CN114792487A - 一种触感可控的仿人体组织系统及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种触感可控的仿人体组织系统，包括驱动系统、制造模具及仿人体组织，驱动系统控制所述仿人体组织，实现触感可控；仿人体组织由硅橡胶材料制成；仿人体组织具有多个腔室且不同腔室分别充满不同浓度的磁流变液；仿人体组织包括肌肉及气管；驱动系统包括支撑结构，支撑结构的中部设置有容置槽，所述容置槽用于容置所述仿人体组织；支撑结构的两侧分别设置有电磁线圈，电磁线圈连接可编程电流源；制造模具包括多个模具，用于制备仿人体组织。应用本技术方案可实现将磁流变液充装进由硅橡胶材料制成的仿人体组织，该组织通过电流源控制，能够很好地表征出组织软硬度的无级变化以及受神经控制下的迅速变化。
Description
技术领域
本发明涉及医用人体仿生测试装置技术领域，特别是一种触感可控的仿人体组织系统及制作方法。
背景技术
仿生学是近年来发展起来的工程技术与生物科学相结合的交叉学科，仿生学的目的就是分析生物过程和结构，并把得到的分析结果用于未来的研究。人体组织是柔性的，其组织层的软硬度都是可变的，尤其是受神经控制的组织，其组织层软硬度的改变是相当迅速的。因此在医学教学中应该把这些组织在实际临床中组织层软硬度的改变考虑进去，才能营造出更加逼真的教学效果。
现有人体组织仿生技术常采用机械式的、气动式的等，这些都不能很好地表征出组织软硬度的无级变化以及受神经控制下的迅速变化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种触感可控的仿人体组织系统及制作方法，将磁流变液充装进由硅橡胶材料制成的仿人体组织，该组织通过电流源控制，能够很好地表征出组织软硬度的无级变化以及受神经控制下的迅速变化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种触感可控的仿人体组织系统，包括驱动系统、制造模具及仿人体组织，所述驱动系统控制所述仿人体组织，实现触感可控；
所述仿人体组织由硅橡胶材料制成；所述仿人体组织具有多个腔室且不同腔室分别充满不同浓度的磁流变液；所述仿人体组织包括肌肉及气管；
所述驱动系统包括支撑结构，所述支撑结构的中部设置有容置槽，所述容置槽用于容置所述仿人体组织；所述支撑结构的两侧分别设置有电磁线圈，所述电磁线圈连接可编程电流源；
所述制造模具包括多个模具，用于制备仿人体组织。
在一较佳的实施例中，所述支撑结构包括支撑架、绕线柱和保护套；所述支撑架中间设置有所述容置槽，所述容置槽的两侧分别设置有对称分布的卡槽；所述卡槽内设置有绕线柱，所述绕线柱上缠绕着所述电磁线圈。
在一较佳的实施例中，设置在支撑架两侧的电磁线圈分别为第一电磁线圈及第二电磁线圈；所述第一电磁线圈在接入可编程电流源时，第一电磁线圈的前端接正极，第一电磁线圈的后端接负极；所述第二电磁线圈在接入可编程电流源时，第二电磁线圈的前端接负极，第二电磁线圈的后端接正极。
在一较佳的实施例中，所述电磁线圈在通电状态下在仿人体组织周围产生对称分布的电磁场。
在一较佳的实施例中，所述仿人体组织内部的各腔室的组织结构是由真人CT三维重建而成；所述仿人体组织是由硅橡胶材料灌注到制造模具中凝固而成。
在一较佳的实施例中，所述制造模具是由多层模具拼接而成，具体包括外型部分及中间部分；所述外型部分包括第一模具、第二模具、第三模具及第四模具；所述第一模具、第二模具、第三模具及第四模具从上至下依次设置；所述中间部分包括下腔室模具、中部腔室模具及上腔室模具，所述下腔室模具、中部腔室模具及上腔室模具从下至上依次设置。
在一较佳的实施例中，所述上腔室模具设置于第一模具与第二模具之间，所述中部腔室模具设置于第二模具与第三模具之间，所述下腔室模具设置于第三模具与第四模具之间。
