CN108000770A - 一种明胶仿生人体假人的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种明胶仿生人体假人的制作方法，包括制备原料与制备设备的选用、明胶的熬制、模具的准备、仿生人体骨架与器官的排布、传感器的布局以及假人的贮存。制备原料的选用决定了制备的明胶假人的浓度、光滑度与透明度。制备设备的优劣与尺寸极大的影响了明胶仿生假人的制备与贮存。而人形轮廓模具、仿生人体骨架（或动物骨骼）、仿生器官（或动物器官）、传感器等则使本仿生人体明胶假人更接近人体，比传统实验现象更直观、实验数据更精确。本发明还具有制备简便、材料易获得、成本低廉等一系列优点。
Description
技术领域
本发明属于轻武器终点效应、战创伤、法医学等领域，具体涉及一种明胶仿生人体假人的制作方法，用于模拟人体在遭受冲击载荷作用下的瞬态力学响应。
背景技术
由于人体不能直接作为试验靶标，早期轻武器终点效应测试主要以松木板、钢板等作为人体的等效靶，这种靶标仅能反映弹药的侵彻威力，无法展现轻武器弹药的其它终点效应。现阶段，在轻武器终点效应、战创伤、法医学等研究领域，世界各国主要采用均质弹道明胶块或均质肥皂块来模拟人体在遭受冲击载荷作用下的瞬态力学响应。这类靶标的优点是重复性好、成本低廉、使用方便，缺点是无法区分人体组织器官的材料性能差异，而且也没有考虑人体骨骼对靶标动力学响应的影响。
同时，以各种动物（猪、狗和羊等）和人类尸体为靶标的生物模拟试验也一直在开展，以期能获得与真实人体更接近的杀伤效应。但人类尸体来源有限且受到伦理道德限制，而动物与人体还是存在明显的差异，且试验需要较大的样本量量，费用高昂、不易开展。
发明内容
本发明的目的在于提供明胶仿生人体假人的制作方法，解决了人体受到外部作用力作用下人体内部损伤实验困难的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种明胶仿生人体假人的制作方法，制作步骤如下：
步骤1，选取制备原料和加热装置
选取的制备原料为自来水和符合QB/T1997-2010要求的照相明胶颗粒，加热装置为恒温水浴锅；
步骤2，浸泡明胶颗粒
根据明胶仿生假人胸部模具的体积，以1:9的质量比例配比水与明胶颗粒，将纯净水按4:1的比例分为两份，第一份为1/5的水，第二份为4/5的水，将固体明胶颗粒浸泡在第二份的水中，浸泡30-50分钟，在浸泡期间每隔5分钟搅拌明胶颗粒一次，最终明胶颗粒充分吸水膨胀软化并且没有结块；
步骤3，熬制明胶
将充分吸水膨胀软化后的明胶颗粒倒入恒温水浴锅，并用剩下的第一份水冲洗浸泡明胶颗粒的容器表面，将冲洗的水和残余的明胶软化颗粒一并倒入恒温水浴锅中，加热搅匀，获得明胶溶液；
步骤4，准备模具
在浸泡明胶颗粒和熬制明胶的过程中，开始准备人体胸部模具，胸部模具为具有人体前胸表面轮廓的半密封壳体，模具前端封闭具有前胸表面的基本特征，后端为一未封闭平面；
步骤5，注模
人体胸部模具内表面在注模前喷有一层脱模剂，打开恒温水浴锅阀门后，明胶溶液沿恒温水浴锅底部的排水管道注入普通塑料桶容器内，再将桶内明胶溶液沿人体胸部模具边缘注入，将注模后的明胶溶液放置在0℃-25℃的室温环境中冷却，直至明胶溶液完全凝固，将冷却后的明胶连同模具放在恒温箱中，将温度设定为4℃，用薄板盖住模具，并且加湿恒温箱，以减少明胶表面水分蒸发；
步骤6，脱模
实验之前，进行脱模，人体仿生明胶假人胸部在4℃冷藏后，将明胶假人胸部模具反扣于一个干净平整的桌面，抬起一侧从该侧明胶与模具缝隙处开始分离明胶假人胸部和模具，最终得到仿生明胶假人胸部。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）规范了仿生假人明胶的材料选择和制备过程；（2）开创性的使用明胶以及仿生骨等材料制作仿生假人，以取代传统的动物试验体和尸体试验体，更加简便、环保、廉价、安全；（3）在仿生假人上设置了虚拟坐标系，将仿生骨、内脏替代物以及压力传感器和加速度传感器等测量仪器内置在仿生假人内部指定座标处，以便于实验数据的分析和描述；（4）使用透明明胶制作仿生假人便于观察试验中和试验后仿生假人的损伤情况，将多个压力传感器和加速度传感器预先内置在仿生假人中，保证了假人的完整性和测量数据的多样性、精确度。
