CN106710416A - 血管模型及其制作方法、制作该血管模型的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种血管模型及其制作方法、制作血管模型的设备，其中，所述血管模型的制作方法包括：制备原始血管模型；在所述原始血管模型的内壁上涂覆疏水溶液；以及固化所述疏水溶液，取得疏水涂层，并形成血管模型。本发明在制作血管模型时，由于疏水溶液涂覆于血管模型内壁后，在内表面会形成一层光滑平整的疏水涂层，从而使得血管模型内表面与器械接触时，可以减小内表面与器械之间的摩擦，避免器械受到损坏，这样提高了血管模型内表面的光滑度，使得血管模型内表面符合真实血管内表面的光滑状态。同时由于疏水涂层具有耐水、耐温特性，因此，所制作的血管模型耐水、耐温特性好。

Description

血管模型及其制作方法、制作该血管模型的设备

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、制作该血管模型的设备。

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)依据动脉瘤血管计算机三维模型制作第一个动脉瘤血管实心模型；(3)依据第一个动脉瘤血管实心模型制作动脉瘤血管的铸模；(4)依据动脉瘤血管的铸模制作第二个动脉瘤血管实心模型；(5)依据第二个动脉瘤血管实心模型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，CN103284765A的专利通过铸模法制备的血管内表面粗糙，因而，在用于体外模拟测试时，无法真实模拟人体光滑的血管内表面。而CN102027525的专利中，采用积层造型机制作三维中空血管模型，不仅尺寸精度低，而且所制的血管模型内部光滑度差。因此，有必要开发一种血管模型及其制作方法，以提高血管模型内壁的光滑度。

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、制作该血管模型的设备，以解决现有技术中制作的血管模型内壁光滑度差的问题。

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：

制备原始血管模型；

在所述原始血管模型的内壁上涂覆疏水溶液；以及

固化所述疏水溶液，形成疏水涂层，并得到血管模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，在形成血管模型之前，还包括：

在所述疏水涂层上涂覆交联溶液，使得所述交联溶液中的交联剂与所述疏水涂层中的基团发生交联反应，形成所述血管模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，在涂覆疏水溶液和交联溶液之前，还包括：

配制质量百分比浓度为8％～15％的聚乙烯醇疏水溶液和质量百分比浓度为1％～5％的四硼酸钠交联溶液，其中，所述聚乙烯醇疏水溶液中包含质量百分比浓度为0.1％～0.5％的三氧化钼耐水剂。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，所述制备原始血管模型的步骤包括：

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；以及

依据所述血管模具制作原始血管模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，依据影像设备扫描获取的数据创建所述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，所述影像设备为CT设备或者MRI设备。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，通过3D打印制作所述血管模具。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，在依据所述血管模具制作原始血管模型的步骤中，通过铸模制作所述原始血管模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，在依据所述血管模具制作原始血管模型的步骤中，通过喷涂制作所述原始血管模型。

可选的，在所述的血管模型的制作方法中，喷涂制作所述原始血管模型的步骤包括：

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，形成原始血管模型；以及

从所述血管模具上取下所述原始血管模型。

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分硅凝胶或者双组分聚氨酯或者双组分硅凝胶。

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

再次，本发明又提供了一种制作血管模型的设备，用于实施前述血管模型的制作方法，所述制作血管模型的设备包括：工作台、容器和与所述容器连接的传送机构；其中，

所述工作台用以承载原始血管模型；

所述容器用以盛放溶液；

所述传送机构用以将容器中盛放的溶液输送至工作台上承载的原始血管模型的内部。

可选的，在所述的制作血管模型的设备中，所述传送机构包括泵和循环管路，所述容器、泵和原始血管模型通过所述循环管路串联形成回路。

可选的，在所述的制作血管模型的设备中，还包括热源或者光源，所述热源或者光源设置于所述工作台附近，用以固化所述溶液。

相比于现有技术，本发明在制作血管模型时，由于疏水溶液涂覆于血管模型内壁后，在血管模型内表面会形成一层光滑且平整的疏水涂层，从而使得血管模型内表面与器械接触时，可以减小内表面与器械之间的摩擦，避免器械受到损坏，这样提高了血管模型内表面的光滑度，使得血管模型的内表面符合真实血管内表面的光滑状态；同时由于疏水涂层具有耐水、耐温特性，因此，所制作的血管模型耐水、耐温特性好。

