CN110895896A - 一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型及其制造方法，手术模型包括膈肌模型、胃模型、系膜模型和小肠模型，所述胃模型与膈肌模型、系膜模型以及小肠模型相连接，所述仿生胃肠道手术模型以水凝胶复合物为主体基质材料制成，所述水凝胶复合物还包括添加剂。本发明制作的电刀可切割的仿生胃肠道手术模型以水凝胶及其复合物为主体材料，通过水凝胶及复合物材料组分调配并3D打印或模具成型，模型硬度触感逼真、尺寸结构仿真，可实现仿人体组织器官的电刀、超声刀效果和质感，从而能真实模拟胃底折叠术、减重手术等肠胃手术操作过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型，属于医学教学仪器领域。
背景技术
传统手术主要使用普通手术刀等“冷兵器”作为手术工具，但由于其切割后创面出血活跃，应控制性地应用于出血较多的手术中。随着科技的发展，出现了电刀、超声刀等电外科器械，使手术出现了革命性变化，手术时间大幅缩小，手术困难降低，同样的手术相比过去出血量明显下降。电刀通过电极尖端产生的高频高压电流通过高阻抗的组织时，会在组织中产生热，导致组织气化或凝固，从而起到切割和止血的目的。超声刀是通过机械振动使组织细胞内水汽化，蛋白氢键断裂，组织被凝固后切开。电刀和超声刀是目前手术尤其是胃肠道手术的主要工具。
目前国内外报道的胃肠道手术模型主要从结构上出发来粗糙的演示手术过程。比如中国授权专利CN 203673738提出了一种组装式胃转流手术示教模型以及中国专利CN207852171提出的一种柔性人食管、胃、十二指肠和小肠一体化模型。这两种模型都从结构方面提出创新设计，现有的仿生胃肠模型从拟真度上来说不够拟真，胃组织较硬，难以实现部分胃部手术，且无法用电刀、超声刀切割，不能真实模拟手术操作，从而使得这些模型的培训效果大大降低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题，从而提供了一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型，解决传统胃肠道手术模型材料不拟真，无法电刀、超声刀切割的问题，使模型能更真实地模拟手术操作。
本发明的技术解决方案是：一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型，包括胃模型和小肠模型，所述胃模型与小肠模型连接，所述仿生胃肠道手术模型以水凝胶复合物为主体基质材料制成。
进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：还包括系膜模型，所述系膜模型与胃模型固定连接。
进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：还包括膈肌模型，所述胃模型的食道穿过膈肌模型。
进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：所述水凝胶复合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚胺、明胶、大豆蛋白、卡拉胶中的一种或几种混合形成的复合物。
更进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：所述水凝胶复合物中溶质含量为5~25wt%，所述5~25wt%的溶质含量中，蛋白类溶质含量占所有溶质成分的50~100%。
更进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：所述水凝胶复合物还包括添加剂，所述添加剂为硅胶乳液、纤维、无机纳米颗粒中的一种或几种。
更进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：所述硅胶乳液含量不高于最终模型重量的10%，所述纤维、无机纳米颗粒添加量不高于2%。
再进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：所述胃模型和小肠模型呈双层结构，包含浆膜层和粘膜层。
再进一步地，上述电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其中：所述系膜模型内具有仿血管的中空管道网络，所述管道网络中填充有人工血液。
本发明还公开了一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型的制造方法，包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、明胶、卡拉胶其中一种或几种混合，以5~25wt%的比例加入100℃的去离子水中，恒温混合搅拌1~3h；（2）将硅胶乳液、纤维、纳米颗粒等一种或几种分别以≤10wt%、≤2wt%、≤2wt%的比例加入混合溶液中搅拌均匀；（3）将防腐剂以0.3~1wt%的比例加入混合溶液中搅拌均匀；冷却至室温、超声20~40min，除去溶液中的气泡；（4）将经步骤（3）制备的原料通过3D打印机打印模型或者通过模具翻模成型。
本发明突出的技术效果主要体现在：本发明制作的电刀可切割的仿生胃肠道手术模型以水凝胶及其复合物为主体材料，通过水凝胶及复合物材料组分调配并3D打印或模具成型，模型硬度触感逼真、尺寸结构仿真，可实现电刀、超声刀直接切割，从而能真实模拟胃底折叠术、减重手术等肠胃手术操作过程；此外，本发明胃部模型与肠道模型具有双层结构，硬度触感逼真、尺寸结构仿真；系膜模型具有中空血管，可实现血液循环，用于实现电刀、超声刀切割止血练习，能大大提高手术模拟的仿真性，让手术预演及培训更有意义；此外，还包括其它病变、力敏传感器等模拟不同病变手术，实现多种功能。
附图说明
图1是本发明电刀可切割仿生胃肠道手术模型示意图。
图中，各附图标记的含义为：1—膈肌模型，2—胃模型，3—系膜模型，4—小肠模型。
具体实施方式
以下通过附图结合具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明电刀可切割仿生胃肠道手术模型包括膈肌模型1、胃模型2、系膜模型3和小肠模型4，所述胃模型2与系膜模型3连接，胃模型2与小肠模型4连接，胃模型2的食道穿过膈肌模型1，所述仿生胃肠道手术模型以水凝胶复合物为主体基质材料通过3D打印直接成型或模具翻模成型。
