CN114981857A - 用于医学开颅技术训练的大鼠生物模型 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于开颅训练的实验室大鼠替代模型。在这种情况下，本发明提供了一种用于医学开颅技术训练的大鼠生物模型，其包括与大鼠类似的具有四条腿(21)、尾巴(22)的身体(2)和头部(1)，其中身体(2)和头部(1)可以装配在一起(3)，并且其中头部(1)包括坚硬的颅骨。
Description
技术领域
本发明涉及一种动物模拟模型。更具体地说，本发明涉及一种用于大鼠开颅技术能力的动物模拟生物模型。
背景技术
在研究中使用不同的动物物种是科学界几个世纪以来一直采用的做法。但是，实验动物科学直到20世纪50年代才成为一个专业领域。从这个意义上说，科学研究一直使用啮齿类动物作为模型，因为它们的生理和遗传特征与人类的相似。
褐家鼠(Rattus norvegicus)因其在各种气候下的适应性和生存能力尤其被广泛用于动物研究。这种动物还易于管理，并且具有很强的繁殖能力，这是科学界非常感兴趣的。
因此，大鼠(Rattus norvegicus)是一种广泛用于生物医学课程的研究和实践课的实验动物，尤其广泛用于神经科学的实验研究、以及诸如开颅术等外科技术的训练。
开颅术是在恢复性神经外科手术以及神经疾病、损伤、肿瘤、动脉瘤、骨折的实验研究中进行的。在将大鼠用作豚鼠的手术中，如果操作者经验不足，那么会有很大的风险对动物的大脑造成损伤，对动物造成不可逆的伤害甚至死亡。
为此，利用模拟动物外貌的人工模型训练这种技术是一种应受到鼓励的手段，以至少减少这些动物在实验过程中遭受的痛苦。
这种训练已经成为动物口服给药和静脉采血实践的现实。在这些情况下，产生动物的人工复制品(生物模型)，使得技术人员能够在模型上练习这些技术，然后再在真实的动物上练习。但是，大鼠开颅训练的替代模型还未广为人知。
例如，Bioseblab公司在其网站(https://www.bioseblab.com/en/experimental-models/583-rat-training-simulat or.html)上销售一种称为“大鼠训练模拟器--BIO-RAT”的产品，该产品基本上是一种用于学习必要的操作技能和过程能力而无需使用活体动物的模型。
所销售的模型包括具有真实动物的质感的皮肤、旋转的头部、用于操作的柔性身体、来自动物的尾巴的可见血管、可移除的尾巴、以及血液储存器。因此，该模型能够令人满意地用于实践大鼠静脉物质收集技术。
Erler-Zimmer公司在其网站(https://www.erler-zimmer.de/shop/en/veterinary/miscellaneous/10440/mimol ette-lab-rat)上销售Mimolette Lab Rat产品，该产品是一种人体模型，其具有以终止使用活鼠进行气管插管、心脏穿刺和隐静脉采血训练的做法为目的的特征。
另一方面，Braintree在其网站(https://www.braintreesci.com/prodinfo.asp？number＝CU RVET)上提供CurVet大鼠训练模拟器产品，该产品包括适合于通过大多数常规途径进行的注射、微芯片识别植入、处理和约束、口服给药的训练的逼真皮肤、以及对于采血、静脉给药和柔性导管的插入很理想的侧尾静脉。
标题为《三维打印：在医学和肝外科中的应用的综述》的论文(姚等人，2016)介绍了3D打印(三维打印-3DP)方法在医疗领域中的应用，例如作为教育工具、训练工具或术前规划工具。该论文示出了应用3DP制作用于教学目的的解剖结构、器官或组织的模型的例子，使用这些模型逼真地展示这些解剖结构、器官或组织。
该论文还突出了Costello等人使用3DP打印高保真心脏模型并在29名医科学生的教学中实施的研究。Costello等人发现，通过应用这些模型，学生在知识获取和结构概念化方面取得了显著的进步。根据该论文，这种创新性的基于模拟的教育方法能够创造新的机会来激发学生在不同领域中的兴趣。
因此，该研究虽然不是专门针对用于训练外科干预实践的大鼠模型，但却清晰地表明了这种实践对科学的重要性。
