CN107919047A - 制作心脏模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作心脏模型的方法，包括以下步骤：(一)制作心脏模型原件；(二)将步骤(一)得到的模型原件制作模具；(三)将步骤(二)得到的模具制作模型；(四)取单片机、压力传感器、液泵及震动装置置于步骤(三)得到的模型中；(五)将步骤(四)得到的模型进行粘合拼装得到心脏模型。本发明制作的心脏外科操作训练模型的方法成本较低，制作工艺简单且仿真度高。
Description
技术领域
本发明涉及医学教学及临床应用操作仿真模型领域，具体涉及制作心脏模型的方法。
背景技术
据《中国心血管病报告2016》发布，目前，心血管病死亡占城乡居民总死亡原因的首位，农村为45.01％，城市为42.61％。我国心血管病危险因素流行趋势明显，导致了心血管病的发病人数增加。今后10年心血管病患病人数仍将快速增长。外科手术对心血管疾病的治疗是极为有效的。由于近年来医疗事件和医患矛盾越来越突出，初出茅庐的医学生的临床磨炼机会日益受限成为阻碍我国医学教学领域培养合格临床医师的最大原因。对于一些复杂的心脏外科手术，外科医生仅凭借数字化信息难以准确确定手术部位。
因此，在医学教学及临床应用方面需要经常使用人体仿真心脏模型来完成教学和术前分析，而目前人体仿真心脏模型制作工艺复杂，且制作过程中使用的原材料昂贵，提高了制作的成本，不利于医学教学及心脏外科手术的术前模拟分析。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供制作心脏模型的方法，制作工艺简单，且使用廉价的原材料，降低制作成本。具体而言通过以下技术方案实现：
本发明的制作心脏模型的方法，包括以下步骤：
(一)制作心脏模型原件；
(二)将步骤(一)得到的模型原件制作模具；
(三)将步骤(二)得到的模具制作模型；
(四)取单片机、压力传感器、液泵及震动装置置于步骤(三)得到的模型中；
(五)将步骤(四)得到的模型进行粘合拼装得到心脏模型。
进一步，步骤(一)中所述心脏模型原件包括胸腔模型原件、血管模型原件、及胸腔内器官模型原件，所述胸腔内器官模型原件包括心脏本体模型原件和肺部模型原件，所述模型原件的制作方法采用3D打印技术。
进一步，所述3D打印技术包括以下步骤：
(1)选取心脏模型中的各部分的活体或标本，分别进行灌注并扫描；
(2)利用三维重建软件重建三维模型；
(3)利用三维设计软件对步骤(2)获得的模型进行修复；
(4)利用逆向软件对步骤(3)得到的模型设计定位杆及通风杆；
(5)通过快速成型机将步骤(4)得到的模型进行3D打印得到模型原件。
进一步，所述步骤(二)在小批量生产心脏模型的情况下，采用硅橡胶浇筑法制作模具；所述步骤(二)在大批量生产心脏模型的情况下，采用电铸镍壳-陶瓷背衬模法制作模具。
进一步，所述硅橡胶浇筑法包括以下步骤：
(1)清洁步骤(一)得到模型原件；
(2)建立分型线；
(3)将定性样件边缘围上；
(4)利用围框将定性样件固定在围框内；
(5)将硅胶和固化剂混合后放入真空注型机中抽真空并倒入构建的围框内；
(6)将步骤(5)得到的定性样件放入压力罐内,在0.4MPa～0.6MPa压力下,保持15～30min；
(7)将步骤(6)得到的定性样件取出后送入固化炉保持8h～10h；
(8)将步骤(7)得到的定性样件拆除围框,随分模边界取出硅胶；
(9)将模型原件取出得到模具。
进一步，所述电铸镍壳-陶瓷背衬模法包括以下步骤：
(1)清洁步骤(一)得到的模型原件；
(2)将步骤(1)得到的模型原件置于镍电镀槽中进行电镀；
(3)将步骤(2)得到的模型原件设置共形冷却道；
(4)将步骤(3)得到的模型原件置于电镀槽中进行电镀；
(5)将步骤(4)得到的模型原件粘结陶瓷作背衬；
(6)将步骤(5)得到的原件完全取走,得到模具。
进一步，所述步骤(4)中电镀槽为铜电镀槽。
进一步，所述模型的制作方法采用翻模技术，所述翻模技术包括以下步骤：
(1)将消泡剂与模具硅胶进行混合得到硅胶液；
(2)将步骤(1)得到的硅胶液分别倒入步骤(二)得到的模具中进行脱泡和固化，得到模型。
进一步，所述步骤(2)的固化温度为40℃。
进一步，所述血管模型原件包括主动脉模型原件、肺动脉模型原件、冠状动脉模型原件、上腔静脉模型原件、下腔静脉模型原件及肺静脉模型原件。
本发明的有益效果：本发明的制作心脏外科操作训练模型的方法方法成本较低，制作工艺简单；置入模型中的单片机接入外部单片机，通过控制液泵及震动装置改变血压计心跳频率，从而实现血液的周期性输出和心脏的搏动，使制作出的模型更加真实；通过3D打印快速成型技术，可以快速、远距离的制作出成品；在小批量生产心脏外科操作训练模型的情况下，采用硅橡胶浇筑法，成型效率高、制作时间短，模具的成型复制性和脱模性能好且不会产生脱水现象；在大批量生产心脏外科操作训练模型的情况下，采用电铸镍壳-陶瓷背衬模，保证了模具的强度和耐磨性能。本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例中进行进一步的说明。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明心脏模型结构详图。
