CN111376482A - 手术训练模型及其打印方法、打印系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种手术训练模型及其打印方法、打印系统，其中，打印方法包括获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；在三维数字模型中添加手术信息，手术信息包括拟切除部位和/或拟保留部位的位置信息；根据手术信息设置三维数字模型的打印属性，使得拟切除部位与拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色；根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据；基于预设的打印材料及打印数据进行打印，得到手术训练模型。本申请实施例提供的手术训练模型，能够直观地显示需要切除的部位，从而有利于更好地规划手术路径，提高手术成功率，降低手术风险。

Description

手术训练模型及其打印方法、打印系统

技术领域

本申请涉及3D物体成型技术领域，尤其涉及手术训练模型及其打印方法、打印系统。

背景技术

随着科学技术的发展，人类在医学上取得了很多进步，但在临床医学中，仍有部位疾病存在手术成功率低、风险大的问题。目前，三维打印技术在精准医疗方面具有显著的应用，其可根据患者的医学影像资料快速制造出与患者器官完全一致的三维打印模型，便于医生在术前从多维度真实预见术中情形，规划手术路径并预演手术，极大地降低了手术的风险。

通常，医生会在手术前估算需要切除的部位的体积、重量、大小，起点和末点等位置信息，但是，现有的三维打印模型上不能直观地显示需要切除的部位的位置信息，外科医生在模型上模拟手术时，因无参考标准或者客观的参考物，所以无法对手术中的切除部位、方向、深度等准确把握，因此仍存在一定的手术风险，手术成功率低。

发明内容

本申请实施例提供一种手术训练模型及其打印方法、打印系统，能够直观地显示需要切除的部位，从而有利于更好地规划手术路径，提高手术成功率，降低手术风险。

第一方面，本申请实施例提供一种手术训练模型的打印方法，方法包括：

获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；在所述三维数字模型中添加手术信息，所述手术信息包括所述拟切除部位和/或所述拟保留部位的位置信息；根据所述手术信息设置所述三维数字模型的打印属性，使得所述拟切除部位与所述拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色；根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据；基于预设的打印材料及所述打印数据进行打印，得到手术训练模型。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述打印材料包括第一材料及第二材料，所述第一材料与所述第二材料的颜色不同，所述第一材料至少用于打印所述拟切除部位，所述第二材料至少用于打印所述拟保留部位。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述拟切除部位包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构；所述打印材料还包括第三材料，所述第一材料用于打印所述拟切除部位的外部结构，所述第三材料用于打印所述拟切除部位的内部结构；所述第三材料的材料强度小于所述第一材料、所述第二材料的材料强度。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述拟切除部位包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部；

所述打印材料还包括第三材料，所述第一材料用于打印所述拟切除部位的外部结构，所述第一材料和/或所述第二材料用于打印所述网格单元的框架部，所述第三材料用于打印所述网格单元的填充部；所述第三材料的材料强度小于所述第一材料、所述第二材料的材料强度。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第三材料的抗撕裂强度小于所述第一材料、所述第二材料的抗撕裂强度。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第二材料为透明材料。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第一材料与所述第二材料以预设的第一比例在所述拟切除部位进行打印形成所述拟切除部位的至少一部分，所述第一材料与所述第二材料以预设的第二比例在所述拟保留部位进行打印形成所述拟保留部位的至少一部分。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述外部结构的厚度为0.5～5mm。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述手术训练模型还包括血管部位，所述血管部位的颜色与所述拟切除部位、所述拟保留部位的颜色不同。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述打印材料还包括支撑材料，所述支撑材料用于打印形成支撑结构，所述支撑结构用于在打印过程中给所述手术训练模型提供支撑。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第三材料为所述支撑材料。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第一材料及所述第二材料为软质材料。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述打印材料还包括硬质材料，所述硬质材料用于与所述第一材料和/或第二材料组合使用。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述软质材料按重量百分比计包括10～75％软性单体、10～75％硬性单体、5～20％交联剂、5～20％非反应性软性树脂、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硬质材料按重量百分比计包括5～50％乙烯基类低聚物、50～95％乙烯基类单体、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述软质材料的抗撕裂强度低于10Kg/cm，

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述软质材料的拉伸强度低于5MPa。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述软质材料固化后的邵氏硬度为低于70A。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述获取待打印的手术训练模型的三维数字模型。包括：

获取待打印的手术训练模型的医学影像数据，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；根据所述医学影像数据进行三维建模，得到所述手术训练模型的三维数字模型。

第二方面，本申请实施例还提供一种手术训练模型的打印系统，所述打印系统包括数据处理装置及打印装置；

所述数据处理装置包括数据获取模块、信息添加模块、属性定义模块及打印数据生成模块；

所述数据获取模块，用于获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；

所述信息添加模块，用于在所述三维数字模型中添加手术信息，所述手术信息包括所述拟切除部位和/或所述拟保留部位的位置信息；

所述属性定义模块，用于根据所述手术信息设置所述三维数字模型的打印属性，使得所述拟切除部位与所述拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色；

所述打印数据生成模块，用于根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据；

所述打印装置，用于基于预设的打印材料及所述打印数据进行打印，得到手术训练模型。

结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述打印装置包括喷射机构、打印平台、校平机构及固化机构；

