CN115440117A - 一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法，包括颅骨模型、脑组织模型、头面部软组织模型和血管模型；颅骨模型一侧壁去骨瓣，且颅骨模型顶壁开设有开口；脑组织模型由两个相连的脑半球模型组成，两个脑半球模型分别位于颅骨模型内两侧；头面部软组织模型包裹在颅骨模型外；血管模型可拆卸地内嵌安装在脑组织模型内。本发明提供的显微脑血管搭桥手术训练模型仿真度高，制作成本低，而且可以根据患者医学影像数据及具体手术方案个体化定制。

Description

一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及医疗教学领域，特别是涉及一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法。

背景技术

脑血管搭桥手术是一种重要的神经外科手术，可以在治疗某些疾病时增强或恢复脑血液循环，例如烟雾病、巨大或复杂动脉瘤和颅底肿瘤等，目前尚无有效的替代方法。作为最复杂和最具挑战性的神经外科手术之一，脑血管搭桥手术需要专门的显微外科技术培训，通常在对患者进行手术之前，需要在实验室使用专门的训练模型先进行培训或模拟操作。

目前，脑血管搭桥手术训练通常使用的模型，是只模拟脑血管的普通仿真血管模型，其不能让受训者在比较真实的模拟环境下进行训练，训练效果不佳，而且现有的仿真血管模型都是采用模具进行标准化生产，无法做到个性化制备，不能反应个体化患者的真实情况，导致训练精准度不够高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有训练模型存在的使用过程中训练效果不佳，训练精准度不够高的问题，提供了一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法，该显微脑血管搭桥手术训练模型与人体颅脑结构相同，仿真度高，其内部安装血管模型，可使受训者在较真实的脑血管搭桥手术环境下训练，而且可以根据患者医学影像数据及具体手术方案个体化定制。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种显微脑血管搭桥手术训练模型，包括颅骨模型、脑组织模型、头面部软组织模型和血管模型；所述颅骨模型一侧壁去骨瓣，且颅骨模型顶壁开设有开口；所述脑组织模型由两个相连的脑半球模型组成，两个所述脑半球模型分别位于颅骨模型内两侧；所述头面部软组织模型包裹在颅骨模型外；所述血管模型可拆卸地内嵌安装在脑组织模型内。

优选地，所述颅骨模型的内腔的形状大小与脑组织模型的形状大小相适应。

优选地，所述头面部软组织模型内壁与颅骨模型外壁贴合。

优选地，所述头面部软组织模型顶壁开设有与颅骨模型开口上下位置对应的开孔。

优选地，所述开孔和开口的形状均为椭圆形，且开孔的尺寸小于开口的尺寸。

一种显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，包括以下步骤：

1)构建虚拟模型：采集患者头颅的头面部软组织、颅骨、脑组织、血管及动脉瘤的医学影像数据，并以DICOM格式导入三维重建软件，构建头面部软组织、颅骨、脑组织、血管及动脉瘤的虚拟模型；

2)虚拟模型处理：使用三维重建软件对步骤1)获得的颅骨虚拟模型进行去骨瓣开孔，使用三维重建软件对步骤1)获得的脑组织虚拟模型进行偏置(offset)，得到脑组织虚拟模型偏置后的外壳，再将该外壳对半分为两半，制作成两个脑半球模具的虚拟模型；

3)制作头面部软组织模型和颅骨模型：将步骤1)获得的头面部软组织虚拟模型和步骤2)获得的去骨瓣开孔后的颅骨虚拟模型输出至3D打印机打印出头面部软组织模型和颅骨模型；

4)制作脑组织模型：先将步骤2)获得的两个脑半球模具的虚拟模型输出至3D打印机以柔性材料打印出两个脑半球模具，然后在两个脑半球模具内表面涂抹脱模材料，并将人体硅胶导入两个脑半球模具内，再将两个脑半球模具模型拼接合并固定，最后待装入的人体硅胶材固化后，拆开两个脑半球模具，即可得到脑组织模型；

