CN113160680A - 用于穿刺训练的3d打印脑出血模型及其高效制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明用于穿刺训练的3D打印脑出血模型及其高效制作方法，上颅骨和下颅骨的光滑分界面通过限位凹槽与限位凸台限位组合构成整体仿真颅骨，下颅骨内通过颅底底座安装柔性仿真血肿块，仿真颅骨内部还填充有柔性仿真脑组织，仿真脑组织包裹在仿真血肿块外部，仿真脑组织和仿真血肿块均为透明材料；仿照临床上任意真实的脑出血病例创建3D模型后，通过3D打印技术制作个体化模型，用于实际穿刺操作训练；能够完全模仿脑出血的病理生理变化，模型的穿刺体验逼真；操作完成后过透明仿真脑组织和仿真血肿块能直观检视穿刺针路径走形,清晰地判断穿刺效果；位置准确，并且可以重复利用或者回收再利用，结构简单，成本低廉，操作方便。

Description

用于穿刺训练的3D打印脑出血模型及其高效制作方法

技术领域

本发明属于医疗教学技术领域的手术技术培训，具体涉及一种用于穿刺训练的3D打印脑出血模型及其高效制作方法。

背景技术

脑出血是各类病因所致的脑实质内血管破裂引起的出血病症，其早期死亡率很高，幸存者中多数都留有不同程度并发症、后遗症，通过微创穿刺引流治疗颅内血肿的手术方法发展迅速，具有创伤小、后遗症和并发症少的优点，但是其手术效果仍然取决于操作人员的技能水平，而操作人员的技术水平需要通过实践经验积累来提高，现有技术中脑出血模型的制作方式一般分为三大类，具体类别及存在缺陷问题如下：

一、尸头脑出血模型：其来源稀少，出血类型不可控，且不可复制，不能进行广泛普及和进行穿刺训练；

二、动物脑出血模型：

1、自体血注入法：通过注入自体动脉血或者血凝块，制造脑出血模型；虽然能够模拟临床上的脑出血过程，但与临床实际病人病症仍然存在很大差别，血肿形态、大小难以保证，且重复性差，难以用于操作训练。

2、胶原酶法：通过脑内注射细菌胶原酶的方法溶解小血管，虽然能模拟血肿扩大、再出血的发生过程，但其是多根血管(动脉、静脉、毛细血管)的症状，不同于临床上常见的某一根动脉出血；且出血方式为渗血，缺乏急性占位效应，与真实脑出血症状相差也很大大。此外细菌胶原酶相对于实验动物本身来说属于异物，会造成脑出血以外的损伤，使得模型的改变与临床脑出血的病理生理过程相差更大。血肿大小、部位不能完全控制，不适用于操作训练。

3、微球囊充胀法：在脑内放置微球囊，通过调节囊内液体量来控制球囊大小，从而模仿不同体积的血肿的占位效应。但是此方法制作的血肿位置精准度不高，难以用于穿刺操作前的精准测量定位。

4、自发性脑出血模型：存在难以获得种鼠、易变种、过程复杂、耗费时间长等问题，并且操作难度大，出血位置、出血量无法控制。

并且以上模型物种多为啮齿类动物(常见的为大鼠模型)，其解剖结构与人体结构相差很大，也不能用来进行真正意义上的手术操作训练；而灵长类动物的神经系统在解剖上虽然更为接近人类，但是成本太高、来源缺乏，亦存在伦理问题，通常只用于药物的临床试验；上述问题，使得动物脑出血模型在操作训练中的应用也受到限制。

三、非动物脑出血模型：

1、椰壳模型：利用椰壳、魔芋粉、红墨水、黑墨水、豆粉等制作的脑出血模型，用来进行在内镜下清除血肿的训练。该模型在一部程度上可帮助对内镜下血肿清除过程及相关器械的使用进行熟练，但该因模型形态与临床脑出血情况相差较大，且缺乏颅面重要解剖标志，不能实现对血肿微创引流术相关的操作练习。