所述喷射机构，用于将所述预设的打印材料喷射至所述打印平台上，以形成材料层；

所述校平机构，用于对未固化处理的材料层进行校平，以保证所述材料层的尺寸精度；

所述固化机构，用于对所述材料层进行固化处理，以形成定型层。

结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述打印材料包括第一材料及第二材料，所述第一材料与所述第二材料的颜色不同，所述第一材料用于打印所述拟切除部位，所述第二材料用于打印所述拟保留部位。

结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述第二材料为透明材料。

结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述数据获取模块包括获取单元及建模单元；

所述获取单元，用于获取待打印的手术训练模型的医学影像数据；

所述建模单元，用于根据所述医学影像数据进行三维建模，得到所述手术训练模型的三维数字模型。

第三方面，本申请实施例还提供一种手术训练模型，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位，所述拟切除部位与所述拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色。

结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述拟切除部位位于所述拟保留部位的内部，所述拟保留部位呈透明状。

结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述拟切除部位包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构的材料强度小于所述外部结构的材料强度。

结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部，所述填充部的材料强度小于所述框架部的材料强度。

结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述外部结构的厚度为0.5～5mm。

结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述手术训练模型还包括血管部位，所述血管部位的颜色与所述拟切除部位、所述拟保留部位的颜色不同。

本申请实施例提供的手术训练模型及其打印方法、打印系统，通过将拟切除部位和拟保留部位至少在接触的部位设置不同的颜色，通过将预先估算的拟切除部位的位置以颜色标识的方法显示出来，使得外科医生在进行手术模拟、或者青年医生在进行手术训练时能够直观清除地辨认出拟切除部位的位置，从而能够更加准确地把握切除位置、方向及深度，有利于根据切除分布的实际位置规划手术路径，以及基于模拟手术的结果来调整实际手术过程中的切除位置、方向、深度，从而提高手术成功率，降低手术的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种手术训练模型的打印系统的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种手术训练模型的数据处理装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种手术训练模型的打印装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的手术训练模型的打印方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的剖视图；

图7为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的拟切除部位的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的拟切除部位的剖视图；

图9a为本申请实施例提供的肥厚型心脏病手术训练模型的一种网格单元的结构示意图；

图9b为本申请实施例提供的肥厚型心脏病手术训练模型的另一种网格单元的结构示意图；

图9c为本申请实施例提供的肥厚型心脏病手术训练模型的另一种网格单元的结构示意图。

具体实施例

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

请参阅附图1，图1为本申请实施例提供的一种手术训练模型的打印系统的示意图，打印系统包括数据处理装置10及打印装置20。

数据处理装置10，用于获取待打印的手术训练模型的医学影像数据，并基于医学影像数据生成打印数据；

打印装置20，用于基于预设的打印材料及打印数据进行打印，得到手术训练模型。

在本实施例中，手术训练模型是指动物身体的一部分，包括系统、器官、组织、细胞或上述任一项的周围环境，例如：心脏和与其相关的血管、胃肠道、心血管系统、泌尿系统、呼吸道等以及与病理相关结构，如肿瘤细胞或组织，其中，动物可以人类，也可以是哺乳动物等。

可以理解地，医生在进行手术前，往往需要大量的实操训练才能提高手术的成功率。而目前常常采用尸体标本进行训练，但其资源匮乏，价格成本高，因此需要制作手术训练模型以供医生在手术前进行手术实操训练，提高手术的成功率，降低手术风险。

图2为本申请实施例提供的一种手术训练模型的数据处理装置的结构示意图，如图2所示，数据处理装置10包括数据获取模块11、信息添加模块12、属性定义模块13、打印数据生成模块14。

数据获取模块11，用于获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位。

具体地，数据获取模块11包括获取单元及建模单元。

获取单元，用于获取待打印的手术训练模型的医学影像数据。其中，医学影像数据可以是从数据采集装置处接收的数据，示例性地，数据采集装置包括但不限于计算机断层扫描(CT)系统、核磁共振成像(MRI)系统、正电子发射断层扫描(PET)系统、二维或三维荧光成像系统、二维、三维或四维超声成像系统。

建模单元，用于根据医学影像数据进行三维建模，得到手术训练模型的三维数字模型。

具体地，建模单元包括提取子单元及融合子单元。

提取子单元，用于从医学影像数据中提取手术训练模型的各个组织和/或器官；融合子单元，用于将提取出来的多个组织和/或器官进行融合，得到手术训练模型的三维数字模型。

信息添加模块12，用于在三维数字模型中添加手术信息，手术信息包括拟切除部位和/或拟保留部位的位置信息。进一步地，手术信息还可以包括病患信息，如患者的性别、年龄等信息。在此不做限定。可以理解地，添加的手术信息能够有利于医生模拟手术环境。

具体地，信息添加模块12包括分割单元及信息添加单元。

分割单元，用于基于拟切除部位和/或拟保留部位的位置信息从三维数字模型中将拟切除部位分割出来；可以理解地，分割出来的拟切除部位与拟保留部位相对独立，可以对拟切除部位与拟保留部位分别设置打印属性；

信息添加单元，用于将预设的指示性信息添加到三维数字模型中，以便于医生在模拟手术过程中，了解患者的情况。

属性定义模块13，用于根据手术信息设置三维数字模型的打印属性，使得拟切除部位与拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色。