5)选用血管模型：根据步骤1)获得的血管及动脉瘤的虚拟模型，选用合适直径的高仿真湿性显微外科训练血管模型；

6)装配模型：先将脑组织模型从颅骨模型的开口装入颅骨模型内，然后在颅骨模型外套上头面部软组织模型，最后将高仿真湿性显微外科训练血管模型可拆卸地内嵌安装在脑组织模型内。

优选地，步骤4)中涂抹的脱模材料为凡士林。

优选地，步骤3)中3D打印所述头面部软组织模型所用的材料为软质材料，3D打印所述颅骨模型所用的材料为硬质材料；步骤4)中3D打印两个所述脑半球模具所用的材料为柔性材料。

优选地，步骤1)中采集医学影像数据的方式是，通过CT血管造影(CTA)扫描，扫描方向为从足向头，扫描范围从膈顶至颅顶。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1.本发明提供的显微脑血管搭桥手术训练模型，由颅骨模型、脑组织模型、头面部软组织模型和血管模型装配而成，具体的，脑组织模型由两个相连的脑半球模型组成，两个脑半球模型通过颅骨模型顶壁的开口放入颅骨模型内两侧，头面部软组织模型包裹在颅骨模型外；血管模型可拆卸地内嵌安装在脑组织模型内。由于采用上述设置，与现有技术中的普通仿真血管模型相比，本发明与人体颅脑结构相同，仿真度高，其内部安装血管模型，可使受训者在较真实的脑血管搭桥手术环境下训练，提高训练效果。

2.本发明所提供的一种显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，是通过采集患者医学影像数据数据构建颅骨模型、脑组织模型、头面部软组织模型和血管模型的虚拟模型，再以3D打印的方式制作而成，与现有技术中标准化生产制成的普通仿真血管模型相比，本发明的显微脑血管搭桥手术训练模型可以根据患者医学影像数据及具体手术方案个体化定制，提高训练精准度。

3.本发明的脑组织模型是使用三维重建软件偏置脑组织虚拟模型制成脑组织模具，再向脑组织模具灌注人体硅胶脱模制成，使得获得的脑组织模型精确度和仿真度更高。

4.本发明的血管模型可拆卸地内嵌安装在脑组织模型内，从而能够根据实际培训需求组配不同直径和长度的高仿真湿性显微外科训练血管模型，使用灵活、方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的显微脑血管搭桥手术训练模型的整体示意图；

图2是图1中头面部软组织模型隐藏状态下整体示意图；

图3是颅骨模型的立体图；

图4是头面部软组织模型的立体图；

图5是脑组织模型的立体图；

图6是脑组织模具的立体图；

图7是本发明使用状态下的连接示意图。

附图中，1、颅骨模型；11、开口；2、脑组织模型；3、头面部软组织模型；31、开孔；4、血管模型。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法，该显微脑血管搭桥手术训练模型仿真度高，制作成本低，而且可以根据患者医学影像数据及具体手术方案个体化定制。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图7，在具体实施方式中，本发明提供的一种显微脑血管搭桥手术训练模型，包括颅骨模型1、脑组织模型2、头面部软组织模型3和血管模型4；其中，在颅骨模型1一侧壁去骨瓣以提高仿真度，颅骨模型1顶壁开设有用于放入脑组织模型2的开口11；脑组织模型2由两个相连的脑半球模型组成，两个脑半球模型可从上述开口11放入颅骨模型1内且分别位于颅骨模型1内两侧，颅骨模型1的内腔的形状大小最好与脑组织模型2的形状大小相适应；另外，头面部软组织模型3包裹在颅骨模型1外，且面部软组织模型内壁与颅骨模型1外壁贴合；血管模型4可拆卸地内嵌安装在脑组织模型2内。

在上述实施例的基础上，还可以在头面部软组织模型3顶壁开设有与颅骨模型1开口11上下位置对应的开孔31，颅骨模型1套上头面部软组织模型3后，可直接从开孔31放入脑组织模型2，不需要拆下头面部软组织模型3，使用方便。

进一步地，可以将开孔31和开口11的形状均设置均为椭圆形，且开孔31的尺寸小于开口11的尺寸，脑组织模型2尺寸略且小于开孔31尺寸，防止脑组织模型2从颅骨模型1内腔脱落。