2、标准化模型：市场上现有的脑出血模型为成批生产的非个体化脑出血模型，其材料性质上与临床真实患者相差较远，仍停留在观摩学习的层面，而不能实现动手操作的目的。

综上所述，现有技术中缺少一种能够能够完全模仿脑出血的病理生理变化，直观检视训练效果，成本低廉，用于操作训练以通过实践积累经验的脑出血模型。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种能够完全模仿脑出血的病理生理变化，并且能够重复使用，用于穿刺训练的3D打印脑出血模型及其高效制作方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，包括有仿真颅骨，仿真颅骨由上颅骨和下颅骨组合构成，上颅骨和下颅骨的分界面为光滑平面，并通过限位凹槽与限位凸台互相配合限位组合构成整体仿真颅骨；下颅骨内部位于颅底的部位设置有颅底底座，颅底底座上设置有可更换的柔性仿血肿，仿真颅骨内部还填充有柔性仿真脑组织，仿真脑组织包裹在仿血肿外部，仿真脑组织和仿血肿均为透明材料，仿真脑组织和仿血肿颜色不相同。

所述上颅骨和下颅骨的分界面自颅骨前侧的眶上缘的位置倾斜延伸自颅骨后侧的枕外粗隆位置。

所述颅底底座为竖直圆柱形，颅底底座中部设置有三棱管形定位孔，仿血肿包括有一仿真血肿块，仿真血肿块下段连接有三棱柱定位杆，仿真血肿块通过定位杆与定位孔配合限位固定于颅底底座上。

所述仿真血肿块包括有透明血肿囊壁，血肿囊壁内部灌注填充有第一透明柔性材料，构成仿血凝块，血肿囊壁固定设置于三棱柱顶端；血肿囊壁与定位杆为一体结构，定位杆贯穿设置有中空内腔，定位杆中空内腔连通至血肿囊壁内腔，构成仿血凝块填充管。

所述第一透明柔性材料为5％明胶，仿血凝块材料韧性小于血肿囊壁材料韧性。

所述上颅骨的分界面上设置有多个竖直向下延伸的限位柱，下颅骨的分界面上设置有多个向下凹陷的限位凹槽，限位凹槽的数量和形状与限位柱的数量和形状互相一致。

所述上颅骨的分界面上设置有四个竖直向下延伸的圆柱形限位柱；下颅骨的分界面上设置有四个圆形沉孔，沉孔深度≥限位柱长度，构成限位凹槽。

所述上颅骨和下颅骨分别通过3D打印工艺一体成型构成，颅底底座通过下颅骨的3D打印工艺一体成型构成。

所述仿真脑组织由第二透明柔性材料通过灌注工艺构成，第二透明柔性材料为卡拉胶或者硅胶。

本发明还涉及一种上述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型的高效制作方法，包括以下操作步骤：

S1、收集临床上脑出血患者的头颅CT的医学数字成像和通信DICOM(以下简称DICOM)数据，导入安装有Mimics软件的计算机，打开DICOM数据，进行三维重建，并根据模型要求进行相应处理：

S11、颅骨建模和设计处理：利用Mimics软件重建颅骨模型后，对颅骨模型进行分界设计，然后分别模拟创建上颅骨和下颅骨两部分的3D模型；上颅骨和下颅骨的分界线前端设置于眶上缘水平，后端设置于枕外粗隆水平；

S12、在上颅骨和下颅骨的分界面上创建卡槽定位结构，在上颅骨的分界面上设置四个竖直向下延伸的圆柱形限位柱，在下颅骨的分界面上设置四个向下凹陷的圆形限位凹槽，每个限位柱与每个限位凹槽互相适应；

S13、3D建模过程中在下颅骨内部位于颅底的位置同步设计一个圆柱形颅底底座，并在颅底底座中部设置一截面为三棱形的沉孔；构成定位孔；

S14、血肿囊壁建模与设计处理：根据临床DICOM数据，模拟创建仿真血肿块模型，选择血肿模型最外层部分，创建血肿囊壁模型；

S15、再根据去除血肿囊壁模型后的临床DICOM数据，模拟创建血肿囊壁内部灌注仿血凝块模型；

S16、在血肿囊壁模型底部创建一段三棱柱模型，三棱柱长度和截面尺寸与颅底底座中部沉孔的深度和截面尺寸互相适应；构成定位杆

S2、3D模型三维设计图重建：上述各部模型数据以STL文件格式导入3D打印机的PolyJet Studio 3D打印软件，设置相关打印参数及打印模式后，启动3D打印机进行模型打印；