可以理解地，是指为三维数字模型的不同区域设置不同的打印属性，从而使得拟切除部位与拟保留部位具有不同的打印属性。拟切除部位与拟保留部位可以独立设置打印属性，使其具有不同的颜色，也可以将拟切除部位与拟保留部位接触部分设置不同的颜色，方便医生在模拟手术过程中快速识别不同的部位，哪一部分需要切除，提高手术处理的精准度。

在一种实施方式中，打印属性至少包括颜色。例如，可以将拟切除部位设置为第一颜色、将拟保留部位设置为第二颜色，或者可以将拟切除部位的外表面向内一定厚度的部分设置为第一颜色，拟切除部位的其他部分则设置为透明。并且，当拟切除部位位于拟保留部位的内部时，为了能够从外部观察到拟切除部位，拟保留部位呈透明状。

在打印过程中，不同部位的颜色可以是通过同一种颜色的材料打印获得，也可以是通过不同颜色的材料以预设比例混合打印获得。以预设比例混合打印是指按预设比例分别打印不同颜色的材料到特定区域混合形成该区域；具体可以是，在特定区域内，单个体素由一种颜色的材料形成，不同颜色的体素以预设比例混合，也可以是，在特定区域内，单个体素由多种不同颜色的材料以预设比例混合形成，本申请对各区域的颜色的具体形成方式不作具体限制，只要能够使得拟切除部位和拟保留部位至少在接触的部位具有不同的颜色即可。

在其他实施例中，还可以以其他的方式对三维数字模型设置打印属性。具体地，用户可以根据实际需求和打印装置的材料配置进行设置，本申请对此不作限制。

进一步地，打印属性还可以包括拉伸强度、抗撕裂强度或邵氏硬度等，例如，拟切除部位和拟保留部位可以具有相同或不同的拉伸强度，或者具有相同或不同的抗撕裂程度、或者具有相同或不同的邵氏硬度等。

打印数据生成模块14，用于根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据。

打印数据生成模块14包括预处理单元及生成单元。

预处理单元，用于将设置打印属性后的三维数字模型进行切片处理，并对每个切片层图像数据进行半色调处理，得到处理后的多个切片层图像数据；生成单元，用于基于多个切片层图像数据生成打印数据。

可以理解地，半色调是指色调值是用网点大小或疏密来表现的画面阶调，从而保证打印过程中色彩的过渡平滑性。

图3是本申请实施例提供的一种手术训练模型的打印装置的结构示意图，如图3所示，打印装置20包括喷射机构21、打印平台22、校平机构23、固化机构24、移动机构和控制器。在本实施例中，打印装置20为喷射式三维打印机。

喷射机构21，用于将预设的打印材料喷射至打印平台22上，以形成材料层。在本实施方式中，喷射机构21用于至少喷射第一材料和第二材料，第一材料和第二材料的打印属性不同，打印属性包括颜色、拉伸强度、抗撕裂强度和邵氏硬度中的至少一种。例如第一材料和第二材料的颜色不同。喷射机构还可以根据实际需要喷射更多种不同颜色的材料，例如，一般的彩色打印装置通常会配置由C(天蓝色)、M(洋红色)、Y(黄色)三种颜色的彩色材料，有时还会配置有透明材料、白色材料或黑色材料等，本申请对此不作限制。

校平机构23，用于对未固化处理的材料层进行校平，以保证材料层的尺寸精度。

固化机构24，用于对材料层进行固化处理，以形成定型层。在一种实施方式中，固化机构24为光固化机构，具体地，光固化机构可以是紫外光固化机构，则第一材料和第二材料均为光固化材料。其中，紫外光固化技术是指在特殊配方的体系(称为光固化体系)中加入光引发剂，经过吸收紫外光固化机构中产生的高强度紫外光后，产生活性自由基或阳离子，从而引发聚合、交联和接枝反应，使第一材料和第二材料在一定时间内由液态转化为固态的技术。

移动机构，用于移动喷射机构21和/或打印平台22，以使得喷射机构能够将打印材料喷射至打印平台22上。

控制器，用于控制喷射机构、打印平台、校平机构及移动机构。

具体地，在打印过程中，控制器基于打印数据控制移动机构在水平方向上移动喷射机构21和/或打印平台22，并控制喷射机构21喷射打印材料到打印平台22上形成材料层，并控制校平机构23对还未固化的材料层进行校平，以保证材料层的的尺寸精度，控制固化机构24对材料层进行固化以形成定型层。控制器控制移动机构在竖直方向上移动，并控制所述喷射机构21和/或打印平台22重复上述步骤以形成多个层层叠加的定型层直至打印完成，得到手术训练模型。

可以理解地，手术训练模型的形状一般是不规则的，可能会存在需要支撑的结构，例如悬臂结构。因此，喷射机构21还用于喷射用于形成支撑结构的支撑材料，支撑结构用于在打印过程中给手术训练模型提供支撑，支撑结构在模型打印完成后被去除以获得最终的手术训练模型。

图4为本申请实施例提供的手术训练模型的打印方法的流程示意图，如图4所示，方法包括：

步骤S01，获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；

步骤S02，在三维数字模型中添加手术信息，手术信息包括拟切除部位和/或拟保留部位的位置信息；

步骤S03，根据手术信息设置三维数字模型的打印属性，使得拟切除部位与拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色；