本发明提供的一种显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，包括以下步骤：

1)构建虚拟模型：通过CT血管造影(CTA)扫描采集患者头颅的头面部软组织、颅骨、脑组织、血管及动脉瘤的医学影像数据，具体的，使用CT探测器准直：2.0mm×192.0mm

×0.6mm；旋转时间：0.25s；螺距3.2；管电压和管电流均采用自动调节技术。采用大螺距前瞻性心电门控扫描模式，扫描方向为从足向头，扫描范围从膈顶至颅顶(心脏+头颈部)。心率≤65次/min，扫描时采用舒张期成像，即RR间期的55％；心率

＞65次/min，采用收缩期成像，即RR间期的30％。对比剂使用碘海醇，总量50ml，双筒高压注射器，流率4.5ml/s，经肘静脉注射，在升主动脉根部设置感兴趣区[阈值为100Housfield unit(HU)]，峰值时间延迟8s开始扫描。

2)采集到的患者头颅CT血管造影(CTA)医学影像数据，以DICOM格式导入三维重建软件，根据特定患者CTA医学影像数据的解剖学影像特征、参数，分别对头面部软组织、颅骨、大脑及血管进行阈值分割及三维重建，构建头面部软组织、颅骨、脑组织、血管的虚拟模型。

3)虚拟模型处理：使用三维重建软件对步骤1)获得的颅骨虚拟模型进行去骨瓣开孔31，具体的，在颅骨虚拟模型的一侧壁去骨瓣，在颅骨虚拟模型的顶壁开孔31。

4)使用三维重建软件对步骤1)获得的脑组织虚拟模型进行偏置(offset)操作，这样就得到脑组织虚拟模型偏置后的外壳，该外壳的内壁与真实脑组织表面的轮廓和沟壑完全一样，然后将该外壳对半分为两半，制作成两个脑半球模具的虚拟模型。

5)制作头面部软组织模型3和颅骨模型1：将步骤1)获得的头面部软组织虚拟模型和步骤2)获得的去骨瓣开孔31后的颅骨虚拟模型输出至3D打印机打印出头面部软组织模型3和颅骨模型1。其中，3D打印头面部软组织模型3所用的材料最好为软质材料(比如树脂)，3D打印颅骨模型1所用的材料最好为硬质材料(比如金属或石膏粉)，硬质材料进行3D打印可以保持颅骨模型1的稳固性，避免发生变形致使脑组织轮廓出现误差。

6)制作脑组织模型2：先将步骤2)获得的两个脑半球模具的虚拟模型输出至3D打印机以柔性材料(比如聚酯)打印出两个脑半球模具，然后将凡士林等脱模材料涂抹至脑半球模具内表面，将放入色素调配成人体脑组织颜色的液态人体硅胶导入脑半球模具内，再将两个脑半球模具模型拼接合并固定，最后待装入的人体硅胶材固化后，拆开两个脑半球模具，即可得到脑组织模型2。

7)选用血管模型4：根据步骤1)获得的血管及动脉瘤的虚拟模型，选用合适直径的高仿真湿性显微外科训练血管模型4以吻合临床显微外科血管训练需求；具体的，可以是直径为1.0mm/1.5mm/2.0mm/3.0mm/4.0mm的高仿真湿性显微外科训练血管模型4，其用于模拟大脑中动脉、颞浅动脉(图7中的虚线部分)并按实际解剖位置安装。

8)装配模型：先将脑组织模型2从颅骨模型1的开口11装入颅骨模型1内，然后在颅骨模型1外套上头面部软组织模型3，最后将高仿真湿性显微外科训练血管模型4通过过盈插接的方式可拆卸地内嵌安装在脑组织模型2内。