优选地，所述胃模型2呈双层结构，包含浆膜层和粘膜层，可用于练习单层、对接、间断或连续缝合等缝合手法。所述小肠模型4呈双层结构，包含浆膜层和粘膜层，可用于练习单层、对接、间断或连续缝合等缝合手法。所述系膜模型内具有仿血管的中空管道网络，管道网络中可充满人工血液，用于模拟电刀、超声刀操作过程中止血过程。优选地，所述仿生胃肠道手术模型还可以有如胃肿瘤、胃息肉、食管裂疝等病变，且，所述病变位置符合真实人体生理特点。
所述仿生胃肠道手术模型所用的水凝胶复合物可以是聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酸（PAA）、聚胺、明胶、大豆蛋白、卡拉胶等多糖中的一种或几种混合形成的复合物，所形成的水凝胶复合物中溶质含量为5~25wt%，所述5~25wt%的溶质含量中，蛋白类溶质含量占所有溶质成分的50~100%。所形成的水凝胶复合物20℃体积电阻率在103至109Ω*m之间，拉伸强度在0.5~5MPa，邵氏A硬度在5~10度，穿刺力在5~20KN/m。
所述仿生胃肠道手术模型主体基质材料水凝胶复合物中还包括添加剂，所用添加剂包括硅胶乳液、纤维、无机纳米颗粒等，其中硅胶乳液添加含量不高于10wt%，纤维、无机纳米颗粒添加量不高于2%。添加剂的加入可以大大提高水凝胶强度，并改善水凝胶过于光滑的质感，从而更加接近人体组织器官。其中添加剂含量应在所述范围内，否则电刀将无法在产生足够热量来气化或凝固模型组织。
所述水凝胶复合物中还添加了杀菌剂，杀菌剂可以是对羟基苯甲酸酯类、咪唑烷基脲，苯氧乙醇和卡松，添加量为0.3~1wt%。杀菌剂直接添加到配置好的水凝胶复合物溶液中，再交联形成高强度水凝胶。杀菌剂的加入可以阻止水凝胶模型内的微生物生长，防止水凝胶霉变。
所述水凝胶复合物溶液通过离子交联法、辐射法、冻融法、热引发交联法、光引发交联等方法形成高强度水凝胶。
在本发明的一种实施方式中，所述高强度水凝胶的制备方法为：将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、明胶、卡拉胶其中一种或几种混合，以5~25wt%的比例加入100℃的去离子水中，恒温混合搅拌1~3h，优选为2h；将硅胶乳液、纤维、纳米颗粒等一种或几种分别以≤10wt%、≤2wt%、≤2wt%的比例加入混合溶液中搅拌均匀；将防腐剂以0.3~1wt%的比例加入混合溶液中搅拌均匀；冷却至室温、超声20~40min，优选为30min，除去溶液中的气泡；采用紫外光固化3D打印机打印模型或者通过模具翻模成型。
通过以上描述可以看出，本发明制作的电刀可切割的仿生胃肠道手术模型以水凝胶及其复合物为主体材料，通过水凝胶及复合物材料组分调配并3D打印或模具成型，模型硬度触感逼真、尺寸结构仿真，可实现仿人体组织器官的电刀、超声刀效果和质感，从而能真实模拟胃底折叠术、减重手术等肠胃手术操作过程；此外，本发明胃部模型与肠道模型具有双层结构，硬度触感逼真、尺寸结构仿真；系膜模型具有中空血管，可实现血液循环，用于实现电刀、超声刀切割止血练习，能大大提高手术模拟的仿真性，让手术预演及培训更有意义；此外，所述仿生胃肠道手术模型还可以有如胃肿瘤、胃息肉、食管裂疝等病变，实现多种手术模拟功能。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型，包括胃模型和小肠模型，所述胃模型与小肠模型连接，其特征在于：所述仿生胃肠道手术模型以水凝胶复合物为主体基质材料制成。
2.根据权利要求1所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：还包括系膜模型，所述系膜模型与胃模型固定连接。
3.根据权利要求1所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：还包括膈肌模型，所述胃模型的食道穿过膈肌模型。
4.根据权利要求1所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：所述水凝胶复合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚胺、明胶、大豆蛋白、卡拉胶中的一种或几种混合形成的复合物。
5.根据权利要求4所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：所述水凝胶复合物中溶质含量为5~25wt%，所述5~25wt%的溶质含量中，蛋白类溶质含量占所有溶质成分的50~100%。
6.根据权利要求4所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：所述水凝胶复合物还包括添加剂，所述添加剂为硅胶乳液、纤维、无机纳米颗粒中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：所述硅胶乳液含量不高于最终模型重量的10%，所述纤维、无机纳米颗粒添加量不高于2%。
8.根据权利要求1所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：所述胃模型和小肠模型呈双层结构，包含浆膜层和粘膜层。
9.根据权利要求1所述的电刀可切割仿生胃肠道手术模型，其特征在于：所述系膜模型内具有仿血管的中空管道网络，所述管道网络中填充有人工血液。
10.一种电刀可切割仿生胃肠道手术模型的制造方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、明胶、卡拉胶其中一种或几种混合，以5~25wt%的比例加入100℃的去离子水中，恒温混合搅拌1~3h；（2）将硅胶乳液、纤维、纳米颗粒等一种或几种分别以≤10wt%、≤2wt%、≤2wt%的比例加入混合溶液中搅拌均匀；（3）将防腐剂以0.3~1wt%的比例加入混合溶液中搅拌均匀；冷却至室温、超声20~40min，除去溶液中的气泡；（4）将经步骤（3）制备的原料通过3D打印机打印模型或者通过模具翻模成型。
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