CN112497728A - 一种3d打印制备仿生中空人体部位模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备人体部位模型的方法，具体涉及一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法。解决传统铸造和注塑工艺制备模型时间长、成本高、个体化差异小以及3D打印的医学模型无法在手术缝合，反复撕扯等训练应用的缺陷，包括数据采集，数据处理，建立模型，制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具，模具处理，模具组装固位，硅胶灌注，模具拔模等步骤。通过本方法制备的仿生中空人体部位模型真实，接近目标人体部位真实表面硬度，表面光滑不发粘，模型厚度及分布与人体部位一致，组织结构观察明显，耐受反复撕扯。适用于手术模拟，缝合手术训练，临床教学等。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备人体部位模型的方法，具体涉及一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法。
背景技术
胃食管反流病是胃内容物反流引起食管症状和并发症的疾病，临床上主要表现为烧心、反酸、胸骨后疼懂，严重者可并发吞吐困难、上消化道出血、Barrett食管和食管癌等；其病因较为复杂，目前认为是一种上消化道动力障碍性疾病，手术治疗被认为是胃食道疾病的最好方式，腹腔镜胃底折叠术不需要切除且无需取样本，只需重建，图像放大，光照良好，可在狭小间隙内操作，创伤小，恢复快的显著优势，成为治疗其病症的主要方式之一，其中合理选择胃底折叠术是保证手术效果的关键。
有经验的医生可以通过视频观摩学习腹腔镜技术，然而缺乏亲身操作体验以及合理的胃底折叠手术经验的医生，由于器械的自由度减少以及其二维的手术视野等局限，使其短期内掌握并开展具体操作变得不易，如果在手术过程中操作不当将会引起吞咽困难、消化道穿孔、气胸等并发症。
手术模拟训练对于提高手术成功率，提升医生理论实践水平及医生教学等发挥着重要的作用。目前，手术模拟训练中所使用的人体模型主要通过传统铸造和注塑工艺以及3D打印实现，传统铸造和注塑工艺制备模型时间较长成本高，且常常忽略掉患者间的个体化差异。通过3D打印可以实现个体化差异，但是其打印的主要是全硬质或较软材料的医学模型，这类模型不适用于手术缝合等训练，且反复撕扯时其耐受性差。
发明内容
为了解决传统铸造和注塑工艺制备模型时间长、成本高、个体化差异小以及3D打印的医学模型无法在手术缝合，反复撕扯等训练应用的缺陷，本发明提供了一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法。通过本方法制备的仿生中空人体部位模型真实，接近目标人体部位真实表面硬度，表面光滑不发粘，模型厚度及分布与人体部位一致，组织结构观察明显，耐受反复撕扯。适用于手术模拟，缝合手术训练，临床教学等。
本发明的技术方案是提供一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型：
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；
步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；
步骤5、模具处理：
将完成的壳体模具、中空内模模具进行表面处理与精度检测；使其表面光滑，无突出，符合装配要求。表面处理包括抛光打磨及利用抛光液(PLA/ABS抛光液，酒精，丙酮等)清洗等。
步骤6、模具组装固位：
将中空内模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，并形成完整封闭的装配体。使壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；
步骤7、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤8、模具拔模：
待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及中空内模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。
进一步地，为了便于壳体模具在长时间﹑多次反复使用过程中，具有高的机械性能，耐撞击﹑耐磨损，步骤4中：可利用SLS(选择性激光烧结成型)/SLM选择性激光融化成型)/EBM(电子束熔化成型)3D打印设备打印金属材质的壳体模具及装配件模具；于此同时，也可以选用SLA(光固化成型)，DLP(面曝光)3D打印设备打印光敏树脂材质的壳体模具及装配件模具；选用FDM(熔融沉积成型)及尼龙3D打印设备打印高分子材质的壳体模具及装配件模具；
为了便于去除内模模具，利用FDM(熔融沉积成型)/DLP(面曝光)/Stratasys J750(全彩多材料打印机)设备打印软质材料的柔性中空内模模具。
进一步地，步骤8具体包括：
