 0.2) :1 的比例溶解；
3. 在步驟2溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；
4. 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，可按1 20%的濃度；
5. 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑的水溶液混勻于器皿中；
6. 用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍的空氣，時(shí)間可為1 3分鐘；
7. 將引發(fā)氧化劑水溶液加入器皿中，充分混勻，并不斷用氮?dú)庵脫Q液體表面及周圍的空氣；
8. 注入完成后，器皿密閉在純氮?dú)猸h(huán)境中，其內(nèi)的溶液反應(yīng)3 24小時(shí)，溫 度控制在15'C 25'C，得凝膠產(chǎn)品；
9. 所得凝膠產(chǎn)品在室溫下經(jīng)過多次水洗，每次去離子脫氣水浸泡表面數(shù)小
時(shí)，然后倒掉水晾干數(shù)小時(shí)，多次重復(fù)，以除去表面未完全反應(yīng)的殘留單體和 引發(fā)劑的毒害性。
整個(gè)操作過程的溫度控制在15°C 25°C，溫度過高會(huì)引起在操作過程中就聚 合(爆聚)；溫度過低則相反，很難聚合。
優(yōu)選的是，在步驟1中，異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝膠組分中的變性溫 度調(diào)節(jié)劑為丙烯酰胺，其在該聚合物凝膠中重量百分比含量為0 4%;在步驟2 制成的異丙基丙烯酰胺單體的水溶液中可以添加丙烯酰胺，改變LCST，以滿足不 同使用目的的要求?？刂飘惐０放c丙烯酰胺的比例，可以達(dá)到改變LCST 的目的。隨著異丙基丙烯酰胺與丙烯酰胺摩爾比的降低，LCST不斷升高。異丙基 丙烯酰胺與丙烯酰胺摩爾比為(100 70) : (0 30)之間調(diào)節(jié)變化時(shí)，可對(duì)LCST 的溫度從3(TC 7(TC之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體而言，如果不加入丙烯酰胺，則維持聚 N —異丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝膠本來的LCST，為30°C;異丙基丙烯酰胺與丙 烯酰胺摩爾比為95: 5時(shí)，LCST為40。C;異丙基丙烯酰胺與丙烯酰胺摩爾比為 80: 20時(shí)，LCST為60。C;異丙基丙烯酰胺與丙烯酰胺摩爾比為70: 30時(shí)，LCST 為70°C 。
優(yōu)選的是所用的水為雙蒸去離子水，去離子水適合于化學(xué)反應(yīng)，但單純的離 子水一般只經(jīng)過了離子柱的滲透過濾，還不能完全去除水里的微生物。采用雙蒸 去離子水，既適合化學(xué)反應(yīng)，又沒有微生物的污染。避免了凝膠體內(nèi)部由于微生 物污染而導(dǎo)致的性狀改變。進(jìn)一步優(yōu)選的是合成所用的水為脫氣水。
優(yōu)選的是在步驟2中，可適當(dāng)加熱幫助異丙基丙烯酰胺單體的溶解，但溫度 不能超過40。C，且加熱溶解后需冷卻到25'C以下才能繼續(xù)后續(xù)的操作。
優(yōu)選的是根據(jù)使用要求，可通過改變交聯(lián)劑的含量，使凝膠的彈性有所變化， 即可通過改變交聯(lián)劑的含量，來改變凝膠的彈性。交聯(lián)劑優(yōu)選用N， N'-亞甲基雙 丙烯酰胺；
優(yōu)選的是引發(fā)氧化劑采用過硫酸銨，引發(fā)還原劑采用偏重亞硫酸鈉。 優(yōu)選的是步驟8中，密閉器皿反應(yīng)是在通氮?dú)獾臈l件下使聚合反應(yīng)隔離了空氣中的氧氣，保證了聚合的順利進(jìn)行和凝膠的質(zhì)量。用生活中常用的密封性比較 好的塑料袋，將盛裝己混勻好各種原料的器皿放入袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣， 然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境。
器皿為玻璃燒杯或其他透明容器，氮?dú)馄焚|(zhì)是普通工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)，壓縮鋼瓶減 壓供給。
優(yōu)選的是在步驟9中，將凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用雙蒸去離子水浸泡表面 12小時(shí)，然后倒掉水晾干12小時(shí)。次數(shù)過多，操作過于煩瑣；過少，不能有效 的去除表面的殘留單體。每次水浸泡12小時(shí)，晾干12小時(shí)，過短達(dá)不到效果，
過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致凝膠體積的明顯膨脹。
優(yōu)選的是還包括以下步驟
10.在步驟9凝膠水洗后，加入用蒸餾水配制的防腐劑溶液少量浸潤(rùn)凝膠表
面；所述的防腐劑可為卡松、甲醛、尼泊金酯系列，加入用蒸餾水配制的防腐劑
