CN104821124A - 一种仿真大唾液腺模型装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于真人的唾液腺影像数据，提供的一种仿真大唾液腺模型装置及制作方法，用于唾液腺内镜操作的训练，有利于医生熟练掌握操作技巧。本发明的装置，包括基于真人的唾液腺影像数据构建的大唾液腺模型以及若干个基于临床常见疾病构建的病理模型；大唾液腺模型包括具有树枝状结构的三级导管系统以及与导管系统末端连接的腺泡，导管系统的第三级导管末端伸入腺泡之中，第三级导管汇合至第二级导管，第二级导管汇合为第一级导管；每个病理模型均具有与大唾液腺模型的第一级导管相适配的主导管通道；每个病理模型可替换地分别与所述大唾液腺模型相对接；当两个模型对接为一体时，病理模型的主导管通道与所述大唾液腺模型的第一级导管相连通。

Description

一种仿真大唾液腺模型装置及制作方法

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种仿真大唾液腺模型装置及制作方法，可用于内镜操作的训练，能够帮助训练者迅速掌握唾液腺内镜的操作技巧，适应在唾液腺导管系统复杂的解剖环境下进行内镜操作。

背景技术

随着微创、功能保存外科理念的普及和深入，内镜操作(手术)在各个医疗领域得到快速发展。在唾液腺外科领域，部分传统的唾液腺切除手术能够被唾液腺内镜手术所代替。该操作经唾液腺导管口在导管内置入外径1.1mm左右的柔性内镜，在导管系统内穿行，到达病变区域，进行结石取出、导管冲洗、组织活检等操作，达到诊断和治疗的目的。该方法创伤小，且能最大程度地保留唾液腺功能，受到广大医生和患者的欢迎。然而，唾液腺导管系统结构纤细、分支结构复杂，内镜手术操作对医生技巧要求极高，操作不当无法到达病变区域或者获取结石达到治疗的目的，甚至损伤导管壁造成穿孔。因此，医生在病人身上进行临床操作前，需要进行系统、完善的培训。但是目前并无针对唾液腺内镜手术的训练教具，其它动物的唾液腺导管结构与人类相差甚远，也不宜作为训练模型。

发明内容

本发明针对唾液腺内镜手术的操作特点，提供一种仿真大唾液腺模型装置及制作方法，可用于唾液腺内镜操作的训练，能够对初学者进行唾液腺内镜操作方法、规范动作、注意事项等训练，有利于医生熟练掌握操作技巧。

本发明的技术构思为，基于真人的唾液腺影像数据，通过数字化图像处理技术，对CT/MRI数据进行数据匹配、融合、分割，三维重建，构建出包含导管口、主导管、分支导管系统、腺实质组织、皮肤的多层次大唾液腺数字模型；结合临床常见疾病构建导管内结石、导管腔狭窄等数字病理模型；综合使用数控加工技术，如三维打印、精密磨削等，依据数字模型加工制作成实体模型。

本发明的技术方案如下：

1.一种仿真大唾液腺模型装置，其特征在于，包括基于真人的唾液腺影像数据构建的大唾液腺模型以及若干个基于临床常见疾病构建的病理模型；所述大唾液腺模型包括具有树枝状结构的三级导管系统以及与导管系统末端连接的腺泡，所述导管系统的第三级导管末端伸入腺泡之中，第三级导管汇合至第二级导管，第二级导管汇合为第一级导管；每个病理模型均具有与所述大唾液腺模型的第一级导管相适配的主导管通道；每个病理模型可替换地分别与所述大唾液腺模型相对接；当两个模型对接为一体时，所述病理模型的主导管通道与所述大唾液腺模型的第一级导管相连通。

2.所述大唾液腺模型及所述病理模型相对的侧面上具有将两个模型连接为一体的相对应的插接口。

3.所述大唾液腺模型的导管系统具备与真实导管组织相近似的弹性和顺应性，管壁具有摩擦力，导管系统的导管口径由导管口向腺泡端呈现由粗到细三级差异；所述第一级导管口径为≤4mm,第二级导管口径为≤3mm,第三级导管口径≤2mm。