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为本发明实施例一的制备原始血管模型的流程示意图；

图3为本发明实施例一的依据血管模具制作原始血管模型的流程示意图；

图4为本发明实施例二的制作血管模型的设备的示意图。

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1～4对本发明提出的血管模型及其制作方法、制作血管模型的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：制备原始血管模型；

步骤S2：在所述原始血管模型的内壁上涂覆疏水溶液；以及

步骤S3：固化所述疏水溶液，形成疏水涂层，并得到血管模型。

在步骤S3中，所述疏水溶液可以通过自然或者人工方式加热固化。

本发明在制作血管模型时，由于疏水溶液涂覆于血管模型内壁后，在血管模型内表面会形成一层光滑且平整的疏水涂层，从而使得血管模型内表面与器械接触时，可以减小内表面与器械之间的摩擦，避免器械受到损坏，由此提高了血管模型内表面的光滑度，使得血管模型的内表面符合真实血管内表面的光滑状态。同时由于疏水涂层具有耐水、耐温特性，因此，所制作的血管模型耐水、耐温特性好。

更优选的，为了提升疏水涂层的粘附效果以及耐温特性，如图1所示，在步骤S3中，即形成血管模型之前，所述血管模型的制作还包括：

步骤S4：在所述疏水涂层上涂覆交联溶液，使得所述交联溶液中的交联剂与所述疏水涂层中的基团发生交联反应，形成所述血管模型。

通过交联溶液中交联剂与疏水涂层表面材料中基团发生交联反应，可以加速疏水涂层固化，确保疏水涂层牢固地吸附于原始血管模型的内壁上，而且疏水涂层与交联溶液发生交联后，其耐高温的特性更好，更有效确保了血管模型内表面的耐高温性能。

此外，在涂覆疏水溶液和交联溶液之前，还需要制备疏水溶液和交联溶液。本实施例中，所述疏水溶液(即改性溶液，或称耐水耐温溶液)是一种水溶性聚合物溶于水后或非水溶性聚合物溶于溶剂后，再添加改性剂(如耐水剂等)后形成的聚合物溶液。可选的，所述疏水溶液采用聚乙烯醇或者聚乙二醇或者聚丙烯酸等聚合物制成。此外，所述耐水剂可采用三氧化钼或者硅酮粉等。较佳方案中，所述疏水溶液优选聚乙烯醇疏水溶液(含三氧化钼耐水剂)，由于聚乙烯醇环保，生物可降解，不污染环境，因此，社会效益好。所述交联溶液优选为四硼酸钠交联溶液，其与聚乙烯醇固化交联效果好，或者多元醇溶液或者多元胺溶液，其与聚丙烯酸固化交联效果好。

本实施例中，在配制疏水溶液时，可选择配置质量百分比浓度为8％～15％的聚乙烯醇疏水溶液，其中，所述聚乙烯醇疏水溶液中包含质量百分比浓度为0.1％～0.5％的三氧化钼耐水剂。此时，在配制交联溶液时，可选择配置质量百分比浓度为1％～5％的四硼酸钠交联溶液，以有效确保与聚乙烯醇疏水涂层发生交联反应。当然，本发明包括但不局限于所述疏水溶液和交联溶液的优选质量百分比浓度，具体的可以根据实际情况作合适的配制。

图2为制备原始血管模型的子流程示意图。如图2所示，所述制备原始血管模型的步骤包括：

步骤S11：创建血管计算机三维模型；

步骤S12：依据血管计算机三维模型制作血管模具；以及

步骤S13：依据所述血管模具制作原始血管模型。

具体的，在步骤S11中，将依据影像设备扫描获取的数据创建血管计算机三维模型。所述影像设备为CT设备或者MRI设备。进一步的，所述影像设备扫描获取的数据又导入计算机软件(如Solidworks、UG和Catia等)中，从而生成血管计算机三维模型。

此外，在步骤S12中，优选通过3D打印制作血管模具。所述血管模具可以为血管实心模具或者血管空心模具。3D打印技术尤其适用于制作形状复杂的血管模具，确保符合形状复杂的血管结构。

