CN106710406A - 血管模型及其制作方法、喷涂设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种血管模型及其制作方法、喷涂设备，其中，所述血管模型的制作方法包括：创建血管计算机三维模型；依据血管计算机模型制作血管模具；在血管模具的外壁上喷涂组份材料；固化组份材料，形成血管模型；以及从血管模具上取下血管模型。本发明的血管模型的制作，通过对血管模具的外壁进行组份材料喷涂，可以获取形状复杂、尺寸精度高且内壁光滑的血管模型，而且获取的血管模型也利于开展血管治疗的训练和术前的模拟，进而可以提高血管治疗的准确度，降低血管手术治疗的安全风险。同时，本发明的血管模型的制作，无需提供复杂的模具，制备工艺简单，制作费用低。

Description

血管模型及其制作方法、喷涂设备

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种血管模型及其制作方法、喷涂设备。

背景技术

在血管治疗中，微创伤介入治疗以其创口小、可重复性等优点在临床上得到了广泛应用。然而，微创伤介入治疗方法对手术医生的临床经验和技术操作水平要求非常高，需要手术医生对血管内部结构非常熟悉、能够快速地介入人体血管、迅速准确地将植入器械输送至血管病变部位。显然，通过静止的血管图片早已不能有效地使操作者具备上述能力。

目前较为有效的血管微创伤介入手术的操作训练及实验主要是通过血管模型来完成，如果制作的血管模型与实际患者的血管的形状、构造存在差距，则会较大提高手术的风险，甚至可能危及患者的生命安全。

申请公布号为CN103284765A的专利申请中公开了一种动脉瘤血管模型的制作方法，该方法包括：(1)创建动脉瘤血管计算机三维模型；(2)制作动脉瘤血管实心模型；(3)制作动脉瘤血管的铸模；(4)制作第二个动脉瘤血管实心模型；(5)制作动脉瘤血管模型。此外，授权公告号为CN102027525B的专利中还公开了一种手术模拟用软质血管模型的制作方法，该方法通过制造出软质血管模型，能够再现在动静脉上发病的肿瘤或狭窄的形状，而且可使用该软质血管模型来进行血管治疗的训练以及手术前的模拟；该方法具体包括：在精密积层造型机内，首先利用软质聚合物薄膜和支承物质积层造型具有患部的血管模型，之后除去支承物质以得到软质血管模型。

然而，发明人发现，采用铸模制作具有复杂形状的血管模型，不仅模具复杂，制作费用高，而且血管模型的尺寸精度也难以保证，因此，CN103284765A专利申请中公开的血管模型的制作方法只适用于制作形状简单的血管模型。而CN102027525B的专利中公开的血管模型的制作方法，采用积层造型机制作三维中空血管模型，不仅模型的尺寸不易保证，而且模型内壁的光滑度差，这是因为：积层造型工艺采用截面逐层堆叠的工作方式，这样的工作方式不可避免地存在着精度上的偏差和内表面不光滑的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种血管模型及其制作方法、喷涂设备，以解决现有技术中无法制作形状复杂的血管模型或者制作的血管模型尺寸精度较低、所获取的血管内壁的光滑度差的问题。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种血管模型的制作方法，包括：

创建血管计算机三维模型；

依据血管计算机三维模型制作血管模具；

在所述血管模具的外壁上喷涂组份材料；

固化所述组份材料，形成血管模型；以及

从所述血管模具上取下所述血管模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，通过血管影像图片创建血管计算机三维模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，所述血管影像图片通过CT设备或MRI设备获取。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，通过3D打印机制作所述血管模具。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，所述组份材料为单组份材料或双组份材料。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，所述单组份材料为单组分硅凝胶。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，所述双组份材料为双组分聚氨酯或双组分硅凝胶。

