CN111481745A - 可视化人工肛门封堵器的3d打印组分及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于3D打印技术领域，提供了一种可视化人工肛门封堵器的3D打印组分及其制备方法。本发明包括乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂、填料、催化剂和色粉，还包括有抗菌剂，其重量组分如下：乙烯基硅油：150份，含氢硅油：2‑200份，增韧剂：100‑500份，填料：1‑100份，催化剂：0.0001‑0.1份，色粉：0‑1份，抗菌剂：0.5‑1份。实现了可提供具有抗菌的人造肛门封堵器，更加符合人造肛门的构造，使用更加舒适的技术效果。

Description

可视化人工肛门封堵器的3D打印组分及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种可视化人工肛门封堵器的3D打印组分及其制备方法。
背景技术
直肠癌是最常见的恶性肿瘤，由于结直肠癌等疾病发病率的上升，据统计，由于目前国内医疗器械市场还缺乏强有力的相关产品，而每年我国新增永久性肠造口患者约10万人，临时性造口患者数量更加庞大，累计肠造口者约达100万人，今后还有增加的趋势。美国每年结肠造口约10万人，至今已有肠造口者100万人；英国每年新增造口者10多万人；香港每年约有7000-8000例结肠造口者；肠造口患者为根治肿瘤不得已切除肛门，需腹壁肠造口即人工肛门，人工肛门由于缺少肛门括约肌及相关感知神经，患者不能感知肠内容物和有意识地控制肠道内容物的排放，肠道里的粪便会随时从造口中排出，患者生活质量因此受到严重影响。
现有防止人造肛门内排泄物排出的封堵器，该封堵器主要为柱形结构，将其插进人造肛门内，由于不同的人群人造肛门的肠管直径不同，肠管不同的深度，其直径也会有所变化，因此通用的封堵器很难适用于所有人，如果封堵器和直径和肠管不相适应的话，太粗会造成肠管肿胀，太细不能有效封堵排泄物，通过由于排泄物中有大量的细菌，长期使用封堵器很容易造成细菌感染。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供可视化人工肛门封堵器的3D打印组分及其制备方法，实现了可提供具有抗菌的人造肛门封堵器，更加符合人造肛门的构造，使用更加舒适的技术效果。
为达到上述目的，本发明提供的可视化人工肛门封堵器的3D打印组分及其制备方法，包括乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂、填料、催化剂和色粉，还包括有抗菌剂，其重量组分如下：
乙烯基硅油：150份
含氢硅油：2-200份
增韧剂：100-500份
填料：1-100份
催化剂：0.0001-0.1份
色粉：0-1份
抗菌剂：0.5-1份。
本方案的技术原理和技术效果如下：
相比传统用于3D打印的硅胶验材料，本方案增加了抗菌剂，利用抗菌剂的抗菌特性，将其用于封堵器可以控制人造肛门处细菌的滋生，利用3D打印成型与人造肛门的结合更好，一体性更好。
进一步，所述增韧剂为SEBS、SBS、SIS、SEPS、SOE和TPO至少一种。
进一步，所述催化剂为氯铂酸-邻苯二甲酸二乙酯、环烷烃、醇、醛、醚形成的络合物中的至少一种。
进一步，所述抗菌剂为纳米载银磷酸锆抗菌剂，利用抗菌剂具有抗菌光谱，抗菌长效好，低浓度即可抗菌，克服了微生物对药剂的抗药性，并且表面积大易于高分子材料进行均匀混合，可以很好的与乙烯基硅油、含氢硅油结合。
可视化人工肛门封堵器的3D打印制备方法，步骤如下：
S1数据采集：通过CT扫描人造肛门的造瘘口肠管的直径变化数据；
S2 3D建模：根据步骤S1采集的直径变化数据制作封堵器3D模型；
S3线材准备；
S3.1将乙烯基硅油和含氢硅油添加至增韧剂中混合搅拌得到第一混合物；
S3.2在第一混合物中添加填料、催化剂、色粉和抗菌剂得到第二混合物；
S3.3将所述第二混合物加温至90-100摄氏度，并保持该温度，在1.1个大气压下，通过高剪切乳化机进行高速剪切至乳化状；
S3.4在5-10分钟内将气压逐渐降为常压，并且控制温度下降至65-70度后，将乳化状的物料加入到双螺杆挤出机，经抽真空、水冷、风干、切粒得到硅胶线材；
