CN117400558A - 具有弹性管道的假体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有弹性管道的假体及其制造方法，制造方法包含：根据器官的三维影像，制作第一组织模具与具有弹性的第二组织模具；在该第一组织模具表面披覆第一假组织材料，制作具有封闭端且具有弹性的第一假组织；将该第一假组织正确定位于该第二组织模具中；将凝胶状的第二假组织材料注入第二组织模具中，包覆该第一假组织；使该第一假组织的内部具备第一压力值；对该第二假组织材料施予负压除泡步骤；对该第二假组织材料施予冷冻解冻步骤，以成型为第二假组织，在该冷冻解冻步骤中的解冻过程中，是对该第一假组织的内部重复施予降压增压步骤，该降压增压步骤在该第一压力值以下执行；卸除该第二组织模具，完成具有弹性管道的假体的制造。
Description
技术领域
本发明是有关于一种具有弹性管道的假体及其制造方法，特别是涉及一种包含具有弹性的空心假血管与假脏器本体的假体及其制造方法，其中空心假血管具备弹性，可用于仿真具有血压的血管。
背景技术
中国发明专利公告CN105719550B号，公开一种肿瘤切除手术练习模型及其制造方法，其中肿瘤切除手术练习模型的制造方法包括如下步骤：步骤一：采集患者的CT图像或MR图像并进行立体重建；步骤二：获取手术器官立体模型；步骤三：对手术器官立体模型进行空心化处理；步骤四：获取手术器官内部的肿瘤立体模型；步骤五：构建手术器官练习模具；步骤六：3D打印出手术器官练习模具；步骤七：制作手术器官练习模型。借此制造出一种真实模拟病患手术器官肿瘤的模型便于教学及操作练习。
但上述专利应用于制造患有肿瘤的假体，便于教学及操作练习，但该专利所制作的假体模型，着重于肿瘤模型的建立，并未对假体模型的血管成型，尤其是具备弹性的血管成型，并未提出具体技术手段。以肝脏手术的练习为例，在实际的模拟手术练习中，医师必须借由假体练习操刀，练习过程中尤其需要练习避免意外划开血管，则上述专利所提供的假体制造方法，并无法制造出具备拟真血管的假体。
日本特许专利公开第JP2016139069号，公开一种具有高生物安全性和预期具有高学习效果的器官模型，该模型可适用于术前操作实践和外科医生的模拟、要使用的夹具的选择决定等。该专利是一种仿真生物部分的器官模型，其特点是由使用铂基催化剂的加成反应型有机硅树脂组成。在该器官模型中，将加成反应型有机硅树脂涂敷在由溶剂可溶性树脂制成的复制型表面上，以模仿具有预定厚度的生物部分，并固化加成反应型有机硅树脂，通过用溶剂溶解并去除复制模具。
但上述专利，同样未公开如何制造具备弹性的血管假体。
发明内容
基于现有技术的缺失，本发明的目的是在于提供一种具有弹性管道的假体及其制造方法。
为达到上述目的，本发明采取了以下技术手段：
本发明提供一种具有弹性管道的假体的制造方法，包含下列步骤：
根据一器官的三维影像，制作一第一组织模具与具有弹性的一第二组织模具；
在该第一组织模具表面披覆一第一假组织材料，制作具有封闭端且具有弹性的一第一假组织；
将该第一假组织正确定位于该第二组织模具中；
将凝胶状的一第二假组织材料注入第二组织模具中，包覆该第一假组织；
使该第一假组织的内部具备一第一压力值；
对该第二假组织材料施予一负压除泡步骤；
对该第二假组织材料施予一冷冻解冻步骤，以成型为一第二假组织，其中在该冷冻解冻步骤中的解冻过程中，是对该第一假组织的内部重复施予一降压增压步骤，该降压增压步骤在该第一压力值以下执行；
卸除该第二组织模具，完成具有弹性管道的假体的制造。
优选的，该第一压力值介于9～11毫米汞柱之间。
优选的，该负压除泡步骤是将该第二组织模具、该第二假组织材料与该第一假组织共同置于一负压空间中，控制该负压空间的压力值介于-300～-760毫米汞柱之间，以除去该第二假组织材料中的气泡；该负压除泡步骤为一渐进式降压，该渐进式降压是依序分段控制该负压空间的压力值为：-300毫米汞柱、-460毫米汞柱、-610毫米汞柱与-760毫米汞柱；该负压除泡步骤的运行时间介于1～3小时之间。
优选的，在该第二假组织材料注入该第二组织模具之前，先执行一预除泡步骤，该预除泡步骤是将该第二假组织材料置于一负压空间中，控制该负压空间的压力值介于-72～-800毫米汞柱之间，以除去该第二假组织材料中的气泡；较佳的，该第二假组织材料是分批注入该第二组织模具中，直至注满该第二组织模具。
