CN114360353A - 一种手术训练用头部模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手术训练用头部模型，包括采用3D打印制作的仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统和仿真血管及神经，其中，3D打印数据来自于扫描信息，扫描信息中包括仿真病灶，仿真病灶根据扫描信息在3D打印制作过程中预设在头部模型中；仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织、仿真脑室系统中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式。本发明在3D打印的手术训练用头部模型中设置定位点和定位线，通过定位点和定位线的设置，可对病灶的位置进行精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械用品领域，具体为一种手术训练用头部模型。
背景技术
神经外科手术需要借助显微镜或神经内镜进行精准微创的操作，显微镜和神经内镜下的精细操作技能需要进行专业的训练才能掌握。现有技术中已有同感3D打印工艺制备头部模型的相关研究，但其制备的头部模型对于手术涉及的定位点或手术路径并未进行针对性设计，其与传统模型并无本质区别，只是将制造精度提高，并不能提高模型的功能性和模拟、训练效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种手术训练用头部模型。
一种手术训练用头部模型，包括采用3D打印制作的仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统和仿真血管及神经，其中，3D打印数据来自于扫描信息，扫描信息中包括仿真病灶，仿真病灶根据扫描信息在3D打印制作过程中预设在头部模型中；仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织、仿真脑室系统中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式。
进一步地，仿真颅骨包括仿真上颅骨和仿真下颅骨，仿真上颅骨为仿真额骨、顶骨、枕骨围合成，仿真下颅骨为仿真泪骨、鼻骨、颧骨、上颚骨、下颚骨、颞骨、蝶骨围合成，仿真上颅骨及仿真下颅骨之间采用榫卯结构连接。
进一步地，仿真脑膜采用弹力材质附着于仿真上颅骨和仿真下颅骨围合成的腔体内。
进一步地，所述仿真颅骨上的定位点包括：顶内点，冠状后点，上矢状点，前卤点，Kocher’s点，Kaufman’s点，Paine’s点，Keen’s点，Frazier’s点，Dandy’s点，Sanchez’s点中的至少一个；顶内点、上矢状点、冠状后点、前卤点为圆形定位点，Kocher’s点、Kaufman’s点、Paine’s点、Keen’s点、Frazier’s点、Dandy’s点、Sanchez’s点为方形定位点；
进一步地，顶内点为人字缝和矢状线交点前方6cm，旁开5cm，上矢状点为前卤后方5cm，鼻根-枕外粗隆连线中点后方2cm，冠状后点为管状缝后方1cm，旁开3cm，前卤点为冠状线与矢状线的交点，Kocher’s点的定位为：位于鼻根上方11cm，中线旁开3cm处，Kaufman’s点的定位为：位于鼻根上方5cm，中线旁开3cm处，Paine’s点的定位为：剪开硬膜后，前颅底上方2.5cm，外侧裂前方2.5cm，Keen’s点的定位为：耳廓上方以及后方2.5～3cm，Frazier’s点的定位为：枕外隆突上方6cm，中线旁开3～4cm，对应顶骨人字缝上方区域，Dandy’s点的定位为：枕外隆突上方3cm，中线旁开2cm，对应顶骨人字缝下方枕骨区域，Sanchez’s点的定位为：枕外隆突上方5.6cm，中线旁开2.7cm。
进一步地，定位线包括AB线，EF线，GH线，KI线，CD线中的至少一条，AB为下水平线，通过眶下缘与外耳门上缘，EF为前垂直线，通过颧弓中点的垂直线，GH为中垂直线。通过下颌关节的垂直线，KI为后垂直线，通过乳突基部的垂直线，CD为上水平线，通过眶上缘。
进一步地，定位点还包括K点、M点、N点，K为中央沟上端，相当于矢状线中点后1.25cm或2cm，M为翼点，脑膜中动脉前支通过，N为∠KMD的平分线与矢状线的交点，矢状线为眉间与枕外隆凸的连线。
进一步地，定位点还包括一特定定位点，特定定位点根据扫描信息进行设置，特定定位点对应特定的仿真组织、仿真神经、仿真血管或仿真病灶中的至少一个。
进一步地，仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织采用透明材质打印，仿真神经、仿真血管和仿真病灶采用不透明材质打印。