步骤S04，根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据；

步骤S05，基于预设的打印材料及打印数据进行打印，得到手术训练模型。

在本方案中，通过将拟切除部位和拟保留部位至少在接触的部位设置不同的颜色，通过将预先估算的拟切除部位的位置以颜色标识的方法显示出来，使得外科医生在进行手术模拟、或者青年医生在进行手术训练时能够直观清除地辨认出拟切除部位的位置，从而能够更加准确地把握切除位置、方向及深度，有利于根据切除分布的实际位置规划手术路径，以及基于模拟手术的结果来调整实际手术过程中的切除位置、方向、深度，从而提高手术成功率，降低手术的风险。

具体地，步骤S01包括：

步骤S011，获取待打印的手术训练模型的医学影像数据；

步骤S012，根据医学影像数据进行三维建模，得到手术训练模型的三维数字模型。具体地，可以从医学影像数据中提取手术训练模型的各个组织和/或器官，然后将提取出来的多个组织和/或器官进行融合，得到手术训练模型的三维数字模型。

示例性地，以心脏的三维数字模型为例，方法包括：

基于心肌的外轮廓建立心肌实体模型；

基于左心房、左心室、右心房、右心室的外轮廓分别建立左心房实体模型、左心室实体模型、右心房实体模型和右心室实体模型；

基于血管的外轮廓建立血管的三维数字模型；

通过布尔运算将左心房实体、左心室实体、右心房实体、右心室实体和血管实体从心肌实体中减去，从而在心肌实体中形成左心房、左心室、右心房、右心室以及允许血管分布在心肌内部的空腔获得心肌的实际三维模型，并对血管实体执行镂空处理以在血管实体内部形成血管空腔获得血管的实际三维模型；

融合心肌的实际三维模型和血管的实际三维模型即可获得手术训练模型的三维数字模型。

在一种实施方式中，手术信息包括拟切除部位和/或拟保留部位的位置信息。进一步地，手术信息还可以包括病患信息，如患者的性别、年龄等信息。在此不做限定。可以理解地，添加的手术信息能够有利于医生模拟手术环境。

步骤S02包括：

步骤S021，基于拟切除部位和/或拟保留部位的位置信息从三维数字模型中将拟切除部位分割出来。可以理解地，分割出来的拟切除部位与拟保留部位相对独立，可以对拟切除部位与拟保留部位分别设置打印属性。

步骤S022，将预设的指示性信息添加到三维数字模型中，以便于医生在模拟手术过程中，了解患者的情况。

在步骤S03中，通过为三维数字模型的不同区域设置不同的打印属性，从而使得拟切除部位与拟保留部位具有不同的打印属性。拟切除部位与拟保留部位可以独立设置打印属性，使其具有不同的颜色，也可以将拟切除部位与拟保留部位接触部分设置不同的颜色，方便医生在模拟手术过程中快速识别不同的部位，哪一部分需要切除，提高手术处理的精准度。

在一种实施方式中，打印属性至少包括颜色。例如，可以将拟切除部位设置为第一颜色、将拟保留部位设置为第二颜色，或者可以将拟切除部位的外表面向内一定厚度的部分设置为第一颜色，拟切除部位的其他部分则设置为透明。并且，当拟切除部位位于拟保留部位的内部时，为了能够从外部观察到拟切除部位，拟保留部位呈透明状。

在打印过程中，不同部位的颜色可以是通过同一种颜色的材料打印获得，也可以是通过不同颜色的材料以预设比例混合打印获得。以预设比例混合打印是指按预设比例分别打印不同颜色的材料到特定区域混合形成该区域。具体可以是，在特定区域内，单个体素由一种颜色的材料形成，不同颜色的体素以预设比例混合，也可以是，在特定区域内，单个体素由多种不同颜色的材料以预设比例混合形成，本申请对各区域的颜色的具体形成方式不作具体限制，只要能够使得拟切除部位和拟保留部位至少在接触的部位具有不同的颜色即可。

在其他实施例中，还可以以其他的方式对三维数字模型设置打印属性。具体地，用户可以根据实际需求和打印装置的材料配置进行设置，本申请对此不作限制。

进一步地，打印属性还可以包括拉伸强度、抗撕裂强度或邵氏硬度等，例如，拟切除部位和拟保留部位可以具有相同或不同的拉伸强度，或者具有相同或不同的抗撕裂程度、或者具有相同或不同的邵氏硬度等。

具体地，步骤S04包括：

步骤S041，将设置打印属性后的三维数字模型进行切片处理，并对每个切片层图像数据进行半色调处理，得到处理后的多个切片层图像数据；

步骤S042，基于多个切片层图像数据生成打印数据。

可以理解地，半色调是指色调值是用网点大小或疏密来表现的画面阶调，从而保证打印过程中色彩的过渡平滑性。

以下基于具体实施例肥厚型心脏病的手术训练模型对本方案进行详细的阐述。

以下基于图5-图9c具体介绍基于如上的打印系统打印的肥厚型心脏病的手术训练模型：

图5为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的结构示意图，图6为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的剖视图。如图5和图6所示，肥厚型心脏病手术训练模型包括拟切除部位1和拟保留部位2，其中，拟切除部位1的颜色和拟保留部位2的颜色不同。

手术训练模型的打印材料包括第一材料及第二材料，第一材料与第二材料的颜色不同。本实施例中，第一材料用于打印拟切除部位1，第二材料用于打印拟保留部位2。由于拟切除部位1位于拟保留部位2的内部，为了便于医生从外部观察到拟切除部位1和拟保留部位2的位置关系，第二材料为透明材料。