本发明的显微脑血管搭桥手术训练模型的使用方法如下：

将脑组织模型2的通过颅骨模型1顶壁的开口放入颅骨模型1内，头面部软组织模型包裹在颅骨模型1外，颅骨模型4内嵌安装在脑组织模型2内，按上述步骤装配好模型后，再根据脑组织模型2内的高仿真湿性显微外科训练血管模型4的直径，使用规格相适配的输液管接头连接湿性显微外科训练血管模型4及输液管；然后根据训练需要，以颜料与输液袋内溶剂配成红色或蓝色模拟动脉或静脉血液，最后即可进行血管搭桥手术训练。

以上对本发明所提供的一种显微脑血管搭桥手术训练模型及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种显微脑血管搭桥手术训练模型，其特征在于：包括颅骨模型(1)、脑组织模型(2)、头面部软组织模型(3)和血管模型(4)；所述颅骨模型(1)一侧壁去骨瓣，且颅骨模型(1)顶壁开设有开口(11)；所述脑组织模型(2)由两个相连的脑半球模型组成，两个所述脑半球模型分别位于颅骨模型(1)内两侧；所述头面部软组织模型(3)包裹在颅骨模型(1)外；所述血管模型(4)可拆卸地内嵌安装在脑组织模型(2)内。

2.如权利要求1所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型，其特征在于：所述颅骨模型(1)的内腔的形状大小与脑组织模型(2)的形状大小相适应。

3.如权利要求1所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型，其特征在于：所述头面部软组织模型(3)内壁与颅骨模型(1)外壁贴合。

4.如权利要求1所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型，其特征在于：所述头面部软组织模型(3)顶壁开设有与颅骨模型(1)开口(11)上下位置对应的开孔(31)。

5.如权利要求4所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型，其特征在于：所述开孔(31)和开口(11)的形状均为椭圆形，且开孔(31)的尺寸小于开口(11)的尺寸。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建虚拟模型：采集患者头颅的头面部软组织、颅骨、脑组织、血管及动脉瘤的医学影像数据，并以DICOM格式导入三维重建软件，构建头面部软组织、颅骨、脑组织、血管及动脉瘤的虚拟模型；

2)虚拟模型处理：使用三维重建软件对步骤1)获得的颅骨虚拟模型进行去骨瓣开孔(31)，使用三维重建软件对步骤1)获得的脑组织虚拟模型进行偏置，得到脑组织虚拟模型偏置后的外壳，再将该外壳对半分为两半，制作成两个脑半球模具的虚拟模型；

3)制作头面部软组织模型(3)和颅骨模型(1)：将步骤1)获得的头面部软组织虚拟模型和步骤2)获得的去骨瓣开孔(31)后的颅骨虚拟模型输出至3D打印机打印出头面部软组织模型(3)和颅骨模型(1)；

4)制作脑组织模型(2)：先将步骤2)获得的两个脑半球模具的虚拟模型输出至3D打印机以柔性材料打印出两个脑半球模具，然后在两个脑半球模具内表面涂抹脱模材料，并将人体硅胶导入两个脑半球模具内，再将两个脑半球模具模型拼接合并固定，最后待装入的人体硅胶材固化后，拆开两个脑半球模具，即可得到脑组织模型(2)；

5)选用血管模型(4)：根据步骤1)获得的血管及动脉瘤的虚拟模型，选用合适直径的高仿真湿性显微外科训练血管模型(4)；

6)装配模型：先将脑组织模型(2)从颅骨模型(1)的开口(11)装入颅骨模型(1)内，然后在颅骨模型(1)外套上头面部软组织模型(3)，最后将高仿真湿性显微外科训练血管模型(4)可拆卸地内嵌安装在脑组织模型(2)内。

7.如权利要求6所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，其特征在于：步骤4)中涂抹的脱模材料为凡士林。

8.如权利要求6所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，其特征在于：步骤3)中3D打印所述头面部软组织模型(3)所用的材料为软质材料，3D打印所述颅骨模型(1)所用的材料为硬质材料；步骤4)中3D打印两个所述脑半球模具所用的材料为柔性材料。

9.如权利要求6所述的一种显微脑血管搭桥手术训练模型的制作方法，其特征在于：步骤1)中采集医学影像数据的方式是，通过CT血管造影(CTA)扫描，扫描方向为从足向头，扫描范围从膈顶至颅顶。

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