一种人体软硬组织功能模型的制备方法技术

本发明专利技术涉及功能模型的制备，特别涉及一种人体软硬组织功能功能模型的制备方法。解决现有功能模型存在的无个性化差异、成本高及模型表面硬度不真实的问题，包括：提取人体组织的图像数据；将图像数据转化为三维数据；利用3D打印制备组织模具，将打印好的软硬不同的组织模型按照真实人体组织器官的空间位置，进行安装固定；将液态硅胶(接近组织表面硬度，体色)按组装要求分时间段浇注入包含硬质、软质组织模型的模具中，待硅胶凝固后，将模具去除。由此可获得一体软硬的组织功能模型，且模型具有人体组织器官的体色及接近不同组织器官的表面硬度，适用于模拟真实手术、临床培训教学。

【技术实现步骤摘要】
一种人体软硬组织功能模型的制备方法
本专利技术涉及功能模型的制备，特别涉及一种人体软硬组织功能功能模型的制备方法。
技术介绍
高度保真的功能模型在临床治疗和医学教育中发挥着重要的作用。现有的功能模型主要通过传统铸造和注塑工艺以及3D打印实现，传统铸造和注塑工艺制备模具时间较长成本高，而且通常会忽略掉患者间的个性化差异。通过3D打印可以实现个体化差异，但是其打印的主要全硬质或较软材料的医学模型，在用于人体模型解剖时其真实度会远远不够。
技术实现思路
为了解决现有功能模型存在的无个性化差异、成本高及模型表面硬度不真实的问题，本专利技术提供了一种人体软硬组织功能模型的制备方法。通过本方法制备的人体软硬组织功能模型，具有个体化差异，且模型中包含不同组织硬度的，利于辨别区分的功能模型。本专利技术制备的功能模型接近人体真实组织器官表面弹性模量，表面无发粘，将不同的弹性模量的组织器官融合在一起，器官观察明显；适用于手术模拟，解剖训练，医学教学。本专利技术的技术方案是提供一种人体软硬组织功能模型的制备方法，包括以下步骤：S1、数据采集：通过医学影像设备对目标人体部位进行检测，采集目标人体部位的外部轮廓数据及其中硬质组织与部分软质组织对应的图像数据并保存，同时提取硬质组织与部分软质组织表面的弹性模量；其中，所述部分软质组织能够通过3D打印制备；S2、数据处理：将步骤S1获取的该人体部位的外部轮廓数据及硬质组织与部分软质组织对应的图像数据进行数据处理，使其成为3D打印设备可识别的三维数据；S3、模型制备：所述模型包括目标人体部位的壳体模具、硬质组织模型与部分软质组织模型；利用人体部位外部轮廓的三维数据，通过3D打印设备打印壳体模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；根据硬质组织的弹性模量选取对应的3D打印材料及成型方式，利用硬质组织的三维数据，通过3D打印设备打印硬质组织模型；根据部分软质组织的弹性模量选取对应的3D打印材料及成型方式，利用部分软质组织的三维数据，通过3D打印设备打印部分软质组织模型；S4、模型处理：将完成的壳体模具、硬质组织模型与部分软质组织模型进行精度检测与表面处理；S5、模型组装：将硬质组织模型与部分软质组织模型放入壳体模具，按照人体真实空间状况，将其固位；S6、硅胶灌注：调配硅胶的硬度与颜色，使其与目标人体部位内另一部分软质组织的颜色与硬度相适配；通过灌注孔将硅胶浇注于壳体模具内对应另一部分软质组织部位处，静止设定时间；S7、模具拔模：待硅胶凝固好后，将壳体模具去除，获得软硬一体的组织功能模型。进一步地，为了获得详细的人体组织的图像数据，步骤S1中，所述医学影像设备包括：医学影像CT，MRI及超声设备；利用超声设备获得不同组织表面的弹性模量数据。进一步地，为了确保硬质组织模型与部分软质组织模型在壳体模具内贴合牢固，步骤S5中，通过下述方法实现固位：利用液态光敏树脂作为粘合剂，将硬质组织模型与部分软质组织模型粘合在壳体模具内，并用紫外笔照射固化。本专利技术采用非常少量的液态光敏树脂即可将模型固位，且粘接完后不显示出胶痕，不影响模型的外观。进一步地，步骤S6中，所述硅胶为全透明双组分缩合型硅胶。在满足制备功能模型要求的情况下，缩合型硅胶价格相对较低，可降低生产成本。进一步地，为了提高真实度，步骤S4中，还包括对壳体模具内表面进行抛光液清洗的步骤。进一步地，步骤S1中，所述部分软质组织为血管和神经。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术根据不同组织器官的弹性模量采用不同的制备工艺，制备功能模型，确保该功能模型接近人体真实组织器官表面弹性模量，触感较为真实，同时该功能模型的颜色与真实实体高度匹合，适用于手术模拟，解剖训练，医学教学。2、本专利技术制备过程无支撑机构，功能模型中组织结构清晰，易于辨别且表面光滑，无黏连，制备成本较低，便于应用推广。附图说明图1为本专利技术人体软硬组织功能模型的制备方法流程图。图2为本专利技术实施例中制备出的壳体模具的组装图；a为完整壳体模具示意图，b为壳体模具的主要部分示意图；图3为本专利技术实施例中，各组织模型与壳体模具的内部示意图，a为足骨模型，神经与血管模型固位示意图；b为足骨模型，神经与血管模型固定在足体外壳模具内的示意图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步地描述。以下实施例以人体足体为例进行说明。如图1，本实施例通过以下步骤实现人体足体模型的制备：S1：数据获取及提取：通过医学影像设备CT检测人体足体，获得足体表面、足骨、血管和神经数据，保存数据，并提取及记录足骨、血管和神经表面弹性模量；S2：数据处理：利用医学类软件分别处理足体表面、足骨、血管和神经的数据，使其成为三维数据(3D打印机可识别的格式)；S3：模型制备：利用足体表面数据通过FDM3D打印设备打印足体外壳模具，在打印过程中，确保足体外壳模具上留有直径为3mm的排气孔及内径为4mm，外径为6mm的灌注孔；成型图如图2所示；足骨弹性模量(松质骨0.02-0.5GPa，皮质骨3-30GPa)，因此选用白色丝材(弹性参数为3.2GPa附近)材料，通过FDM3D打印设备打印足骨模型，确保打印出的足骨模型与真实实体高度匹配。血管弹性模量为(300-2000KPa)，神经弹性模量为(30-61KPa)，因此选用软质光敏树脂材料，通过DLP3D打印设备打印神经，血管模型，能够保证打印出的神经、血管模型与真实实体高度匹配。S4：模型处理：将完成的足体外壳模具，足骨模型，神经与血管模型进行精度检测，对足骨模型，神经与血管模型进行表面处理，并对足体外壳模具内表面利用抛光液进行清洗。S5：模型组装：将足骨模型与神经与血管模型放入足体外壳模具内，按照足体真实空间状况，将足骨模型，神经与血管模型固位，见图3中a所示；并用液态光敏树脂作为粘合剂，用紫外笔照射将各模型部件固化粘合在足体外壳模具内，使其形成完整整体，见图3中b所示。S6：硅胶灌注：首先，选取全透明双组分缩合型硅胶，按A:B组分1:1比例，在室温下调配硬度与颜色。因足体底部软质组织的邵氏硬度为0-3度，颜色接近透明，足体背部邵氏硬度为3-5度，颜色为体肤色。所以本实施例调制两种不同的硅胶，一部分用于填充足体底部，一部分用于填充足体背部，将用于填充足体底部的硅胶邵氏硬度调配为0-3度，并用神经黄颜色和血管红颜色将硅胶颜色调配至接近透明；将用于填充足体背部的硅胶邵氏硬度调配为3-5度，并用神经黄颜色和血管红颜色将硅胶颜色调配至体肤色；最后利用抽真空机抽取调配好硅胶内的气泡。然后，分步骤的将邵氏硬度为0-3度的硅胶通过灌注孔灌注入足体底部对应的位置，在常温下静置5小时。将邵氏硬度为3-5度的硅胶通过灌注孔灌注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体软硬组织功能模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、数据采集：/n通过医学影像设备对目标人体部位进行检测，采集目标人体部位的外部轮廓数据及其中硬质组织与部分软质组织对应的图像数据并保存，同时提取硬质组织与部分软质组织表面的弹性模量；其中，所述部分软质组织能够通过3D打印制备；/nS2、数据处理：/n将步骤S1获取的该人体部位的外部轮廓数据及硬质组织与部分软质组织对应的图像数据进行数据处理，使其成为3D打印设备可识别的三维数据；/nS3、模型制备：/n所述模型包括目标人体部位的壳体模具、硬质组织模型与部分软质组织模型；/n利用人体部位外部轮廓的三维数据，通过3D打印设备打印壳体模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；/n根据硬质组织的弹性模量选取对应的3D打印材料及成型方式，利用硬质组织的三维数据，通过3D打印设备打印硬质组织模型；/n根据部分软质组织的弹性模量选取对应的3D打印材料及成型方式，利用部分软质组织的三维数据，通过3D打印设备打印部分软质组织模型；/nS4、模型处理：/n将完成的壳体模具、硬质组织模型与部分软质组织模型进行精度检测与表面处理；/nS5、模型组装：/n将硬质组织模型与部分软质组织模型放入壳体模具，按照人体真实空间状况，将其固位；/nS6、硅胶灌注：/n调配硅胶的硬度与颜色，使其与目标人体部位内另一部分软质组织的颜色与硬度相适配；/n通过灌注孔将硅胶浇注于壳体模具内对应另一部分软质组织部位处，静止设定时间；/nS7、模具拔模：/n待硅胶凝固好后，将壳体模具去除，获得软硬一体的组织功能模型。/n...

