本發(fā)明涉及醫(yī)療解剖模型制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用快速原型技術(shù)制作個(gè)性化仿真解剖模型的方法。

背景技術(shù)：

外科醫(yī)生每天會(huì)面對(duì)成千上萬(wàn)命懸一線的病人，醫(yī)生的專業(yè)知識(shí)、技能以及訓(xùn)練程度決定著最終的手術(shù)效果，甚至是病人的生死。專業(yè)培訓(xùn)可以提高醫(yī)生的業(yè)務(wù)水平，高仿真模擬手術(shù)能夠給外科醫(yī)生更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并提升其手術(shù)水平。

目前大多數(shù)醫(yī)生是通過(guò)尸體或者動(dòng)物解剖來(lái)進(jìn)行培訓(xùn)，然而動(dòng)物解剖無(wú)法完全模擬人體解剖，而尸體的來(lái)源一直比較受限。除此以外，一些特定手術(shù)培訓(xùn)所需的樣本更加缺乏，比如腫瘤切除。為了滿足醫(yī)學(xué)培訓(xùn)需求，準(zhǔn)確制定臨床手術(shù)方案，需要能夠真實(shí)模擬人體結(jié)構(gòu)的模型，讓醫(yī)生能夠進(jìn)行高仿真模擬手術(shù)，這將有助于提高醫(yī)生的專業(yè)訓(xùn)練效果同時(shí)滿足病人對(duì)手術(shù)治療的預(yù)期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而提供一種快速原型技術(shù)制作個(gè)性化仿真解剖模型的方法，利用該方法制作的模型結(jié)構(gòu)及質(zhì)感均與真實(shí)器官有很高的相似度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種利用快速原型技術(shù)制作個(gè)性化仿真解剖模型的方法，其特征是：

第一步驟，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件建立3D解剖基礎(chǔ)模型、可移除插入部件以及設(shè)有基礎(chǔ)模型容納腔的模具；計(jì)算機(jī)建模所用數(shù)據(jù)可以基于病人真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)需求來(lái)設(shè)計(jì)。3D模型導(dǎo)入CAD軟件，組合基礎(chǔ)模型和可移除插入部件，然后在實(shí)體方塊中減去上述組合的模型，形成模具。基礎(chǔ)模型為最終成品時(shí)的輪廓。

第二步驟，利用快速原型制造法生產(chǎn)所述的模具和可移除插入部件；快速原型制造法可以是3D打印技術(shù)和/或激光切割技術(shù)。

第三步驟，將可移除插入部件放置在基礎(chǔ)模型容納腔內(nèi)并和模具組合后，通過(guò)開設(shè)在模具上連通基礎(chǔ)模型容納腔的灌注通道往基礎(chǔ)模型容納腔內(nèi)填充基礎(chǔ)模型材料；

第四步驟，將可移除插入部件的基礎(chǔ)模型成型后從模具中取出，去除可移除插入部件，基礎(chǔ)模型的可移除插入部件原位形成可移除插入部件空腔；

第五步驟，通過(guò)開設(shè)連通可移除插入部件空腔的填充通道往可移除插入部件空腔內(nèi)填充插入部件材料；可移除插入部件在基礎(chǔ)模型內(nèi)部時(shí)，可不用借助模具進(jìn)行填充；可移除插入部件在基礎(chǔ)模型表面時(shí)，將基礎(chǔ)模型放入模具中進(jìn)行填充。

第六步驟，將填充通道用基礎(chǔ)模型材料進(jìn)行填充成型后成品。

作為優(yōu)化：

所述的可移除插入部件有多個(gè)，依次重復(fù)按照第四步驟和第五步驟逐個(gè)去除可移除插入部件和填充相應(yīng)形成的空腔。

還包括不可移除插入部件，利用計(jì)算機(jī)軟件建模并利用快速原型制造法生產(chǎn)得到，在第三步驟，與可移除插入部件一起放入基礎(chǔ)模型容納腔并填充基礎(chǔ)模型材料后，便與基礎(chǔ)模型固定，所述的不可移除插入部件材質(zhì)為基礎(chǔ)模型材料。

