專利名稱：光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種仿體制作方法。
背景技術(shù)：
近30多年來(lái)，乳腺癌的發(fā)病率一直位居城市女性腫瘤發(fā)病率的首位，并表現(xiàn)出持 續(xù)的高增長(zhǎng)。雖然乳腺癌的治療技術(shù)已經(jīng)改進(jìn)，但死亡率仍然無(wú)明顯下降，其主要原因主要 是中晚期病例較多，早期發(fā)現(xiàn)者少。目前世界每年約有120萬(wàn)婦女罹患乳腺癌，有50萬(wàn)婦女 死于乳腺癌。其中北美，北歐是乳腺癌的高發(fā)地區(qū)，其發(fā)病率約為亞，非，拉美地區(qū)的4倍， 已成為歐美國(guó)家的沉重負(fù)擔(dān)。但是美國(guó)乳腺癌的病死率卻基本保持穩(wěn)定，這主要是因?yàn)槿?腺癌早期檢測(cè)方案在美國(guó)的廣泛實(shí)施。傳統(tǒng)認(rèn)為我國(guó)是乳腺癌的低發(fā)地區(qū)，但近年來(lái)乳腺 癌的發(fā)病率正在逐年上升，且死亡率已經(jīng)節(jié)節(jié)攀升，增長(zhǎng)速度驚人。當(dāng)前，我國(guó)乳腺癌發(fā)病 率的年增長(zhǎng)速度達(dá)3% _4%，高于全球的增長(zhǎng)速度。國(guó)內(nèi)外大部分研究認(rèn)為，多數(shù)乳腺惡性腫瘤內(nèi)部和周邊可探及豐富的血流信息， 腫瘤越大，血流越豐富；組織分級(jí)越高，血流越豐富。針對(duì)乳腺癌這一病癥，目前最常用的 乳腺早期檢測(cè)方法以及乳腺X線攝影術(shù)和超聲波影像技術(shù)為主，此外還有計(jì)算機(jī)斷層攝影 術(shù)，核磁共振成像技術(shù)，正電子放射性斷層攝影術(shù)，熱圖像檢查，擴(kuò)散光學(xué)層析成像。以上幾種方法用于乳腺癌檢測(cè)雖然各有優(yōu)勢(shì)，但亦有各自的缺憾。早期作出正確 診斷對(duì)乳腺癌的治療具有決定性的意義，如目前臨床常用的X光拍片及超聲都是探測(cè)乳腺 癌密度的變化，而不是分子化學(xué)成分分析，因此這兩種技術(shù)都無(wú)法可靠地區(qū)分癌變和良性 腫瘤，只能用作檢測(cè)疑似病例而不能用作診斷。為了進(jìn)一步區(qū)分惡性和良性腫瘤，通常需要 做具有一定創(chuàng)傷性的活體組織切片檢查，而切片病理表明70% -90%又是良性的。為了避 免發(fā)生早期乳腺癌漏診或誤診，常采用幾種技術(shù)結(jié)合對(duì)乳腺癌的進(jìn)行診斷，這也是提高早 期診斷的關(guān)鍵。顯然，對(duì)于乳腺癌這種高發(fā)病率的惡性腫瘤，研究一種對(duì)人體無(wú)傷害，價(jià)格 低廉，敏感性及特異性達(dá)標(biāo)，且便于推廣的早期乳腺癌的檢測(cè)新技術(shù)。近年來(lái)，光學(xué)成像方 法由于具有無(wú)損傷的特性和在提高檢測(cè)特異性上的巨大潛力，已日益受到研究者的關(guān)注， 尤其是隨著近紅外光成像技術(shù)的發(fā)展，一種面向乳腺癌早期檢測(cè)的近外擴(kuò)散光學(xué)層析成像 技術(shù)(NIR-DOT)正在獲得廣泛研究。與任何成像系統(tǒng)發(fā)展歷程相似，在光學(xué)乳腺成像系統(tǒng)研制過(guò)程中，在直接應(yīng)用于 人體乳腺組織之前，對(duì)其靈敏性空間分辨率和量化度等主要檢測(cè)指標(biāo)以及圖像重建算法本 征性能的檢驗(yàn)，均需要設(shè)計(jì)和制作一種標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)體，稱為光學(xué)仿體(Wiantom)，該仿體的光 學(xué)參數(shù)應(yīng)具有與乳腺組織相同或接近的光學(xué)參數(shù)，包括吸收系數(shù)和散射系數(shù)，可用于不同 光學(xué)成像系統(tǒng)中對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較和研究。此外，從使用角度，要求該仿體具有穩(wěn)定的物 理性質(zhì)、能長(zhǎng)期保存和易于制作。乳腺組織光學(xué)仿體的制作在我國(guó)還屬于空白，通常使用基 于htralipid的液態(tài)仿體制作技術(shù)，在形狀控制、異質(zhì)體嵌入和重復(fù)利用性上具有很大局 限性，而在國(guó)際上，各相關(guān)研究單位獨(dú)立研制的固態(tài)仿體雖可借用但其設(shè)計(jì)方法各不相同 且制作工藝保密，因此使用者可獲得的成像目標(biāo)模式十分有限。由于乳腺光學(xué)成像方法的研究需要大量使用不同種類的仿體，故獨(dú)立發(fā)展和掌握固態(tài)仿體制作技術(shù)對(duì)有效的系統(tǒng)和 算法驗(yàn)證十分必要，為此本發(fā)明提出了一種光學(xué)乳腺成像固態(tài)仿體的制作方法。