另外，在步骤S13中，可以通过铸模法制作所述原始血管模型。具体的，采用铸模法制作原始血管模型时，需要提供符合血管真实状态的铸模，通过铸模制备原始血管模型，例如首先将血管模具固定于铸模箱中，之后，将包含铸模材料的溶液倒入所述铸模箱中，然后，冷却包含铸模材料的溶液，以形成固态铸模，最后，将制得的铸模从铸模箱中取出，并将铸模切开以从铸模中取出血管模具。然而，采用铸模制作具有复杂形状的血管模型，模具结构复杂，制作费用高。其他实施例中，优选通过喷涂法制作所述原始血管模型。图3为喷涂制作所述原始血管模型的流程示意图。

如图3所示，所述喷涂制作所述原始血管模型的步骤包括：

步骤S131：在所述血管模具的外壁上喷涂组份材料；

步骤S132：固化所述组份材料，形成原始血管模型；以及

步骤S133：从所述血管模具上取下所述原始血管模型。

由于喷涂工艺不但可以制备形状复杂的工件，而且可以有效控制工件的喷涂尺寸，因此，通过对血管模具的外壁进行组份材料喷涂，可以获取形状复杂且尺寸精度高的血管模型。

特别的，在步骤S131中，通过喷涂设备将组份材料喷涂于血管模具的外壁上。所述喷涂设备优选包括机械手，并且所述机械手具有多个自由度，可在空间内完成直线和曲线运动，以有效确保原始血管模型的制作精度。

本实施例中，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。

在步骤S132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。

本实施例中，在固化所述组份材料，得到固化了的原始血管模型后，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。

特别的，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，该血管模型不仅内壁光滑，符合真实血管内表面的光滑状态，而且具有耐水、耐高温性，尤其适用于含疏水涂层医疗器械的体外模拟及高温疲劳测试。

【实施例二】

本实施例提供了一种制作血管模型的设备，用于实施如实施例一提供的血管模型的制作方法，具体如图4所示。图4为制作血管模型的设备的示意图。

如图4所示，所述制作血管模型的设备包括工作台1、容器2和传送机构，其中，所述工作台1用以承载原始血管模型3，所述容器2用以盛放疏水溶液，所述传送机构用以将容器2中盛放的疏水溶液输送至工作台1上承载的原始血管模型3的内部。进而，进入原始血管模型3内部的疏水溶液附着在原始血管模型3的内壁上，并进一步固化形成疏水涂层，从而取得内壁粘附有疏水涂层的血管模型。

特别的，所述容器2中还可盛放交联溶液；或者，另设置一个容器2，用以盛放交联溶液，具体的，本发明并不作限定，可以根据实际需要作相应选择。而所述传送机构可将容器2中盛放的交联溶液输送至原始血管模型3的内部，以使交联溶液中的交联剂与之前粘附在内壁上的疏水涂层表面基团发生交联固化反应，从而取得交联固化后的疏水涂层，并制取血管模型。

本实施例中，所述传送机构包括循环管路4和设置于循环管路4上的泵5，喷涂时，所述原始血管模型3固定放置于工作台1上，进而所述原始血管模型3通过循环管路4与泵5和容器2串联形成循环回路。所谓“循环回路”指的是：所述容器2中盛放的疏水溶液或者交联溶液可以在泵5的作用下不断地进入原始血管模型3的内部并回流至容器2中。

此外，所述循环管路4上还设置有两个阀门6，所述两个阀门6分别设置于容器2的进口和出口处，用以接通和切断循环管路，以控制溶液的流通。可选的，所述两个阀门6均为截止阀。

继续参阅图4，本实施例的制作血管模型的设备的工作过程为：

1)启动泵5，并同时接通阀门6，使容器2中盛放的疏水溶液在泵5的作用下通过循环管路4流入原始血管模型3中；

2)控制泵5的循环开启时间(大约20分钟)，以使疏水溶液不间断地流入原始血管模型3的内部，从而使疏水溶液与原始血管模型3的内壁充分接触，并附着粘附于内壁上；

3)关闭泵5或者切断阀门6，固化粘附在原始血管模型3内壁上的疏水溶液，以形成疏水涂层；在此，所述疏水溶液可以自然固化或者通过热源7(或者光源)进行加热人工固化，其中，所述热源7(或者光源)可设置于工作台1附近；