进一步地，所述手术训练用头部模型与增强显示(AR)或混合现实(MR)结合，将仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统和仿真血管及神经中的至少一种中的部分结构以增强显示(AR)或混合现实(MR)方式显示，和/或将手术路径以增强显示(AR)或混合现实(MR)方式显示。以此将虚拟现实和头颅模型融合，进行解剖演示或手术路径的模拟，通过虚拟增强现实可实时显示头颅模型中组织、结构及其变化，能够辅助解剖演示或手术过程进行组织、结构的预览，例如在对头部模型进行解剖演示时，可通过虚拟增强显示将模型中即将显露的组织或结构进行预览显示，或将头部模型已进行的操作通过混合现实技术显示出匹配操作后的影像，帮助解剖步骤进行地更准确、形象；又例如在对头部模型进行手术模拟时，可通过虚拟增强显示将手术路径逐步显示在头部模型的相应组织、结构上，对于手术路径即将涉及或影响的区域进行预览和预警，或将头部模型已进行的操作通过混合现实技术显示出匹配操作后的影像，可显著提高头部模型进行手术模拟的利用率、有效性。
本发明的另一方面，提供了一种手术训练用头部模型的制作方法，其包括以下步骤：
进行头部扫描，获取扫描信息，扫描信息中包括病灶的形状和位置信息；
根据扫描信息进行3D打印，制作仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统、仿真血管及神经以及病灶，其中，仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织、仿真脑室系统中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式；
将仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统、仿真血管及神经以及病灶进行组装。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明在3D打印的手术训练用头部模型中设置定位点和定位线，通过定位点和定位线的设置，可对病灶的位置进行精确定位，进而使模型的制作更准确，实现与扫描信息一致的模拟效果。本申请中设置的定位点设置全面、精准、合理，可为病灶的位置以及模拟训练提供可靠参照信息，通过预先扫描获取患者的准确头部信息，再通过3D打印可将病灶位置精准复刻。其次，将仿真组织、仿真脑室系统中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，可进一步保证由外至内的准确定位信息，可为手术训练或模拟提供更全面的定位信息，在训练或模拟过程中能够提供更多的参考信息，使手术路径模拟更直观、有效；并且，还可将增强显示(AR)或混合现实(MR)与头部模型结合，将模型中的结构以增强显示(AR)或混合现实(MR)替代或叠加显示，将手术路径进行显示，减少模型打印中手术路径打印的难度和成本，提高头部模型的利用率。最后，通过在3D打印过程中制作定位点和定位线及其投影，可保证定位点、线及其投影的一致性，不会受组装或制作过程的影响，保证定位精度。
附图说明
图1为本发明的立体示意图。
图2为本发明的侧面示意图。
图3为本发明的截面示意图。
图4为仿真血管及神经示意图。
图5为本发明的顶部示意图。
图6为本发明的后部立体示意图。
图7为定位线示意图。
附图标记：1、仿真上颅骨，2、仿真下颅骨，3、仿真脑膜，4、仿真组织，5、仿真脑室系统，6、仿真血管及神经，7、顶内点，8、冠状后点，10、上矢状点，12、前卤点，13、Kocher’s点，14、Kaufman’s点，15、Paine’s点，16、Keen’s点，17、Frazier’s点，18、Dandy’s点，19、Sanchez’s点。
具体实施方式
实施例1
如图1-4所示，一种手术训练用头部模型，包括采用3D打印制作的仿真颅骨、仿真脑膜3、仿真组织4、仿真脑室系统5和仿真血管及神经6，其中，3D打印数据来自于扫描信息，扫描信息中包括仿真病灶，仿真病灶根据扫描信息在3D打印制作过程中预设在头部模型中；仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织4、仿真脑室系统5中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式。
在一个可选的实施例中，仿真颅骨包括仿真上颅骨1和仿真下颅骨2，仿真上颅骨1为仿真额骨、顶骨、枕骨围合成，仿真下颅骨2为仿真泪骨、鼻骨、颧骨、上颚骨、下颚骨、颞骨、蝶骨围合成，仿真上颅骨1及仿真下颅骨2之间采用榫卯结构连接。
在一个可选的实施例中，仿真脑膜3采用弹力材质附着于仿真上颅骨1和仿真下颅骨2围合成的腔体内。
在一个可选的实施例中，如图5-6所示，所述仿真颅骨上的定位点包括：顶内点7，冠状后点8，上矢状点10，前卤点12，Kocher’s点13，Kaufman’s点14，Paine’s点15，Keen’s点16，Frazier’s点17，Dandy’s点18，Sanchez’s点19；顶内点7、上矢状点10、冠状后点8、前卤点12为圆形定位点，Kocher’s点、Kaufman’s点、Paine’s点、Keen’s点、Frazier’s点、Dandy’s点、Sanchez’s点为方形定位点；