所述的可移除插入部件設(shè)有填充通道柱，在第四步驟中，填充通道柱移除后形成填充通道。

所述的模具上開有用于容納所述填充通道柱的開孔。

所述的模具分解成多個(gè)部分，每個(gè)部分單獨(dú)生產(chǎn)，使用時(shí)拼合成整體并在其內(nèi)形成完整的基礎(chǔ)模型容納腔。

所述的基礎(chǔ)模型材料為硅膠、水凝膠、塑料、橡膠或硅橡膠。

所述的模具材質(zhì)為聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物或金屬。

所述的可移除插入部件材質(zhì)為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、聚乙烯醇或高抗沖性聚苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物可用丙酮溶解；聚乙烯醇可用水溶解；高抗沖性聚苯乙烯可用檸檬烯溶解。

所述的第四步驟中可移除插入部件通過(guò)高溫融化去除，可配合基礎(chǔ)模型材料為高熔點(diǎn)的金屬材質(zhì)等時(shí)使用。

本發(fā)明所得到的一種利用快速原型技術(shù)制作個(gè)性化仿真解剖模型的方法，快速、精確地定制人體解剖模型，仿真程度高，足以支持模擬手術(shù)，為醫(yī)務(wù)人員的培訓(xùn)提供便捷，不再拘泥于真實(shí)尸體的限制，加快和提高醫(yī)務(wù)人員的培養(yǎng)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施案例模具和腫瘤插入物組合的爆炸圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施案例模具和腫瘤插入物組合后的示意圖；

圖3是圖2的截面剖視圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施案例中含腫瘤插入物的基礎(chǔ)模型示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施案例中移除腫瘤插入物后形成空腔的基礎(chǔ)模型剖開示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施案例填充可移除插入部件空腔后的剖視圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施案例含腫瘤大腦剖開成兩部分的示意圖。

圖中：1-第一模具；2-第二模具；3-基礎(chǔ)模型容納腔；4-灌注通道；5-開孔；6-可移除插入部件（腫瘤插入物）；7-填充通道柱；8-可移除插入部件空腔（腫瘤空腔）；9-大腦模型；10-填充通道；11-腫瘤模型。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1：

如圖1-7所示，本實(shí)施描述的一種利用快速原型技術(shù)制作個(gè)性化仿真解剖模型的方法，本實(shí)施案例為包含腫瘤的大腦模型制作，該模型用于腦部腫瘤切除手術(shù)練習(xí)。輸入數(shù)據(jù)為包含腫瘤的患者大腦模型為基礎(chǔ)模型，該模型系利用醫(yī)學(xué)影像三維重建軟件從患者M(jìn)RI數(shù)據(jù)建模得到。

將大腦和腫瘤的計(jì)算機(jī)模型組合，然后用CAD軟件將此組合從長(zhǎng)方體中減去，用于制作模具模型，圖1展示了模具和腫瘤插入物的最終結(jié)果，灌注通道4將模具內(nèi)部的基礎(chǔ)模型容納腔3與模具表面連通。腫瘤插入物6設(shè)計(jì)有填充通道柱7，參照數(shù)據(jù)將腫瘤插入物6放置在模具內(nèi)部的正確位置，填充通道柱7溶解后形成填充通10，腫瘤插入物6利用填充通道柱7與模具表面相連，模具與填充通道柱7重疊處被減去，形成開孔5。模具被一分為二，形成第一模具1和第二模具2。

第一模具1包含用開孔5的一部分，開孔5用于固定腫瘤插入物6并且可用于填充腫瘤插入物6被移除后形成的空腔。第二模具2包含開孔5的剩余部分，同時(shí)還包含完整的灌注通道4，灌注通道4用于填充基礎(chǔ)模型。這兩部分模具和腫瘤插入物的組合見(jiàn)圖1。腫瘤插入物6和模具的計(jì)算機(jī)模型轉(zhuǎn)換成.stl格式，利用軟件切片后用3D打印技術(shù)制作。