优选的，该冷冻解冻步骤是对该第二假组织材料先冷冻20～28小时，再解冻10～14小时，再冷冻20～28小时，再解冻10～14小时。
优选的，该降压增压步骤是先将压力值从9～11毫米汞柱下降至4～6毫米汞柱，再将压力值从4～6毫米汞柱升高至9～11毫米汞柱。
优选的，第一组织影像是一血管影像，该第一组织模型是根据该第一组织影像，使用一可融材料以3D打印方式制作，该可融材料为聚乙烯醇(PVA)。
优选的，该第一假组织材料为硅胶，该第一假组织材料是在披覆于该第一组织模具后，在室温下经8～12小时而成型，或是在80℃热水中浸泡6～10分钟而成型。
优选的，该第一假组织(假血管)的厚度介于0.2～1.5毫米之间，且该第一假组织具有一开口。
优选的，该第二组织模具中设有一第二对位单元，该第一假组织设有一第一对位单元，借由该第二对位单元与该第一对位单元彼此对准，执行该定位步骤，使该第一假组织正确定位于该第二组织模具中。
优选的，该第二组织模具为一硅胶模具。
本发明另提供一种具有弹性管道的假体，包含：
一第一假组织，对应动物一脏器的内部血管形状而成型的具有多个分支的一弹性管道，该弹性管道具有一开口，所述多个分支的末端封闭；
一第二假组织，对应该脏器的形状而成型，该第二假组织具有伸张性且包覆该第一假组织；该第一假组织注入一流体后，可以在该第二假组织的包覆下膨胀变形。
优选的，该第一假组织为室温硫化型硅橡胶(RTV)，该第一假组织的邵式硬度为8～10度，抗张力介于33～41kg/cm2，伸张率介于400～600％，抗撕力介于21～25kg/cm。
优选的，该第二假组织由凝胶成型，该凝胶的成分包含2.5～15重量份的聚乙烯醇(PVA)、2.5～15重量份的丙三醇(glucerol)、69.5～94.5重量份的水与0.5重量份的水性染剂。
根据上述技术特征，本发明可以达成以下功效：
1.肝脏血管假体以硅胶为材质，具有弹性，另外肝脏本体假体的材料为凝胶，在肝脏本体假体的成型过程中，以冷冻解冻步骤使凝胶进一步凝结而成型，特别是在此一冷冻解冻步骤中，受凝胶包覆的肝脏血管假体内部重复施予一降压称增压步骤，使该阶段的肝脏血管假体呈现持续收缩与膨胀的状态。借此过程所制造的肝脏假体，除了肝脏本体假体软硬适中、极度拟真之外，肝脏本体假体也具有适当的伸张性，使得被肝脏本体假体所包覆的肝脏血管假体，能被注入流体而膨胀收缩，且该膨胀收缩现象借由上述肝脏本体假体的伸张性而不会受到拘束，因此肝脏血管假体可以模拟具有血压的血管，适合作为手术练习的目标。
2.所制造的假体包覆着弹性管道，使用假体时，对该弹性管道注入流体并使流体对该弹性管道保持一定压力，或使流体对该弹性管道重复地加压与减压，当使用该假体进行手术练习或演示时，弹性管道可以被手术刀划破，如果弹性管道被划破，弹性管道内的流体可以模拟血液的流出或喷出，具有极度拟真的效果。
3.所制造的假体包覆着弹性管道，以弹性管道仿真人体脏器内的血管，将更接近真实的脏器，以假体进行手术模拟时，手术练习者能完全体验弹性管道的受力程度，借此把握手术刀的正确施力。
附图说明
图1为本发明的制造步骤流程图。
图2为本发明实施例的制造步骤流程图。
图3为本发明实施例中的第一组织模具的示意图。
图4为本发明实施例中的第二假组织模具的示意图。
图5为本发明实施例中的第一假组织材料披覆于第一组织模具的示意图。
图6为本发明实施例中的第一假组织的剖面图。
图7为本发明实施例中的第一假组织置入第二组织模具的下模穴中的示意图。
图8为本发明实施例中有关负压空间的操作示意图。
图9为本发明所制造的假体外观图。
附图标号说明：1-第一组织模具；11-凸榫；12-凹槽；13-主干；2-第二组织模具；21-上模；211-上模穴；212-上模注入道；213-上模气道；214-第二上对位单元；2141-上开口槽；215-导柱；22-下模；221-下模穴；222-下模注入道；223-下模气道；224-第二下对位单元；2241-下开口槽；225-导孔；3-硅胶；4-第一假组织；41-第一对位单元；42-开口；5-负压空间；51-第一管路；511-第一泵；52-第二管路；521-第二泵；6-第二假组织；A-胶膜；B-槽道。
具体实施方式
综合上述技术特征，本发明具有弹性管道假体的制造方法及假体将可于下述实施例清楚呈现，下列实施例将以人类肝脏假体的制造为例，但本发明的假体不以人类肝脏假体为限，其他包覆着血管的动物脏器假体及该脏器假体的制造方法，均属本发明的范畴。