具体地，透明材料为透光率大于10％的材料，优选为透光率大于40％的材料，更优选为透光率大于80％的材料。透明材料可以是彩色透明材料也可以是无色透明材料。

进一步地，在实际打印过程中，第一材料和/或第二材料的可切割性能会随着打印厚度的变化而变化，即打印的物体越厚，切割难度越大，从而导致难以合理地控制不同的拟切除部位1的可切割性能。并且，对于手术训练模型而言，拟切除部位1的大小、位置是因人而异的，从而导致对不同手术训练模型的拟切除部位1的可切割性能的控制难度进一步加大，为了方便在手术训练模型上进行切割来模拟真实的手术场景，拟切除部位1需要具有易切割性能。

图7为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的拟切除部位的结构示意图。如图7所示，在本实施例中，拟切除部位1包括外部结构11及位于外部结构11内侧的内部结构12。

具体地，打印材料还包括第三材料，第三材料的材料强度小于第一材料、第二材料的材料强度。进一步地，第三材料的抗撕裂强度小于第一材料、第二材料的抗撕裂强度。

在本实施例中，第一材料用于打印拟切除部位的外部结构11，第三材料用于打印拟切除部位的内部结构12。

在一种实施方式中，通过控制由第一材料形成的材料层的厚度来控制外部结构11的厚度为0.5～5mm，从而避免拟切除部位1的厚度较大而难以切割，保证其可切割性能。

其中，外部结构11的厚度和第一材料的参数性能相关，例如，当第一材料的拉伸强度为1.0MPa，或者当第一材料固化时的邵氏硬度为20A，或者当第一材料的抗撕裂强度为2.5Kg/cm时，外部结构11的厚度可以设置为4mm。

图8为本申请实施例提供的一种肥厚型心脏病手术训练模型的拟切除部位的剖视图，如图8所示，为了能够使得手术训练模型的可切割性能更加接近真实人体组织的可切割性能，内部结构12包括相互连接的多个网格单元，即在拟切除部位1的内部结构12中形成类似于人体组织结构的多个网格单元，从而使得医生在进行模拟手术时能够获得更真实的切割手感。

其中，网格单元包括框架部121和填充部122。本实施例中，为了保证拟切除部位1和拟保留部位2至少在接触的部位具有不用的颜色，第一材料用于打印拟切除部位的外部结构11，第二材料用于打印拟保留部位2；框架部121不与拟保留部位2接触，因此，其颜色可以是任意的，为了使得手术训练模型的可切割性能更加接近真实人体组织的可切割性能，第一材料和/或第二材料用于打印网格单元的框架部121，第三材料用于打印网格单元的填充部122，即通过第三材料来降低内部结构12的抗撕裂强度，通过第一材料和/或第二材料来保证内部12具有一定的强度。

图9a-图9c分别示出了三种不同的网格单元的结构示意图，如图9a-图9c所示，三种网格单元的框架部121的形状均为直线型。在其他实施方式中，网格单元还可以构成为其他规则的多面体结构或不规则结构，并且，框架部121的形状还可以是曲线型、螺旋型等，此处不再一一列举。另外，网格单元在内部结构12的三维空间中的不同位置可以具有不同的大小和/或形状，网格单元也可以在内部结构12的三维空间中呈梯度分布、均匀分布或无规则分布，因此，可以根据拟切除部位1的真实组织结构通过控制网格单元大小、形状及其在三维空间内的分布来调节内部结构12的可切割性能以模拟更真实的切割手感。

进一步地，为了能够使得手术训练模型具有更加真实的手感，还可以将拟保留部位2也可以分割为第二外部结构及位于第二外部结构内侧的第二内部结构。

第二材料用于打印拟保留部位2的第二外部结构，第二材料与第三材料用于打印拟保留部位2的第二内部结构。

具体地，第二内部结构包括相互连接的多个网格结构，网格结构包括第二框架部和第二填充部。第二材料用于形成网格结构的第二框架部，第三材料用于形成网格结构的填充部。

通过控制网格单元大小、形状及其在三维空间内的分布来调节拟保留部位2的柔软度、拉伸能力、手感及力学强度与真实的人体组织相类似。

进一步地，如图5所示，手术训练模型还可以包括血管部位3，血管部位3的颜色与拟切除部位1、拟保留部位2的颜色不同。从而便于辨认拟切除部位1和血管部位3之间的位置关系，从而更好地规划手术路径。

具体地，血管部位3可以由第一材料和第二材料混合打印形成，第一材料和第二材料的颜色不同且第二材料为透明材料，第一材料和第二材料的其他属性可以是任意的。

在另一种实施方式中，打印材料包括第一材料及第二材料，第一材料与第二材料的颜色不同，为了保证拟切除部位1和拟保留部位2至少在接触部位具有不同的颜色，第一材料与第二材料以预设的第一比例在拟切除部位1进行打印形成拟切除部位1，第一材料与第二材料以预设的第二比例在拟保留部位2进行打印形成拟保留部位2。为了使得血管部位3和拟切除部位1和拟保留部位2具有不同的颜色，第一材料和第二材料以预设的第三比例在血管部位3进行打印形成血管部位3。同样，当拟切除部位1位于拟保留部位2内部时，为了能够从外部观察到拟切除部位1，第一材料和第二材料均为透明材料。当然，拟切除部位1、拟保留部位2和血管部位3还可以以其他的方式形成，本实施例对此不作限制，只要能够使得拟切除部位1和拟保留部位2至少在接触的部位具有不同的颜色即可，例如，第一材料与第二材料以预设的第一比例在拟切除部位1的外部结构11进行打印形成拟切除部位1的外部结构11，第一材料与第二材料以预设的第二比例在拟保留部位2的第二外部结构进行打印形成拟保留部位2的第二外部结构。

