CN109968656B - 一种基于pdms制备真实弹性模量带瓣主动脉根部的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部的方法，该方法包括：基于医学图像数据重建带瓣主动脉根部模型；PDMS浇筑左心室流出道；PDMS浇筑主动脉瓣瓣膜；PDMS浇筑升主动脉；水浴溶解带瓣主动脉根部模型。本发明通过分段浇筑左心室流出道、主动脉瓣瓣膜、升主动脉三部分，然后通过水浴溶解最终得到带瓣主动脉根部PDMS模型，解决了以同一种材料3D打印主动脉根部模型形成弹性模量单一和以多种材料3D打印主动脉根部模型时成本高昂的问题。此种方法获得的带瓣主动脉根部PDMS模型弹性模量较为接近真实地主动脉瓣弹性模量。本发明制备的带瓣主动脉根部PDMS模型可用于血流动力学研究、也可为人工瓣膜设计提供参考。

Description

一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部的方法
技术领域
本发明涉及一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部的方法，属于主动脉根部及弹性心脏瓣膜制备领域。
背景技术
心脏瓣膜疾病是我国发病率较高的心脏疾病，据不完全统计，每年需要进行瓣膜手术的患者大约20多万例，占成人心脏手术第一位。其中主动脉瓣疾病是最常见的心脏瓣膜疾病，主动脉瓣疾病的病因类型复杂，且随着我国人口老龄化的不断加剧，主动脉瓣疾病患病率不断提高，主动脉瓣疾病的研究越来越成为研究热点。
在主动脉瓣的研究中，准确设计主动脉根部模型进行体外研究是获取主动脉瓣血流动力学特性的关键。目前，通过3D打印技术可以直接打印主动脉根部，当打印材料选取为同一种材料时，造成打印的主动脉根部模型整体弹性模量相同，不能反映真实主动脉根部弹性模量；当打印材料选取为多种弹性材料时，打印获取的主动脉根部模型弹性模量较为接近真实的主动脉根部弹性模量，但成本较高。因此，合理设计接近真实的弹性模量且成本相对较低的主动脉根部模型对研究主动脉瓣疾病的血流动力学具有重要意义。
本发明创新一种制备真实弹性模量的带瓣主动脉根部模型的方法。基于CT影像数据获取带瓣主动脉根部，通过3D打印技术打印水溶性带瓣主动脉根部阳模，然后以不同比例的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)分段进行浇筑，水浴溶解后获取带瓣主动脉根部PDMS模型，解决了以同一种材料3D打印主动脉根部模型形成弹性模量单一和以多种材料3D打印主动脉根部模型时成本高昂的问题。此方法制备的带瓣主动脉根部模型弹性模量较为接近真实的主动脉瓣弹性模量，且成本较低容易操作，可用于研究主动脉瓣的血流动力学。
发明内容
本发明主要针对以同一种材料3D打印主动脉根部模型形成弹性模量单一和以多种材料3D打印主动脉根部模型时成本高昂的问题，创新了一种新型的制备真实弹性模量的带瓣主动脉根部方法。该方法制备的带瓣主动脉根部模型较为接近真实的主动脉瓣的弹性模量且成本较低。
本发明采用的技术方案为一种基于PDMS制备真实弹性模量的带瓣主动脉根部的方法，该方法包括：S1、基于医学图像数据重建带瓣主动脉根部模型；S2、PDMS浇筑左心室流出道；S3、PDMS浇筑主动脉瓣瓣膜；S4、PDMS浇筑升主动脉；S5、水浴溶解带瓣主动脉根部模型。
第一步：基于医学图像数据重建带瓣主动脉根部模型；
基于心脏CT影像数据，利用mimics软件对CT影像数据进行图像分割，将生成的心脏组织二维蒙板图像转换为三维几何模型，删除其它无用组织，构建主动脉根部模型。基于主动脉根部三维几何模型，利用三维触觉式系统重建主动脉瓣，并对主动脉根部进行表面光滑处理,得到带瓣主动脉根部，其中包括：左心室流出道(1)、主动脉瓣瓣环(2)、主动脉瓣瓣叶(3)、主动脉窦(4)、窦管交界(5)、升主动脉(6)。