请参阅图1与图2，本发明具有弹性管道假体的制造方法包含下列步骤：
利用计算机断层扫瞄(CT)或其他医学方法获取人体肝脏的影像或实体，根据该影像或实体建构人体肝脏的数字三维影像，该数字三维影像包含肝脏血管影像与肝脏本体影像。
请参阅图1与图2，另配合图3，根据上述肝脏血管影像，以3D打印方式，输出实心的第一组织模具1，该第一组织模具1可以是3D打印一次成型，或是3D分段打印后再行组装，视脏器血管的分支状态而定，分支较多或较细的，以3D分段打印后再行组装较为适合。该第一组织模具1在本实施例为对应肝脏下腔静脉的血管而成型，为方便说明，本实施例仅以肝脏下腔静脉为例，忽略肝脏的其余血管，例如肝动脉、肝门静脉等。该肝脏血管模具1以3D分段打印后再行组装，肝脏血管模具1的适当部位采取分段成型，并在分段处成型有互相对应凸榫11与凹槽12，利用凸榫11与凹槽12的结合，完成第一组织模具1。另外，第一组织模具1包含一主干13，该主干13对应下腔静脉的中央主脉道。该第一组织模具1的材料为可溶材料、可气化材料或可融材料等，本实施例为水溶性的聚乙烯醇(PVA)。
请参阅图1与图2，另配合图4，根据前述肝脏本体影像，制作一第二组织模具2，本实施例的第二组织模具2为肝脏本体模具，在本实施例中，该第二组织模具2的材料包含88～98.5重量份的硅胶、1.5～2重量份的硬化剂，另可视需要添加0～10重量份的硅油，以使第二组织模具2具备黏度低、硬度适中、具有弹性及延展性等特性。该第二组织模具2包含一上模21与一下模22，其中上模21包含有上模穴211、上模注入道212、多个下模气道213、第二上对位单元214与一若干导柱215，其中第二上对位单元214对应肝脏下腔静脉的半侧形状，第二上对位单元214远离上模穴211的端部另设有一上开口槽2141。下模22包含有下模穴221、下模注入道222、多个下模气道223、第二下对位单元224与一若干导孔225，其中多个下模气道223从下模穴221贯通至下模22的表面，而第二下对位单元224则对应肝脏下腔静脉的另半侧形状，第二下对位单元224远离下模穴221的端部另设有一下开口槽2241。前述第二上对位单元214与第二下对位单元224共同形成本发明的一第二对位单元，该第二对位单元对应前述肝脏血管影像中的下腔静脉(IVC)。
请参阅图1与图2，另配合图5与图6，在该第一组织模具1上披覆硅胶3，所述硅胶3例如是室温硫化型硅橡胶(RTV)，所披覆硅胶3的厚度控制于0.2～1.5毫米之间，以模拟肝脏血管的管壁厚度，所披覆的硅胶3于主干13的端部预留一开口42。然后在室温下经8～12小时而成型，或是在80℃热水中浸泡6～10分钟而快速成型。本实施例选择采用在80℃热水中浸泡6～10分钟，以获得较快的成型速度，在此温度下，上述以水溶性聚乙烯醇制作的第一组织模具1将被融化，使得硅胶3成型为第一假组织4，该第一假组织4为空心状的肝脏血管假体，该第一假组织4包含了一第一对位单元41，该第一对位单元41对应前述肝脏血管影像中的下腔静脉(IVC)。第一假组织4呈空心状，所有分支的末端封闭，仅在第一对位单元41形成有前述开口42，该开口42位于第一对位单元41的自由端。所成型的第一假组织4，邵式硬度为8～10度，抗张力介于33～41kg/cm2，伸张率介于400～600％，抗撕力介于21～25kg/cm。。
请参阅图1与图2，另配合图4、图7与图8。将第一假组织4放置于第二组织模具2中的下模穴221，然后将上模21与下模22借着导柱215与导孔225彼此对准盖合，并以胶膜A缠绕盖合后的上模21与下模22，维持上模21与下模22的封闭状态，为加强上模21与下模22的封闭效果，也可以在利用夹具(图7未示出)夹住上模21与下模22。上模21盖合于下模22之后，第一假组织4的第一对位单元41位于前述第二上对位单元214与第二下对位单元224所共同形成的第二对位单元中，第一假组织4的开口42则对准上开口槽2141与下开口槽2241所共同形成的一槽道B。借由第一对位单元41对准置放于第二对位单元，该第一假组织4将位于第二组织模具2中的正确位置。