在一较佳的实施例中，所述第一模具面向所述第二模具的一面、所述第二模具面向所述第三模具的一面以及所述第三模具面向所述第四模具的一面设置有定位凸块，所述第二模具面向所述第一模具的一面、所述第三模具面向所述第二模具的一面以及所述第四模具面向所述第三模具的一面设置有定位凹槽，所述定位凸块插入所述定位凹槽内，使得所述第一模具与第二模具连接、第二模具与第三模具连接，所述第三模具与第四模具连接。
在一较佳的实施例中，所述第一模具面向所述第二模具的一面以及所述第二模具面向所述第一模具的一面分别设置有第一定位槽以及第二定位槽，所述第一定位槽与第二定位槽相对拼接形成定位槽，所述上腔室模具设置有定位块，所述定位块置于所述定位槽内，使得所述上腔室模具固定与所述第一模具与第二模具之间。
本发明还提供了一种触感可控的仿人体组织系统的制作方法，采用了上述的一种触感可控的仿人体组织系统，将搅拌均匀的硅橡胶材料倒入拼接完成的制造模具中，之后将充满硅橡胶材料的制造模具静置在真空箱中脱气处理直至仿人体组织凝固成型；仿人体组织凝固成型后将外型部分的各层模具拆卸并将中间部分折断后从各腔室中取出；将不同浓度的磁流变液分别充装进凝固成型的不同腔室中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的仿人体组织是由磁流变液和硅橡胶制成，硅橡胶内部具有多个腔室用以填充不同浓度的磁流变液，利用不同浓度磁流变液在电磁场作用下产生的软硬程度不同的特性，来模拟不同人体组织受刺激下的软硬度变化。
2.本发明的仿人体组织在整个软硬度变化的过程中可以实现无级变化且响应速度可达到毫秒级别，可以很好地还原出在受到神经控制时人体组织软硬度迅速变化的过程。
附图说明
图1为本发明优选实施例的整体结构示意图。
图2为本发明优选实施例的支撑结构俯视图。
图3为本发明优选实施例的舌头制造模具总装配图。
图4为本发明优选实施例的舌头制造模具爆炸视图。
附图标记：1-可编程电流源；2-第一电磁线圈；3-支撑架；4-第二电磁线圈；5-绕线柱；6-仿人体组织；7-保护套；8-线圈前端；9-线圈后端；10-舌头制造模具；11-第一模具；12-第二模具；13-第三模具；14-第四模具；15-下纵肌腔室模具；16-舌横肌腔室模具；17-上纵肌腔室模具；18-外型部分；19-中间部分。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种触感可控的仿人体组织系统，参考图1至4，包括驱动系统、制造模具10及仿人体组织6，所述驱动系统控制所述仿人体组织6，实现触感可控；所述仿人体组织6由硅橡胶材料制成；所述仿人体组织6具有多个腔室且不同腔室分别充满不同浓度的磁流变液；所述仿人体组织6包括肌肉及气管。
所述驱动系统包括支撑结构，所述支撑结构的中部设置有容置槽，所述容置槽用于容置所述仿人体组织6；所述支撑结构的两侧分别设置有电磁线圈，所述电磁线圈连接可编程电流源1；所述制造模具10包括多个模具，用于制备仿人体组织6。
所述支撑结构包括支撑架3、绕线柱5和保护套7；所述支撑架3中间设置有所述容置槽，所述容置槽用于容置仿人体组织6，所述容置槽的两侧分别设置有对称分布的卡槽；所述卡槽内设置有绕线柱5，所述绕线柱5上缠绕着所述电磁线圈。绕线柱5插装在支撑架3两侧卡槽上，在安装电磁线圈时人为拆卸绕线柱5，之后进行电磁线圈安装，整个拆卸过程方便快捷。
设置在支撑架3两侧的电磁线圈分别为第一电磁线圈2及第二电磁线圈4；所述第一电磁线圈2在接入可编程电流源1时，第一电磁线圈2的前端8接正极，第一电磁线圈2的后端9接负极；所述第二电磁线圈4在接入可编程电流源1时，第二电磁线圈4的前端接负极，第二电磁线圈4的后端接正极。
所述电磁线圈在通电状态下在仿人体组织6周围产生对称分布的电磁场。
所述仿人体组织6内部的各腔室的组织结构是由真人CT三维重建而成；所述仿人体组织6是由硅橡胶材料灌注到制造模具10中凝固而成。