此外，本发明还提供了一种血管模型，采用如上任一项所述的血管模型的制作方法制作而成。

另外，本发明又提供了一种喷涂设备，用于实施前述血管模型的制作方法，所述喷涂设备包括：

工作台、容器以及机械手；其中，

所述工作台用以承载血管模具；

所述容器用以盛放组份材料；

所述机械手用以将容器中盛放的组份材料喷射至工作台上承载的血管模具的外壁上。

可选的，在所述的喷涂设备中，还包括传送机构，所述传送机构分别与所述容器和机械手相连接，用于将所述容器内的组份材料传送至所述机械手。

可选的，在所述的喷涂设备中，还包括操作箱，所述操作箱设置于所述工作台外部，用以密闭所述工作台。

可选的，在所述的喷涂设备中，所述工作台能够做360度旋转运动。

可选的，在所述的喷涂设备中，所述机械手能够做直线和/或曲线运动。

可选的，在所述的喷涂设备中，所述机械手包括用于喷射单组份材料的第一机械手和用于喷射双组份材料的第二机械手。

可选的，在所述的喷涂设备中，所述第二机械手上设置有两个喷嘴。

可选的，所述的喷涂设备还包括热源或光源，所述热源或光源设置于所述工作台附近，用以固化所述组分材料。

相比于现有技术，本发明提供的血管模型及其制作方法、喷涂设备，具有以下有益效果：

1、由于喷涂工艺不但可以制备出形状复杂的工件，而且可以有效控制工件的喷涂尺寸，因此，本发明的血管模型的制作，通过对血管实心模具或血管空心模具的外壁进行组份材料喷涂，可以获取形状复杂且尺寸精度高的血管模型，而且制作的血管模型也利于相关人员开展血管治疗的训练和术前的模拟，进而可以有效提高血管治疗的准确度，降低血管手术治疗的安全风险；同时，本发明的血管模型的制作，无需提供复杂的模具，制备工艺简单，制作费用低，而且通过喷涂形成的血管模型，内壁更光滑；

2、本发明的喷涂设备采用了可360度旋转的工作台和能够做直线和曲线运动的机械手对血管实心模具或血管空心模具实施喷涂，不仅可以全方位、多角度喷涂血管实心模具或血管空心模具，喷涂效果好，而且喷涂效率高。

附图说明

图1为本发明实施例一的制作血管模型的流程示意图；

图2为本发明实施例二的用于血管模型制作时对血管实心模具或血管空心模具进行喷涂固化的喷涂设备的结构示意图；

图3为本发明实施例二的机械手以向下倾斜方式对血管实心模具或血管空心模具进行喷涂的示意图；

图4为本发明实施例二的机械手以垂直向上方式对血管实心模具或血管空心模具进行喷涂的示意图；

图5为本发明实施例二的机械手以向上倾斜方式对血管实心模具或血管空心模具进行喷涂的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～5对本发明提出的血管模型及其制作方法、喷涂设备作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

【实施例一】

图1为本实施例提供的制作血管模型的流程示意图。如图1所示，本实施例的血管模型的制作包括：

步骤S1：创建血管计算机三维模型；

步骤S2：依据血管计算机三维模型，制作血管实心模具或血管空心模具；以及

步骤S3：在所述血管实心模具或血管空心模具的外壁上喷涂组份材料；

步骤S4：固化所述组份材料，形成血管模型；以及

步骤S5：从所述血管实心模具或血管空心模具上取下所述血管模型。

在本申请实施例中，步骤S2所制作的血管实心(或空心)模具为一颅内血管模型，颅内血管形状复杂，其不仅包含多个血管分支，而且每个血管分支均为曲线型结构。

其中，为了制备出具有复杂形状的血管结构，发明人采用了步骤S3，通过步骤S3可以制备出形状复杂的血管结构，这样，使得形状复杂的血管结构得到了重建，从而利于相关人员开展血管治疗的训练和术前的模拟，进而可以有效提高血管治疗的准确度，降低血管手术治疗的安全风险。此外，本发明的血管模型的制作，无需提供复杂的模具，制备工艺简单，制作费用低，而且，制备的血管模型的尺寸精度高，内壁光滑。

本实施例中，在创建血管计算机三维模型时，所述血管计算机三维模型的原始数据可以来自真实病人的CT或者MRI扫描影像图片，进而所述扫描影像图片可导入计算机软件中，并通过所述计算机软件对扫描影像图片进行编辑和处理，以生成血管计算机三维模型。

此外，在制作血管实心模具或血管空心模具时，优选通过3D打印机打印制备血管实心模具或血管空心模具。3D打印技术可制备出形状复杂的模具，确保符合血管的真实形状。

另外，所述组份材料选择为单组份材料或双组份材料中的一种。其中，所述组份材料优选为液态可固化的聚合物或溶于易挥发溶剂的聚合物。更优选的，所述单组份材料为单组分硅凝胶，所述双组份材料为双组分聚氨酯或双组分硅凝胶。但是，本发明包括但不局限于所述优选的组份材料，可以根据实际需要作相应选择。

进一步的，在步骤S4中，所述组分材料可通过自然或者人工固化。在固化组份材料时，优选根据组份材料的种类选择相应的固化方式，具体地说，所述组份材料为单组份材料时，优选选择人工固化；所述组份材料为双组份材料时，由于双组份材料中的固化剂(即交联剂)可以加速涂料成膜的速度，所以可选择自然固化。所述自然固化主要是自然光固化，所述人工固化可包括紫外光固化等。然而，采用人工固化，利于控制固化温度，提高固化效率，确保固化质量。

特别地，所制的血管模型的管径可随组份材料的厚度变化而变化，具体地说，通过控制喷涂于血管实心(或空心)模具外壁上的组份材料的厚度，可以控制血管模型的外径，从而满足工程技术上对不同管径的需要。因而，采用喷涂工艺制备血管模型，可以制备出多种管径的血管模型，应用范围广。