打印材料选取为水溶性材料聚乙烯醇(PolyvinylAlcohol,PVA)，利用3D打印技术打印水溶性带瓣主动脉根部阳模。
第二步：PDMS浇筑左心室流出道；
利用α－氰基丙烯酸乙酯胶黏剂将水溶性带瓣主动脉根部模型固定在聚甲基丙烯酸甲酯容器中，按照A胶：B胶＝5:1的配比配制120g的PDMS，人工搅拌使A胶和B胶充分混合，将充分混合的PDMS放置抽真空箱中，反复抽真空和吹气泡直至PDMS中没有气泡，将抽完真空的PDMS缓慢倒入聚甲基丙烯酸甲酯容器中，使PDMS上表面和主动脉瓣瓣环(2)位置重合，再次对容器中PDMS反复进行抽真空，然后进行加热固化处理，得到第一层PDMS(7)。
第三步：PDMS浇筑主动脉瓣瓣膜；
按照A胶：B胶＝10:1的配比配制80g的PDMS，重复直至PDMS中没有气泡，将抽完真空的PDMS缓慢倒入聚甲基丙烯酸甲酯容器中，使PDMS上表面和窦管交界(5)位置重合，再次对装置中PDMS反复进行抽真空，然后进行加热固化处理，得到第二层PDMS(8)。
第四步：PDMS浇筑升主动脉；
按照A胶：B胶＝5:1的配比配制120g的PDMS，重复直至PDMS中没有气泡，将抽完真空的PDMS缓慢倒入聚甲基丙烯酸甲酯容器中，使PDMS上表面和升主动脉上表面(10)位置重合，再次对容器中PDMS反复进行抽真空，然后进行加热固化处理，得到第三层PDMS(9)。
第五步：水浴溶解带瓣主动脉根部模型；
水浴溶解带瓣主动脉根部模型，进而获得带瓣主动脉根部PDMS模型。
一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部的方法：首先，将获取的医学影像CT数据导入三维重构软件，重构带瓣主动脉根部；其次，打印材料选取为水溶性材料PVA，利用3D打印技术打印带瓣主动脉根部阳模；然后，分别以不同比例A胶：B胶的PDMS分段浇筑带瓣主动脉根部模型；最后，水浴溶解掉带瓣主动脉根部模型阳模，获得带瓣主动脉根部PDMS模型。
该方法的优点：
1、该方法通过不同比例的PDMS分段浇筑带瓣主动脉根部模型，获得的带瓣主动脉根部PDMS模型弹性模量较为接近真实的主动脉根部弹性模量。
2、该方法简单易操作、成本较低，易于广泛使用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为水溶性材料PVA带瓣主动脉根部阳模。
图3为本发明PDMS浇筑左心室流出道。
图4为本发明PDMS浇筑主动脉瓣瓣膜。
图5为本发明PDMS浇筑升主动脉。
图6为本发明带瓣主动脉根部PDMS模型。
图中：1.左心室流出道，2.主动脉瓣瓣环，3.主动脉瓣瓣叶，4.主动脉窦，5.窦管交界，6.升主动脉，7.第一层PDMS，8.第二层PDMS，9.第三层PDMS，10.升主动脉上表面
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明采用的技术方案为一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部模型的方法，该方法包括：S1、基于医学图像数据重建带瓣主动脉根部模型；S2、PDMS浇筑左心室流出道；S3、PDMS浇筑主动脉瓣瓣膜；S4、PDMS浇筑升主动脉；S5、水浴溶解带瓣主动脉根部模型。
3D打印带瓣主动脉根部阳模时应选取水溶性材料PVA，以此进行水浴溶解获得带瓣主动脉根部PDMS模型。