在一个可选的实施例中，顶内点7为人字缝和矢状线交点前方6cm，旁开5cm，上矢状点10为前卤后方5cm，鼻根-枕外粗隆连线中点后方2cm，冠状后点8为管状缝后方1cm，旁开3cm，前卤点为冠状线与矢状线的交点，Kocher’s点13的定位为：位于鼻根上方11cm，中线旁开3cm处，Kaufman’s点14的定位为：位于鼻根上方5cm，中线旁开3cm处，Paine’s点15的定位为：剪开硬膜后，前颅底上方2.5cm，外侧裂前方2.5cm，Keen’s点16的定位为：耳廓上方以及后方2.5～3cm，Frazier’s点17的定位为：枕外隆突上方6cm，中线旁开3～4cm，对应顶骨人字缝上方区域，Dandy’s点18的定位为：枕外隆突上方3cm，中线旁开2cm，对应顶骨人字缝下方枕骨区域，Sanchez’s点19的定位为：枕外隆突上方5.6cm，中线旁开2.7cm。
在一个可选的实施例中，如图7所示，定位线包括AB线，EF线，GH线，KI线，CD线中的至少一条，AB为下水平线，通过眶下缘与外耳门上缘，EF为前垂直线，通过颧弓中点的垂直线，GH为中垂直线。通过下颌关节的垂直线，KI为后垂直线，通过乳突基部的垂直线，CD为上水平线，通过眶上缘。
在一个可选的实施例中，定位点还包括K点、M点、N点，K为中央沟上端，相当于矢状线中点后1.25cm或2cm，M为翼点，脑膜中动脉前支通过，N为∠KMD的平分线与矢状线的交点，矢状线为眉间与枕外隆凸的连线。
本发明中的定位点和定位线可根据实际病灶的位置进行选择打印，可只打印出病灶定位所需的定位点和定位线，以减少打印成本，提高效率。
在一个可选的实施例中，定位点还包括一特定定位点，特定定位点根据扫描信息进行设置，特定定位点对应特定的仿真组织、仿真神经、仿真血管或仿真病灶中的至少一个。例如在扫描完患者头部信息后，对病灶所在位置对应的仿真颅骨、仿真组织上打印该特定定位点，和/或在病灶周围临近的可能涉及的仿真神经、仿真血管对应的仿真颅骨、仿真组织上设置特定定位点，由此可根据特定定位点找到对应的位置关系，便于学习解剖和手术的术前规划。可选地，定位点由外到内以一定规律设置，例如当定位点为凸起或凹陷的形式时，由头部模型外向内凸起或凹陷的高度或深度逐渐减小，可通过高度或深度的变化情况判断离目标的距离。
在一个可选的实施例中，仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织采用透明材质打印，仿真神经、仿真血管和仿真病灶采用不透明材质打印。由此，从仿真颅骨外即可看到内部的仿真组织、仿真神经和仿真血管，便于训练提升对于头部模型结构的熟悉程度。
在一个可选的实施例中，所述手术训练用头部模型与虚拟增强显示(AR)或混合现实(MR)结合，将仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统和仿真血管及神经中的至少一种中的部分结构以增强显示(AR)或混合现实(MR)方式显示，对头部模型中的仿真结构进行补充，和/或将手术路径以增强显示(AR)或混合现实(MR)方式显示；可以将扫描数据中的部分数据以虚拟增强显示(AR)或混合现实(MR)显示在头部模型中，对应的模型中相应结构以透明材质打印，且只打印轮廓形状，不打印内部复杂形貌，从而减少复杂结构的打印过程，既可以降低打印成本，还可以增加模型显示的维度；或者，头部模型的打印过程并不简化，在完整打印模型的基础上，叠加虚拟增强显示(AR)或混合现实(MR)，可借助虚拟增强显示(AR)或混合现实(MR)对模型变化前后的结构进行显示，例如在对模型进行解剖或操作后，其中的结构已发生改变，可通过虚拟增强显示(AR)或混合现实(MR)将解剖或操作前的结构显示，能够形成结构变化的对比，帮助操作者了解模型的变化情况，又或者，将预期操作后的结构变化进行显示预览，可对操作者进行指导。
本发明的另一方面，提供了一种手术训练用头部模型的制作方法，其包括以下步骤：
进行头部扫描，获取扫描信息，扫描信息中包括病灶的形状和位置信息；
根据扫描信息进行3D打印，制作仿真颅骨、仿真脑膜3、仿真组织4、仿真脑室系统5、仿真血管及神经6以及病灶，其中，仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织4、仿真脑室系统5中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式；
将仿真颅骨、仿真脑膜3、仿真组织4、仿真脑室系统5、仿真血管及神经6以及病灶进行组装。