S3、在血肿囊壁内部灌注5％明胶，构成仿真血肿块；

S4、颅骨模型组装：仿真血肿块通过三棱柱定位杆插入颅底底座的定位孔内；上颅骨通过限位柱与限位凹槽互相配合插装在下颅骨上；

S5、灌注仿真脑组织：翻转颅骨，通过下颅骨底部的枕骨大孔向颅骨内腔灌注卡拉胶材料，构成仿真脑组织；直接采用枕骨大孔作为灌注口；

S6、再次翻转颅骨，获得个体化的可操作的脑出血模型。

本发明的有益效果为：

一种用于穿刺训练的3D打印脑出血模型及其高效制作方法，仿照临床上任意真实的脑出血病例打印个体化模型，用于实际穿刺操作训练；能够完全模仿脑出血的病理生理变化，模型的穿刺体验逼真；操作完成后能即刻对穿刺效果进行现场验证；模型成本低，可推广普及应用；

1、通过3D打印技术制作临床患者个体化的脑出血模型，能够对所需的任何病例进行打印，1：1的仿真还原实际病例，定位杆与定位孔互相配合定位，确保模型形态和血肿位置的绝对准确性；

2、定位杆与定位孔配合插装的方式便于更换仿真血肿块，颅骨可以重复使用，仿真脑组织和仿真血肿块的材料也可以回收再利用，防止材料浪费；

3、仿真脑组织、仿真血肿块的硬度和弹性接近于真实人体组织的性质，训练操作时能手感逼真；

4、上颅骨和下颅骨分界设计，穿刺训练完成后可打开上颅骨，通过透明仿真脑组织和仿真血肿块直观检视穿刺针路径走形,清晰地判断穿刺效果；

5、上颅骨与下颅内的分界面通过限位柱与限位卡槽互相配合限位卡接，确保颅骨位置准确；

6、三维建模后通过3D打印技术制作模型，并且可以重复利用或者回收再利用，结构简单，成本低廉，操作方便。

附图说明

图1是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型平面结构示意图；

图2是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型上颅骨平面结构示意图；

图3是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型下颅骨立体结构示意图；

图4是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型下颅骨内设置颅底底座立体结构示意图；

图5是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型仿真血肿块平面结构示意图；

图6是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型的仿真血肿块与下颅骨内颅底底座配合安装立体结构示意图；

图7是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型仿真血肿块在血肿囊壁内灌注仿血凝块材料后立体结构示意图；

图8是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型整体结构示意图；

图9是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型内部灌注填充的仿真脑组织结构示意图；

图10是本发明实施例一用于穿刺训练的3D打印脑出血模型在操作训练以及操作训练后对穿刺效果进行现场验证的结构示意图；

图11是本发明实施例二用于穿刺训练的3D打印脑出血模型的仿真血肿块与下颅骨内颅底底座配合安装立体结构示意图；

图12～15是本发明实施例三用于穿刺训练的3D打印脑出血模型的仿真血肿块与下颅骨内颅底底座配合安装立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“前”、“后”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例一，提供一种用于穿刺训练的3D打印脑出血模型及其高效制作方法，整体策划方案为：仿照临床上任意真实的脑出血病例打印个体化模型，模仿脑出血的病理生理变化，用于实际穿刺操作训练，体验穿刺过程，积累操作经验；并在操作完成后能即刻对穿刺效果进行现场验证；同时控制模型制造成本在较低投入水平，以便推广普及应用。

如图1～3所示，首先设计用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，仿照人脑形状与比例制作一个仿真颅骨，仿真颅骨由分界面2划分为上颅骨1和下颅骨3，组合构成仿真颅骨整体；上颅骨1和下颅骨3互相接触配合的分界面都为光滑平面，在上颅骨1和下颅骨3互相接触配合的分界面上分别设置限位凹槽31和限位凸台11，上颅骨1和下颅骨3通过限位凹槽31与限位凸台11互相配合限位组合构成整体仿真颅骨；并在下颅骨3的内腔内部位于颅底的位置设置一个颅底底座4，在颅底底座4的上端设置一块可更换的柔性仿血肿5；然后在仿真颅骨内腔内部填充柔性仿真脑组织6，仿真脑组织6填充包裹在仿血肿5的外部，仿真脑组织6和仿血肿5均采用透明材料制成，并且将仿真脑组织6和仿血肿5的颜色设置为不相同，以便区别仿真脑组织6和仿血肿5。