所述制造模具10是由多层模具拼接而成，具体包括外型部分18及中间部分19；所述外型部分18包括第一模具11、第二模具12、第三模具13及第四模具14；所述第一模具11、第二模具12、第三模具13及第四模具14从上至下依次设置；所述中间部分19包括下腔室模具、中部腔室模具及上腔室模具，所述下腔室模具、中部腔室模具及上腔室模具从下至上依次设置。
所述上腔室模具设置于第一模具11与第二模具12之间，所述中部腔室模具设置于第二模具12与第三模具13之间，所述下腔室模具设置于第三模具13与第四模具14之间。
所述第一模具11面向所述第二模具12的一面、所述第二模具12面向所述第三模具13的一面以及所述第三模具13面向所述第四模具14的一面设置有定位凸块，所述第二模具12面向所述第一模具11的一面、所述第三模具13面向所述第二模具12的一面以及所述第四模具14面向所述第三模具13的一面设置有定位凹槽，所述定位凸块插入所述定位凹槽内，使得所述第一模具11与第二模具12连接、第二模具12与第三模具13连接，所述第三模具13与第四模具14连接。
所述第一模具11面向所述第二模具12的一面以及所述第二模具12面向所述第一模具11的一面分别设置有第一定位槽以及第二定位槽，所述第一定位槽与第二定位槽相对拼接形成定位槽，所述上腔室模具设置有定位块，所述定位块置于所述定位槽内，使得所述上腔室模具固定与所述第一模具11与第二模具12之间；所述中部腔室模具同样设置有定位块，所述定位块设置于由第二模具12和第三模具13组合形成的定位槽内，使得所述中部腔室模具固定于所述第二模具12和第三模具13之间；同理，下腔室模具也设置有定位块，所述定位块设置于由第三模具13和第四模具14组合形成的定位槽内，使得所述中部腔室模具固定于所述第三模具13和第四模具14之间。
本发明还提供了一种触感可控的仿人体组织系统的制作方法，采用了上述的一种触感可控的仿人体组织系统，将搅拌均匀的硅橡胶材料倒入拼接完成的制造模具10中，之后将充满硅橡胶材料的制造模具10静置在真空箱中脱气处理直至仿人体组织6凝固成型；仿人体组织6凝固成型后将外型部分18的各层模具拆卸并将中间部分19折断后从各腔室中取出；将不同浓度的磁流变液分别充装进凝固成型的不同腔室中。
如图3所示，所述仿人体组织6的制备是以仿人体舌头为例，图中，舌头内部的各腔室的组织结构是由真人CT三维重建而成，根据重建的组织结构绘制出舌头制造模具10；舌头制造模具10包括外型部分18和中间部分19，其中外型部分18分割成可拼接的四个部分，分别是第一模具11、第二模具12、第三模具13、第四模具14，而中间部分19分割成下纵肌腔室模具15、舌横肌腔室模具16、上纵肌腔室模具17；将搅拌均匀的硅橡胶材料倒入拼接完成的舌头制造模具10中，之后将充满硅橡胶材料的舌头制造模具10静置在真空箱中脱气处理直至仿舌头组织凝固成型；等仿舌头组织凝固成型后将外型部分18各层模具拆卸并将中间部分19折断后从各腔室中取出；将不同浓度的磁流变液分别充装进凝固成型的不同腔室中，用以模拟上纵肌、舌横肌、下纵肌，从而完整地制造出仿舌头组织。
本发明的仿人体组织6是由磁流变液和硅橡胶制成，硅橡胶内部具有多个腔室用以填充不同浓度的磁流变液，利用不同浓度磁流变液在电磁场作用下产生的软硬程度不同的特性，来模拟不同人体组织受刺激下的软硬度变化。本发明的仿人体组织6在整个软硬度变化的过程中可以实现无级变化且响应速度可达到毫秒级别，可以很好地还原出在受到神经控制时人体组织软硬度迅速变化的过程。
Claims (10)
1.一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于：包括驱动系统、制造模具及仿人体组织，所述驱动系统控制所述仿人体组织，实现触感可控；
所述仿人体组织由硅橡胶材料制成；所述仿人体组织具有多个腔室且不同腔室分别充满不同浓度的磁流变液；所述仿人体组织包括肌肉及气管；