进一步地，手术训练模型还包括支撑结构，支撑结构用于在打印过程中给手术训练模型提供支撑。为了能够便于在打印完成后移除用于支撑的支撑结构，用于支撑的支撑材料通常具有较低的拉伸强度、较低的抗撕裂强度，并且在固化后具有较低的邵氏硬度。

为了模拟人体的真实手感，用于形成肥厚型心脏病手术训练模型的第一材料和第二材料为软质材料。软质材料的拉伸强度低于5MPa，软质材料的抗撕裂强度低于10Kg/cm，软质材料固化后的邵氏硬度低于70A。

具体地，当手术训练模型需要的硬度大于软质材料的硬度时，打印材料还包括硬质材料，所述硬质材料用于与所述第一材料和/或第二材料组合使用。例如，将硬质材料与软质材料按预设比例混合，来调整各区域的软硬度，其中，按预设比例混合是指在特定区域内按预设比例分别打印软质材料和硬质材料形成具有一定软硬度的区域。硬质材料的颜色可以是透明的、或与其中任一软质材料相同的颜色，也可以是不同于软质材料的颜色。

在一种实施方式中，第一材料和第二材料可以是仅颜色不同的软质材料，软质材料按重量百分比计包括10～75％软性单体、10～75％硬性单体、5～20％交联剂、5～20％非反应性软性树脂、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。

其中，软性单体为单官能度软性单体，其特征是分子中含有一个(甲基)丙烯酰氧基团，且玻璃化温度小于0℃。具体地，软性单体可以是烷基(甲基)丙烯酸酯、羟烷基(甲基)丙烯酸酯、烷氧化(甲基)丙烯酸酯、带有环状结构的(甲基)丙烯酸酯、带有胺基甲酸酯基的(甲基)丙烯酸酯等中的一种或多种。

硬性单体为单官能度硬性单体，其特征是分子中含有一个(甲基)丙烯酰氧基团，且玻璃化温度高于25℃。具体地，硬性单体可以是环烷基(甲基)丙烯酸酯、杂环(甲基)丙烯酸酯、带苯环结构(甲基)丙烯酸酯等中的一种或多种。

交联剂可以是双官能度软性单体和双官能度软性树脂中的一种或多种。

非反应性软性树脂的分子中不含可辐射固化基团，且玻璃化温度小于0℃。在一种实施方式中，非反应性软性树脂为与丙烯酸体系相容性好且分子间作用力强的非反应性软性树脂。

光引发剂为自由基光引发剂，具体地，自由基光引发剂可以是安息香乙醚、安息香α，α-二甲基苯偶酰缩酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2甲基-苯基丙酮-1，1-羟基-环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮-1、[2-甲基1-(4-甲巯基苯基)-2-吗啉丙酮-1]、[2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮-1]、苯甲酰甲酸酯、2，4，6-三甲基苯基酰基-乙氧基-苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯基酰基-二苯基氧化膦、双(2，4，6-三甲基苯基酰基)苯基氧化膦、4-对甲苯巯基二苯甲酮等。

软质材料可以含有着色剂，也可以不含有着色剂，当不含有着色剂时，软质材料为透明色，当含有着色剂时，着色剂可以是颜料或染料。可以理解地，可以借助着色剂使得第一材料和第二材料具有不同的颜色。

助剂选自流平剂、消泡剂和稳定剂中的一种或多种。

在本实施例中，提供一种红色软质材料，其材料成分见下表1：

表1.红色软质材料成份比例表

在本实施例中，通过对红色软质材料进行性能测定，其中，拉伸强度检测按照国标GB/T 528标准进行测试；硬度检测按照国标GB/T 529标准进行测试；抗撕裂强度检测按照国标GB/T 531.1标准进行测试。测试结果如表2所示。

表2.红色软质材料的性能测试结果

性能参数	测试结果
		拉伸强度(单位：MPa)	0.5-1.0
硬度(单位：A)	10-15
		抗撕裂强度(单位：Kg/cm)	1.5-20

由上表可知，软质材料的拉伸强度、抗撕裂强度及固化后的硬度均能够符合手术训练模型所需的可切割性能。

在一种实施方式中，硬质材料按重量百分比计包括5～50％乙烯基类低聚物、50～95％乙烯基类单体、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。

所述乙烯基类低聚物选自聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯中的一种或多种。

所述乙烯基类单体选自单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯、丙烯酰胺类单体、乙烯基醚类单体中的一种或多种；具体的，单官能团丙烯酸酯可以是烷基(甲基)丙烯酸酯、羟烷基(甲基)丙烯酸酯、烷氧化(甲基)丙烯酸酯、带有胺基甲酸酯基的(甲基)丙烯酸酯、环烷基(甲基)丙烯酸酯、杂环(甲基)丙烯酸酯、带苯环结构(甲基)丙烯酸酯等；双官能团丙烯酸酯可以是带有链状结构丙烯酸酯和带有环状结构丙烯酸酯；多官能团丙烯酸酯可以是三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等；丙烯酰胺类单体可以是丙烯酰吗啉、N-羟乙基丙烯酰胺等；乙烯基醚类单体可以是4-羟丁基乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚(DVE-3)等。