另一方面，标题为“新型ABS基材料的3D打印拉伸试样的断面分析”的论文(Perez,A.R.T.；Roberson,D.A.；Wicker,R.B.，2014)探索了添加增强材料对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的机械特性的影响，以试图产生用于3DP的具有改进的物理特性的材料。根据该论文，用于3DP材料挤出的两种最常用的材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚乳酸(PLA)，这是因为它们具有尺寸稳定性和很低的玻璃化转变温度。
从上文能够清楚地看出，在当前的技术状态下已经被广泛认可的是，使用生物模型来进行通常在活体豚鼠上进行的训练过程是一种应该被赞同的做法。
尤其是关于将大鼠用作豚鼠(这是本文所述的发明的焦点)，人们普遍认为，应该避免一些由没有经验的技术人员的错误操作给它们造成的疼痛和损伤，使这些动物至少少受一些它们在各种实验中所遭受的痛苦。
但是，目前，大鼠生物模型(人造大鼠)是由硅树脂制成的，具有逼真的皮肤、气管、胃和喉咙。因此，目前的模型仅对于诸如用移液管给动物口服给药、向尾部进行静脉注射以及向喉咙中插入饲管等实际过程是高效的。
因此，虽然现有技术包括旨在训练内科和外科技术的大鼠生物模型，但是还未发现达到本发明的具体目的的大鼠生物模型，即，支持训练内科开颅技术的大鼠生物模型。
如下文中所进一步详述，本发明旨在以实用且高效的方式解决上述现有技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于医学开颅技术训练的大鼠生物模型。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于开颅技术训练的大鼠模型。该大鼠模型包括具有四条腿和尾巴的身体、以及头部，该身体和头部与大鼠的身体和头部类似，其中所述身体和所述头部是可相互连接的，并且所述头部包括坚硬的颅骨。
附图说明
下文中给出的详细说明是参照附图及其各自的附图标记做出的。
图1示出了本发明的大鼠生物模型，其中突出了头部和身体；
图2示出了本发明的大鼠生物模型的示意图，其中头部嵌入在身体内；
图3示出了本发明的大鼠生物模型的头部的后视图；
图4示出了本发明的大鼠生物模型的头部的俯视图。
具体实施方式
首先，要强调的是，下面的说明将从本发明的一个优选实施例开始。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于这种特定的实现。
如上文所述，本发明的大鼠模型是为了在开颅术训练中代替大鼠而开发的，以提高研究人员的技术，并由此减少用于需要访问大脑的研究的大鼠的数量。
图1示出了本发明的大鼠生物模型，其中突出了头部1和身体2。在图2中能更好地观察到头部1与身体2的装配3。
更广泛地说，本发明提供了一种用于训练医学开颅技术的大鼠模型，该大鼠模型包括具有四条腿21和尾巴22的身体2、以及头部1，所述身体2和头部1与大鼠的身体和头部类似。本发明的使得所述生物模型独特并适用于训练开颅技术的要素在于，身体2和头部1是可装配的3，其中头部1包括坚硬的颅骨。
优选地，所述生物模型的身体2由较柔韧的材料制成，例如由硅树脂制成，其中身体2的外部具有与真实的大鼠身体2的质地类似的质地。
可选地，所述生物模型的身体2可以设有在解剖学上与真实的大鼠类似的元件(例如咽、喉、气管、胃和尾静脉22)，并且这些元件允许模拟各种过程，例如用移液管给动物口服给药、向尾部22进行静脉注射、以及向喉咙内插入饲管。因此，所述生物模型既可用于开颅手术，也可用于训练所强调的其它技术。
图3和图4示出了本发明的大鼠生物模型的头部1的后视图和俯视图。在这些附图中能够看到，坚硬的颅骨填充有凝胶状物质10(优选是红色的)，该物质10的质地类似于动物的大脑。由此，采用这种可选的配置，训练体验变得更加真实。
优选地，所述生物模型是通过3D打印技术制造的，该技术已被证明对于再现各种物体非常精确和逼真。为了对3D打印进行建模，可以使用软件Blender(免费软件)，其中模型可以基于制成标本的成年雄性大鼠的颅骨结构。
在这种可选的配置中，颅骨的平均测量尺寸为4.5厘米总长、3.0厘米下颌长度，1.2厘米宽度和2毫米厚度。但是，这些测量尺寸是可以变化的，因此这不代表对本发明的范围的限制。