溶液濃度為卡松溶液濃度為40 100ug/ml，甲醛溶液濃度為0. 5 lmg/ml，尼 泊金酯溶液濃度為5 10mg/ml。
進(jìn)一步優(yōu)選的是加入用蒸餾水配制的卡松溶液少量浸潤(rùn)凝膠表面，可以起到 防腐的作用。防腐材料中使用甲醛會(huì)影響凝膠的透明性，而尼泊金酯不易溶于水， 影響防腐效果。
本發(fā)明智能型仿組織超聲體模具有以下優(yōu)點(diǎn)-
1、 超聲智能體模的透明度很高，用聚焦超聲輻照時(shí)，在變性溫度點(diǎn)發(fā)生相 變時(shí)，其內(nèi)形成的焦域形態(tài)清晰，邊界明顯。即在變性溫度點(diǎn)之上，產(chǎn) 生的不透明相能清晰顯示聚焦超聲的焦域形態(tài)。
2、 隨著超聲輻照的停止，溫度降低后，已變性(外觀變白)的區(qū)域可以恢 復(fù)透明(在溫度低于變性溫度點(diǎn)后根據(jù)所變化的體積不同，產(chǎn)生相變的 時(shí)間有所不同，最快的可在I秒內(nèi)產(chǎn)生相變)，具有智能性，因此可以 反復(fù)使用。
3、 通過調(diào)整體模的原料配比比例或添加適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)劑，可以將體模變性溫 度在30 70'C的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。相對(duì)于蛋白質(zhì)類體模只有單一的，較高的 變性溫度，超聲智能體模的變性溫度范圍可以在30 7(TC的范圍內(nèi)調(diào) 節(jié)，根據(jù)不同生物組織有不同凝固性壞死溫度的模擬需要，可制做與模 擬生物組織相同變性溫度的體模，適應(yīng)面更為廣闊。4、 獨(dú)特的配方技術(shù)，可以在常溫下實(shí)現(xiàn)體模的合成，制作體模操作簡(jiǎn)單。
5、 采用去離子脫氣水配制，其內(nèi)幾乎不含空氣，盡量減小了在接受超聲作 用時(shí)空化效應(yīng)形成的空泡對(duì)焦域顯示的影響。
6、 此種超聲智能體模，無論是原料還是配制流程，均可以做到嚴(yán)格的統(tǒng)一
性，而且體模本身為高分子聚合物，不含蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)，因此 有良好的穩(wěn)定性。
7、 所有的原料品質(zhì)及配方比例可以確保一致，因此可以確保超聲智能體模 性質(zhì)的一致性，實(shí)現(xiàn)體模的標(biāo)準(zhǔn)化。
具體實(shí)施例方式
以下是制作異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠作為本發(fā)明智能型仿 組織超聲體模的非限定具體實(shí)施例。
實(shí)施例1:變性溫度為30。C即LCST為30。C的智能型仿組織超聲體模 原料配比
異丙基丙烯酰胺 100. 0g
引發(fā)還原劑偏重亞硫酸鈉 0. 5g
交聯(lián)劑N， N，-亞甲基雙丙烯酰胺 lg 引發(fā)氧化劑過硫酸銨 0.5g 水(去離子脫氣水) 898g 操作步驟
1) 將異丙基丙烯酰胺單體溶于部分水，按單體與水質(zhì)量比0. 15:1的比例
溶解；
2) 在步驟l)溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；
3) 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，都按10%的濃度；
4) 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑水溶液混勻于器皿中；
5) 將器皿放入密封性比較好的保鮮塑料袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍 的空氣4分鐘；
6) 將引發(fā)氧化劑水溶液加入到器皿中，混勻后用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣3分 鐘，然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境；
127) 密閉器皿反應(yīng)5小時(shí)，溫度控制在2(TC，得凝膠產(chǎn)品；8) 凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用去離子脫氣水浸泡表面12小時(shí)，然后倒掉 水晾干12小時(shí)后，可以在表面浸潤(rùn)少許用蒸餾水配制的卡松溶液(濃度為 60ug/ml)。