第一模具1和第二模具2用3D打印機(jī)制造，所用材料為聚乳酸塑料（PLA）。腫瘤插入物6單獨(dú)用高抗沖性聚苯乙烯（HIPS）打印。

如圖2至圖3所示，將第一模具1、第二模具2和腫瘤插入物6組裝，組裝之后填充通道柱7與開孔5緊密結(jié)合，腫瘤插入物6通過(guò)填充通道柱7固定在模具中的位置與病人的腫瘤位置吻合。下一步，將第一模具1和第二模具2固定，然后通過(guò)灌注通道4向其中注入模擬大腦的基礎(chǔ)模型材料。本實(shí)施案例中模擬大腦的基礎(chǔ)模型材料按如下步驟進(jìn)行：

A)70%體積的肖氏硬度為5的硅膠。

B)30%體積的硅膠稀釋劑。

C)加入血色和白色染料并調(diào)色以獲得合適的顏色。

通過(guò)灌注通道4將模具內(nèi)基礎(chǔ)模型容納腔3填滿。等基礎(chǔ)模型材料聚合后小心將基礎(chǔ)模型與模具分離。如圖4所示，基礎(chǔ)材料成型后獲得病人大腦模型9，該模型在大腦腫瘤位置處含有HIPS的腫瘤插入物6。

將帶腫瘤插入物6的大腦模型9用檸檬烯處理，溶解內(nèi)部的腫瘤插入物6。如圖5所示，該步驟將大腦模型9中的腫瘤插入物6去除，在其內(nèi)部形成腫瘤空腔8以及連通腫瘤空腔8和大腦模型9的填充通道10。

本案例中大腦模型內(nèi)部的腫瘤空腔8用模擬病人腫瘤的材料填充，步驟如下：

A)70%體積的肖氏硬度為10的硅膠。

B)30%體積的硅膠稀釋劑。

C)加入黃色和綠色染料并調(diào)色以獲得合適的顏色。

D)劇烈攪動(dòng)該混合物在其內(nèi)部形成細(xì)小氣泡。

如圖6所示，將上述混合的插入部件材料填充到腫瘤空腔8中，形成腫瘤模型11。在此步驟中，填充通道10保持開放。完成上面步驟之后，填充通道10會(huì)用模擬大腦的基礎(chǔ)模型材料封閉。完成該步驟后將得到實(shí)心、仿真且可切割的大腦模型9及內(nèi)部的腫瘤模型11。上述模型已經(jīng)應(yīng)用于模擬手術(shù)練習(xí)，且具備術(shù)前演練所需的精度。

上述文字詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)案例特征，以便本領(lǐng)域技術(shù)人員能更好理解本說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用本發(fā)明制作其他裝置和模型來(lái)模擬天然生物組織，包括人體組織。需要特別指出的是，本說(shuō)明的材料和方法可適用所有需要模擬人體解剖結(jié)構(gòu)或器官及其相關(guān)特征的應(yīng)用領(lǐng)域。此類應(yīng)用包括(但不限于)醫(yī)學(xué)培訓(xùn)裝置、教學(xué)解剖模型、人體模型、情趣玩具、人偶和其他個(gè)性化裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到此類等效替換不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，上述發(fā)明所披露的特征、功能和與之相關(guān)的一些變體可以和其他方法、系統(tǒng)、組件或應(yīng)用組合。

本技術(shù)方案的可移除插入部件也可以有多個(gè)，依次重復(fù)按照移除、填充步驟逐個(gè)去除可移除插入部件和填充相應(yīng)形成的空腔；還包括不可移除插入部件，利用計(jì)算機(jī)軟件建模并利用快速原型制造法生產(chǎn)得到，與可移除插入部件一起放入基礎(chǔ)模型容納腔并填充基礎(chǔ)模型材料后，便與基礎(chǔ)模型固定，所述的不可移除插入部件與基礎(chǔ)模型材料一致。各個(gè)插入部件可以用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分。

所述的基礎(chǔ)模型材料也可以是水凝膠、塑料、橡膠或硅橡膠。

所述的模具材質(zhì)也可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物或金屬。

所述的可移除插入部件材質(zhì)也可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物或聚乙烯醇；所述的可移除插入部件也可以通過(guò)高溫融化去除。