4.所述病理模型包括正常导管模型和/或以正常导管模型为基础制作的导管内结石模型、导管狭窄模型、导管口括约肌模型；

所述正常导管模型的主导管通道具有大S型的弯曲度和弹性；导管入口处呈喇叭口状，距离所述入口约0.5cm处具有弹性的狭窄结构；

所述导管内结石模型的主导管通道上具有结石珠子，所述导管具有结石近腺体段扩张、结石所在部位狭窄的特征；所述结石珠子具有可移动性，结石直径略小于主导管通道直径，在摩擦力的作用下能够固定于导管内的狭窄部；在器械的推动下，结石珠子可在导管内移动；

所述导管狭窄模型的主导管中段具有弹性的狭窄结构，管径缩窄为2.5～3mm,管壁具有弹性，顺应性好，在压力增高时可被扩张；狭窄结构的近腺体段导管扩张，管径约为5mm；

所述导管口括约肌模型的主导管通道的入口具有模仿真人导管口括约肌功能的结构，管壁增厚，弹性增加，顺应性好；既能在正常状态下维持封闭状态，又能在压力增高时被扩张。

5.所述大唾液腺模型的导管系统和数字病理模型的导管通道均采用医用硅胶材料，其硬度和顺应性与真实导管接近。

6.一种仿真大唾液腺模型装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集真人的唾液腺影像数据，包括导管逆行造影CT数据和/或MRI三维扫描数据；

2)采用计算机辅助设计方法，制作大唾液腺数字模型和数字病理模型；

3)采用数控加工技术，依据大唾液腺数字模型和数字病理模型，制作成实体仿真大唾液腺模型和病理模型。

7.所述步骤1)中，包括将采集的导管逆行造影CT数据和/或MRI三维扫描数据的DICOM数据导入手术虚拟规划软件即三维重建软件中。

8.所述步骤2)中，包括以下步骤：

a)利用三维重建软件的区域生长和阈值提取功能，依照导管系统轮廓和腺泡软组织的数据灰度值，提取导管系统轮廓数据和腺泡软组织数据；

b)将提取后的导管系统轮廓数据、腺泡软组织数据进行三维重建，分别生成.stl数据；将.stl数据导入逆向工程设计软件即三维数据编辑软件中；

c)以三维重建的导管系统轮廓数据和腺泡软组织数据为基础，进行三维网格编辑，并设计模型的支撑结构和接口结构；生成大唾液腺数字模型和数字病理模型的正常导管模型的CAD数据；

d)以正常导管模型的数据为基础，通过逆向工程设计，依据真人的导管口括约肌结构、导管内结石、导管狭窄的病理特征，生成导管口括约肌结构模型、导管狭窄模型、导管内结石模型的CAD数据。

9.所述步骤3)中，将生成的CAD数据导入数控加工设备，制作模具。

10.所述步骤3)中，采用适当硬度的医用硅胶，灌入模具，热压成型。

本发明的技术效果如下：

本发明的一种用于唾液腺内镜操作的训练教具，由于采用了基于真实人体影像数据的数字化辅助设计和数控加工流程，实现了最大程度仿真构建人体复杂的唾液腺导管系统和疾病模型，用于医生进行唾液腺导管内镜手术操作训练，有利于医生熟练掌握操作技巧。

附图说明

图1为本发明的仿真大唾液腺模型装置的整体结构示意图。

图2为正常导管模型示意图。

图3为导管内结石模型示意图。

图4为导管狭窄模型示意图。

图5为导管口括约肌模型示意图。

附图标记列示如下：1-大唾液腺模型，2-病理模型，3-插接口，4-导管系统，5-腺泡，6-总导管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1所示，是本发明的仿真大唾液腺模型装置的整体结构示意图。一种仿真大唾液腺模型装置，包括基于真人的唾液腺影像数据构建的大唾液腺模型1以及若干个基于临床常见疾病构建的病理模型2；大唾液腺模型包括具有树枝状结构的三级导管系统4以及与导管系统末端连接的腺泡5，导管系统4的第三级导管末端伸入腺泡5之中，第三级导管汇合至第二级导管，第二级导管汇合为第一级导管；每个病理模型2均具有与大唾液腺模型的第一级导管相适配的主导管通道6；每个病理模型可替换地分别与所述大唾液腺模型相对接；例如，大唾液腺模型及病理模型相对的侧面上具有将两个模型连接为一体的相对应的插接口3；当两个模型连接为一体时，病理模型的主导管通道与大唾液腺模型的第一级导管相连通。