【技术特征摘要】
1.一种人体软硬组织功能模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、数据采集：
通过医学影像设备对目标人体部位进行检测，采集目标人体部位的外部轮廓数据及其中硬质组织与部分软质组织对应的图像数据并保存，同时提取硬质组织与部分软质组织表面的弹性模量；其中，所述部分软质组织能够通过3D打印制备；
S2、数据处理：
将步骤S1获取的该人体部位的外部轮廓数据及硬质组织与部分软质组织对应的图像数据进行数据处理，使其成为3D打印设备可识别的三维数据；
S3、模型制备：
所述模型包括目标人体部位的壳体模具、硬质组织模型与部分软质组织模型；
利用人体部位外部轮廓的三维数据，通过3D打印设备打印壳体模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；
根据硬质组织的弹性模量选取对应的3D打印材料及成型方式，利用硬质组织的三维数据，通过3D打印设备打印硬质组织模型；
根据部分软质组织的弹性模量选取对应的3D打印材料及成型方式，利用部分软质组织的三维数据，通过3D打印设备打印部分软质组织模型；
S4、模型处理：
将完成的壳体模具、硬质组织模型与部分软质组织模型进行精度检测与表面处理；
S5、模型组装：
将硬质组织模型与部分软质组织模型放入壳体模具，按照人体真实空间状况，将其固位；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王影，王晶，卢秉恒，王远，马致远，陈华磊，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61