國(guó)內(nèi)外大量組織光譜學(xué)研究表明，在780nm波長(zhǎng)附近，正常乳腺組織的光學(xué)參數(shù) 為吸收系數(shù)μ a 0. 005mm 1 ；約化散射系數(shù)μ ‘ s ^ 0. 9mm 1 (參見Durduran Τ, Choe R,CulverJ P,Zubkov L,Hoboke M J,Giammarco J,Chance B and Yodh A G,“Bulk optical properties of healthy female breast tissue，”Phys. Med. Biol. 47，2847-2861，2002)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于光學(xué)乳腺成像的固態(tài)仿體制作方法。本發(fā)明的技 術(shù)方案如下一種光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法，包括下列步驟(1)稱取適量的近紅外吸收染料和環(huán)氧樹脂，并將近紅外吸收染料溶解到環(huán)氧樹 脂里，制成一定濃度的吸收母液；(2)獲取吸收母液的吸收光譜曲線，并計(jì)算在λ = 780nm下吸收母液的吸收系 數(shù)；(3)根據(jù)吸收系數(shù)與染料濃度的線性關(guān)系，計(jì)算在波長(zhǎng)λ = 780nm下吸收系數(shù)為 μ a = 0. 005mm 1的吸收母液的濃度，據(jù)此，計(jì)算由步驟1制取的吸收母液應(yīng)當(dāng)稀釋的倍數(shù)；(4)根據(jù)米散射理論計(jì)算制作約化散射系數(shù)為μ ‘ s = 0. 9mm 1的仿體所需要的 二氧化鈦的體積含量，這里的體積含量指在制備好的仿體中，每單位體積含二氧化鈦的質(zhì) 量；(5)按照吸收母液應(yīng)當(dāng)稀釋的倍數(shù)稱取吸收母液，按照所需要的二氧化鈦的體積 含量稱取二氧化鈦，將二氧化鈦、吸收母液與環(huán)氧樹脂混合并充分?jǐn)嚢瑁?6)將混合溶液放到真空泵中，在低于0. 3 0. 4個(gè)大氣壓下，抽取其中的氣泡；(7)根據(jù)需要做的仿體的形狀及體積，準(zhǔn)備模具；(8)在避光條件下，按照環(huán)氧樹脂與所選用的固化劑的適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量配比，向模具中 加入混合溶液和固化劑；(9)加入固化劑后，沿同一個(gè)方向勻速攪拌使其混合均勻；(10)將模具再次放到真空泵中，抽取加入了固化劑的混合溶液中的氣泡；(11)將模具放置到0 5°C恒溫箱中，待其固化成型；(12)將成型的固體從模具中取出，將其進(jìn)一步加工成固態(tài)仿體，所制成的固態(tài)仿 體的參數(shù)為波長(zhǎng)λ = 780nm,吸收系數(shù)Pa = O. 005mm S約化散射系數(shù)μ ‘ s = 0. 9mm、本發(fā)明的光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法，第4步中，加入二氧化鈦的體積含 量為0.000704g/ml;環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量配比為5 2。本發(fā)明根據(jù)正常乳腺組織的光學(xué)參數(shù)，通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定了制作該 種組織的仿體的配方，并給出了仿體的具體制作方法，為光學(xué)乳腺成像系統(tǒng)的研制和實(shí)驗(yàn) 提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。


圖1利用本發(fā)明實(shí)施例采用的近紅外染料制備的吸收母液的吸收光譜曲線。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例選用的制作仿體的材料由三部分組成，基底材料，吸收物質(zhì)和散射物質(zhì)。 其中基底材料包括環(huán)氧樹脂，固化劑；吸收物質(zhì)為近紅外吸收染料；散射物質(zhì)為二氧化鈦 (TiO2)微顆粒。下面分別對(duì)本實(shí)施例所采用的材料和制作方法做詳細(xì)描述。所采用的主要材料如下1)近紅外吸收染料型號(hào)菁染料NIRD-09在避光的條件下，將1. 5mg染料溶解于IOOml環(huán)氧樹脂中，并用玻璃棒攪拌均勻， 稱之為吸收母液。用光譜儀掃描出吸收母液的吸收光譜曲線(樣品池厚度為IOmm)如圖1 所示(掃描光頻帶為600 900nm，抽樣間隔為Inm的快速單一掃描)2)環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)型號(hào)AralditeGY257Araldite GY 257是一種低粘滯改性雙酚A環(huán)氧樹脂，固化后具有良好的機(jī)械性， 在25°C下粘度為500 650mpa. s,比重為1. 