其中，所述大唾液腺模型的导管系统应具备与真实导管组织相近似的弹性和顺应性，管壁具有一定的摩擦力。导管系统的管径由导管口向腺泡端呈现由粗到细三级差异。所述第一级导管口径为≤4mm,第二级导管口径为≤3mm,第三级导管≤2mm。

实施例中，病理模型包括正常导管模型、导管内结石模型、导管狭窄模型以及导管口括约肌模型；可根据操作者的需要进行更换。

如图2所示，为正常导管模型示意图。所述正常导管模型其主导管具有一定弯曲度(大S型)和弹性；导管开口处呈喇叭口样，开口后端约0.5cm处具有弹性的狭窄结构。

如图3所示，为导管内结石模型示意图。所述导管内结石模型的主导管通道上具有结石珠子，所述导管具有结石近腺体段扩张、结石所在部位狭窄的特征；所述结石珠子具有可移动性，结石直径略小于主导管通道直径，在摩擦力的作用下能够固定于导管内的狭窄部；在器械的推动下，结石珠子可在导管内移动。

如图4所示，为导管狭窄模型示意图。所述导管狭窄模型的主导管中段具有弹性的狭窄结构，管径缩窄为2.5～3mm,管壁具有弹性，顺应性好，在压力增高时可被扩张；狭窄结构的近腺体段导管扩张，管径约为5mm。

如图5所示，为导管口括约肌模型示意图。所述导管口括约肌模型的主导管通道的入口具有模仿真人导管口括约肌功能的结构，管壁增厚，弹性增加，顺应性好；既能在正常状态下维持封闭状态，又能在压力增高时被扩张。

上述仿真大唾液腺模型装置的制作方法，包括以下步骤：

1)采集真人的唾液腺影像数据，包括导管逆行造影CT数据和/或MRI三维扫描数据；

2)采用计算机辅助设计方法，制作大唾液腺数字模型和数字病理模型；

3)采用数控加工技术，依据大唾液腺数字模型和数字病理模型，制作成实体仿真大唾液腺模型和病理模型。

其中，步骤1)中，包括将采集的导管逆行造影CT数据和/或MRI三维扫描数据的DICOM数据导入手术虚拟规划软件即三维重建软件中。

步骤2)中，包括以下步骤：

a)利用三维重建软件的区域生长和阈值提取功能，依照导管系统轮廓和腺泡软组织的数据灰度值，提取导管系统轮廓数据和腺泡软组织数据；

由于患者检查时进行逆行导管造影，导管系统内充满造影剂，灰度值较高，软件能够自动提取导管系统轮廓。腺泡组织根据软组织阈值进行提取。

b)将提取后的导管系统轮廓数据、腺泡软组织数据进行三维重建，分别生成.stl数据；将.stl数据导入逆向工程设计软件即三维数据编辑软件中；

c)以三维重建的导管系统轮廓数据和腺泡软组织数据为基础，进行三维网格编辑，并设计模型的支撑结构和接口结构；生成大唾液腺数字模型和数字病理模型的正常导管模型的CAD数据；

d)以正常导管模型的数据为基础，通过逆向工程设计，依据真人的导管口括约肌结构、导管内结石、导管狭窄的病理特征，生成导管口括约肌结构模型、导管狭窄模型、导管内结石模型，生成CAD数据。

步骤3)中，将生成的CAD数据导入数控加工设备，制作模具。再采用适当硬度的医用硅胶，灌入模具，热压成型。

Claims (10)

1.一种仿真大唾液腺模型装置，其特征在于，包括基于真人的唾液腺影像数据构建的大唾液腺模型以及若干个基于临床常见疾病构建的病理模型；所述大唾液腺模型包括具有树枝状结构的三级导管系统以及与导管系统末端连接的腺泡，所述导管系统的第三级导管末端伸入腺泡之中，第三级导管汇合至第二级导管，第二级导管汇合为第一级导管；每个病理模型均具有与所述大唾液腺模型的第一级导管相适配的主导管通道；每个病理模型可替换地分别与所述大唾液腺模型相对接；当两个模型对接为一体时，所述病理模型的主导管通道与所述大唾液腺模型的第一级导管相连通。