图2是本发明的心脏模型与肺部模型位置关系图；
图中，1、心脏本体模型；2、主动脉模型；3、冠状动脉模型；4、压力传感器；5、上腔静脉模型；6、下腔静脉模型
具体实施方式
如图所示：本实施例中的制作心脏模型的方法，包括以下步骤：
(一)制作心脏模型原件；
(二)将步骤(一)得到的模型原件制作模具；
(三)将步骤(二)得到的模具制作模型；
(四)取单片机、压力传感器4、液泵及震动装置置于步骤(三)得到的模型中，所述震动装置采用震动的偏心轮；
(五)将步骤(四)得到的模型进行粘合拼装并硬化后得到心脏模型。
本实施例中，步骤(一)中所述心脏模型原件包括胸腔模型原件、血管模型原件、及胸腔内器官模型原件，所述胸腔内器官模型原件包括心脏本体模型原件和肺部模型原件，所述模型原件的制作方法采用3D打印技术。
本实施例中，所述3D打印技术包括以下步骤：
(1)选取心脏模型中的心脏本体、血管、胸腔、及肺部的活体或标本，若选用活体，则对各活体运用多层螺旋CT进行增强扫描，若选用标本，对各标本分别进行灌注并进行普通CT扫描；
(2)利用三维重建软件Mimics或Simpleware或3D-DOCTOR或Amira或MITK或3DMed重建步骤(1)中各部分的三维模型；
(3)利用Zbrush三维设计软件对步骤(2)获得的模型进行修复，此软件界面简洁，工作流程直观且不需要依靠鼠标和参数对模型进行修复；
(4)利用Geomagic studio逆向软件对步骤(3)得到的模型设计定位杆及通风杆，利用此软件对模型进行设计不仅可以得到更加完美的模型，而且提高模型设计的效率；
(5)将高硬度，耐200℃高温的材料放入快速成型机中，通过3D打印技术将步骤(4)设计好的主动脉模型2、上腔静脉模型5、下腔静脉模型6、胸腔模型、心脏本体模型1和肺部模型打印得到硬质模具原件，将高分子弹性材料天然乳胶或聚氨酯橡胶或硅橡胶装入快速成型机中，通过3D打印技术将步骤(4)设计好的冠状动脉模型3通过快速成型机进行打印得到柔性模具原件。
通过3D打印快速成型技术，可以快速、远距离的制作出成品且制作的模型原件精度高；采用螺旋CT扫描对活体进行扫描，不会遗漏，单位时间内扫描速度的提高，减少了运动伪影,使造影剂的利用率提高，可任意地、回顾性重建，且提高了三维重建图像的质量。
本实施例中，所述步骤(二)在小批量生产心脏模型的情况下，采用硅橡胶浇筑法制作模具；所述步骤(二)在大批量生产心脏模型的情况下，采用电铸镍壳-陶瓷背衬模法制作模具。
本实施例中，所述硅橡胶浇筑法包括以下步骤：
(1)清洁步骤(一)得到模型原件；
(2)利用薄透明胶带建立分型线；
(3)利用彩色、清洁胶纸将定型样件边缘围上；
(4)利用薄板围框将定型样件固定在围框内，可以加注一些通风杆；
(5)将硅胶和固化剂混合后放入真空注型机中抽真空，保持真空10min,并并将抽真空后的硅胶倒入构建的围框内；
(6)将步骤(5)得到的定性样件放入压力罐内,在0.4MPa～0.6MPa压力下,保持15～30min，以排除混入其中的空气；
(7)将步骤(6)得到的定性样件取出后送入固化炉，，在60℃温度下作固化处理,保持8h～10h；
(8)将步骤(7)得到的定性样件拆除围框,随分模边界取出硅胶；
(9)将模型原件完全外露并取出，得到模具。
采用硅橡胶浇筑法制作模具，使用的材料价格低，成形效率高，制作时间短；可以在常温下固化，且硅橡胶具有较好的成形复制性和脱模性能；制作的模具不会产生缩水现象。
本实施例中，所述电铸镍壳-陶瓷背衬模法包括以下步骤：
(1)清洁步骤(一)得到的模型原件；
(2)将步骤(1)得到的模型原件置于镍电镀槽中进行电镀，镍镀层厚度达到2mm后，从电镀槽中取出模型原件及与其相连的镍壳，并将它们置于清水中冲洗并晾干；
(3)将步骤(2)得到的模型原件设置共形冷却道；
(4)将步骤(3)得到的模型原件置于电镀槽中进行电镀，镀层位于镍壳上，并包裹共形冷却道，镀层达到4mm后，从电镀槽中取出并将它们置于清水中冲洗并晾干；
(5)将步骤(4)得到的模型原件用高强度化学粘结陶瓷作背衬；
(6)将步骤(5)得到的原件完全取走,得到模具。
本实施例中，所述步骤(4)中电镀槽为铜电镀槽。
采用电铸镍壳-陶瓷背衬模法，2mm厚Ni-4mmCu复合壳具有较好的热导率，以及高硬度的镍面，Ni-Cu复合壳上化学粘结陶瓷，具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、易脱模；采用共形冷却道，不仅提高制作模具的过程中的冷却效率，缩短注塑循环周期，提高模具的质量。
本实施例中，所述模型的制作方法采用翻模技术，所述翻模技术包括以下步骤：