15g/cm3。3)固化劑(Hardener)型號(hào)Aradur3233在25°C下，比重為1. Og/cm3，操作時(shí)間為30分鐘。固化劑用量與環(huán)氧樹脂用量的 質(zhì)量比為2 5。4) 二氧化鈦(Ti02)型號(hào)Dupont Ti-Pure R—902+Ti-Pure R-902+是一種采用氯化物工藝生產(chǎn)的多用途金紅石型鈦白粉顏料，鈦白 粉最低重量百分比為93%;比重為4. Og/cm3;粒徑中值為0.405 μ m;在波長(zhǎng)λ = 780nm下， 它的折射率為2.6。4.相關(guān)量的計(jì)算(1)散射系數(shù)計(jì)算方法德國(guó)科學(xué)家古斯塔夫 米(Mie)發(fā)現(xiàn)了散射程度依賴于散射粒子的尺寸和入射波 長(zhǎng)的比把它們定義為尺寸參數(shù)X
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法，包括下列步驟(1)稱取適量的近紅外吸收染料和環(huán)氧樹脂，并將近紅外吸收染料溶解到環(huán)氧樹脂里， 制成一定濃度的吸收母液；(2)獲取吸收母液的吸收光譜曲線，并計(jì)算在λ= 780nm下吸收母液的吸收系數(shù)；(3)根據(jù)吸收系數(shù)與染料濃度的線性關(guān)系，計(jì)算在波長(zhǎng)λ= 780nm下吸收系數(shù)為 =0. 005mm 1的吸收母液的濃度，據(jù)此，計(jì)算由步驟1制取的吸收母液應(yīng)當(dāng)稀釋的倍數(shù)；(4)根據(jù)米散射理論計(jì)算制作約化散射系數(shù)為μ‘ s = 0. 9mm 1的仿體所需要的二氧 化鈦的體積含量，這里的體積含量指在制備好的仿體中，每單位體積含二氧化鈦的質(zhì)量；(5)按照吸收母液應(yīng)當(dāng)稀釋的倍數(shù)稱取吸收母液，按照所需要的二氧化鈦的體積含量 稱取二氧化鈦，將二氧化鈦、吸收母液與環(huán)氧樹脂混合并充分?jǐn)嚢瑁?6)將混合溶液放到真空泵中，在低于0.3 0. 4個(gè)大氣壓下，抽取其中的氣泡；(7)根據(jù)需要做的仿體的形狀及體積，準(zhǔn)備模具；(8)在避光條件下，按照環(huán)氧樹脂與所選用的固化劑的適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量配比，向模具中加入 混合溶液和固化劑；(9)加入固化劑后，沿同一個(gè)方向勻速攪拌使其混合均勻；(10)將模具再次放到真空泵中，抽取加入了固化劑的混合溶液中的氣泡；(11)將模具放置到0 5°C恒溫箱中，待其固化成型；(12)將成型的固體從模具中取出，將其進(jìn)一步加工成固態(tài)仿體，所制成的固態(tài)仿體的 參數(shù)為波長(zhǎng)λ = 780nm,吸收系數(shù)Pa = O. 005mm S約化散射系數(shù)μ ‘ s = 0. W0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法，其特征在于，第4步中， 加入二氧化鈦的體積含量為0. 000704g/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法，其特征在于，環(huán)氧樹脂 與固化劑的質(zhì)量配比為5 2。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體制作方法，包括近紅外吸收染料溶解到環(huán)氧樹脂里，制成吸收母液；獲取吸收母液的吸收光譜曲線，計(jì)算吸收母液的用量；根據(jù)米散射理論計(jì)算制作仿體所需要的二氧化鈦用量；稱取吸收母液，按照所需要的二氧化鈦的體積含量稱取二氧化鈦，將二氧化鈦、吸收母液與環(huán)氧樹脂混合并充分?jǐn)嚢瑁粚⒒旌先芤悍诺秸婵毡弥?，抽取其中的氣泡；根?jù)需要做的仿體的形狀及體積，準(zhǔn)備模具；向模具中加入混合溶液和固化劑；沿同一個(gè)方向勻速攪拌使其混合均勻；再次抽取氣泡；低溫固化成型。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了制作具有穩(wěn)定的物理性質(zhì)、能長(zhǎng)期保存的光學(xué)乳腺成像用固態(tài)仿體。
文檔編號(hào)C08K3/22GK102093668SQ20101060322
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者楊芳, 范穎, 趙會(huì)娟, 高峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)