S4根据封堵器3D模型，利用硅胶线材和3D打印机进行打印成型。
利用CT扫描采集人造肛门的直径变化数据，然后根据直径变化数据制作封堵器3D模型，根据该3D模型做出的封堵器对肠管内环境的适应性更好，可以更加完美的适合肠管直径的变化，通过将抗菌剂作为原材料结合于封堵器内，可以使封堵器均有抗菌的效果，控制细菌的滋生，在线材准备阶段，通过将抗菌剂和乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂等混合，进行预混合，然后在90-100摄氏度和1.1个大气压下对第二混合物进行剪切搅拌，可以相比普通的剪切，效能更高，能够让混合物更加充分分散、乳化、均质、混合，提供更多能量用以克服抗菌剂和乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂等颗粒间的吸附力，进而避免团聚的发生并对已形成的团聚体进行有效的解团聚，使得其能够更好的结合于一体。在剪切之后降温的同时，将气压逐渐下降至常温，可以使其在降压的环境下进一步乳化，提高线材的稳定。
一种可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备，包括设有进料口和出料口的搅拌桶，所述搅拌桶内设有电机带动的搅拌桨，所述搅拌桶的侧壁绕设有调温管，所述调温管内设有循环流动调温的水，所述搅拌桶的侧壁还设有调压阀和温度计。
通过本方案的搅拌桶在提供剪切的同时，能够对筒内的温度和气压进行控制，可以更好的满足在搅拌的时候需要处于90-100摄氏度和1.1个大气压的环境要素，通过循环的水在调温管内流动调温，一方面温度可以及时响应调整，另一方面因为常压下水温最高100摄氏度，因此可避免温度加温过高，可以更加容易控制在90-100摄氏度的区间内。
进一步，所述调温管包括并列设置的冷水管道和热水管道，所述冷水管道的两端连通至冷水箱，该冷水管道上设有冷水循环泵，所述热水管道的两端连通至热水箱，所述热水循环泵上设有热水循环泵，通过双管道的水流动，按照需求进行升温或者降温，水流经过的同时就可以实现快速的改变温度。
进一步，所述搅拌桶的侧壁设有夹层，该夹层内填充有保温棉，所述调温管埋设于所述保温棉内，通过保温棉可以避免搅拌桶内热量的流失，控制在恒定的温度。
进一步，所述电机和所述进料口设置于所述搅拌桶的顶板，所述电机通过联轴器与所述搅拌桨的转轴连接，所述出料口设置于所述搅拌桶的底部，将电机与搅拌桨的转轴直接连接，结构更加精简，更有利于动力的传动，同时进料口和出料口的巧妙设置可以更方便的加料和出料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备示意图；
图2为图1的A局部放大图；
图3为可视化人工肛门封堵器的立体图；
图4为可视化人工肛门封堵器的主视图；
图5为可视化人工肛门封堵器可视化系统的框图；
图6为可视化人工肛门封堵器可视化系统工作流程图。
附图标记：
侧壁1、搅拌桨2、转轴3、电机4、进料口5、保温棉6、出料口7、调温管8、热水管道9、冷水管道10、微型摄像头11、基座12、窗口13、外接环14、造口栓15、柱帽16、环形凸缘17、弧形曲面18、LED灯19。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例：
本发明包括乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂、填料、催化剂、色粉和抗菌剂。增韧剂包括1∶1的SIS和SEPS。催化剂为氯铂酸-邻苯二甲酸二乙酯和环烷烃形成的络合物。抗菌剂为纳米载银磷酸锆抗菌剂，利用抗菌剂具有抗菌光谱，抗菌长效好，低浓度即可抗菌，克服了微生物对药剂的抗药性，并且表面积大易于高分子材料进行均匀混合。
可视化人工肛门封堵器的3D打印制备方法，步骤如下：
S1数据采集：通过CT扫描人造肛门的造瘘口肠管的直径变化数据；
S2 3D建模：根据步骤S1采集的直径变化数据制作封堵器3D模型；
S3线材准备；
S3.1将乙烯基硅油和含氢硅油添加至增韧剂中，在线材原料搅拌设备混合搅拌得到第一混合物；
