PL233387B1

PL233387B1 - Fantom do wizualizacji rozkładu temperatury

Info

Publication number: PL233387B1
Application number: PL42315417A
Authority: PL
Inventors: Marek Kuna-Broniowski; Izabela Kuna-Broniowska; Piotr Makarski
Original assignee: Univ Przyrodniczy W Lublinie
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-10-31
Also published as: PL423154A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest fantom do wizualizacji rozkładu temperatury, której zmiana wywołana jest oddziaływaniem niejonizującego promieniowania elektromagnetycznego. Fantom ma zastosowanie w szczególności do odwzorowania zmian temperatury w tkankach ludzkich bądź zwierzęcych. Fantom umożliwia kontrolę procesu nagrzewania, towarzyszącego ekspozycji na promieniowanie elektromagnetyczne. Za odwzorowanie rozkładu temperatury odpowiedzialne są substancje termochromowe.

Spośród układów termochromowych znane są układy hydrożel - barwnik wskaźnikowy. Układy te stają się termochromowymi poprzez oddziaływania występujące pomiędzy matrycą polimeru a wprowadzonym barwnikiem wskaźnikowym. Termochromizm jest rezultatem zmiany struktury układu zależnej od temperatury.

Z opisu patentowego Korei Południowej KR101431522 (B1) znany jest fantom do oceny zmian temperatury, spowodowanych na przykład promieniowaniem z urządzenia medycznego. Fantom ma postać przezroczystego lub półprzezroczystego ciała stałego i wykonany jest z substancji skupiającej wypromieniowaną energię. Substancja ta jest ponadto równomiernie wymieszana z materiałami termochromowymi. Materiał termochromowy stanowi między innymi odwracalny pigment zeolitowy, posiadający właściwości zmiany koloru w zakresie temperatur od 0°C do 80°C. Wymieszanie z substancją termochromową powoduje jednak, że partie fantomu umieszczone głębiej pozostają niewidoczne wskutek zasłonięcia ich przez termochromowe cząstki. Głęboka wizualizacja przestrzenna rozkładu temperatur jest więc utrudniona.

W publikacji zgłoszenia CN103162857 (A) ujawniono wskaźnik temperatury, który zawiera kryształ fotoniczny i zbudowany jest jako blok wykonany z hydrożelu, stanowiącego element termoczuły i monodyspersyjnej koloidalnej emulsji mikrosferycznej. Kryształy fotoniczne wykorzystują m. in. zjawisko załamania światła.

Wskutek oddziaływania ich z substancją pochłaniającą promieniowanie zmienia się ich współczynnik załamania światła.

Istota fantomu do wizualizacji rozkładu temperatury zawierającego materiał termoczuły, reagujący zmianą temperatury na oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego oraz zawierającego materiał termochromowy polega na tym, że składa się z odwzorowujących budowę tkanek badanego obiektu transparentnych wskaźników termicznych, z których pierwsze wskaźniki termiczne odwzorowują zachowanie tkanek uwodnionych, a drugie wskaźniki termiczne odwzorowują zachowanie tanek tłuszczowych.

Korzystnie, pierwszy wskaźnik termiczny odwzorowujący zachowanie tkanki uwodnionej zbudowany jest z pierwszego elementu termoczułego oraz z zespolonego z nim elementu termochromowego, przy czym pierwszy element termoczuły ma formę bryły o wymiarach zewnętrznych wynoszących od 5 do 10 mm i wykonany jest z hydrożelu nasyconego wodą.

Korzystnie, drugi wskaźnik termiczny odwzorowujący zachowanie tkanki tłuszczowej zbudowany jest z drugiego elementu termoczułego oraz zintegrowanego z nim elementu termochromowego, przy czym drugi element termoczuły ma formę bryły o wymiarach zewnętrznych wynoszących od 5 do 10 mm i wykonany jest jako zewnętrzna transparentna powłoka żelatynowa wypełniona olejem.

Przedstawiona budowa wskaźników termicznych umożliwia tworzenie fantomu o pożądanym kształcie, zbliżonym do badanego obiektu.