所述驱动系统包括支撑结构，所述支撑结构的中部设置有容置槽，所述容置槽用于容置所述仿人体组织；所述支撑结构的两侧分别设置有电磁线圈，所述电磁线圈连接可编程电流源；
所述制造模具包括多个模具，用于制备仿人体组织。
2.根据权利要求1所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于：所述支撑结构包括支撑架、绕线柱和保护套；所述支撑架中间设置有所述容置槽，所述容置槽的两侧分别设置有对称分布的卡槽；所述卡槽内设置有绕线柱，所述绕线柱上缠绕着所述电磁线圈。
3.根据权利要求2所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于：设置在支撑架两侧的电磁线圈分别为第一电磁线圈及第二电磁线圈；所述第一电磁线圈在接入可编程电流源时，第一电磁线圈的前端接正极，第一电磁线圈的后端接负极；所述第二电磁线圈在接入可编程电流源时，第二电磁线圈的前端接负极，第二电磁线圈的后端接正极。
4.根据权利要求3所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于：所述电磁线圈在通电状态下在仿人体组织周围产生对称分布的电磁场。
5.根据权利要求1所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于：所述仿人体组织内部的各腔室的组织结构是由真人CT三维重建而成；所述仿人体组织是由硅橡胶材料灌注到制造模具中凝固而成。
6.根据权利要求5所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于：所述制造模具是由多层模具拼接而成，具体包括外型部分及中间部分；所述外型部分包括第一模具、第二模具、第三模具及第四模具；所述第一模具、第二模具、第三模具及第四模具从上至下依次设置；所述中间部分包括下腔室模具、中部腔室模具及上腔室模具，所述下腔室模具、中部腔室模具及上腔室模具从下至上依次设置。
7.根据权利要求6所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于，所述上腔室模具设置于第一模具与第二模具之间，所述中部腔室模具设置于第二模具与第三模具之间，所述下腔室模具设置于第三模具与第四模具之间。
8.根据权利要求7所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于，所述第一模具面向所述第二模具的一面、所述第二模具面向所述第三模具的一面以及所述第三模具面向所述第四模具的一面设置有定位凸块，所述第二模具面向所述第一模具的一面、所述第三模具面向所述第二模具的一面以及所述第四模具面向所述第三模具的一面设置有定位凹槽，所述定位凸块插入所述定位凹槽内，使得所述第一模具与第二模具连接、第二模具与第三模具连接，所述第三模具与第四模具连接。
9.根据权利要求8所述的一种触感可控的仿人体组织系统，其特征在于，所述第一模具面向所述第二模具的一面以及所述第二模具面向所述第一模具的一面分别设置有第一定位槽以及第二定位槽，所述第一定位槽与第二定位槽相对拼接形成定位槽，所述上腔室模具设置有定位块，所述定位块置于所述定位槽内，使得所述上腔室模具固定与所述第一模具与第二模具之间。
10.一种触感可控的仿人体组织系统的制作方法，其特征在于采用了上述权利要求9所述一种触感可控的仿人体组织系统，将搅拌均匀的硅橡胶材料倒入拼接完成的制造模具中，之后将充满硅橡胶材料的制造模具静置在真空箱中脱气处理直至仿人体组织凝固成型；仿人体组织凝固成型后将外型部分的各层模具拆卸并将中间部分折断后从各腔室中取出；将不同浓度的磁流变液分别充装进凝固成型的不同腔室中。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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