經(jīng)測(cè)試所制得的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠智能型仿組織超聲 體模的變性溫度即較低臨界溶解溫度(LCST)為3(TC，其聲學(xué)物理特性，聲速 為1528 m/s，聲阻抗為1.56X 106Pa s/m，密度為1.02g/cm3，用JC型聚 焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)(重慶海扶(HIFU)技術(shù)有限公司研制)進(jìn)行聚焦超聲進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)時(shí)，用聚焦超聲對(duì)體模進(jìn)行輻照，聚焦超聲焦域內(nèi)的仿組織超聲體模即 異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠因超聲能量的積聚使焦域內(nèi)的溫度超過 變性溫度3(TC時(shí)，超聲體模內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生空間排列(構(gòu)相)上的改變即相 變，導(dǎo)致外觀上從無色透明轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该鞯娜榘咨?，伴隨焦點(diǎn)處超聲能量的沉 積和擴(kuò)散，體?？臻g構(gòu)相變化的范圍隨之改變，外觀表現(xiàn)出白色區(qū)域的對(duì)應(yīng)擴(kuò) 大，形成的白色區(qū)域焦域形態(tài)清晰，邊界明顯。停止聚焦超聲對(duì)體模進(jìn)行的輻 照，隨著超聲輻照的消失，聚焦超聲焦域內(nèi)溫度隨之下降，在低于3(TC的變性 溫度時(shí)，原本改變的空間構(gòu)相又自行恢復(fù)，即白色的區(qū)域又恢復(fù)到無色透明的 狀態(tài)。即本發(fā)明的智能型仿組織超聲體模在一定超聲強(qiáng)度范圍內(nèi)，在變性點(diǎn)溫 度處，相變是可逆的。外觀變白的區(qū)域可以恢復(fù)透明，具有智能性，因此可以 反復(fù)使用。與現(xiàn)有技術(shù)中一次性使用的蛋白質(zhì)類體模相比，大大降低了使用成 本，節(jié)約資源，有利于環(huán)境。實(shí)施例2:變性溫度為4(TC即LCST為4(TC的智能型仿組織超聲體模原料配比-異丙基丙烯酰胺 100.0g變性溫度調(diào)節(jié)劑丙烯酰胺 3.31g引發(fā)還原劑偏重亞硫酸鈉 0. 34g交聯(lián)劑N， N，-亞甲基雙丙烯酰胺 lg引發(fā)氧化劑過硫酸銨 0. 5g水(去離子脫氣水) 895g 操作步驟1)將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺溶于部分水，按單體與水質(zhì)量比 0. 15:1的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；3) 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，都按1%的濃度；4) 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑水溶液混勻于器皿中；5) 將器皿放入密封性比較好的保鮮塑料袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍 的空氣5分鐘；6) 將引發(fā)氧化劑水溶液加入到器皿中，混勻后，用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣3 分鐘，然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境；7) 密閉器皿反應(yīng)24小時(shí)，溫度控制在15'C，得凝膠產(chǎn)品；8) 凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用去離子脫氣水浸泡表面12小時(shí)，然后倒掉水 晾干12小時(shí)后，可以在表面浸潤(rùn)少許用蒸餾水配制的卡松溶液(濃度 80ug/ml)。經(jīng)測(cè)試所制得的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠智能型仿組織超聲 體模的變性溫度即較低臨界溶解溫度(LCST)為4(TC,其聲學(xué)物理特性，聲速 為1522 m/s，聲阻抗為1.54X 106Pa s/m，密度為1,01g/cm3。其余與實(shí)施 例1相同。實(shí)施例3:變性溫度為6(TC即LCST為6(TC的智能型仿組織超聲體模原料配比異丙基丙烯酰胺 100. Og變性溫度調(diào)節(jié)劑丙烯酰胺 15. 7g引發(fā)還原劑偏重亞硫酸鈉 0.4g交聯(lián)劑N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺 1.2g引發(fā)氧化劑過硫酸銨 0.6g水(去離子脫氣水) 882g 操作步驟1) 將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺溶于部分水，按單體與水質(zhì)量比0. 18:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；3) 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，都按20%的濃度；4) 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑水溶液混勻于器皿中；5) 將器皿放入密封性比較好的保鮮塑料袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍 的空氣3分鐘；6) 將引發(fā)氧化劑水溶液加入到器皿中，混勻后，用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣1 分鐘，然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境；7) 密閉器皿(I )反應(yīng)IO小時(shí)，溫度控制在18°C，得凝膠產(chǎn)品；8) 凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用雙蒸去離子水浸泡表面12小時(shí)，然后倒掉水 晾干12小時(shí)后，可以在表面浸潤(rùn)少許用蒸餾水配制的卡松溶液(濃度為 50ug/ml)。經(jīng)測(cè)試所制得的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠智能型仿組織超聲 體模的變性溫度即較低臨界溶解溫度(LCST)為6(TC，其聲學(xué)物理特性，聲速 為1530 m/s，聲阻抗為1.55X 106Pa s/m，密度為1.01g/cm3。其余與實(shí)施 例1相同。實(shí)施例4:變性溫度為7(TC即LCST為7(TC的智能型仿組織超聲體模原料配比異丙基丙烯酰胺 100.0g變性溫度調(diào)節(jié)劑丙烯酰胺 27g引發(fā)還原劑偏重亞硫酸鈉 0.4g交聯(lián)劑N， N，-亞甲基雙丙烯酰胺 1.2g引發(fā)氧化劑過硫酸銨 0.5g水(去離子脫氣水) 871g 操作步驟-1) 將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺溶于部分水，按單體與水質(zhì)量比0.15:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；3) 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，都按15%的濃度；4) 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑水溶液混勻于器皿中；5) 將器皿放入密封性比較好的保鮮塑料袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍的空氣5分鐘；6) 將引發(fā)氧化劑水溶液加入到器皿中，混勻后，用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣3分鐘， 然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境；7) 密閉器皿反應(yīng)20小時(shí)，溫度控制在25'C，得凝膠產(chǎn)品；8) 凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用雙蒸去離子水浸泡表面12小時(shí)，然后倒掉水晾干 12小時(shí)后，可以在表面浸潤(rùn)少許用蒸餾水配制的卡松溶液(濃度為40— 100ug/ml)。經(jīng)測(cè)試所制得的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠智能型仿組織超聲體 模的變性溫度即較低臨界溶解溫度(LCST)為7(TC，其聲學(xué)物理特性，聲速為 1549m/s，聲阻抗為1.56X 106Pa s/m，密度為1.01g/cm3。其余與實(shí)施例1相 同。實(shí)施例5:變性溫度為57'C即LCST為57'C的智能型仿組織超聲體模原料配比異丙基丙烯酰胺 85. Og變性溫度調(diào)節(jié)劑丙烯酰胺 9.5g引發(fā)還原劑偏重亞硫酸鈉 0.2g交聯(lián)劑N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺 1 g引發(fā)氧化劑過硫酸銨 0.3g水(去離子脫氣水) 898g 操作步驟1) 將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺溶于部分水，按單體與水質(zhì)量比0.15:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；3) 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，都按10%的濃度；4) 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑水溶液混勻于器皿中；5) 將器皿放入密封性比較好的保鮮塑料袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍的空 氣3—5分鐘；6) 將引發(fā)氧化劑水溶液加入到器皿中，混勻后，用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣2分鐘， 然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境；167) 密閉器皿反應(yīng)15小時(shí)，溫度控制在18'C，得凝膠產(chǎn)品；8) 凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用雙蒸去離子水浸泡表面12小時(shí)，然后倒掉水晾干 12小時(shí)后，可以在表面浸潤(rùn)少許用蒸餾水配制的卡松溶液(濃度為90ug/ml)。