(1)取缩合型模具硅胶，A组分(硅胶)与B组分(固化剂)按质量比为100:1进行混合，加入消泡剂进行混合得到硅胶液；
(2)将步骤(1)得到的硅胶液分别倒入步骤(二)得到的模具中进行脱泡和固化，得到模型。
本实施例中，所述步骤(2)的固化温度为40℃，此时的固化效果最佳，得到的心脏模型与真实的心脏及其周围的结构最为相近。
本实施例中，所述血管模型原件包括主动脉模型原件、肺动脉模型原件、冠状动脉模型原件、上腔静脉模型原件、下腔静脉模型原件及肺静脉模型原件。
本实施例中，取单片机置于胸腔模型中，取压力传感器4置于心脏本体模型1内壁，取液泵置于血管模型中，控制血流的压强和流量成周期性变化，取震动的偏心轮置于心脏本体模型1，控制心脏以一定的节律进行震动，胸腔模型中的单片机与外部单片机连接，所述外部单片机连接有显示屏，通过单片机将心脏中的震动频率和幅度以及血压和血流节律显示在显示屏上，以供参考。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种制作心脏模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)制作心脏模型原件；
(二)将步骤(一)得到的模型原件制作模具；
(三)将步骤(二)得到的模具制作模型；
(四)取单片机、压力传感器、液泵及震动装置置于步骤(三)得到的模型中；
(五)将步骤(四)得到的模型进行粘合拼装得到心脏模型。
2.根据权利要求1所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，步骤(一)中所述心脏模型原件包括胸腔模型原件、血管模型原件、及胸腔内器官模型原件，所述胸腔内器官模型原件包括心脏本体模型原件和肺部模型原件，所述模型原件的制作方法采用3D打印技术。
3.根据权利要求2所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述3D打印技术包括以下步骤：
(1)选取心脏模型中各部分的活体或标本，分别进行灌注并扫描；
(2)利用三维重建软件重建三维模型；
(3)利用三维设计软件对步骤(2)获得的模型进行修复；
(4)利用逆向软件对步骤(3)得到的模型设计定位杆及通风杆；
(5)通过快速成型机将步骤(4)得到的模型进行3D打印得到模型原件。
4.根据权利要求1所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述步骤(二)在小批量生产心脏模型的情况下，采用硅橡胶浇筑法制作模具；所述步骤(二)在大批量生产心脏模型的情况下，采用电铸镍壳-陶瓷背衬模法制作模具。
5.根据权利要求4所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述硅橡胶浇筑法包括以下步骤：
(1)清洁步骤(一)得到模型原件；
(2)建立分型线；
(3)将定性样件边缘围上；
(4)利用围框将定性样件固定在围框内；
(5)将硅胶和固化剂混合后放入真空注型机中抽真空并倒入构建的围框内；
(6)将步骤(5)得到的定性样件放入压力罐内,在0.4MPa～0.6MPa压力下,保持15～30min；
(7)将步骤(6)得到的定性样件取出后送入固化炉保持8h～10h；
(8)将步骤(7)得到的定性样件拆除围框,随分模边界取出硅胶；
(9)将模型原件取出得到模具。
6.根据权利要求4所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述电铸镍壳-陶瓷背衬模法包括以下步骤：
(1)清洁步骤(一)得到的模型原件；
(2)将步骤(1)得到的模型原件置于镍电镀槽中进行电镀；
(3)将步骤(2)得到的模型原件设置共形冷却道；
(4)将步骤(3)得到的模型原件置于电镀槽中进行电镀；
(5)将步骤(4)得到的模型原件粘结陶瓷作背衬；
(6)将步骤(5)得到的原件完全取走,得到模具。
7.根据权利要求6所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述步骤(4)中电镀槽为铜电镀槽。
8.根据权利要求1所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述模型的制作方法采用翻模技术，所述翻模技术包括以下步骤：
(1)将消泡剂与模具硅胶进行混合得到硅胶液；
(2)将步骤(1)得到的硅胶液分别倒入步骤(二)得到的模具中进行脱泡和固化，得到模型。
9.根据权利要求8所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述步骤(2)的固化温度为40℃。
10.根据权利要求2所述的制作心脏模型的方法，其特征在于，所述血管模型原件包括主动脉模型原件、肺动脉模型原件、冠状动脉模型原件、上腔静脉模型原件、下腔静脉模型原件及肺静脉模型原件。
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