S3.2在第一混合物中继续添加填料、催化剂、色粉和抗菌剂搅拌得到第二混合物；
S3.3通过调温管将第二混合物加温至90-100摄氏度，并保持该温度，在1.1个大气压下，通过高剪切乳化机进行高速剪切至乳化状；
S3.4在5-10分钟内将气压逐渐降为常压，并且控制温度下降至65-70度后，将乳化状的物料加入到双螺杆挤出机，经抽真空、水冷、风干、切粒得到硅胶线材，此步骤与常规的线材加工步骤相同，故不做过多赘述；
S4根据封堵器3D模型，利用硅胶线材和3D打印机进行打印成型。
利用CT扫描采集人造肛门的直径变化数据，然后根据直径变化数据制作封堵器3D模型，根据该3D模型做出的封堵器对肠管内环境的适应性更好，可以更加完美的适合肠管直径的变化，通过将抗菌剂作为原材料结合于封堵器内，可以使封堵器均有抗菌的效果，控制细菌的滋生，在线材准备阶段，通过将抗菌剂和乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂等混合，进行预混合，然后在90-100摄氏度和1.1个大气压下对第二混合物进行剪切搅拌，可以相比普通的剪切，效能更高，能够让混合物更加充分分散、乳化、均质、混合，提供更多能量用以克服抗菌剂和乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂等颗粒间的吸附力，进而避免团聚的发生并对已形成的团聚体进行有效的解团聚，使得其能够更好的结合于一体。在剪切之后降温的同时，将气压逐渐下降至常温，可以使其在降压的环境下进一步乳化，提高线材的稳定。
一种可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备，包括设有进料口5和出料口7的搅拌桶，搅拌桶内设有电机4带动的搅拌桨2，电机4和进料口5设置于搅拌桶的顶板，电机4通过联轴器与搅拌桨2的转轴3连接，出料口7设置于搅拌桶的底部，将电机4与搅拌桨2的转轴3直接连接。
搅拌桶的侧壁1绕设有调温管8，调温管8内设有循环流动调温的水，调温管8包括并列设置的冷水管道10和热水管道9，冷水管道10的两端连通至冷水箱，该冷水管道10上设有冷水循环泵，热水管道9的两端连通至热水箱，热水循环泵上设有热水循环泵，搅拌桶的侧壁1还设有调压阀和温度计。能够同时对筒内的温度和气压进行控制，可以更好的满足在搅拌的时候需要处于90-100摄氏度和1.1个大气压的环境要素，通过循环的水在调温管8内流动调温，一方面温度可以及时响应调整，可以更加容易控制在90-100摄氏度的区间内。
搅拌桶的侧壁1设有夹层，该夹层内填充有保温棉6，调温管8埋设于保温棉6内，通过保温棉6可以避免搅拌桶内热量的流失，控制在恒定的温度。实验记录如下：
Figure BSA0000178514100000071
实验结果：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
扯断拉伸率 256 274 242 230
拉伸强度 6.0 7.3 6.4 6.8
抗菌率(大肠杆菌) 90.46％ 87.32％ 78.35％ 65.63％
如图3和图4所示，可视化人工肛门封堵器，包括基座、造口栓和可视化系统。
基座12为片状物，所述基座121设有与造口对应的窗口13，所述窗口13的窗沿处向外设有外接环14，所述基座12的内表面设有与人体粘附的黏贴层，黏贴层可以粘附在人体皮肤上；所述窗口13的窗沿处向内通过硅胶设有环形凸缘17，环形凸缘17对准造口，能够提高稳定性和准确度。
所述造口栓15为可以穿过所述窗口13的柱体，所述柱体的外端部设有与所述外接环14扣接的柱帽16，所述柱帽16靠近所述柱体的一侧设置为外圆锥面，所述柱体的内端部为弧形曲面18的尖端。
通过造口栓15延伸至造口内部，封堵接触面更大，封堵效果更好，通过采用基座12在造口出进行固定，可以是造口栓15的位置更加稳定。
如图5和图6所示，造口栓15内部设有容腔，所述容腔内置有可视化系统，该可视化系统包括单片机、微型摄像头11、LED灯19和信号传输模块，所述单片机与所述微型摄像头11的输出端、LED灯19的输入端连接，所述微型摄像头11和LED灯19设置于所述柱体的内端部，所述信号传输模块可以蓝牙发射器或者wifi发射器以及有线传输的方式，本实施例中为了提高线路布置的灵活性采用蓝牙发射器，蓝牙发射器型号为QiaChip的TX118SA，其中单片机采用型号为SST89E516。