經(jīng)測(cè)試所制得的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠智能型仿組織超聲體 模的變性溫度即較低臨界溶解溫度(LCST)為57'C，其聲學(xué)物理特性，聲速為 1541m/s，聲阻抗為1.57X 106Pa s/m，密度為1.02g/cm3。其余與實(shí)施例1相 同。實(shí)施例6:變性溫度為52'C即LCST為52'C的智能型仿組織超聲體模原料配比異丙基丙烯酰胺 140. Og變性溫度調(diào)節(jié)劑丙烯酰胺 10g引發(fā)還原劑偏重亞硫酸鈉 0. 5g交聯(lián)劑N， N，-亞甲基雙丙烯酰胺 1.5g引發(fā)氧化劑過硫酸銨 0.7g水(去離子脫氣水) 848g 操作步驟1) 將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酰胺溶于部分水，按單體與水質(zhì)量比0.15:1 的比例溶解。2) 在l)步溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；3) 引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水，都按15%的濃度；4) 異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑水溶液混勻于器皿中；5) 將器皿放入密封性比較好的保鮮塑料袋內(nèi)，用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍的空 氣5分鐘；6) 將引發(fā)氧化劑水溶液加入到器皿中，混勻后，用氮?dú)庵脫Q袋內(nèi)的空氣3分鐘， 然后扎緊袋口，保持其內(nèi)的純氮?dú)猸h(huán)境；7) 密閉器皿反應(yīng)15小時(shí)，溫度控制在25'C,得凝膠產(chǎn)品；8) 凝膠經(jīng)過5次水洗，每次用雙蒸去離子水浸泡表面12小時(shí)，然后倒掉水晾千 12小時(shí)后，可以在表面浸潤(rùn)少許用蒸餾水配制的卡松溶液(濃度為40 100ug/ml)。17經(jīng)測(cè)試所制得的異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝膠智能型仿組織超聲體 模的變性溫度即較低臨界溶解溫度(LCST)為52'C,其聲學(xué)物理特性，聲速為 1536m/s，聲阻抗為1.58X 106Pa s/m，密度為1.03g/cm3。其余與實(shí)施例1相 同。
權(quán)利要求
1.一種智能型仿組織超聲體模，其特征在于是一種具有以下的聲學(xué)及其他物理特性的溫敏性高分子凝膠聲速為1500～1550m/s，聲阻抗為(1.50～1.60)×106Pa·s/m，密度為1.01～1.06g/cm3，有體積發(fā)生變化的較低臨界溶解溫度(LCST)或體積相變溫度，即變性溫度，變性溫度點(diǎn)能通過原料配比的改變，進(jìn)行調(diào)節(jié)，在變性溫度點(diǎn)上下，產(chǎn)生不透明相與透明相的可逆相變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型仿組織超聲體模，其特征在于所說 的溫敏性高分子凝膠為異丙基丙烯酰胺聚合物水凝膠或聚N—乙烯基己內(nèi)酰 胺水凝膠或丙烯酸-p-羥基丙酯-N-肉桂酰氧甲基丙烯酰胺共聚物水凝膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能型仿組織超聲體模，其特征在于用于 智能型仿組織超聲體模的異丙基丙烯酰胺聚合物水凝膠其組分包括異丙基 丙烯酰胺、水，還包括引發(fā)還原劑、交聯(lián)劑、引發(fā)氧化劑，還包括變性溫度 調(diào)節(jié)劑，各組分的重量百分比可為異丙基丙烯酰胺單體8 15%、變性溫度 調(diào)節(jié)劑0 4%、引發(fā)還原劑 0. 02 0. 05%、交聯(lián)劑 0. 1 0. 15%、引發(fā)氧化 劑 0.03 0.07%、水91.85 80. 73%，變性溫度為30°C 70°C 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能型仿組織超聲體模，其特征在于所用 的水為去離子脫氣水，交聯(lián)劑為N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)，引發(fā)氧 化劑為過硫酸銨(APS)，引發(fā)還原劑采用偏重亞硫酸鈉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能型仿組織超聲體模，其特征在于變性 溫度調(diào)節(jié)劑為丙烯酰胺。
