RU235292U1

RU235292U1 - MULTIMODAL MODEL OF ABDOMINAL AORTA WITH CALCINOUS WALL AND ANEURYSM FOR RADIOGRAPHY STUDIES

Info

Publication number: RU235292U1
Application number: RU2024132203U
Authority: RU
Inventors: Мария Романовна Коденко; Анастасия Викторовна Гусева; Антон Вячеславович Владзимирский; Леонид Юрьевич Анопченко; Ольга Васильевна Омелянская; Юрий Александрович Васильев
Filing date: 2024-10-28
Publication date: 2025-06-27

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, биомедицинского моделирования, в частности к фантомам для исследований брюшной аорты, и может использоваться для обучения специалистов по проведению ультразвуковой диагностики щитовидной железы, манипуляций с ультразвуковой навигацией, проверки оборудования и создания новых диагностических методик и приборов. Полезная модель воспроизводит биомеханические характеристики тканей аорты, имеет толщину стенки, близкую к реальным значениям, содержит модель аневризмы и кальцинированных включений стенки. За счет этого достигается большая реалистичность модели и расширяется область применения. Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание мультимодального фантома для лучевых исследований, характеризующегося реалистичностью моделирования и следующей из этого реалистичностью условий наблюдения при помощи средств лучевой диагностики. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение степени соответствия структуры фантома структуре брюшной аорты человека и следующее из этого повышение реалистичности и качества освоения методик лучевой диагностики, а также манипуляций, выполняемых с использованием фантома. The utility model relates to the field of medicine, biomedical modeling, in particular to phantoms for abdominal aorta studies, and can be used to train specialists in conducting ultrasound diagnostics of the thyroid gland, manipulations with ultrasound navigation, checking equipment and creating new diagnostic methods and devices. The utility model reproduces the biomechanical characteristics of aortic tissues, has a wall thickness close to real values, contains a model of aneurysm and calcified wall inclusions. Due to this, greater realism of the model is achieved and the scope of application is expanded. The technical problem, which the claimed utility model is aimed at solving, is the creation of a multimodal phantom for radiation studies, characterized by realistic modeling and the resulting realistic observation conditions using radiation diagnostics. The technical result ensured by the given set of features is an increase in the degree of conformity of the phantom structure to the structure of the human abdominal aorta and the resulting increase in the realism and quality of mastering radiation diagnostic methods, as well as manipulations performed using the phantom.

Description

Полезная модель относится к области медицины, биомедицинского моделирования, в частности к физическим моделям для исследований брюшной аорты, и может использоваться для симуляции компьютерно-томографических ангиографических (КТА), магнитно-резонансных (МРТ) и ультразвуковых (УЗИ) диагностических исследований, а также хирургических операций брюшного отдела аорты при обучении специалистов, проверки оборудования и создания новых диагностических методик и приборов.The utility model relates to the field of medicine, biomedical modeling, in particular to physical models for studies of the abdominal aorta, and can be used to simulate computed tomographic angiographic (CTA), magnetic resonance (MRI) and ultrasound (US) diagnostic studies, as well as surgical operations of the abdominal aorta in training specialists, testing equipment and creating new diagnostic methods and devices.

Из уровня техники известен медицинский фантом [1] брюшного отдела аорты, изготовленный из изомальтового стержня из полиуретановой мембраны. Фантом имеет антропоморфную геометрию, полученную посредством сегментации КТА-изображений человека. Выше области бифуркации аорты на повздошные артерии размещена модель тромба, изготовленного из смеси смесь из агара (номер А-6924, Sigma Chemical, St-Louis, МО), глицерина (номер G-5516, Sigma Chemical), 0,5 г азида натрия (номер S-2002, Sigma Chemical), частиц целлюлозы (Sigmacell, номер S-5504, Sigma Chemical) и дистиллированной воды. Полученный фантом был визуализирован с помощью КТА, МРТ, УЗИ, причем для МРТ и УЗИ визуализация достигалась посредством включения в структуру фантома стеклянных сферических объектов.A medical phantom [1] of the abdominal aorta is known from the prior art. It is made of an isomalt rod made of a polyurethane membrane. The phantom has anthropomorphic geometry obtained by segmenting human CTA images. Above the region of the aortic bifurcation onto the iliac arteries, a thrombus model is placed, made of a mixture of agar (item A-6924, Sigma Chemical, St-Louis, MO), glycerol (item G-5516, Sigma Chemical), 0.5 g sodium azide (item S-2002, Sigma Chemical), cellulose particles (Sigmacell, item S-5504, Sigma Chemical) and distilled water. The resulting phantom was visualized using CTA, MRI, and ultrasound, with visualization achieved for MRI and ultrasound by incorporating glass spherical objects into the phantom structure.