仿真颅骨、仿真脑组织6和仿血肿5组合为一个整体结构，可以模拟进行穿刺操作，能够完全模仿脑出血的病理生理变化，模型的穿刺体验逼真；模拟穿刺操作完成后打开上颅骨，通过透明材料的仿真脑组织6和仿真血肿块5，直观检视穿刺针路径走形,清晰地判断穿刺效果；能即刻对穿刺效果进行现场验证；模型成本低，可面向广大临床医学操作人员推广普及应用。

进一步地，上颅骨1和下颅骨3的分界面2自颅骨前侧的眶上缘的位置倾斜延伸自颅骨后侧的枕外粗隆位置，上颅骨1和下颅骨3分型合理，便于组装和拆分。

如图4所示，下颅骨3的内腔颅底的颅底底座4为竖直圆柱形，在颅底底座4的上端中部设置一三棱管形定位孔41；如图5所示，仿血肿首先设置一块仿真血肿块51，在仿真血肿块5的下段设置一段三棱柱构成定位杆52；如图6所示，仿真血肿块5通过定位杆52与定位孔41配合限位固定于颅底底座4上，定位精确，仿真程度高，模拟训练效果好。

进一步地，如图7所示，仿真血肿块5包括位于外层的一层透明血肿囊壁511，在血肿囊壁内部灌注填充第一透明柔性材料，构成仿血凝块512，血肿囊壁511固定设置于三棱柱顶端；血肿囊壁与定位杆为通过3D打印构成的整体式一体结构，在定位杆内部贯穿设置中空内腔，定位杆中空内腔连通至血肿囊壁内腔，构成仿血凝块填充管，通过仿血凝块填充管可以为血肿囊壁511内部灌注填充第一透明柔性材料。

灌注仿血凝块的材料选择原则：为保证穿刺时的逼真感受，仿血凝块的材料需有较高的柔软度，即仿血凝块的材料韧性小于血肿囊壁的材料韧性，因此第一透明柔性材料为5％明胶，血肿囊壁的材料选择韧性大于明胶材料，如ABS、硅胶等，优选硅胶，因为与用ABS材料的血管模型相比，硅胶血管模型更接近于人体真实的血管，可以一比一的“复制”模拟脑组织内流向错综复杂的脑血管几何形状和微小细节，从而为模拟训练提供逼真的血管模型；仿血凝块的材料模在拟训练完成后可回收再利用，成本低廉。

同时血肿囊壁的厚度不能太厚，以保留足够的血肿腔空间，但也不能太薄，需确保血肿囊壁定型效果，根据临床常见情况和操作经验，一般将血肿囊壁设置为1.5～5mm，本实施例中选择设置为2mm。

将仿血肿材料的颜色设置为与仿真脑组织颜色不相同，以便肉眼能够区分观察穿刺效果；仿血肿材料也具有一定程度的透明度，能够观察到其中穿刺针的位置。

再进一步地，在上颅骨1的分界面上设置有多个竖直向下延伸的限位柱11，在下颅骨3的分界面上设置有多个向下凹陷的限位凹槽31，限位凹槽31的数量和形状与限位柱11的数量和形状互相一致；优先选择在上颅骨1的分界面上设置四个竖直向下延伸的圆柱形限位柱11，在下颅骨3的分界面上设置四个圆形沉孔，每个沉孔深度≥每个限位柱长度，构成限位凹槽31，本例中选择每个沉孔深度＝每个限位柱长度，便于精确控制仿真血肿块的位置。

上颅骨1和下颅骨3分别通过3D打印工艺一体成型构成分体式结构，颅底底座4也通过下颅骨3的3D打印工艺与下颅骨3一体成型构成整体结构，无需再另外设置固定连接结构，结构简单，工艺简化，位置准确，操作方便。

仿真脑组织6由第二透明柔性材料通过灌注工艺构成，第二透明柔性材料优先选择卡拉胶或者硅胶，模拟训练完成后可回收再利用，成本低廉。

本发明还涉及一种上述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型的高效制作方法，包括以下操作步骤：

S1、收集临床上脑出血患者的头颅CT的医学数字成像和通信DICOM(以下简称DICOM)数据，导入安装有Mimics软件的计算机，打开DICOM数据，进行三维重建，并根据模型要求进行相应处理：

S11、颅骨建模和设计处理：利用Mimics软件重建颅骨模型后，对颅骨模型进行分界设计，然后分别模拟创建上颅骨和下颅骨两部分的3D模型；上颅骨和下颅骨的分界线前端设置于眶上缘水平，后端设置于枕外粗隆水平；