附图说明
图1为本发明明胶仿生人体假人的制作方法的流程图。
图2 为本发明实施例中的梯形铁框和铁板布置图。
图3为本发明实施例中骨架以及传感器布置的实例图。
图4为本发明实施例中最终得到的胸部仿生人体明胶靶标的图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明提供了一种明胶仿生人体假人的制作方法，其中包括制备原料和加热装置的选取、模具的准备、明胶颗粒的浸泡、仿生人体骨架与传感器的的排布、明胶溶液的注模与冷却、假人的贮存，制作步骤如下：
步骤1，选取制备原料和加热装置
选取的制备原料为自来水和符合QB/T1997-2010要求的照相明胶颗粒。加热装置为恒温水浴锅，恒温水浴锅（市购）由不锈钢板焊接而成，焊缝严实，无生锈和漏水现象，水浴锅总功率为2500W。加热棒均匀布置在锅底，水浴锅可加热的明胶溶液最大体积为60L。
步骤2，浸泡明胶颗粒
根据明胶仿生假人胸部模具的体积，量取5kg明胶颗粒和45kg的自来水。将纯净水按4:1的比例分为两份，第一份为9kg，第二份为36kg。将固体明胶颗粒浸泡在第二份的水中，浸泡40分钟，在浸泡期间每隔5分钟搅拌明胶颗粒一次，最终明胶颗粒充分吸水膨胀软化并且没有结块。
步骤3，熬制明胶
将充分吸水膨胀软化后的明胶颗粒倒入恒温水浴锅，并用剩下的第一份水冲洗浸泡明胶颗粒的容器表面，将冲洗的水和残余的明胶软化颗粒一并倒入恒温水浴锅中。水浴温度被设定为60℃，加热期间使用搅棒每隔十分钟搅拌一次，将恒温水浴锅底层明胶溶液充分搅匀。明胶溶液温度达到60℃后，保持恒温继续加热至明胶完全融化，明胶溶液均匀无气泡，并且溶液表面无大量泡沫。
步骤4，准备模具
在浸泡明胶颗粒和熬制明胶的过程中，开始准备人体胸部模具。胸部模具为具有人体前胸表面轮廓的半密封壳体，胸部模具前端封闭具有前胸表面的基本特征，后端为一未封闭平面。胸部模具最大长度为54.5cm，最大宽度为30cm，最大深度为35cm。选择胸部模具后端右下顶点建立一个虚拟坐标轴，以长度方向由下向上为x轴正方向，以宽度方向由右向左为y轴正方向，以深度方向由后向前为正方向。为了保证骨架、传感器与模具相对位置的精准性，以及避免胸部模具在明胶溶液浇注冲击下的颤动与位移，本实例中制作一个梯形铁框镶于模具四周，并且铁框高度较高具有镂空层，镂空层中具有铁板可以悬挂骨骼、器官和传感器（如图2所示）。将人体骨架替代物（猪骨或者仿生骨）和内脏替代物（猪内脏或硅树脂制成的内脏）对应人体骨架和内脏在人体内的分布悬空布局在胸部模具内，选用3个压力传感器和一个加速度传感器，三个压力传感器分别位于心脏（33.5,10,15）、左肺（33,4,17）、肝脏（24,16,15）处，加速度传感器位于胸骨的T6节（26.12.19）处，具体布置如图3所示。
步骤5，注模
人体胸部模具内表面在注模前被喷有一层脱模剂。打开恒温水浴锅阀门后，明胶溶液沿恒温水浴锅底部的排水管道注入普通塑料桶容器内。再将桶内明胶溶液沿人体胸部模具边缘注入，将注模后的明胶溶液放置在0℃-25℃的室温环境中冷却，直至明胶溶液完全凝固。将冷却后的明胶连同模具放在恒温箱中，将温度设定为4℃，用薄板盖住模具，并且适当加湿恒温箱，以减少明胶表面水分蒸发。
步骤6，脱模
实验之前，进行脱模。人体仿生明胶假人胸部在4℃冷藏后，明胶外表面与模具内表面之间产生了缝隙脱模比较为容易。将明胶假人胸部和模具反扣于一个干净平整的桌面，抬起一侧从该侧明胶与模具缝隙处开始分离明胶假人胸部和模具，最终得到如图4所示的仿生明胶假人胸部。
Claims (6)
1.一种明胶仿生人体假人的制作方法，其特征在于，制作步骤如下：
步骤1，选取制备原料和加热装置