在本申请实施例中，在固化所述组份材料，得到固化了的血管模型后，进一步还包括将所述血管模型从所述血管实心(或空心)模具上取出，以使得所述血管模型独立于所述血管实心(或空心)模具。

综上，本实施例还提供了一种采用上述实施例提供的血管模型的制作方法制作而成的血管模型，所述血管模型不仅具有复杂的形状，而且内壁光滑，模型的尺寸精度高。

【实施例二】

本实施例提供了一种喷涂设备，用于血管模型的制作，具体如图2所示。

参阅图2，所述喷涂设备包括工作台1和机械手，其中，所述工作台1用于承载待喷涂的血管实心模具2(或空心模具)，并可带动所述待喷涂的血管实心模具2进行360度旋转，所述机械手用于将组份材料喷射至工作台1上承载的血管实心模具2(或血管空心模具)的外壁上，并可在空间内多方位移动和转动，以喷涂方式制作血管模型。

本实施例的喷涂设备采用了工作台和多自由度的机械手实现血管实心模具或血管空心模具的喷涂制作，不仅可以全方位、多角度对待喷涂的血管实心模具或血管空心模具进行喷涂作业，不但喷涂效率高，而且喷涂效果好。

此外，所述机械手可在空间内完成多方位移动和转动，具体指的是：所述机械手能够完成空间直线和曲线运动，以适用于复杂形状工件的喷涂。另外，喷涂时，所述机械手优选匀速地在待喷涂的血管实心模具2上喷涂，以保证涂层厚度的均匀性。

特别的，所述机械手为一关节型机械手。而且，所述机械手包括用于驱动其运动的驱动机构，所述驱动机构可为一电机。

本实施例中，所述组份材料为单组份材料或双组份材料中的一种。所述双组份材料包括涂料和交联剂(即固化剂)。此处，简称涂料为第一组份，交联剂为第二组份，例如：所述双组份材料为双组份硅凝胶时，则所述第一组份为硅凝胶，所述第二组份为含有硅氢键的交联剂。

为了更好的实施本申请，所述喷涂设备还包括用于放置组份材料的容器3，此时，所述容器3中盛放的组分材料可通过所述机械手喷射至工作台1上承载的血管实心模具2(或血管空心模具)的外壁上。

所述容器3的数量为一个或多个。具体地说，所述组份材料为双组份材料时，可预先将配比好的双组份材料放置于一个容器3中，或者也可将未配比好的第一组份和第二组份分别放置于不同的容器3中，以在后续喷涂时进行配比。其他实施例中，所述组份材料为双组份材料时，所述容器3也可包括多个腔室，以将未配比好的第一组份和第二组份放置于不同的腔室中，进而进行配比。

本实施例中，所述喷涂设备还包括传送机构，所述传送机构可将容器3内的组份材料传送至所述机械手。可选的，所述传送机构包括泵，所述泵通过输送管路与所述机械手和容器3连接，以通过压力将组份材料输送至机械手中。此外，所述传送机构还包括阀门，所述阀门设置于所述输送管路上，用于控制所述输送管路的通断。

较佳的，本实施例的机械手包括用于喷射单组份材料的第一机械手4以及用于喷射双组份材料的第二机械手5。其中，所述第一机械手4和第二机械手5均为可伸缩结构，且均具有多个自由度。

特别的，如图2所示，所述第一机械手4上设置有一个喷嘴11，所述喷嘴11用于喷射单组份材料；所述第二机械手5上设置有两个喷嘴12，其中一个喷嘴12可喷射第一组份，另一个喷嘴12可喷射第二组份。

此外，所述泵包括与第一机械手4连接的第一泵6和与第二机械手5连接的第二泵7。另外，所述阀门包括设置于第一泵6出口处的第一阀门8和设置于第二泵7出口处的第二阀门9。

而且，为了防止污染环境，所述喷涂设备还包括操作箱(未图示)，所述工作台1可放置于所述操作箱中，以进行密封喷涂。

其中，为了实现自动化控制，所述喷涂设备还包括控制单元(未图示)，所述控制单元连接工作台1、泵、阀门和机械手，以控制它们进行自动化喷涂作业，提高作业效率。此处，本领域人员可以理解的是：所述控制单元根据程序设定进行自动控制。

优选的，所述喷涂设备可根据组份材料的种类选择相应的机械手进行喷涂作业，例如采用单组份材料喷涂时，控制第一机械手4工作；选择双组份材料喷涂时，控制第二机械手5工作。