步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤8.2、清洗包含有柔性中空内模模具的仿生中空人体部位模型，用人工钳/镊子取出柔性中空内模模具；并用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模具，除去表面残留物。
进一步地，为了方便简单的取出内模模具，步骤4中：
通过尼龙3D打印设备打印薄壁壳体模具及装配件；通过SLA 3D打印设备打印薄壁脆性材质的中空内模模具。
进一步地，为了节约打印材料，快速完成模具的制备及取出内模模具，壳体模具及中空内模模具的壁厚为2-3mm。
进一步地，步骤8具体为：
步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤8.2、敲打使中空内模模具破裂后取出；并用热水冲洗仿生中空人体部位模具，除去内外表面残留物。
进一步地，所述目标人体部位为人体胃食道。
进一步地，为了使制备得模型耐高温，可消毒，高抗耐撕扯，步骤7中的液态硅胶为双组分加成型硅胶，AB组分的质量比为1:50，硬度为5-10度。在满足制备模型要求的情况下，加成型硅胶环保，耐100-200℃高温，理化性能较为稳定。
进一步地，为了获得详细的人体组织的图像数据，所述医学影像仪器设备包括：医学影像CT，MRI，PET-CT及超声设备；利用超声设备获取表面的弹性模量。
本发明还提供另一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型：
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；
步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；
步骤5、模具处理：
将完成的壳体模具、中空内模模具进行精度检测与表面处理；
步骤6、制备消失模模具：
将提前准备好的固态石蜡融化，并将液态石蜡缓慢倒入中空内模模具内，使其完全充满中空内模模具，待其完全凝固后，去除中空内模模具，获得消失模模具；
步骤7、模具组装固位：
将消失模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，使壳体模具内表面与消失模模具外表面留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；
步骤8、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与消失模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤9、模具拔模：
待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及消失模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。
进一步地，为了便于快速打印，降低成本，模具后处理容易，步骤4中：通过FDM(熔融沉积成型)/SLA(光固化成型技术)3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
步骤9具体包括：
步骤9.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤9.2、清洗包含有消失模模具的仿生中空人体部位模具，加热，使消失模模具溶化后流出；
步骤9.3、用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模型，除去表面残留物。
进一步地，所述目标人体部位为人体胃食道。
进一步地，步骤8中的液态硅胶为双组分加成型硅胶，AB组分的质量比为1:50，硬度为5-10度。在满足制备模型要求的情况下，加成型硅胶环保，耐100-200℃高温，理化性能较为稳定。
进一步地，所述医学影像仪器设备包括：医学影像CT，MRI，PET-CT及超声设备；利用超声设备获取表面的弹性模量。
本发明还提供另一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型与中空内模模具模型为一体的装配体模型；壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；装配体模型上留有浇注口及出气口；
步骤4、模具制备：
利用目标人体部位的壳体模型与中空内模模型为一体的装配体模型，通过SLA 3D打印设备打印装配体模具，其中壳体模具及中空内模模具的壁厚为1-2mm；
步骤5、模具处理：
将装配体模具进行表面打磨去除毛刺抛光处理；
步骤6、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过浇注口将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤7、模具拔模：
敲打壳体模具模型与中空内模模具模型为一体的装配体模具，使其破裂；并用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模型，除去表面残留物。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备方法简单，高效；
现有技术制备中空模型时，为了保证中空模型各个部位的厚度，需要利用电动旋转机构或者专门的支撑装置固定内模模具，保证浇注液态物到达中空模型各部位，确保其最终厚度要求；