在浇筑主动脉根部时要分段浇筑，浇筑主动脉瓣瓣膜时PDMS的A胶和B胶的比例选为10:1，确保水浴溶解后得到的瓣叶和主动脉窦壁弹性模量为2MPa；浇筑升主动脉和左心室流出道时PDMS的A胶和B胶的比例选为5:1，确保水浴溶解后得到的升主动脉壁和左心室流出道壁弹性模量为4MPa。

Claims (5)

1.一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部模型的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
S1、基于医学图像数据重建带瓣主动脉根部模型；
S2、PDMS浇筑左心室流出道；
S3、PDMS浇筑主动脉瓣瓣膜；
S4、PDMS浇筑升主动脉；
S5、水浴溶解带瓣主动脉根部模型；
在步骤S2中，利用α－氰基丙烯酸乙酯胶黏剂将水溶性带瓣主动脉根部模型固定在聚甲基丙烯酸甲酯容器中，按照A胶：B胶=5:1的配比配制120g的PDMS，人工搅拌使A胶和B胶充分混合，将充分混合的PDMS放置抽真空箱中，反复抽真空和吹气泡直至PDMS中没有气泡，将抽完真空的PDMS缓慢倒入聚甲基丙烯酸甲酯容器中，使PDMS上表面和主动脉瓣瓣环（2）位置重合，再次对容器中PDMS反复进行抽真空，然后进行加热固化处理，得到第一层PDMS（7）；
在步骤S3中，按照A胶：B胶=10:1的配比配制80g的PDMS，重复直至PDMS中没有气泡，将抽完真空的PDMS缓慢倒入聚甲基丙烯酸甲酯容器中，使PDMS上表面和窦管交界（5）位置重合，再次对装置中PDMS反复进行抽真空，然后进行加热固化处理，得到第二层PDMS（8）；
在步骤S4中，按照A胶：B胶=5:1的配比配制120g的PDMS，重复直至PDMS中没有气泡，将抽完真空的PDMS缓慢倒入聚甲基丙烯酸甲酯容器中，使PDMS上表面和升主动脉上表面（10）位置重合，再次对容器中PDMS反复进行抽真空，然后进行加热固化处理，得到第三层PDMS（9）。
2.根据权利要求1所述的一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部模型的方法，其特征在于：聚二甲基硅氧烷即PDMS分段浇筑带瓣主动脉根部阳模时，PDMS的A胶:B胶配比不一致，以此进行水浴溶解获得带瓣主动脉根部PDMS模型各部分弹性模量相对应真实的主动脉瓣弹性模量。
3.根据权利要求1所述的一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部模型的方法，其特征在于：在3D打印带瓣主动脉根部阳模时，打印材料选取为水溶性材料聚乙烯醇即PVA，以此进行水浴溶解获得带瓣主动脉根部PDMS模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部模型的方法，其特征在于：在步骤S1中，基于心脏CT影像数据，利用mimics软件对CT影像数据进行图像分割，将生成的心脏组织二维蒙板图像转换为三维几何模型，删除其它无用组织，构建主动脉根部模型；基于主动脉根部三维几何模型，利用三维触觉式系统重建主动脉瓣，并对主动脉根部进行表面光滑处理,得到带瓣主动脉根部，其中包括：左心室流出道（1）、主动脉瓣瓣环（2）、主动脉瓣瓣叶（3）、主动脉窦（4）、窦管交界（5）、升主动脉（6）；
打印材料选取为水溶性材料PVA，利用3D打印技术打印水溶性带瓣主动脉根部阳模。
5.根据权利要求1所述的一种基于PDMS制备真实弹性模量带瓣主动脉根部模型的方法，其特征在于：在步骤S5中，水浴溶解带瓣主动脉根部模型，进而获得带瓣主动脉根部PDMS模型。
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