S12、在上颅骨和下颅骨的分界面上创建卡槽定位结构，在上颅骨的分界面上设置四个竖直向下延伸的圆柱形限位柱，在下颅骨的分界面上设置四个向下凹陷的圆形限位凹槽，每个限位柱与每个限位凹槽互相适应；

S13、3D建模过程中在下颅骨内部位于颅底的位置同步设计一个圆柱形颅底底座，并在颅底底座中部设置一截面为三棱形的沉孔；构成定位孔；

S14、血肿囊壁建模与设计处理：根据临床DICOM数据，模拟创建仿真血肿块模型，选择血肿模型最外层部分，创建血肿囊壁模型；

S15、再根据去除血肿囊壁模型后的临床DICOM数据，模拟创建血肿囊壁内部灌注仿血凝块模型；

S16、在血肿囊壁模型底部创建一段三棱柱模型，三棱柱长度和截面尺寸与颅底底座中部沉孔的深度和截面尺寸互相适应；构成定位杆

S2、3D模型三维设计图重建：上述各部模型数据以STL文件格式导入3D打印机的PolyJet Studio 3D打印软件，设置相关打印参数及打印模式后，启动3D打印机进行模型打印；

S3、在血肿囊壁内部灌注5％明胶，构成仿真血肿块；

S4、颅骨模型组装：仿真血肿块通过三棱柱定位杆插入颅底底座的定位孔内；上颅骨通过限位柱与限位凹槽互相配合插装在下颅骨上；

S5、灌注仿真脑组织：翻转颅骨，通过下颅骨底部的枕骨大孔向颅骨内腔灌注卡拉胶材料，构成仿真脑组织；直接采用枕骨大孔32作为灌注口；无需在颅骨上另外设置灌注孔，操作方便。

S6、再次翻转颅骨，获得个体化的可操作的脑出血模型。

通过上述方法仿照临床上任意真实的脑出血病例打印个体化模型，用于实际穿刺操作训练；能够完全模仿脑出血的病理生理变化，模型的穿刺体验逼真；操作完成后能即刻对穿刺效果进行现场验证；模型成本低，可推广普及应用，如图8所示，通过窗口12可以进行模拟操作训练。

模拟操作训练特点：

1、通过3D打印技术制作临床患者个体化的脑出血模型，能够对所需的任何病例进行打印，1：1的仿真还原实际病例，定位杆与定位孔互相配合定位，确保模型形态和血肿位置的绝对准确性；

2、定位杆与定位孔配合插装的方式便于更换仿真血肿块，颅骨可以重复使用，仿真脑组织和仿真血肿块的材料也可以回收再利用，防止材料浪费；

3、仿真脑组织、仿真血肿块的硬度和弹性接近于真实人体组织的性质，训练操作时能手感逼真；

4、上颅骨和下颅骨分界设计，穿刺训练完成后可打开上颅骨，通过透明仿真脑组织和仿真血肿块直观检视穿刺针路径走形,清晰地判断穿刺效果；

5、上颅骨与下颅内的分界面通过限位柱与限位卡槽互相配合限位卡接，确保颅骨位置准确；

6、三维建模后通过3D打印技术制作模型，并且可以重复利用或者回收再利用，结构简单，成本低廉，操作方便。

实施例二：如图11所示，在实施例一的基础上，仿真血肿块5通过定位杆52直接定位于枕骨大孔位置，可从枕骨大孔位置直接对血肿囊壁511内部灌注填充第一透明柔性材料，构成仿真血块512，无需另外设置颅底底座4，结构简单，操作方便。

在填充仿真脑组织6时可以通过外部辅助结构辅助限位定位杆52和仿真血肿块5。

实施例三：在实施例一的基础上，在下颅骨3内部设置多根定位杆，通过多根定位杆固定支撑多个托盘53，在每个托盘53上方可以分别固定设置一个仿真血肿块51，以模拟脑部血肿多发情况；本实施例中最多可以固定设置12个托盘，可以模拟同时发生12处血肿的情况。

本发明实际操作过程如下：

1、收集临床上脑出血患者的头颅CT的医学数字成像和通信DICOM(以下简称DICOM)数据，导入安装有Mimics软件的计算机，打开DICOM数据，进行三维重建，并根据模型要求进行相应处理：