而本发明的内模模具或消失模自身可充当固位装置，不需要额外引入支撑装置，制备方法简单，高效。
2、本发明模型耐撕扯、折叠，适于穿刺缝合训练；
本发明根据目标人体部位的表面弹性模量选取硬度相匹配的医用硅胶材料，制备的模型接近真实人体器官表面硬度，还具有优良的弹性及柔韧性，断裂延伸率高，回弹性优良，稳定的理化性能等，可保证中空模型用于穿刺缝合训练。对于手术操作标准化、规范化的应用提供帮助与指导。
3、制备工艺成本低；
本发明制备过程中均选用常用的材料，制备工艺简单，容易实现，可用于制备较大尺寸的中空仿生模型，模具、部分材料(石蜡)，多次反复使用；制备成本较低，便于推广应用。
4、本发明制备过程易于控制，成品率高；
本发明实施过程无特殊器械及专业培训，按照操作流程规范，不可控因素较小，可进行实施，中空模型成品率高。
附图说明
图1为实施例一和实施例二3D打印制备仿生中空人体部位模具的方法流程图；
图2为实施例三中的石蜡消失模模具示意图；
图3为实施例三中的壳体模具与石蜡消失模模具组装固位示意图；
图4为实施例三中的壳体模具整体封装示意图；
图5为实施例二中的中空内模模具模型示意图；
图6为实施例二中的壳体模具与薄壁中空模具组装固位示意图；
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
本发明方法可实现如胃食道、肠道、动脉血管、膀胱等人体部位模型的制备，以下实施例以人体胃食道模型为例进行说明。
实施例一
如图1所示，本实施例通过以下步骤实现仿生中空人体胃食道模型的制备：
1.数据获取及提取：
通过扫描仪器设备(三维激光扫描仪)扫描人体胃食道模型，获得其点云数据；
因本实施例模型数据是在已有胃食道模型处获取数据，可不用专门医学影像获取数据。
2.数据处理与模具设计：
利用软件(Geomagics Studio)处理人体胃食道点云数据，使其成为符合要求的3D打印机可识别的数据格式。
3.建立模型：
采用专业绘图三维软件(Solidworks、ProE、UG、Fluent)专门模块，利用步骤2获取的数据，建立人体胃食道的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；壳体模具模型上留有浇注口及出气口，便于硅胶浇注与取模，同时壳体模具模型的设计应利于其装配与拔模。
4.模具制备：
利用人体胃食道壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型，通过SLS/SLM/EBM 3D打印设备打印金属材质的人体胃食道壳体模具及装配件模具；
也可以选用SLA(光固化成型)，DLP(面曝光)3D打印设备打印光敏树脂材质的壳体模具及装配件模具；选用FDM(熔融沉积成型)及尼龙3D打印设备打印高分子材质的壳体模具及装配件模具；
通过FDM、DLP或Stratasys J750设备打印软质材料(例如TPU(聚氨酯)，软性树脂)的柔性中空内模模具；确保人体胃食道壳体模具上留有直径为3mm的排气孔及内径为3mm，外径为6mm的灌注孔，打印时同时确保模具的尺寸精度。
5.模具处理
将完成的人体胃食道壳体模具和内模模具进行精度检测，对人体胃食道内模模具和壳体模具进行表面处理，对壳体模具进行打磨去除毛刺，电化学抛光，使壳体模具表面达到0.01mm。并对内模模型进行酒精、丙酮清洗，使其内外表面光滑。
6.模具装配与内模固位：
将壳体模具与柔性中空内模模具装配固位，使壳体模具内表面与中空内模模具外表面留有均匀间隙。间隙的厚度与人体胃食道的厚度匹配。
在设计壳体模具时，其内表面与目标胃食道的外表面完全贴合，为保证间隙厚度，可在设计中空内模模具模型时，按一定比例缩小模具模型体积，获得中空内模模具模型，由此可使壳体模具内表面与中空内模模具外表面有留有间隙，间隙的厚度与人体胃食道的厚度匹配。
7.硅胶灌注：
首先，选取双组分加成型硅胶，按A:B组分1:50质量比，在室温下调配。
因人体胃食道的邵氏硬度接近5-10度，选取合适的硅胶硬度(邵氏硬度接近5-10度)并将硅胶颜色调配至人体胃食道颜色；利用抽真空机排除调配好硅胶内的气泡。然后，硅胶通过灌注孔灌注入，灌注孔与排气孔均由硅胶填充，确保模具内硅胶饱满填充，室温状态下静置12小时。
8.模具拔模：
从壳体模具内取出人体胃食道模型，用酒精/清水冲洗并对其进行表面清洗除杂质。将取出的人体胃食道模型(内部有中空内模模具)清洗完毕后，用人工钳或镊子取出软质中空内模模具；并用热水(石英粒)(50℃左右)浸泡冲洗中空胃食道模型，除去表面残留物，获得人体仿生中空胃食道模型。
实施例二
本实施例通过以下步骤实现仿生中空人体胃食道模型的制备：
1.数据获取及提取：
通过医学影像仪器设备，如CT，MRI，PET-CT和超声扫描仪等检测人体胃食道，获得相应图像数据并保存，同时提取及记录胃食道表面弹性模量；
2.数据处理：
将CT，MRI，PET-CT图像数据导入Mimics，完成分割处理，再经3-matic与Magics对分割处理后的图像数据进行修复后由Geomagic数据模型检测，使其成为三维数据，成为符合要求的3D打印机可识别的数据格式。
3.建立模型