2.根据权利要求1所述的仿真大唾液腺模型装置，其特征在于，所述大唾液腺模型及所述病理模型相对的侧面上具有将两个模型连接为一体的相对应的插接口。

3.根据权利要求1所述的仿真大唾液腺模型装置，其特征在于，所述大唾液腺模型的导管系统具备与真实导管组织相近似的弹性和顺应性，管壁具有摩擦力，导管系统的导管口径由导管口向腺泡端呈现由粗到细三级差异；所述第一级导管口径为≤4mm,第二级导管口径为≤3mm,第三级导管≤2mm。

4.根据权利要求1所述的仿真大唾液腺模型装置，其特征在于，所述病理模型包括正常导管模型和/或以正常导管模型为基础制作的导管内结石模型、导管狭窄模型、导管口括约肌模型；

所述正常导管模型的主导管通道具有大S型的弯曲度和弹性；导管入口处呈喇叭口状，距离所述入口约0.5cm处具有弹性的狭窄结构；

所述导管内结石模型的主导管通道上具有结石珠子，所述导管具有结石近腺体段扩张、结石所在部位狭窄的特征；所述结石珠子具有可移动性，结石直径略小于主导管通道直径，在摩擦力的作用下能够固定于导管内的狭窄部；在器械的推动下，结石珠子可在导管内移动；

所述导管狭窄模型的主导管中段具有弹性的狭窄结构，管径缩窄为2.5～3mm,管壁具有弹性，顺应性好，在压力增高时可被扩张；狭窄结构的近腺体段导管扩张，管径约为5mm；

所述导管口括约肌模型的主导管通道的入口具有模仿真人导管口括约肌功能的结构，管壁增厚，弹性增加，顺应性好；既能在正常状态下维持封闭状态，又能在压力增高时被扩张。

5.根据权利要求1所述的仿真大唾液腺模型装置，其特征在于，所述大唾液腺模型的导管系统和数字病理模型的导管通道均采用医用硅胶材料，其硬度和顺应性与真实导管接近。

6.一种仿真大唾液腺模型装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集真人的唾液腺影像数据，包括导管逆行造影CT数据和/或MRI三维扫描数据；

2)采用计算机辅助设计方法，制作大唾液腺数字模型和数字病理模型；

3)采用数控加工技术，依据大唾液腺数字模型和数字病理模型，制作成实体仿真大唾液腺模型和病理模型。

7.根据权利要求6所述的仿真大唾液腺模型装置的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中，包括将采集的导管逆行造影CT数据和/或MRI三维扫描数据的DICOM数据导入手术虚拟规划软件即三维重建软件中。

8.根据权利要求6所述的仿真大唾液腺模型装置的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，包括以下步骤：

a)利用三维重建软件的区域生长和阈值提取功能，依照导管系统轮廓和腺泡软组织的数据灰度值，提取导管系统轮廓数据和腺泡软组织数据；

b)将提取后的导管系统轮廓数据、腺泡软组织数据进行三维重建，分别生成.stl数据；将.stl数据导入逆向工程设计软件即三维数据编辑软件中；

c)以三维重建的导管系统轮廓数据和腺泡软组织数据为基础，进行三维网格编辑，并设计模型的支撑结构和接口结构；生成大唾液腺数字模型和数字病理模型的正常导管模型的CAD数据；

d)以正常导管模型的数据为基础，通过逆向工程设计，依据真人的导管口括约肌结构、导管内结石、导管狭窄的病理特征，生成导管口括约肌结构模型、导管狭窄模型、导管内结石模型，生成CAD数据。

9.根据权利要求6所述的仿真大唾液腺模型装置的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，将生成的CAD数据导入数控加工设备，制作模具。

10.根据权利要求9所述的仿真大唾液腺模型装置的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，采用适当硬度的医用硅胶，灌入模具，热压成型。