Korzystnie, maksymalne pole powierzchni rzutu elementu termochromowego, zasłania nie więcej niż 20% pola powierzchni rzutu elementu termochromowego. Zastosowane materiały elementów termoczułych, czyli hydrożel i olej są transparentne i zasadniczo bezbarwne. Aby możliwa była obserwacja w głębszych partiach fantomu, element termochromowy zastosowany we wskaźniku musi być odpowiednich rozmiarów. Nie dojdzie wtedy do zasłonięcia przez niego i przez kolejne elementy termochromowe zintegrowane z głębiej położonymi elementami termoczułymi kolejnych warstw fantomu w stopniu uniemożliwiającym prowadzenie obserwacji. Zaproponowane wymiary stosowanego elementu termochromowego pozwalają zatem na uwidocznienie rozkładu temperatury nie tylko w warstwach zewnętrznych, ale też w warstwach położonych głębiej.

Korzystnie, wskaźniki termiczne mają formę kuli, dzięki czemu pojedynczy wskaźnik nagrzewa się bardzie równomiernie.

PL 233 387 B1

Korzystnie, element termochromowy jest umieszczony wewnątrz wskaźnika termicznego.

Alternatywnie, element termochromowy jest umieszczony na zewnętrznej powierzchni wskaźnika termicznego. Element termochromowy umieszczony na zewnętrznej powierzchni może być wykonany jako zamalowany farbą termochromową fragment powierzchni, albo może być to też papier termoczuły naklejony na powierzchnię wskaźnika.

Fantom wykonany z dwóch rodzajów wskaźników termicznych: odwzorowujących zachowanie tkanek uwodnionych oraz odwzorowujących zachowanie tanek tłuszczowych pozwala obrazować interakcje najważniejszych składników obiektów, zwłaszcza pochodzenia organicznego, które zwykle poddawane są nagrzewaniu elektromagnetycznemu, tzn. tłuszczu i wody. Budowa wskaźników termicznych umożliwia tworzenie wiarygodnych fantomów - modeli obiektów organicznych, zwłaszcza takich, jakie stosowane są w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Fantom według wynalazku przedstawiony został szczegółowo w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia fantom schematycznie;

Fig. 2a przedstawia w przekroju pierwszy wskaźnik termiczny odwzorowujący zachowanie tkanki uwodnionej, w którym element termochromowy jest umieszczony wewnątrz wskaźnika termicznego;

Fig. 2b przedstawia pierwszy wskaźnik termiczny odwzorowujący zachowanie tkanki uwodnionej, w którym element termochromowy jest umieszczony na zewnętrznej powierzchni wskaźnika termicznego;

Fig. 3a przedstawia w przekroju drugi wskaźnik termiczny odwzorowujący zachowanie tkanki tłuszczowej, w którym element termochromowy jest umieszczony wewnątrz wskaźnika termicznego;

Fig. 3b przedstawia drugi wskaźnik termiczny odwzorowujący zachowanie tkanki tłuszczowej, w którym element termochromowy jest umieszczony na zewnętrznej powierzchni wskaźnika termicznego.

P r z y k ł a d 1

Fantom do wizualizacji rozkładu temperatury składa się z odwzorowujących budowę tkanek badanego obiektu transparentnych wskaźników termicznych 1 i 2, z których pierwsze wskaźniki termiczne 1 odwzorowują zachowanie tkanek uwodnionych, a drugie wskaźniki termiczne 2 odwzorowują zachowanie tanek tłuszczowych. Wskaźniki termiczne 1 i 2 umieszczone są w transparentnej powłoce 3, posiadającej kształt badanego obiektu. Pierwszy wskaźnik termiczny 1 odwzorowujący zachowanie tkanki uwodnionej zbudowany jest z pierwszego elementu termoczułego 4 oraz elementu termochromowego 5. Pierwszy element termoczuły 4 ma formę kuli i wykonany jest z hydrożelu, który nasycony jest wodą. Element termochromowy 5 ma postać stałą i umieszczony został we wnętrzu pierwszego elementu termoczułego 4 poprzez introdukcję. Substancjami do zastosowania jako element termochromowy 5 mogą być na przykład pigmenty termochromowe na bazie ciekłych kryształów o zakresie zmiany barw dostosowanym do przewidywanego zakresu zmian temperatur. Nie wyklucza to jednak możliwości zast osowania w pierwszym elemencie termoczułym 4 elementu termochromowego 5, mającego postać płynną. Płynnymi substancjami mogą być farby termochromowe na bazie ciekłych kryształów, również o zakresie zmiany barw dostosowanym do przewidywanego zakresu zmian temperatur. Umieszczenie elementu termochromowego 5 w postaci płynnej we wnętrzu pierwszego elementu termoczułego 4 zrealizowane może zostać poprzez wstrzyknięcie go do wnętrza. Drugi wskaźnik termiczny 2 odwzorowujący zachowanie tkanki tłuszczowej zbudowany jest z drugiego elementu termoczułego 6 oraz zintegrowanego z nim elementu termochromowego 5. Drugi element termoczuły 6 ma również formę kuli i wykonany jest jako zewnętrzna transparentna powłoka 7 żelatynowa, wypełniona olejem 8. Element termochromowy 5 ma postać stałą i umieszczony został we wnętrzu drugiego elementu termoczułego 6 również poprzez introdukcję.

