一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备人体部位模型的方法，具体涉及一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法。解决传统铸造和注塑工艺制备模型时间长、成本高、个体化差异小以及3D打印的医学模型无法在手术缝合，反复撕扯等训练应用的缺陷，包括数据采集，数据处理，建立模型，制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具，模具处理，模具组装固位，硅胶灌注，模具拔模等步骤。通过本方法制备的仿生中空人体部位模型真实，接近目标人体部位真实表面硬度，表面光滑不发粘，模型厚度及分布与人体部位一致，组织结构观察明显，耐受反复撕扯。适用于手术模拟，缝合手术训练，临床教学等。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法
本专利技术涉及一种制备人体部位模型的方法，具体涉及一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法。
技术介绍
胃食管反流病是胃内容物反流引起食管症状和并发症的疾病，临床上主要表现为烧心、反酸、胸骨后疼懂，严重者可并发吞吐困难、上消化道出血、Barrett食管和食管癌等；其病因较为复杂，目前认为是一种上消化道动力障碍性疾病，手术治疗被认为是胃食道疾病的最好方式，腹腔镜胃底折叠术不需要切除且无需取样本，只需重建，图像放大，光照良好，可在狭小间隙内操作，创伤小，恢复快的显著优势，成为治疗其病症的主要方式之一，其中合理选择胃底折叠术是保证手术效果的关键。有经验的医生可以通过视频观摩学习腹腔镜技术，然而缺乏亲身操作体验以及合理的胃底折叠手术经验的医生，由于器械的自由度减少以及其二维的手术视野等局限，使其短期内掌握并开展具体操作变得不易，如果在手术过程中操作不当将会引起吞咽困难、消化道穿孔、气胸等并发症。手术模拟训练对于提高手术成功率，提升医生理论实践水平及医生教学等发挥着重要的作用。目前，手术模拟训练中所使用的人体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型时间较长成本高，且常常忽略掉患者间的个体化差异。通过3D打印可以实现个体化差异，但是其打印的主要是全硬质或较软材料的医学模型，这类模型不适用于手术缝合等训练，且反复撕扯时其耐受性差。
技术实现思路
为了解决传统铸造和注塑工艺制备模型时间长、成本高、个体化差异小以及3D打印的医学模型无法在手术缝合，反复撕扯等训练应用的缺陷，本专利技术提供了一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法。通过本方法制备的仿生中空人体部位模型真实，接近目标人体部位真实表面硬度，表面光滑不发粘，模型厚度及分布与人体部位一致，组织结构观察明显，耐受反复撕扯。适用于手术模拟，缝合手术训练，临床教学等。本专利技术的技术方案是提供一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1、数据采集：通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；步骤2、数据处理：利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；步骤3、建立模型：通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；步骤5、模具处理：将完成的壳体模具、中空内模模具进行表面处理与精度检测；使其表面光滑，无突出，符合装配要求。表面处理包括抛光打磨及利用抛光液(PLA/ABS抛光液，酒精，丙酮等)清洗等。步骤6、模具组装固位：将中空内模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，并形成完整封闭的装配体。使壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；步骤7、硅胶灌注：根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；步骤8、模具拔模：待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及中空内模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。进一步地，为了便于壳体模具在长时间﹑多次反复使用过程中，具有高的机械性能，耐撞击﹑耐磨损，步骤4中：可利用SLS(选择性激光烧结成型)/SLM选择性激光融化成型)/EBM(电子束熔化成型)3D打印设备打印金属材质的壳体模具及装配件模具；于此同时，也可以选用SLA(光固化成型)，DLP(面曝光)3D打印设备打印光敏树脂材质的壳体模具及装配件模具；选用FDM(熔融沉积成型)及尼龙3D打印设备打印高分子材质的壳体模具及装配件模具；为了便于去除内模模具，利用FDM(熔融沉积成型)/DLP(面曝光)/StratasysJ750(全彩多材料打印机)设备打印软质材料的柔性中空内模模具。进一步地，步骤8具体包括：步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；步骤8.2、清洗包含有柔性中空内模模具的仿生中空人体部位模型，用人工钳/镊子取出柔性中空内模模具；并用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模具，除去表面残留物。进一步地，为了方便简单的取出内模模具，步骤4中：通过尼龙3D打印设备打印薄壁壳体模具及装配件；通过SLA3D打印设备打印薄壁脆性材质的中空内模模具。进一步地，为了节约打印材料，快速完成模具的制备及取出内模模具，壳体模具及中空内模模具的壁厚为2-3mm。进一步地，步骤8具体为：步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；步骤8.2、敲打使中空内模模具破裂后取出；并用热水冲洗仿生中空人体部位模具，除去内外表面残留物。进一步地，所述目标人体部位为人体胃食道。进一步地，为了使制备得模型耐高温，可消毒，高抗耐撕扯，步骤7中的液态硅胶为双组分加成型硅胶，AB组分的质量比为1:50，硬度为5-10度。在满足制备模型要求的情况下，加成型硅胶环保，耐100-200℃高温，理化性能较为稳定。进一步地，为了获得详细的人体组织的图像数据，所述医学影像仪器设备包括：医学影像CT，MRI，PET-CT及超声设备；利用超声设备获取表面的弹性模量。本专利技术还提供另一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1、数据采集：通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；步骤2、数据处理：利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；步骤3、建立模型：通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；步骤5、模具处理：将完成的壳体模具、中空内模模具进行精度检测与表面处理；步骤6、制备消失模模具：将提前准备好的固态石蜡融化，并将液态石蜡缓慢倒入中空内模模具内，使其完全充满中空内模模具，待其完全凝固后，去除中空内模模具，获得消失模模具；步骤7、模具组装固位：将消失模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，使壳体模具内表面与消失模模具外表面留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；步骤8、硅胶灌注：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、数据采集：/n通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；/n步骤2、数据处理：/n利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；/n步骤3、建立模型：/n通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；/n步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；/n通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；/n步骤5、模具处理：/n将完成的壳体模具、中空内模模具进行表面处理与精度检测；/n步骤6、模具组装固位：/n将中空内模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，使壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；/n步骤7、硅胶灌注：/n根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；/n步骤8、模具拔模：/n待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及中空内模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。/n...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型：
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；
步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；
步骤5、模具处理：
将完成的壳体模具、中空内模模具进行表面处理与精度检测；
步骤6、模具组装固位：
将中空内模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，使壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；
步骤7、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤8、模具拔模：
待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及中空内模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。