4)再一次开启泵5或者接通阀门6，同时控制泵5的循环开启时间(大约10分钟)，使同一容器2或者另一容器2中盛放的交联溶液在泵5的作用下通过循环管路4不断地流入原始血管模型3中，以使交联溶液中交联剂充分地与疏水涂层表面基团发生交联固化，以取得交联固化后的疏水涂层，从而制得血管模型；

5)关闭泵5，并切断阀门6，将制得的血管模型从循环管路4中取出。

相比于现有技术，本发明在制作血管模型时，由于疏水溶液涂覆于血管模型内壁后，在血管模型内表面会形成一层光滑且平整的疏水涂层，从而使得血管模型内表面与器械接触时，可以减小内表面与器械之间的摩擦，避免器械受到损坏，从而提高了血管模型内表面的光滑度，使得血管模型的内表面符合真实血管内表面的光滑状态。同时由于疏水涂层具有耐水、耐温特性，因此，所制作的血管模型耐水、耐温特性好。

同时，本发明的制作血管模型的设备仅采用工作台、容器和与容器连接的泵实现疏水涂层的制作，结构简单，制作成本低。

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 (15)

1.一种血管模型的制作方法，其特征在于，包括：

制备原始血管模型；

在所述原始血管模型的内壁上涂覆疏水溶液；以及

固化所述疏水溶液，形成疏水涂层，并得到血管模型。

2.如权利要求1所述的血管模型的制作方法，其特征在于，在形成血管模型之前，还包括：

在所述疏水涂层上涂覆交联溶液，使得所述交联溶液中的交联剂与所述疏水涂层中的基团发生交联反应，形成所述血管模型。

3.如权利要求1或2所述的血管模型的制作方法，其特征在于，在涂覆疏水溶液和交联溶液之前，还包括：

配制质量百分比浓度为8％～15％的聚乙烯醇疏水溶液和质量百分比浓度为1％～5％的四硼酸钠交联溶液，其中，所述聚乙烯醇疏水溶液中包含质量百分比浓度为0.1％～0.5％的三氧化钼耐水剂。

4.如权利要求1所述的血管模型的制作方法，其特征在于，所述制备原始血管模型的步骤包括：

创建血管计算机三维模型；

依据所述血管计算机三维模型制作血管模具；以及

依据所述血管模具制作原始血管模型。

5.如权利要求4所述的血管模型的制作方法，其特征在于，依据影像设备扫描获取的数据创建所述血管计算机三维模型。

6.如权利要求5所述的血管模型的制作方法，其特征在于，所述影像设备为CT设备或者MRI设备。

7.如权利要求4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。

8.如权利要求4至7中任一项所述的血管模型的制作方法，其特征在于，在依据所述血管模具制作原始血管模型的步骤中，通过铸模制作所述原始血管模型。

9.如权利要求4至7中任一项所述的血管模型的制作方法，其特征在于，在依据所述血管模具制作原始血管模型的步骤中，通过喷涂制作所述原始血管模型。

10.如权利要求9所述的血管模型的制作方法，其特征在于，喷涂制作所述原始血管模型的步骤包括：

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，形成原始血管模型；以及

从所述血管模具上取下所述原始血管模型。

11.如权利要求10所述的血管模型的制作方法，其特征在于，所述组份材料为单组分硅凝胶或者双组分聚氨酯或者双组分硅凝胶。

12.一种血管模型，其特征在于，采用如权利要求1至11中任一项所述的血管模型的制作方法制作而成。

13.一种制作血管模型的设备，用于实施如权利要求1至11中任一项所述的血管模型的制作方法，其特征在于，所述制作血管模型的设备包括：工作台、容器和与所述容器连接的传送机构；其中，

所述工作台用以承载原始血管模型；

所述容器用以盛放溶液；

所述传送机构用以将容器中盛放的溶液输送至工作台上承载的原始血管模型的内部。

14.如权利要求13所述的制作血管模型的设备，其特征在于，所述传送机构包括泵和循环管路，所述容器、泵和原始血管模型通过所述循环管路串联形成回路。

15.如权利要求13或14所述的制作血管模型的设备，其特征在于，还包括热源或者光源，所述热源或者光源设置于所述工作台附近，用以加热固化所述溶液。