以凝胶作为第二假组织材料，对该第二假组织材料先进行一预除泡步骤，该预除泡步骤是将该第二假组织材料置于一负压空间中，例如真空桶，控制该负压空间的压力值介于-720～-800毫米汞柱之间，以借由负压除去该第二假组织材料中的气泡。在预除泡步骤中，气泡将由第二假组织材料大量逸出，当气泡不再逸出，即完成该预除泡步骤。该凝胶的成分包含2.5～15重量份的聚乙烯醇(PVA)、2.5～15重量份的丙三醇(glucerol)、69.5～94.5重量份的水与0.5重量份的水性染剂，其中水性染剂用于仿真器官颜色。
将一第一管路51通过前述槽道B连接至第一假组织4的开口42，第一管路51同时连接一第一泵511，第一泵511将液体或气体注入第一假组织4中，使该第一假组织4内部具备一第一压力值，该第一压力值介于9～11毫米汞柱之间。
上模21与下模22闭合后，前述上模穴211与下模穴222共同构成一模穴，上模注入道212与下模注入道212共通构成一注入道，前述胶膜A缠绕上模21与下模22之后，在注入道、下模气道223及槽道B的对应位置分别戳出戳孔，以保持注入道、下模气道223及槽道B对外的连通。将第二假组织材料由前述注入道整批或分批注入到模穴中，直至注满模穴。
请参阅图1与图2，另配合图8，将注满第二假组织材料且彼此闭合的上模21与下模22置入一负压空间5，例如一真空桶之中，该负压空间5通过一第二管路52连接一第二泵521，利用该第二泵521控制该负压空间5的压力，前述的第一管路51连接第一假组织4的开口42，第二泵512控制该第一假组织4的内部压力。在该负压空间5中，执行一负压除泡步骤，该负压除泡步骤为控制该负压空间5的压力值介于-300～-760毫米汞柱之间，运行时间为1～3小时之间，以除去该第二假组织材料中的残余气泡，较佳是执行渐进式降压以除去气泡，该渐进式降压是依序分段控制该负压空间5的压力值为：-300毫米汞柱、-460毫米汞柱、-610毫米汞柱与-760毫米汞柱，除去的气泡可以由前述的多个气道逸出。另对该第二假组织材料施予一冷冻解冻步骤，该冷冻解冻步骤是对该第二假组织材料先冷冻20～28小时，再解冻10～14小时，再冷冻20～28小时，再解冻10～14小时。执行解冻的过程中，另对该第一假组织4反复执行一降压增压步骤，该降压增压步骤是将压力值从9～11毫米汞柱下降至4～6毫米汞柱，再将压力值从4～6毫米汞柱升高至9～11毫米汞柱。
请参阅图1与图2，另配合图4、图7与图9，卸除该上模21与下模22，获得一具有弹性管道的假体，该具有弹性管道的假体包含第一假组织4与第二假组织6，第一假组织4为肝脏血管假体，第二假组织6为肝脏本体假体，其中第一假组织4被第二假组织6包覆，仿真下腔静脉的第一对位单元41则外露于第二假组织6。
前述第二假组织6借由冷冻解冻步骤成型后，具有适当的伸张性，由于在第二假组织6成型的解冻过程中，本发明将第一假组织4借由前述降压增压步骤而呈现反复收缩与膨胀的状态，使得第二假组织6成型后，该第一假组织4在第二假组织6的包覆下能适度的膨胀变形。借此，本发明所制造具有弹性管道的假体，可以对该第一假组织4的内部施予控压操作，例如注入可控压的流体，使第一假组织4仿真具有舒张压与收缩压的血管。
综合上述实施例的说明，当可充分了解本发明的内容及本发明的功效，而以上所述实施例仅是本发明的较佳实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明权利要求书及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆属本发明所涵盖的范围内。
Claims (17)
1.一种具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
根据一器官的三维影像，制作一第一组织模具与具有弹性的一第二组织模具；
在该第一组织模具表面披覆一第一假组织材料，制作具有封闭端且具有弹性的一第一假组织；
将该第一假组织正确定位于该第二组织模具中；
将凝胶状的一第二假组织材料注入第二组织模具中，包覆该第一假组织；
使该第一假组织的内部具备一第一压力值；
对该第二假组织材料施予一负压除泡步骤；
对该第二假组织材料施予一冷冻解冻步骤，以成型为一第二假组织，其中在该冷冻解冻步骤中的解冻过程中，是对该第一假组织的内部重复施予一降压增压步骤，该降压增压步骤在该第一压力值以下执行；
卸除该第二组织模具，完成具有弹性管道的假体的制造。