将柱体内端部插入造口内部，通过外接环14进行锁定造口的位置。在LED灯19的帮助下，微型摄像头11在造口内实时采集图像，通过蓝牙发射器将采集的图像发射至远端，在远端利用CCD图像识别系统技术对图像识别获知是否排便的信号，CCD图像识别技术为现有常规技术，在此不在赘述。决定排便时，取下造口栓15，将粪袋安装在基座12内外接环14上将大便排出，局部清洗干净后，再次用造口栓15密封，封堵造口，装置可以循环使用。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种可视化人工肛门封堵器的3D打印组分，包括乙烯基硅油、含氢硅油、增韧剂、填料、催化剂和色粉，其特征在于，还包括有抗菌剂，其重量组分如下：
乙烯基硅油：150份
含氢硅油：2-200份
增韧剂：100-500份
填料：1-100份
催化剂：0.0001-0.1份
色粉：0-1份
抗菌剂：0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的可视化人工肛门封堵器的3D打印组分，其特征在于，所述增韧剂为SEBS、SBS、SIS、SEPS、SOE和TPO至少一种。
3.根据权利要求1所述的可视化人工肛门封堵器的3D打印组分，其特征在于，所述催化剂为氯铂酸-邻苯二甲酸二乙酯、环烷烃、醇、醛、醚形成的络合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可视化人工肛门封堵器的3D打印组分，其特征在于，所述抗菌剂为纳米载银磷酸锆抗菌剂。
5.可视化人工肛门封堵器的3D打印制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1数据采集：通过CT扫描人造肛门的造瘘口肠管的直径变化数据；
S23D建模：根据步骤S1采集的直径变化数据制作封堵器3D模型；
S3线材准备；
S3.1将乙烯基硅油和含氢硅油添加至增韧剂中混合搅拌得到第一混合物；
S3.2在第一混合物中添加填料、催化剂、色粉和抗菌剂得到第二混合物；
S3.3将所述第二混合物加温至90-100摄氏度，并保持该温度，在1.1个大气压下，通过高剪切乳化机进行高速剪切至乳化状；
S3.4在5-10分钟内将气压逐渐降为常压，并且控制温度下降至65-70度后，将乳化状的物料加入到双螺杆挤出机，经抽真空、水冷、风干、切粒得到硅胶线材；
S4根据封堵器3D模型，利用硅胶线材和3D打印机进行打印成型。
6.一种可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备，其特征在于，包括设有进料口(5)和出料口(7)的搅拌桶，所述搅拌桶内设有电机(4)带动的搅拌桨(2)，所述搅拌桶的侧壁(1)绕设有调温管(8)，所述调温管(8)内设有循环流动调温的水，所述搅拌桶的侧壁(1)还设有调压阀和温度计。
7.根据权利要求6所述的可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备，其特征在于，所述调温管(8)包括并列设置的冷水管道(10)和热水管道(9)，所述冷水管道(10)的两端连通至冷水箱，该冷水管道(10)上设有冷水循环泵，所述热水管道(9)的两端连通至热水箱，所述热水循环泵上设有热水循环泵。
8.根据权利要求7所述的可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备，其特征在于，所述搅拌桶的侧壁(1)设有夹层，该夹层内填充有保温棉(6)，所述调温管(8)埋设于所述保温棉(6)内。
9.根据权利要求7所述的可视化人工肛门封堵器的3D打印线材原料搅拌设备，其特征在于，所述电机(4)和所述进料口(5)设置于所述搅拌桶的顶板，所述电机(4)通过联轴器与所述搅拌桨(2)的转轴(3)连接，所述出料口(7)设置于所述搅拌桶的底部。
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