1)颅骨的重建及设计处理：利用Mimics软件重建颅骨后，对颅骨进行分界面2的设计，然后分别进行上颅骨1、下颅骨3两部分颅骨的打印。分界面2前方在眶上缘水平，后方在枕外粗隆水平。另在仿真血肿块5下方的颅底位置)设计一个圆柱形(也可为立方体形等，与颅骨一体打印)颅底底座4，在颅底底座的顶部中央设置一个三角形(或四边形、五边形等：与连接杆形态对应)沉孔，构成定位孔41，用以定位仿真血肿块5，定位部分内容于后文叙述。

2)血肿囊壁511的设计处理与重建：血肿囊壁511即为仿真血肿块5的最外层部分(用以灌注血肿材料)，为保证血肿囊壁511在颅内的空间位置准确，利用Mimics软件在血肿囊壁511和颅底底座4之间设置一个三棱柱形(除圆柱形外，如四棱柱、五棱柱等，能保证其稳定性即可)定位杆52，定位杆52与血肿囊壁511为一体结构。仿真血肿块5正下方的颅底底座4顶部中央的棱柱形定位孔41正好可与三棱柱形定位杆52互相配合卡接，而定位杆52的长度和定位孔的深度均已预先设定一致，从而保证仿真血肿块5位置准确。

2、将经人工处理后的颅骨、血肿囊壁511和定位杆52的三维重建设计图分别以STL文件格式导入3D打印机的PolyJet Studio 3D打印软件，设置相关打印参数及打印模式后启动3D打印机进行模型打印。

3、灌注仿血凝块512材料：为保证穿刺时的逼真感受，仿血凝块512材料具有较高的柔软度；仿血凝块512材料的颜色与仿真脑组织6的材料不相同，能够在肉眼下进行区分；仿血凝块512材料也需要有一定程度的透明度，能够观察到其中穿刺针的位置。本新型中使用的是浓度为5％的明胶材料。

4、组装仿真血肿块5和下颅骨3：将带有仿血凝块512的连接式定位杆52的下段插入到颅底底座的定位孔41底部，确定稳固。

5、灌注仿真脑组织6材料：因穿刺操作对仿真脑组织6的解剖结构(如脑沟、脑回等)没有要求，所以无需进行3D打印。本新型中利用颅腔的封闭性通过枕骨大孔进行仿真脑组织6材料的灌注。仿真脑组织6材料尽量接近于正常脑组织的触感(操作体验的逼真性)，以及较高透明度(能够在操作完成后立即在直视下进行效果验证)的要求。本新型中灌注仿真脑组织6使用的是卡拉胶材料。

6、获得个体化的可用于训练操作的脑出血模型。

本发明优势：

1、本发明是通过3D打印技术制作临床患者个体化的脑出血模型，能够对所需的任何病例进行打印,为1：1还原，同时借助连接式定位杆52和颅底底座4的定位孔41的设计，保证了模型形态和仿真血肿块5位置的绝对准确性；

2、连接式定位杆52和底底座4的定位孔41使得模型能够进行拆卸组装，所以颅骨能够反复使用，仿真脑组织6及仿血凝块512材料也可回收再利用，从而进一步降低了制作成本；

3、仿真脑组织6及仿血凝块512的硬度和弹性接近于真实人体组织的性质，使得操作时能获得逼真的感受；

4、上颅骨上1和下颅骨3之间分界面2的设计使得穿刺完成后可打开上颅骨上1，仿真脑组织6及仿血凝块512选用透明材料，使得在直视下即可清晰地观察到穿刺针的路径走形,从而可立即对穿刺效果进行观察；

5、颅骨分界面2的限位凹槽31使得上颅骨1的相对位置准确；

6、模型打印及材料的耗费在可接受范围，可进行推广使用；

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；尽管参照前述具体过程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：其依然可以对前述过程中的技术方案细节进行修改，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 (10)

1.一种用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：包括有仿真颅骨，仿真颅骨由上颅骨和下颅骨组合构成，上颅骨和下颅骨的分界面为光滑平面，并通过限位凹槽与限位凸台互相配合限位组合构成整体仿真颅骨；下颅骨内部位于颅底的部位设置有颅底底座，颅底底座上设置有可更换的柔性仿血肿，仿真颅骨内部还填充有柔性仿真脑组织，仿真脑组织包裹在仿血肿外部，仿真脑组织和仿血肿均为透明材料，仿真脑组织和仿血肿颜色不相同。