2.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该第一压力值介于9～11毫米汞柱之间。
3.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该负压除泡步骤是将该第二组织模具、该第二假组织材料与该第一假组织共同置于一负压空间中，控制该负压空间的压力值介于-300～-760毫米汞柱之间，以除去该第二假组织材料中的气泡。
4.如权利要求3所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该负压除泡步骤为一渐进式降压，该渐进式降压是依序分段控制该负压空间的压力值为：-300毫米汞柱、-460毫米汞柱、-610毫米汞柱与-760毫米汞柱。
5.如权利要求3所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该负压除泡步骤的运行时间介于1～3小时之间。
6.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：在该第二假组织材料注入该第二组织模具之前，先执行一预除泡步骤，该预除泡步骤是将该第二假组织材料置于一负压空间中，控制该负压空间的压力值介于-720～-800毫米汞柱之间，以除去该第二假组织材料中的气泡。
7.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该第二假组织材料是分批注入该第二组织模具中，直至注满该第二组织模具。
8.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该冷冻解冻步骤是对该第二假组织材料先冷冻20～28小时，再解冻10～14小时，再冷冻20～28小时，再解冻10～14小时。
9.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该降压增压步骤是先将压力值从9～11毫米汞柱下降至4～6毫米汞柱，再将压力值从4～6毫米汞柱升高至9～11毫米汞柱。
10.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：第一组织影像是一血管影像，该第一组织模型是根据该第一组织影像，使用一可融材料以3D打印方式制作，该可融材料为聚乙烯醇(PVA)。
11.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该第一假组织材料为硅胶，该第一假组织材料是在披覆于该第一组织模具后，在室温下经8～12小时而成型，或在80℃热水中浸泡6～10分钟而成型。
12.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该第一假组织的厚度介于0.2～1.5毫米之间，且该第一假组织具有一开口。
13.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该第二组织模具中设有一第二对位单元，该第一假组织设有一第一对位单元，借由该第二对位单元与该第一对位单元彼此对准，执行该定位步骤，使该第一假组织正确定位于该第二组织模具中。
14.如权利要求1所述的具有弹性管道假体的制造方法，其特征在于：该第二组织模具为一硅胶模具。
15.一种具有弹性管道的假体，其特征在于，包含：
一第一假组织，对应动物一脏器的内部血管形状而成型的具有多个分支的一弹性管道，该弹性管道具有一开口，所述多个分支的末端封闭；
一第二假组织，对应该脏器的形状而成型，该第二假组织具有伸张性且包覆该第一假组织；该第一假组织注入一流体后，可以在该第二假组织的包覆下膨胀变形。
16.如权利要求15所述的具有弹性管道的假体，其特征在于：该第一假组织为室温硫化型硅橡胶，该第一假组织的邵式硬度为8～10度，抗张力介于33～41kg/cm2，伸张率介于400～600％，抗撕力介于21～25kg/cm。
17.如权利要求15所述的具有弹性管道的假体，其特征在于：该第二假组织由凝胶成型，该凝胶的成分包含2.5～15重量份的聚乙烯醇、2.5～15重量份的丙三醇、69.5～94.5重量份的水与0.5重量份的水性染剂。
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