可选地，所述坚硬的颅骨是使用乳白色的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)单丝制造的。具体的原型中的这种细丝的选择是基于与骨材料的电阻的相近性。同时，该特征仅是可选的，也可以使用其它材料。
为了允许用户在切割期间直观地观察对大脑的接近度，3D颅骨框架可以构造成具有与成年大鼠颅骨的厚度类似的厚度。这样的厚度例如可以是0.5毫米。
此外，可以用模拟大脑的凝胶状材料10(PVA基质、硼酸钠和食用色素)填充颅骨。在这种配置中，若用户在其训练中使用的技术超过了预期的限度，则颅骨填充材料会泄漏，以向用户表明其可能已经刺穿了动物的颅骨。
为了提供更好的效果并使模型更逼真，可选地可以使用填充模型的颅骨(大脑)的相同凝胶状材料制作眼睛的模型，并且可以涂为红色。
此外，所述生物模型可以包括触须，该触须例如是用白色缝纫线制成的，并用白色胶水粘在模型的鼻子上。显然，触须可以按不同的方式制造，因此这不代表对本发明的范围的限制。
需要说明的是，头部1是单独制造的，允许对其进行装配3和移除，这便于更换在操作过程中使用的头部1，从而使身体2可重复使用。通过这种方式，在训练和使用模型颅骨后，只需更换头部1，就可以无数次重复使用身体2。因此，本发明是非常有利的，因为它减少了代表着整体模型替换的材料和资金的浪费。
应说明的是，身体2和头部1之间的装配3的形式可以变化，因此可以采用任何形式的装配3。还可以在这些元件之间采用某些锁定元件，例如螺钉、磁体等。因此，装配形式3的选择不代表对本发明的范围的限制。
可选地，还提供了一种配置，其中颅骨内部包括可成型的疏水性半透明硅树脂膜。这种膜有助于模拟硬脑膜，硬脑膜是围绕真实的大脑的三层脑膜中的最外面的一层。
可选地，还提供了一种配置，其中应变计型传感器连接至软件，用于用户监测颅骨剖面深度和在训练期间施加至模拟器的应力。在这种配置中，用户会被实时地告知其是否正在以正确的方式执行所练习的技术，或者是否应该做出任何类型的适应(力/压力或深度)。
因此，基于本报告中的说明，本发明的大鼠模型以有效的方式达到了其提出的目标，即，提供一种用于在需要进行开颅手术的神经科学项目的实验阶段中进行训练的动物的替代模型。
所述生物模型可用于训练学习开颅术的研究人员和研究生，并作为在该过程的训练中使用动物的替代方案。
可选地，所述生物模型可以成套出售，包括五个头部1(或所需数量的头部)和由ABS材料通过3D打印制成的身体2。此外，头部1可以单独出售，从而降低购买这些训练工具的成本。
影响本申请的保护范围的许多变化是允许的。因此，要强调的是，本发明不限于上述的特定配置/具体化。
Claims (7)
1.一种用于训练医学开颅技术的大鼠模型，包括具有四条腿(21)和尾巴(22)的身体(2)以及头部(1)，所述身体(2)和头部(1)与大鼠的身体和头部类似，其特征在于，所述身体(2)和所述头部(1)是可附接的(3)，其中所述头部(1)包括坚硬的颅骨。
2.根据权利要求1所述的大鼠生物模型，其特征在于，所述坚硬的颅骨填充有红色凝胶状材料(10)。
3.根据权利要求1或2所述的大鼠生物模型，其特征在于，所述生物模型是通过3D打印技术制造的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的大鼠生物模型，其特征在于，所述坚硬的颅骨是使用乳白色的ABS单丝制造的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的大鼠生物模型，其特征在于，所述生物模型的身体(2)是由硅树脂制成的，并且设有在解剖学上与真实的大鼠类似的元件，例如咽、喉、气管、胃和尾静脉(22)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的大鼠生物模型，其特征在于，所述颅骨在内部包括半透明的疏水性可成型硅树脂膜。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的大鼠生物模型，其特征在于，所述大鼠生物模型包括应变计型传感器，该应变计型传感器适于测量颅骨部分的深度以及施加至颅骨的应力。
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