2.根据权利要求1所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述上颅骨和下颅骨的分界面自颅骨前侧的眶上缘的位置倾斜延伸自颅骨后侧的枕外粗隆位置。

3.根据权利要求1所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述颅底底座为竖直圆柱形，颅底底座中部设置有三棱管形定位孔，仿血肿包括一仿真血肿块，仿真血肿块下段连接有三棱柱定位杆，仿真血肿块通过定位杆与定位孔配合限位固定于颅底底座上。

4.根据权利要求3所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述仿真血肿块包括有透明血肿囊壁，血肿囊壁内部灌注填充有第一透明柔性材料，构成仿血凝块，血肿囊壁固定设置于三棱柱顶端；血肿囊壁与定位杆为一体结构，定位杆贯穿设置有中空内腔，定位杆中空内腔连通至血肿囊壁内腔，构成仿血凝块填充管。

5.根据权利要求4所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述第一透明柔性材料为5％明胶，仿血凝块材料韧性小于血肿囊壁材料韧性。

6.根据权利要求1所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述上颅骨的分界面上设置有多个竖直向下延伸的限位柱，下颅骨的分界面上设置有多个向下凹陷的限位凹槽，限位凹槽的数量和形状与限位柱的数量和形状互相一致。

7.根据权利要求1所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述上颅骨的分界面上设置有四个竖直向下延伸的圆柱形限位柱；下颅骨的分界面上设置有四个圆形沉孔，沉孔深度≥限位柱长度，构成限位凹槽。

8.根据权利要求6所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述上颅骨和下颅骨分别通过3D打印工艺一体成型构成，颅底底座通过下颅骨的3D打印工艺一体成型构成。

9.根据权利要求1所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型，其特征在于：所述仿真脑组织由第二透明柔性材料通过灌注工艺构成，第二透明柔性材料为卡拉胶或者硅胶。

10.根据权利要求1～9之一所述用于穿刺训练的3D打印脑出血模型的高效制作方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

S1、收集临床上脑出血患者的头颅CT的临床医学数字成像和通信DICOM数据，导入安装有Mimics软件的计算机，打开临床医学数字成像和通信DICOM数据，进行三维重建，并根据模型要求进行相应处理：

S11、颅骨建模和设计处理：利用Mimics软件重建颅骨模型后，对颅骨模型进行分界设计，然后分别模拟创建上颅骨和下颅骨两部分的3D模型；上颅骨和下颅骨的分界线前端设置于眶上缘水平，后端设置于枕外粗隆水平；

S12、在上颅骨和下颅骨的分界面上创建卡槽定位结构，在上颅骨的分界面上设置四个竖直向下延伸的圆柱形限位柱，在下颅骨的分界面上设置四个向下凹陷的圆形限位凹槽，每个限位柱与每个限位凹槽互相适应；

S13、3D建模过程中在下颅骨内部位于颅底的位置同步设计一个圆柱形颅底底座，并在颅底底座中部设置一截面为三棱形的沉孔；构成定位孔；

S14、血肿囊壁建模与设计处理：根据临床医学数字成像和通信DICOM数据，模拟创建仿真血肿块模型，选择血肿模型最外层部分，创建血肿囊壁模型；

S15、再根据去除血肿囊壁模型后的临床医学数字成像和通信DICOM数据，模拟创建血肿囊壁内部灌注仿血凝块模型；

S16、在血肿囊壁模型底部创建一段三棱柱模型，三棱柱长度和截面尺寸与颅底底座中部沉孔的深度和截面尺寸互相适应；构成定位杆

S2、3D模型三维设计图重建：上述各部模型数据以STL文件格式导入3D打印机的PolyJet Studio 3D打印软件，设置相关打印参数及打印模式后，启动3D打印机进行模型打印；

S3、在血肿囊壁内部灌注5％明胶，构成仿真血肿块；

S4、颅骨模型组装：仿真血肿块通过三棱柱定位杆插入颅底底座的定位孔内；上颅骨通过限位柱与限位凹槽互相配合插装在下颅骨上；

S5、通过灌注口灌注仿真脑组织：翻转颅骨，通过下颅骨底部的枕骨大孔向颅骨内腔灌注卡拉胶材料，构成仿真脑组织；直接采用枕骨大孔作为灌注口；

S6、再次翻转颅骨，获得个体化的可操作的脑出血模型。

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