所述光引发剂为自由基光引发剂，具体地，自由基光引发剂可以是安息香乙醚、安息香α，α-二甲基苯偶酰缩酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2甲基-苯基丙酮-1，1-羟基-环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮-1、[2-甲基1-(4-甲巯基苯基)-2-吗啉丙酮-1]、[2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮-1]、苯甲酰甲酸酯、2，4，6-三甲基苯基酰基-乙氧基-苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯基酰基-二苯基氧化膦、双(2，4，6-三甲基苯基酰基)苯基氧化膦、4-对甲苯巯基二苯甲酮等。

所述助剂选自增韧剂、消泡剂、流平剂和稳定剂中的一种或多种。

着色剂选自自分散型纳米级颜料色浆，具体为自分散型纳米级无机颜料色浆或自分散型纳米级有机颜料色浆，其中自分散型纳米级无机颜料色浆可以是白色颜料色浆具体有二氧化钛、氧化锌、锌钡白、铅白等，可以是黑色颜料色浆具体有炭黑、石墨、氧化铁黑、苯胺黑，炭黑等；自分散型纳米级有机颜料色浆可以是彩色颜料色浆具体有金光红(PR21)、立索尔大红(PR49：1)、颜料红G(PR37)、颜料红171(PR171)、耐晒黄G(PY1)、汉沙黄R(PY10)、永固黄GR(PY13)、颜料黄129(PY129)、颜料黄150(PY150)、颜料黄185(PY185)、酞菁蓝(PB15)、靛蒽酮(PB60)等。

在本实施例中，提供一种硬质材料，其材料成分见下表3：

表3.一种硬质材料成份比例表

在本实施例中，通过对硬质材料进行性能测定，其中，拉伸强度检测按照国标GB/T1040.3标准进行测试；硬度检测按照国标GB/T2411标准进行测试。测试结果如表4所示。

表4.硬质材料的性能测试结果

性能参数	测试结果
		拉伸强度(单位：MPa)	45-55
硬度(单位：D)	70-80

在一种实施方式中，支撑材料可以是水溶性支撑材料。水溶性支撑材料按照重量百分比计包括如下组分：单官能度单体55～98％、直链型非离子水溶性聚合物1～50％、极性有机溶剂0～20％、光引发剂0.1～5％和助剂0.5～10％。

其中，单官能度单体选自单官能度丙烯酸酯单体、单官能度丙烯酰胺衍生单体和单官能度乙烯基单体中的一种或多种。

直链型非离子水溶性聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰吗啉中的一种或多种。

极性有机溶剂的沸点为120℃以上且具有水溶性，具体可选用现有光固化反应中常用的醇类和酯类溶剂中的一种或多种。

助剂选自阻聚剂、消泡剂、流平剂中的一种或多种，消泡剂、流平剂、阻聚剂均为现有光固化反应中常用的助剂。

在本实施例中，提供一种水溶性支撑材料，其材料成分见下表5：

表5.水溶性支撑材料成份比例表

在另一种实施方式中，支撑材料也可以是碱溶性支撑材料。具体地，碱溶性支撑材料按照重量百分比计包括如下组分：光固化主体材料18～40％、功能性反应促进材料2～30％、不可固化的水混溶性材料48～78％、光引发剂1～5％和助剂0.4～5％。

其中，光固化主体材料选自(甲基)丙烯酸酯类化合物、(甲基)丙烯酰胺类化合物中的至少一种。

功能性反应促进材料的分子结构中含有羧基且含有活泼氢，活泼氢能与过氧化自由基反应提高光固化主体材料的双键转化率。

不可固化水混溶性材料选自多元醇中的至少一种，具体如，多元醇3165、多元醇3610、EO/THF共聚物、聚丙二醇、聚丙三醇、1，2-丙二醇、三丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、三乙二醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚(400)、聚乙二醇(400)，聚乙二醇(200)等。

光引发剂选自自由基光引发剂中的至少一种；助剂选自表面活性剂、阻聚剂中的至少一种。

在本实施例中，提供一种碱溶性支撑材料，其材料成分见下表6：

表6碱溶性支撑材料成份比例表

由于支撑材料的拉伸强度、抗撕裂强度及固化后的硬度较低，难以测试其具体数值。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (30)

1.一种手术训练模型的打印方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；

在所述三维数字模型中添加手术信息，所述手术信息包括所述拟切除部位和/或所述拟保留部位的位置信息；

根据所述手术信息设置所述三维数字模型的打印属性，使得所述拟切除部位与所述拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色；

根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据；

基于预设的打印材料及所述打印数据进行打印，得到手术训练模型。

2.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述打印材料包括第一材料及第二材料，所述第一材料与所述第二材料的颜色不同，所述第一材料至少用于打印所述拟切除部位，所述第二材料至少用于打印所述拟保留部位。

3.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，所述拟切除部位包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构；所述打印材料还包括第三材料，所述第一材料用于打印所述拟切除部位的外部结构，所述第三材料用于打印所述拟切除部位的内部结构；所述第三材料的材料强度小于所述第一材料、所述第二材料的材料强度。