Фантом [1] взят в качестве наиболее близкого аналога заявленного устройства, т.е. прототипа.Phantom [1] is taken as the closest analogue of the declared device, i.e. a prototype.

Недостатком прототипа является отсутствие моделирования стенки сосуда заданной толщины, отсутствие моделирования аневризмы просвета и кальционоза стенки.The disadvantage of the prototype is the lack of modeling of the vessel wall of a given thickness, the lack of modeling of the lumen aneurysm and calcification of the wall.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание мультимодальной физической модели для лучевых исследований, имитирующего брюшную аорту человека с аневризмой и кальцинированной стенкой, и следующей из этого реалистичностью условий наблюдения при помощи инструментов лучевой диагностики.The technical problem, which the claimed utility model is aimed at solving, is the creation of a multimodal physical model for radiation studies, simulating the human abdominal aorta with an aneurysm and a calcified wall, and the resulting realistic observation conditions using radiation diagnostic instruments.

В отличие от прототипа предлагаемая полезная модель в предпочтительном варианте исполнения изготовлена из силикона на платиновой основе с твердостью по шкале Шора равной 30 единицам, который обладает биомеханическими характеристиками, сходными с параметрами аортальной ткани [2]. Толщина стенки разработанной модели составляет 2 мм, что соответствует референтным значениям, полученным для реальных артериальных сосудов. Разработанная модель содержит имитацию аневризмы и кальцинированные включения в стенке, в отличие от прототипа.Unlike the prototype, the proposed utility model in the preferred embodiment is made of platinum-based silicone with a Shore hardness of 30 units, which has biomechanical characteristics similar to the parameters of aortic tissue [2]. The wall thickness of the developed model is 2 mm, which corresponds to the reference values obtained for real arterial vessels. The developed model contains an imitation of an aneurysm and calcified inclusions in the wall, unlike the prototype.

Решение технической задачи достигается тем, что предлагаемая полезная модель, в отличие от прототипа [1], изготовлена из силикона, воспроизводящего биомеханические параметры реальной стенки сосуда, содержит имитацию аневризмы, кальцинированные включения в стенке.The solution to the technical problem is achieved by the fact that the proposed utility model, unlike the prototype [1], is made of silicone, reproducing the biomechanical parameters of a real vessel wall, contains an imitation of an aneurysm, calcified inclusions in the wall.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение соответствия модели характеристикам брюшной аорты человека с аневризмой просвета и кальцинозом стенки и следующее из этого повышение реалистичности условий проведения экспериментов с использованием инструментов лучевой диагностики (КТА, УЗИ, МРТ), освоения методик и манипуляций с использованием заявляемой модели.The technical result provided by the given set of features is an increase in the conformity of the model with the characteristics of the human abdominal aorta with an aneurysm of the lumen and calcification of the wall and the resulting increase in the realism of the conditions for conducting experiments using radiation diagnostic tools (CTA, ultrasound, MRI), mastering the methods and manipulations using the claimed model.

На Фиг. 1 представлен вид полезной модели. Fig. 1 shows a view of the utility model.

Устройство состоит из антропоморфной модели брюшной аорты 1 с областью аневризматического расширения 2 и модели кальцинатов 3.The device consists of an anthropomorphic model of the abdominal aorta 1 with an area of aneurysmal expansion 2 and a model of calcifications 3.

Все формирующие фантом модели получены в результате сегментации и анализа томограмм.All phantom-forming models were obtained as a result of segmentation and analysis of tomograms.

На Фиг. 2 представлен пример КТ-изображения физической модели.Fig. 2 shows an example of a CT image of a physical model.

На Фиг. 3 показан пример УЗИ-изображения физической модели в области, содержащей кальцинат.Fig. 3 shows an example of an ultrasound image of a physical model in an area containing calcification.

На Фиг. 4 показан пример МРТ-изображения физической модели.Fig. 4 shows an example of an MRI image of a physical model.