采用专业绘图三维软件(Solidworks、ProE、UG、Fluent)专门模块利用步骤2获取的数据，建立人体胃食道的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；壳体模具模型上留有浇注口及出气口，便于硅胶浇注与取模，同时壳体模具模型的设计应利于其装配与拔模。
4.模具制备：
利用人体胃食道壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型，通过尼龙打印机制备薄壁外模模具及装配件，SLA 3D打印设备打印人体胃食道的薄壁脆性材质的中空内模模具，其中壳体模具及中空内模模具的壁厚为2-3mm，如图5所示。
在设计壳体模具时，其内表面与目标胃食道的外表面完全贴合，为保证间隙厚度，可在设计中空内模模具模型时，按一定比例缩小壳体模具模型体积，由此可使壳体模具内表面与中空内模模具外表面有留有间隙，间隙的厚度与人体胃食道的厚度匹配。如图6所示。
5.模具处理
将对人体胃食道模具体进行表面打磨去除毛刺抛光处理，表面精度达到0.01mm，内外表面光滑。
6.模具装配与内模固位
将外壳体模具与中空内模模具装配固位。
7.硅胶灌注：
首先，选取双组分加成型硅胶，按A:B组分1:50质量比，在室温下调配。
因人体胃食道的邵氏硬度接近5-10度，选取合适的硅胶硬度(邵氏硬度接近5-10度)并将硅胶颜色调配至人体胃食道颜色；利用抽真空机排除调配好硅胶内的气泡。然后，通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与消失模模具外表面之间的间隙，确保模具内硅胶饱满填充，室温状态下静置12小时。
8.模具拔模：
从壳体模具取出人体胃食道模型，用小铁锤轻敲打使其中空内模模具破裂后取出；并用热水(石英粒)(50℃左右)多次冲洗中空胃食道模型，除去内外表面残留物，获得人体仿生中空胃食道模型。
实施例三
本实施例通过以下步骤实现仿生中空人体胃食道模型的制备：
1.获取及提取数据：
通过医学影像仪器设备，如CT，MRI，PET-CT和超声扫描仪等检测人体胃食道，获得相应图像数据并保存，同时提取及记录胃食道表面弹性模量；
2.数据处理：
利用医用软件(Mimics、3-matic、Magics、Geomagics)处理步骤1获取的人体胃食道图像数据，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
具体处理过程为：将CT，MRI，PET-CT，图像数据导入Mimics，完成提取分割处理，再经3-matic与Magics对分割处理后的图像数据进行修复后由Geomagic数据模型检测，使其成为三维数据，成为3D打印机可识别的数据格式。
3.建立模型
利用专业绘图三维软件(Solidworks、ProE、UG、Fluent)专门模块利用步骤2获取的数据，建立人体胃食道的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；壳体模具模型上留有浇注口及出气口，便于硅胶浇注与取模，同时壳体模具模型的设计应利于其装配与拔模。
4.模具制备：
利用人体胃食道壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型，通过FDM/SLA 3D打印设备打印人体胃食道壳体模具、中空内模模具及装配件模具。在打印过程中，确保人体胃食道壳体模具上留有直径为3mm的排气孔及内径为3mm，外径为6mm的灌注孔。内模模具的尺寸精度为0.1mm。
5.模具处理：
将完成的人体胃食道中空内模模具和壳体模具进行精度检测，对人体胃食道中空内模模具和壳体模具进行表面(壳体模具内表面，内模模具外表面)处理；并对人体胃食道壳体模具内表面利用PLA/ABS抛光液、酒精、丙酮进行清洗，使其光滑。
6.消失模模具制备：
将石蜡在高温水浴锅中融化，并将液态石蜡缓慢倒入胃食道中空内模模具，使其完全充满中空内模模具，并在室温环境下(为使其快速凝固，可放入冰箱)，待其完全凝固；随后，从中空内模模具中缓慢取出凝固后的完整的石蜡胃食道模型，如图2所示。
7.模具组装与消失模模具固位：
在壳体模具内表面均匀涂覆的液态硅胶；在室温环境下，静待约4小时待液态硅胶凝固(为确保其完全凝固，可适当延长时间)；随后将石蜡胃食道模型按实际位置放入该壳体模具内，并固位，如图3所示。
8.硅胶灌注：
首先，选取双组分加成型硅胶，按A:B组分1:50质量比，在室温下调配。
因人体胃食道的邵氏硬度接近5-10度，选取合适的硅胶硬度(邵氏硬度接近5-10度)并将硅胶颜色调配至人体胃食道颜色；利用抽真空机排除调配好硅胶内的气泡。
然后，通过灌注孔将硅胶灌注入壳体模具与石蜡胃食道模型之间的间隙，灌注孔与排气孔均由硅胶填充，确保模具内硅胶饱满填充，室温状态下静置12小时。成模具封装如图4所示。
9.模具拔模：
待液态硅胶凝固好后，从壳体模具内取出人体胃食道模型，用酒精并对其进行表面清洗除杂质。
10.融化石蜡胃食道模型：
将取出的人体胃食道模型(内部有石蜡胃食道模型)清洗完毕后，放入100℃的水浴锅/高温炉中，静待固化石蜡变液态完全排出人体胃食道模型；并用热水(石英粒)(50℃左右)浸泡中空胃食道模型，除去表面残留物，获得人体仿生中空胃食道模型。
实施例四
本实施例通过以下步骤实现仿生中空人体胃食道模型的制备：
1.数据获取及提取：