选取的制备原料为自来水和符合QB/T1997-2010要求的照相明胶颗粒，加热装置为恒温水浴锅；
步骤2，浸泡明胶颗粒
根据明胶仿生假人胸部模具的体积，以1:9的质量比例配比水与明胶颗粒，将纯净水按4:1的比例分为两份，第一份为1/5的水，第二份为4/5的水，将固体明胶颗粒浸泡在第二份的水中，浸泡30-50分钟，在浸泡期间每隔5分钟搅拌明胶颗粒一次，最终明胶颗粒充分吸水膨胀软化并且没有结块；
步骤3，熬制明胶
将充分吸水膨胀软化后的明胶颗粒倒入恒温水浴锅，并用剩下的第一份水冲洗浸泡明胶颗粒的容器表面，将冲洗的水和残余的明胶软化颗粒一并倒入恒温水浴锅中，加热搅匀，获得明胶溶液；
步骤4，准备模具
在浸泡明胶颗粒和熬制明胶的过程中，开始准备人体胸部模具，胸部模具为具有人体前胸表面轮廓的半密封壳体，模具前端封闭具有前胸表面的基本特征，后端为一未封闭平面；
步骤5，注模
人体胸部模具内表面在注模前喷有一层脱模剂，打开恒温水浴锅阀门后，明胶溶液沿恒温水浴锅底部的排水管道注入普通塑料桶容器内，再将桶内明胶溶液沿人体胸部模具边缘注入，将注模后的明胶溶液放置在0℃-25℃的室温环境中冷却，直至明胶溶液完全凝固，将冷却后的明胶连同模具放在恒温箱中，将温度设定为4℃，用薄板盖住模具，并且加湿恒温箱，以减少明胶表面水分蒸发；
步骤6，脱模
实验之前，进行脱模，人体仿生明胶假人胸部在4℃冷藏后，将明胶假人胸部模具反扣于一个干净平整的桌面，抬起一侧从该侧明胶与模具缝隙处开始分离明胶假人胸部和模具，最终得到仿生明胶假人胸部。
2.根据权利要求1所述的明胶仿生人体假人的制作方法，其特征在于：所述恒温水浴锅总功率为2500W，加热棒均匀布置在锅底，能够加热的明胶溶液最大体积为60L。
3.根据权利要求1所述的明胶仿生人体假人的制作方法，其特征在于：上述步骤3中，恒温水浴锅的温度设定为60℃，加热期间使用搅棒每隔十分钟搅拌一次，将恒温水浴锅底层明胶溶液充分搅匀，当明胶溶液温度达到60℃后，保持恒温继续加热至明胶完全融化，明胶溶液均匀无气泡，并且溶液表面无大量泡沫。
4.根据权利要求1所述的明胶仿生人体假人的制作方法，其特征在于：上述步骤4中，选择胸部模具后端右下顶点建立一个虚拟坐标轴，以长度方向由下向上为x轴正方向，以宽度方向由右向左为y轴正方向，以深度方向由后向前为正方向，将人体骨架替代物和内脏替代物对应人体骨架和内脏在人体内的分布悬空布局在胸部模具内，选用3个压力传感器和一个加速度传感器，三个压力传感器分别位于心脏、左肺、肝脏处，加速度传感器位于胸骨的T6节处。
5.根据权利要求4所述的明胶仿生人体假人的制作方法，其特征在于：所述人体骨架替代物采用猪骨或仿生骨。
6.根据权利要求4所述的明胶仿生人体假人的制作方法，其特征在于：所述内脏替代物采用猪内脏或硅树脂制成的内脏。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110394932A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-01 | 南京理工大学 | 一种基于明胶仿生人体头部的冲击测试模型制作方法 |
| CN111780991A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-16 | 摩登汽车有限公司 | 用于汽车验证的假人模型 |
| CN115154927A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-10-11 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种仿人体组织超声材料、模体及其应用和制备方法 |
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2017
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