Заявляемая полезная модель может использоваться для разработки новых и оптимизации существующих протоколов сканирования для ультразвуковой визуализации, а также магнитно-резонансной и компьютерной томографии. Воспроизведение биомеханических характеристик сосуда позволяет использовать модель для отработки хирургических навыков в рамках обучения хирургов, например, в составе симуляторов сосудистой или абдоминальной хирургии. Как видно из Фиг. 2-4, с помощью модели можно получить изображения с четко различимыми контурами модели брюшной аорты, кальцинированной стенки, нормального просвета и аневризмы брюшной аорты.The claimed utility model can be used to develop new and optimize existing scanning protocols for ultrasound imaging, as well as magnetic resonance and computed tomography. Reproduction of the biomechanical characteristics of the vessel allows using the model to practice surgical skills in the training of surgeons, for example, as part of vascular or abdominal surgery simulators. As can be seen from Figs. 2-4, using the model, it is possible to obtain images with clearly distinguishable contours of the abdominal aorta model, calcified wall, normal lumen and abdominal aortic aneurysm.

На Фиг. 5-7 показаны внешний вид и томографические (КТ, МРТ) изображения фантомов, представляющих собой дополнительные варианты осуществления полезной модели. На Фиг. 5 показаны примеры фантома брюшной аорты в норме (слева) и с аневризмой без кальцинированной стенки (справа). На Фиг. 6 и 7 показаны КТ- и МРТ-изображения фантомов. Из приведенных рисунков видно, что ККТ-плотность материала, из которого изготовлена модель, позволяет достичь характерного для реальных сосудов эффекта неразличимости стенки от контрастированного просвета. На МРТ-изображениях стенка модели визуализируется за счет использования жидкости внутри и снаружи модели.Fig. 5-7 show the appearance and tomographic (CT, MRI) images of phantoms, which are additional embodiments of the utility model. Fig. 5 shows examples of a normal abdominal aorta phantom (left) and with an aneurysm without a calcified wall (right). Fig. 6 and 7 show CT and MRI images of the phantoms. It is evident from the figures that the CCT density of the material from which the model is made makes it possible to achieve the effect of indistinguishability of the wall from the contrasted lumen, which is characteristic of real vessels. In the MRI images, the wall of the model is visualized by using liquid inside and outside the model.

Работа с полезной моделью обеспечит получение навыков дифференциальной диагностики кальциноза и аневризмы, оценки размеров и морфологии просвета и стенки аорты и ее стенки брюшной аорты, разработки и оптимизации протоколов сканирования. Модель также позволяет освоить и развить навыки хирургических манипуляций с брюшной аортой.Working with the utility model will provide skills in differential diagnostics of calcification and aneurysm, assessment of the size and morphology of the lumen and wall of the aorta and its wall of the abdominal aorta, development and optimization of scanning protocols. The model also allows mastering and developing skills in surgical manipulations with the abdominal aorta.

Источники информацииSources of information

1. Allard L. et al. A multimodality vascular imaging phantom of an abdominal aortic aneurysm with a visible thrombus // Medical Physics. - 2013. - T. 40. - № 6 Part 1. - C. 063701.1. Allard L. et al. A multimodality vascular imaging phantom of an abdominal aortic aneurysm with a visible thrombus // Medical Physics. - 2013. - T. 40. - No. 6 Part 1. - P. 063701.

2. Обзор тканеимитирующих материалов для антропоморфного моделирования артериальных сосудов / Д.И. Абызова, М.Р. Коденко // Digital Diagnostics. - 2024. - Т. 5, № S1. - C. 155-156. - DOI 10.17816/DD626907.2. Review of tissue-imitating materials for anthropomorphic modeling of arterial vessels / D.I. Abyzova, M.R. Kodenko // Digital Diagnostics. - 2024. - Vol. 5, No. S1. - P. 155-156. - DOI 10.17816/DD626907.

Claims

A model of the abdominal aorta for computed tomographic angiographic, magnetic resonance and ultrasound studies, containing an anthropomorphic model of the aorta and an imitation of an aneurysm, characterized in that:

additionally, models of calcifications placed in the wall of the anthropomorphic model of the aorta were introduced into it,

the anthropomorphic model of the aorta is made of platinum-based silicone with a Shore hardness of 30 units and has a wall thickness of 2 mm,

and the geometry of the anthropomorphic model of the aorta, the aneurysm simulation and the calcification models were obtained as a result of segmentation and analysis of computed tomograms.