采用本发明中的手术训练用头部模型及其制作方法，可在扫描完患者头部信息后一次性制作头部模型和定位点，并将头部模型固定在实际手术位置,根据定位点设计手术路径，将实际手术中需要预先研判的重要节点进行模拟手术操作后，再针对患者实施医治，可大大减少副损伤，提高手术成功率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种手术训练用头部模型，包括采用3D打印制作的仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统和仿真血管及神经，其特征在于，3D打印数据来自于扫描信息，扫描信息中包括仿真病灶，仿真病灶根据扫描信息在3D打印制作过程中预设在头部模型中；仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织和/或仿真脑室系统中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式。
2.根据权利要求1所述的手术训练用头部模型，其特征在于，仿真颅骨包括仿真上颅骨和仿真下颅骨，仿真上颅骨为仿真额骨、顶骨、枕骨围合成，仿真下颅骨为仿真泪骨、鼻骨、颧骨、上颚骨、下颚骨、颞骨、蝶骨围合成，仿真上颅骨及仿真下颅骨之间采用榫卯结构连接。
3.根据权利要求1所述的手术训练用头部模型，其特征在于，仿真脑膜采用弹力材质附着于仿真上颅骨和仿真下颅骨围合成的腔体内。
4.根据权利要求1所述的手术训练用头部模型，其特征在于，所述仿真颅骨上的定位点包括：顶内点，冠状后点，上矢状点，前卤点，Kocher’s点，Kaufman’s点，Paine’s点，Keen’s点，Frazier’s点，Dandy’s点，Sanchez’s点中的至少一个；顶内点、上矢状点、冠状后点、前卤点为圆形定位点，Kocher’s点、Kaufman’s点、Paine’s点、Keen’s点、Frazier’s点、Dandy’s点、Sanchez’s点为方形定位点。
5.根据权利要求4所述的手术训练用头部模型，其特征在于，顶内点为人字缝和矢状线交点前方6cm，旁开5cm，上矢状点为前卤后方5cm，鼻根-枕外粗隆连线中点后方2cm，冠状后点为管状缝后方1cm，旁开3cm，前卤点为冠状线与矢状线的交点，Kocher’s点的定位为：位于鼻根上方11cm，中线旁开3cm处，Kaufman’s点的定位为：位于鼻根上方5cm，中线旁开3cm处，Paine’s点的定位为：剪开硬膜后，前颅底上方2.5cm，外侧裂前方2.5cm，Keen’s点的定位为：耳廓上方以及后方2.5～3cm，Frazier’s点的定位为：枕外隆突上方6cm，中线旁开3～4cm，对应顶骨人字缝上方区域，Dandy’s点的定位为：枕外隆突上方3cm，中线旁开2cm，对应顶骨人字缝下方枕骨区域，Sanchez’s点的定位为：枕外隆突上方5.6cm，中线旁开2.7cm。
6.根据权利要求1所述的手术训练用头部模型，其特征在于，定位线包括AB线，EF线，GH线，KI线，CD线中的至少一条，AB为下水平线，通过眶下缘与外耳门上缘，EF为前垂直线，通过颧弓中点的垂直线，GH为中垂直线。通过下颌关节的垂直线，KI为后垂直线，通过乳突基部的垂直线，CD为上水平线，通过眶上缘。
7.根据权利要求6所述的手术训练用头部模型，其特征在于，定位点还包括K点、M点、N点，K为中央沟上端，相当于矢状线中点后1.25cm或2cm，M为翼点，脑膜中动脉前支通过，N为∠KMD的平分线与矢状线的交点，矢状线为眉间与枕外隆凸的连线。
8.根据权利要求6所述的手术训练用头部模型，其特征在于，定位点还包括一特定定位点，特定定位点根据扫描信息进行设置，特定定位点对应特定的仿真组织、仿真神经、仿真血管或仿真病灶中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的手术训练用头部模型，其特征在于，仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织采用透明材质打印，仿真神经、仿真血管和仿真病灶采用不透明材质打印；优选地，所述手术训练用头部模型与增强显示(AR)或混合现实(MR)结合，将仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统和仿真血管及神经中的至少一种中的部分结构以增强显示(AR)或混合现实(MR)方式显示，和/或将手术路径以增强显示(AR)或混合现实(MR)方式显示。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的手术训练用头部模型的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
进行头部扫描，获取扫描信息，扫描信息中包括病灶的形状和位置信息；
根据扫描信息进行3D打印，制作仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统、仿真血管及神经以及病灶，其中，仿真颅骨上通过3D打印标记有定位点和定位线，仿真组织、仿真脑室系统中通过3D打印标记有仿真颅骨上的定位点和定位线的投影点和投影线，定位点、投影点采用凸点、凹陷或孔的形式，定位线、投影线采用间断凸起或凹陷线的形式；
将仿真颅骨、仿真脑膜、仿真组织、仿真脑室系统、仿真血管及神经以及病灶进行组装。
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