4.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，所述拟切除部位包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部；

所述打印材料还包括第三材料，所述第一材料用于打印所述拟切除部位的外部结构，所述第一材料和/或所述第二材料用于打印所述网格单元的框架部，所述第三材料用于打印所述网格单元的填充部；所述第三材料的材料强度小于所述第一材料、所述第二材料的材料强度。

5.根据权利要求3或4所述的打印方法，其特征在于，所述第三材料的抗撕裂强度小于所述第一材料、所述第二材料的抗撕裂强度。

6.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，所述第二材料为透明材料。

7.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，所述第一材料与所述第二材料以预设的第一比例在所述拟切除部位进行打印形成所述拟切除部位的至少一部分，所述第一材料与所述第二材料以预设的第二比例在所述拟保留部位进行打印形成所述拟保留部位的至少一部分。

8.根据权利要求3或4所述的打印方法，其特征在于，所述外部结构的厚度为0.5～5mm。

9.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，所述手术训练模型还包括血管部位，所述血管部位的颜色与所述拟切除部位、所述拟保留部位的颜色不同。

10.根据权利要求3或4所述的打印方法，其特征在于，所述打印材料还包括支撑材料，所述支撑材料用于打印形成支撑结构，所述支撑结构用于在打印过程中给所述手术训练模型提供支撑。

11.根据权利要求10所述的打印方法，其特征在于，所述第三材料为所述支撑材料。

12.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，所述第一材料及所述第二材料为软质材料。

13.根据权利要求12所述的打印方法，其特征在于，所述打印材料还包括硬质材料，所述硬质材料用于与所述第一材料和/或第二材料组合使用。

14.根据权利要求12或13所述的打印方法，其特征在于，所述软质材料按重量百分比计包括10～75％软性单体、10～75％硬性单体、5～20％交联剂、5～20％非反应性软性树脂、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。

15.根据权利要求13所述的打印方法，其特征在于，所述硬质材料按重量百分比计包括5～50％乙烯基类低聚物、50～95％乙烯基类单体、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。

16.根据权利要求12所述的打印方法，其特征在于，所述软质材料的抗撕裂强度低于10Kg/cm。

17.根据权利要求12所述的打印方法，其特征在于，所述软质材料的拉伸强度低于5MPa。

18.根据权利要求12所述的打印方法，其特征在于，所述软质材料固化后的邵氏硬度低于70A。

19.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，包括：

获取待打印的手术训练模型的医学影像数据，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；

根据所述医学影像数据进行三维建模，得到所述手术训练模型的三维数字模型。

20.一种手术训练模型的打印系统，其特征在于，所述打印系统包括数据处理装置及打印装置；

所述数据处理装置包括数据获取模块、信息添加模块、属性定义模块及打印数据生成模块；

所述数据获取模块，用于获取待打印的手术训练模型的三维数字模型，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位；

所述信息添加模块，用于在所述三维数字模型中添加手术信息，所述手术信息包括所述拟切除部位和/或所述拟保留部位的位置信息；

所述属性定义模块，用于根据所述手术信息设置所述三维数字模型的打印属性，使得所述拟切除部位与所述拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色；

所述打印数据生成模块，用于根据设置打印属性后的三维数字模型生成打印数据；

所述打印装置，用于基于预设的打印材料及所述打印数据进行打印，得到手术训练模型。

21.根据权利要求20所述的打印系统，其特征在于，所述打印装置包括喷射机构、打印平台、校平机构及固化机构；

所述喷射机构，用于将所述预设的打印材料喷射至所述打印平台上，以形成材料层；

所述校平机构，用于对未固化处理的材料层进行校平，以保证所述材料层的尺寸精度；

所述固化机构，用于对所述材料层进行固化处理，以形成定型层。

22.根据权利要求20所述的打印系统，其特征在于，所述打印材料包括第一材料及第二材料，所述第一材料与所述第二材料的颜色不同，所述第一材料至少用于打印所述拟切除部位，所述第二材料至少用于打印所述拟保留部位。

23.根据权利要求20所述的打印系统，其特征在于，所述第二材料为透明材料。

24.根据权利要求20所述的打印系统，其特征在于，所述数据获取模块包括获取单元及建模单元；

所述获取单元，用于获取待打印的手术训练模型的医学影像数据；

所述建模单元，用于根据所述医学影像数据进行三维建模，得到所述手术训练模型的三维数字模型。

25.一种手术训练模型，其特征在于，所述手术训练模型包括拟切除部位及拟保留部位，所述拟切除部位与所述拟保留部位至少在接触部位具有不同的颜色。

26.根据权利要求25所述的手术训练模型，其特征在于，所述拟切除部位位于所述拟保留部位的内部，所述拟保留部位呈透明状。

27.根据权利要求25所述的手术训练模型，其特征在于，所述拟切除部位包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构的材料强度小于所述外部结构的材料强度。

28.根据权利要求27所述的手术训练模型，其特征在于，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部，所述填充部的材料强度小于所述框架部的材料强度。

29.根据权利要求27所述的手术训练模型，其特征在于，所述外部结构的厚度为0.5～5mm。

30.根据权利要求25所述的手术训练模型，其特征在于，所述手术训练模型还包括血管部位，所述血管部位的颜色与所述拟切除部位、所述拟保留部位的颜色不同。

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