通过医学影像仪器设备，如CT，MRI，PET-CT和超声扫描仪等检测人体胃食道，获得相应图像数据并保存，同时提取及记录胃食道表面弹性模量；
2.数据处理：
将CT，MRI，PET-CT图像数据导入Mimics，完成分割处理，再经3-matic与Magics对分割处理后的图像数据进行修复后由Geomagic数据模型检测，使其成为三维数据，成为符合要求的3D打印机可识别的数据格式。
3.建立模型
采用专业绘图三维软件(Solidworks、ProE、UG、Fluent)专门模块利用步骤2获取的数据，建立人体胃食道的壳体模具模型、中空内模模具模型为一体的装配体模型；壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；装配体模具上留有浇注口及出气口，便于硅胶浇注与取模，同时其设计应利于拔模。
4.模具制备：
利用人体胃食道的壳体模型、中空内模模型为一体的装配体模型，通过SLA3D打印设备打印，其中壳体模具及中空内模模具的壁厚为1-2mm。
在设计壳体模具时，其内表面与目标胃食道的外表面完全贴合，为保证间隙厚度，可在设计中空内模模具模型时，按一定比例缩小壳体模具模型体积，由此可使壳体模具内表面与中空内模模具外表面有留有间隙，间隙的厚度与人体胃食道的厚度匹配。
5.模具处理
将对人体胃食道的壳体模具模型、中空内模模具模型为一体的装配体进行表面打磨去除毛刺抛光处理，表面精度达到0.01mm，内外表面光滑。
6.硅胶灌注：
首先，选取双组分加成型硅胶，按A:B组分1:50质量比，在室温下调配。
因人体胃食道的邵氏硬度接近5-10度，选取合适的硅胶硬度(邵氏硬度接近5-10度)并将硅胶颜色调配至人体胃食道颜色；利用抽真空机排除调配好硅胶内的气泡。然后，硅胶通过装配体间隔缓慢注入，确保模具内硅胶饱满填充，室温状态下静置12小时。
7.模具拔模：
用小铁锤轻敲打人体胃食道的壳体模具模型、中空内模模具模型为一体的装配体，使其破裂；并用热水(石英粒)(50℃左右)多次冲洗中空胃食道模型，除去内外表面残留物，获得人体仿生中空胃食道模型。
基于以上所述仅为本发明实施例，并不仅用于限制本发明，凡在本发明的方法及原则下，所作的替换，修改等，均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型：
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；
步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；
步骤5、模具处理：
将完成的壳体模具、中空内模模具进行表面处理与精度检测；
步骤6、模具组装固位：
将中空内模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，使壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；
步骤7、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤8、模具拔模：
待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及中空内模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。
2.根据权利要求1所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤4中：
利用SLS/SLM/EBM 3D打印设备打印金属材质的壳体模具及装配件模具；
或利用SLA，DLP 3D打印设备打印光敏树脂材质的壳体模具及装配件模具；
或利用FDM及尼龙3D打印设备打印高分子材质的壳体模具及装配件模具；
利用FDM/DLP/Stratasys J750设备打印软质材料的柔性中空内模模具。
3.根据权利要求2所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤8具体包括：
步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤8.2、清洗包含有柔性中空内模模具的仿生中空人体部位模具，用人工钳/镊子取出柔性中空内模模具；并用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模型，除去表面残留物。
4.根据权利要求1所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤4中：
通过尼龙3D打印设备打印薄壁壳体模具及装配件模具；利用SLA 3D打印设备打印脆性材质的中空内模模具。
5.根据权利要求4所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，壳体模具及中空内模模具的壁厚为2-3mm。
6.根据权利要求5所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，步骤8具体为：
步骤8.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤8.2、敲打使中空内模模具破裂后取出；并用热水冲洗仿生中空人体部位模具，除去内外表面残留物。