此外，针对双组份材料，本实施例的喷涂设备的工作过程如下：

1)将3D打印制备的待喷涂的血管实心模具2(或空心模具)放置于操作箱中的工作台1上；

2)开启第二阀门9，并启动第二泵7，通过第二泵7将第一组份和第二组份送入第二机械手5；

3)根据程序设定，控制第二机械手5对待喷涂的血管实心模具2上的同一位置进行第一组份、第二组份(按配比1：1)喷涂；

4)同一位置喷涂完毕后，开启工作台1以带动待喷涂的血管实心模具2进行360度旋转，同时控制第二机械手5对血管分支的不同位置进行喷涂；

5)喷涂完毕后，将喷涂在血管实心模具2上的第一组份、第二组分通过热源10进行加热固化，所述热源10可为红外热源，所述固化时间优选为10～20分钟；或者第一组份、第二组份也可自然固化，或者第一组份、第二组份也可通过光照固化；

6)固化完毕后，将固化的双组份血管模型取出便可。

特别的，对血管实心模具或血管空心模具进行喷涂时，所述机械手从多个方向进行喷涂，具体如图3～5所示。其中，图3～5分别示出了第一机械手4上的喷嘴11以向下倾斜、垂直向上和向上倾斜三种方式对血管分支进行喷涂的状态，同样地，所述第二机械手5上的喷嘴12也具有相同的方式。但是，本发明包括但不局限于所述三种方式，在此只是举例说明，不应过分限制所述喷嘴11、12的喷涂方向。

相比于现有技术，本发明提供的血管模型及其制作方法、喷涂设备，具有以下有益效果：

首先，由于喷涂工艺不但可以制备出形状复杂的工件，而且可以有效控制工件的喷涂尺寸，因此，本发明的血管模型的制作，通过对血管实心模具或血管空心模具的外壁进行组份材料喷涂，可以获取形状复杂且尺寸精度高的血管模型，而且制作的血管模型也利于相关人员开展血管治疗的训练和术前的模拟，进而可以有效提高血管治疗的准确度，降低血管手术治疗的安全风险。

其次，本发明的血管模型的制作，无需提供复杂的模具，制备工艺简单，制作费用低，而且通过喷涂形成的血管模型，内壁更光滑。

再次，本发明的喷涂设备采用了可360度旋转的工作台和能够做直线和曲线运动的机械手对血管实心模具或血管空心模具实施喷涂，不仅可以全方位、多角度对血管实心模具或血管空心模具进行喷涂作业，喷涂效果好，而且喷涂效率高。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种血管模型的制作方法，其特征在于，包括：

创建血管计算机三维模型；

依据血管计算机三维模型，制作血管模具；

在所述血管模具的外壁上喷涂组份材料；

固化所述组份材料，形成血管模型；以及

从所述血管模具上取下所述血管模型。

2.如权利要求1所述的血管模型的制作方法，其特征在于，通过血管影像图片创建所述血管计算机三维模型。

3.如权利要求2所述的血管模型的制作方法，其特征在于，所述血管影像图片通过CT设备或MRI设备获取。

4.如权利要求1所述的血管模型的制作方法，其特征在于，通过3D打印制作所述血管模具。

5.如权利要求1～4中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述组份材料为单组份材料或双组份材料。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述单组份材料为单组分硅凝胶。

7.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述双组份材料为双组分聚氨酯或双组分硅凝胶。

8.一种血管模型，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的血管模型的制作方法制作而成。

9.一种喷涂设备，用于实施如权利要求1至7中任一项所述的血管模型的制作方法，其特征在于，所述喷涂设备包括：工作台、容器以及与所述容器相连接的机械手；其中，所述工作台用以承载血管模具；

所述容器用以盛放组份材料；

所述机械手用以将容器中盛放的组份材料喷射至工作台上承载的血管模具的外壁上。

10.如权利要求9所述的喷涂设备，其特征在于，还包括传送机构，所述传送机构分别与所述容器和机械手相连接，用于将所述容器内的组份材料传送至所述机械手。

11.如权利要求10所述的喷涂设备，其特征在于，还包括操作箱，所述操作箱设置于所述工作台外部，用以密闭所述工作台。

12.如权利要求9～11中任一项所述的喷涂设备，其特征在于，所述工作台能够做360度旋转运动。

13.如权利要求9～11中任一项所述的喷涂设备，其特征在于，所述机械手能够做直线和/或曲线运动。

14.如权利要求9～11中任一项所述的喷涂设备，其特征在于，所述机械手包括用于喷射单组份材料的第一机械手和用于喷射双组份材料的第二机械手。

15.如权利要求14所述的喷涂设备，其特征在于，所述第二机械手上设置有两个喷嘴。

16.如权利要求9～11中任一项所述的喷涂设备，其特征在于，还包括热源或光源，所述热源或光源设置于所述工作台附近，用以固化所述组分材料。