2.根据权利要求1所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤4中：
利用SLS/SLM/EBM3D打印设备打印金属材质的壳体模具及装配件模具；
或利用SLA，DLP3D打印设备打印光敏树脂材质的壳体模具及装配件模具；
或利用FDM及尼龙3D打印设备打印高分子材质的壳体模具及装配件模具；
利用FDM/DLP/StratasysJ750设备打印软质材料的柔性中空内模模具。


3.根据权利要求2所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤8具体包括：
步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤8.2、清洗包含有柔性中空内模模具的仿生中空人体部位模具，用人工钳/镊子取出柔性中空内模模具；并用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模型，除去表面残留物。


4.根据权利要求1所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤4中：
通过尼龙3D打印设备打印薄壁壳体模具及装配件模具；利用SLA3D打印设备打印脆性材质的中空内模模具。


5.根据权利要求4所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，壳体模具及中空内模模具的壁厚为2-3mm。


6.根据权利要求5所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤8具体为：
步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤8.2、敲打使中空内模模具破裂后取出；并用热水冲洗仿生中空人体部位模具，除去内外表面残留物。


7.根据权利要求1-6任一所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，所述目标人体部位为人体胃食道。


8.根据权利要求5所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于：步骤7中的液态硅胶为双组分加成型硅胶，AB组分的质量比为1:50，硬度为5-10度。


9.根据权利要求1所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，所述医学影像仪器设备包括：医学影像CT，MRI，PET-CT及超声设备；利用超声设备获取表面的弹性模量。


10.一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王影，卢秉恒，王晶，王远，
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