6. —種制作用于智能型仿組織超聲體模的異丙基丙烯酰胺聚合物水凝膠 的方法，包括以下步驟 (1).確定異丙基丙烯酰胺聚合物水凝膠組分，各組分的重量百分比為異丙基丙烯酰胺8 15%、低臨界溶解溫度即變性溫度調(diào)節(jié)劑0 4%、引發(fā)還原劑 0. 02 0. 05%、交聯(lián)劑 0. 1 0. 15%、引發(fā)氧化劑 0. 03 0. 07%、水91.85 80. 73%;(2) .將異丙基丙烯酰胺單體溶于部分水；(3) .在步驟(2)溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌溶解；(4) .引發(fā)氧化劑和引發(fā)還原劑各溶于部分水；(5) .異丙基丙烯酰胺單體水溶液與交聯(lián)劑、引發(fā)還原劑的水溶液混勻于器皿中；(6) .用氮?dú)庵脫Q器皿表面及周圍的空氣；(7) .將引發(fā)氧化劑水溶液加入器皿中，充分混勻，并不斷用氮?dú)庵脫Q液體 表面及周圍的空氣；(8) .注入完成后，器皿密閉在純氮?dú)猸h(huán)境中，其內(nèi)的溶液反應(yīng)3 24小時(shí)， 溫度控制在15°C 25°C，得凝膠產(chǎn)品；
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括以下步驟(9) .所得凝膠產(chǎn)品在室溫下經(jīng)過多次水洗，每次去離子脫氣水浸泡表面數(shù) 小時(shí)，然后倒掉水晾干數(shù)小時(shí)，多次重復(fù)，以除去表面未完全反應(yīng)的殘留單體 和引發(fā)劑，避免其導(dǎo)致的毒害性；(10) .在步驟(9)凝膠水洗后，加入用蒸餾水配制的防腐劑溶液浸潤(rùn)凝 膠表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(1)中變性溫度調(diào)節(jié)劑 為丙烯酰胺，在步驟(2)制成的異丙基丙烯酰胺單體的水溶液中添加丙烯酰胺。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于異丙基丙烯酰胺與丙烯酰胺摩 爾比為(100 70) : (0 30)之間調(diào)節(jié)變化時(shí)，可對(duì)變性溫度從30°C 70°C 之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在步驟(2)中，可適當(dāng)加熱 幫助異丙基丙烯酰胺單體的溶解，但溫度不能超過4(TC，且加熱溶解后需冷卻到25'C以下才能繼續(xù)后續(xù)的操作。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(1)中所用的水為去離 子脫氣水。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于根據(jù)使用要求，可通過改變 交聯(lián)劑的含量，來改變凝膠的彈性，交聯(lián)劑可采用N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于引發(fā)氧化劑采用過硫酸銨， 引發(fā)還原劑采用偏重亞硫酸鈉。
14. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(8)中，密閉器皿反應(yīng) 是在氮?dú)獾臈l件下使聚合反應(yīng)隔離空氣中的氧氣，保證聚合的順利進(jìn)行和凝膠 的質(zhì)量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在步驟IO中所述的防腐劑為 卡松、甲醛或尼泊金酯系列，加入用蒸餾水配制的防腐劑溶液濃度為卡松溶 液濃度為40 100ug/ml，甲醛溶液濃度為0. 5 lmg/ml，尼泊金酯溶液濃度為5 10mg/ml。
全文摘要
一種智能型仿組織超聲體模，是一種具有以下所述的聲學(xué)及其他物理特性的溫敏性高分子凝膠聲速為1500～1550m/s，聲阻抗為(1.50～1.60)×10⁶Pa·s/m，密度為1.01～1.06g/cm³，有體積發(fā)生變化的較低臨界溶解溫度(LCST)或體積相變溫度(Volume Phase Transition Temperature)，即變性溫度。變性溫度點(diǎn)能通過原料配比的改變，進(jìn)行調(diào)節(jié)，在變性溫度點(diǎn)上下，產(chǎn)生不透明相與透明相的可逆相變。所說的溫敏性高分子凝膠可為一種異丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物。本發(fā)明超聲體模外觀透明，熱變性溫度可調(diào)、熱變渾濁區(qū)域穩(wěn)定，邊界清楚，體模材料穩(wěn)定、不易變質(zhì)，能確保品質(zhì)的一致性，受熱變性，外觀變白，熱能消失后恢復(fù)原狀，能反復(fù)使用。
文檔編號(hào)A61N7/00GK101513554SQ200810007970
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者葉方偉, 田耘博 申請(qǐng)人:重慶海扶(Hifu)技術(shù)有限公司