W celu przeprowadzenia badania rozkładu temperatury wewnątrz przygotowanego fantomu, fantom ten poddaje się działaniu promieniowania elektromagnetycznego, na przykład poprzez umieszczenie w komorze grzewczej urządzenia mikrofalowego.

P r z y k ł a d 2

Przykład przedstawia bardziej szczegółowo wskaźniki zastosowane w przykładzie 1, które zobrazowane są na Fig. 2a i Fig. 3a. Elementy termoczułe 4 i 6 mają formę kuli o średnicy wynoszącej 8mm. Zastosowano elementy termochromowe 5, mające również formę kuli o średnicy 3 mm. Maksy

PL 233 387 B1 malne pole powierzchni rzutu elementu termochromowego 5 równa jest jego przekrojowi poprzecznemu względem osi symetrii i wynosi około 7 mm². Element termochromowy 5 o takich wymiarach zasłania około 14% pola powierzchni rzutu elementu termoczułego 4 albo 6.

P r z y k ł a d 3

Przykład przedstawia wskaźniki w wariantowym wykonaniu, zobrazowane na Fig. 2b i Fig. 3b. Elementy termoczułe 4 i 6 mają formę kuli o średnicy wynoszącej 10mm. Zastosowano elementy termochromowe 5, które naniesione są na powierzchnię elementu termoczułego 4 albo 6. Elementy termochromowe 5 mogą być namalowane z zastosowaniem farby o właściwościach termochromowych, albo mogą być naklejone na powierzchnię, na przykład w postaci papieru termoczułego. Zamalowana względnie zaklejona elementem termochromowym 5 powierzchnia ma kształt zbliżony do prostokąta o wymiarach około 3 x 4mm, co stanowi mniej niż 17% po la powierzchni rzutu elementu termoczułego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Fantom do wizualizacji rozkładu temperatury zawierający materiał termoczuły, reagujący zmianą temperatury na oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego oraz zawierający materiał termochromowy,, znamienny tym, że składa się z odwzorowujących budowę tkanek badanego obiektu transparentnych wskaźników termicznych (1, 2), z których pierwsze wskaźniki termiczne (1) odwzorowują zachowanie tkanek uwodnionych, a drugie wskaźniki termiczne (2) odwzorowują zachowanie tanek tłuszczowych.
2. Fantom według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy wskaźnik termiczny (1) odwzorowujący zachowanie tkanki uwodnionej zbudowany jest z pierwszego elementu termoczułego (4) oraz z zespolonego z nim elementu termochromowego (5), przy czym pierwszy element termoczuły (4) ma formę bryły o wymiarach zewnętrznych wynoszących od 5 do 10 mm i wykonany jest z hydrożelu nasyconego wodą.
3. Fantom według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi wskaźnik termiczny (2) odwzorowujący zachowanie tkanki tłuszczowej zbudowany jest z drugiego elementu termoczułego (6) oraz zintegrowanego z nim elementu termochromowego (5), przy czym drugi element termoczuły (6) ma formę bryły o wymiarach zewnętrznych wynoszących od 5 do 10 mm i wykonany jest jako zewnętrzna transparentna powłoka (7) żelatynowa wypełniona olejem (8).
4. Fantom według dowolnego z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że maksymalne pole powierzchni rzutu elementu termochromowego (5), zasłania nie więcej niż 20% pola powierzchni rzutu elementu termoczułego (4, 6).
5. Fantom według dowolnego zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że wskaźniki termiczne (1, 2) mają formę kuli.
6. Fantom według dowolnego zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że element termochromowy (5) jest umieszczony wewnątrz wskaźnika termicznego (1,2).
7. Fantom według dowolnego zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że element termochromowy (5) jest umieszczony na zewnętrznej powierzchni wskaźnika termicznego (1,2).