7.根据权利要求1-6任一所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，所述目标人体部位为人体胃食道。
8.根据权利要求5所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于：步骤7中的液态硅胶为双组分加成型硅胶，AB组分的质量比为1:50，硬度为5-10度。
9.根据权利要求1所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，所述医学影像仪器设备包括：医学影像CT，MRI，PET-CT及超声设备；利用超声设备获取表面的弹性模量。
10.一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型：
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型、中空内模模具模型及装配件模具模型；
步骤4、制备壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
通过3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具，所述壳体模具开设灌注孔及通气孔；
步骤5、模具处理：
将完成的壳体模具、中空内模模具进行精度检测与表面处理；
步骤6、制备消失模模具：
将石蜡融化，并将液态石蜡缓慢倒入中空内模模具内，使其完全充满中空内模模具，待其完全凝固后，去除中空内模模具，获得消失模模具；
步骤7、模具组装固位：
将消失模模具装配至壳体模具内，并通过装配件模具固位，使壳体模具内表面与消失模模具外表面留有均匀间隙；间隙的厚度与目标人体部位厚度匹配；
步骤8、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过灌注孔将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与消失模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤9、模具拔模：
待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具及消失模模具，获得目标仿生中空人体部位模型。
11.根据权利要求10所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，
步骤4中：通过FDM/SLA 3D打印设备打印壳体模具、中空内模模具及装配件模具；
步骤9具体包括：
步骤9.1、待液态硅胶凝固好后，去除壳体模具；
步骤9.2、清洗包含有消失模模具的仿生中空人体部位模型，加热，使消失模模具溶化后流出；
步骤9.3、用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模型，除去表面残留物。
12.根据权利要求10或11所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，所述目标人体部位为人体胃食道。
13.根据权利要求12所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于：步骤8中的液态硅胶为双组分加成型硅胶，AB组分的质量比为1:50，硬度为5-10度。
14.根据权利要求10所述的3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，所述医学影像仪器设备包括：医学影像CT，MRI，PET-CT及超声设备；利用超声设备获取表面的弹性模量。
15.一种3D打印制备仿生中空人体部位模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：
通过医学影像仪器设备与扫描仪对目标人体部位进行扫描检测，采集目标人体部位的图像数据并保存，同时获取表面的弹性模量；
步骤2、数据处理：
利用数据软件将步骤1获取的目标人体部位的图像数据进行处理，将其转化为能够被3D打印设备识别的数据格式；
步骤3、建立模型
通过三维绘图软件利用步骤2获取的数据，建立目标人体部位的壳体模具模型与中空内模模具模型为一体的装配体模型；壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间留有均匀间隙；装配体模型上留有浇注口及出气口；
步骤4、模具制备：
利用目标人体部位的壳体模型与中空内模模型为一体的装配体模型，通过SLA 3D打印设备打印装配体模具，其中壳体模具及中空内模模具的壁厚为1-2mm；
步骤5、模具处理：
将装配体模具进行表面打磨去除毛刺抛光处理；
步骤6、硅胶灌注：
根据目标人体部位表面的弹性模量数据及颜色，调配液态硅胶的硬度与颜色，使其同目标人体部位硬度与颜色相适配；通过浇注口将液态硅胶浇注于壳体模具内表面与中空内模模具外表面之间的间隙，设定静止时间，使液态硅胶凝固；
步骤7、模具拔模：
敲打壳体模具模型与中空内模模具模型为一体的装配体模具，使其破裂；并用热水浸泡冲洗仿生中空人体部位模型，除去表面残留物。
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