一种含有皮肤-骨骼及血液灌注的手部模型制作方法技术

本发明专利技术属于外科医疗训练器材技术领域，提出了一种含有皮肤

【技术实现步骤摘要】
一种含有皮肤
‑
骨骼及血液灌注的手部模型制作方法


[0001]本专利技术涉及外科医疗训练器材
，具体涉及一种含有皮肤
‑
骨骼及血液灌注的手部模型制作方法。

技术介绍

[0002]微血管床是末梢血管系统的一部分，微血管功能障碍将出现在诸如振动病、糖尿病等疾病的初期。拒现有的统计数据表明，手传振动病是常见的职业病之一，主要是由于在使用手持振动工具或接触受振工件时，周期性机械振动或冲击直接作用或传递到从业工人手臂。从业人员在长期受外界振动的影响下，容易引起振动病，即：由于手部末梢循环及手臂神经功能障碍，进而导致上肢微循环的损伤。目前，振动病确切的发病机理尚不明确，但已有研究表明其与周期性振动和机械载荷引起的血管和神经损伤、微血管血流异常等关系密切。
[0003]现有的研究表明，影响血液循环的主要因素包括振动刺激的强度、频率及接振时间。一方面，高频低振幅振动对组织微循环存在一定的积极作用，不仅可以刺激组织的新陈代谢，还可以促进血液微循环系统功能的恢复。另一方面，随着局部振动强度和接振时间的增加，有可能会使微循环病理发生改变，从而引起振动病。
[0004]目前的数值模拟和体外实验研究大多集中在指尖对动态载荷的机械响应方面。三维有限元分析显示，指尖软组织在动态载荷下将承受局部高应力和高应变。与指腹区域相比，甲床软组织受振动的影响较小，这意味着血管结构和功能的改变有可能首先在受到振动后变形最大的部位发生。但数值计算的结果缺少实验数据的检验，而基于受试人体的振动试验条件受限于人的安全因素。
[0005]因此，如能从实验流体力学的角度出发，根据手部医学影像数据制作出具有真实尺寸的血管
‑
骨骼
‑
组织的三维硅胶手部模型，并通过振动实验，可以无需受试对象，进行极端条件和环境下的测试，能够很好地评估振动的动态反应，深入探究局部振动频率和强度对末梢微循环血流特性的影响，对阐明振动病的发病机制有着重要意义。不仅可以解释周期性振动刺激对血流的促进作用，而且基于振动测试评估微循环血管床功能，开发新的诊疗方法，以及识别振动刺激对血管运动活动的生理和病理反应等。另外也有助于抗振手套的开发。
[0006]专利申请：一种关节木手模型，申请号CN202022415587.6。其主要问题在于虽然该模型对指骨、掌骨、腕骨等进行了详细的阐述，但是仅限于对手部骨骼的模型制作，缺乏手部皮肤、动静脉、组织等结构，不能对手部完整结构进行描述。
[0007]专利申请：一种从深度图像中获取手部三维参数化模型的方法，申请号CN202110595988.0。该专利的不足之处在于只是从深度图像中获得了手部的几何模型，没有转化为实物的手部体外模型。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是提出一种基于真实尺寸下的三维硅胶手部模型的制作方法，该模型不仅包含有手骨、手部动静脉、组织，而且将指尖处设计成多孔介质的形状以模拟真实人体指尖的微循环，便于更好的观察在振动条件下指尖处的血液灌注的变化。克服了现有手部模型制作方法中人为因素影响较大，难以制作比较完整包含血管
‑
骨骼
‑
皮肤的手部模型、以及难以可重复等技术问题。
[0009]本专利技术的技术方案：
[0010]一种含有皮肤
‑
骨骼及血液灌注的手部模型制作方法，模型的手部皮肤组织通过在具有手掌外轮廓的模具内填充透明硅胶材料制作而成，手掌的模具通过皮肤模型布尔运算得到中空的手部外壳用于模具制作。将打印的血管、手骨2、指尖多孔介质结构1进行拼接并放入模具中定位，然后将模具密封，倒入配置好的的硅胶溶液，在一定温度下进行硅胶固化。待硅胶固化完成后拆卸模具，取出硅胶模型放入水中将动静脉血管以及指尖多孔介质模型溶解得到三维透明的硅胶手部模型。
[0011]基于真实的人体手部医学影像进行三维手部模型的重建，分别对皮肤、手骨分别进行提取，对提取的模型表面进行光滑处理，进一步重建出手部的动静脉血管结构，并设计出符合指尖形状的不同孔隙度的多孔介质以模拟人手掌指尖的微血管结构。利用3D打印机在1：1比例下对手骨、动静脉血管、指尖多孔介质进行打印制作。
[0012]具体步骤如下：
[0013]步骤1、根据手部医学影像，分别提取手部皮肤4及手骨2的三维几何模型；
[0014]步骤2、将手部皮肤4的三维几何模型通过布尔运算构建中空的手部模具；
[0015]步骤3、根据手部血管影像或血管解剖拓扑结构重建手部动静脉血管结构模型；
[0016]步骤4、建造具有孔隙率且与指尖部分形状相配合的多孔介质几何模型；通过手部皮肤4轮廓和手骨2顶端位置确定手指指尖部分；通过手骨2顶端相切的横截面切割手部皮肤4轮廓，横截面与手部皮肤4轮廓所围成的部分为指尖三维结构；利用指尖三维结构与空间正交且等间距分布的圆柱或方柱做实体分割操作获得指尖多孔介质结构；指尖多孔介质结构的孔隙率为圆柱或方柱的总体积与指尖区域体积之比；调整圆柱或方柱之间的空间距离获得不同的孔隙率；
[0017]步骤5、3D打印上述步骤中的三维几何模型得到相应的实物结构；其中，手部模具和手骨2采用非水溶性打印耗材，手部动静脉血管结构和指尖多孔介质结构1采用水溶性打印耗材；
[0018]步骤6、将PVA与水按质量比为1：10配置PVA水溶液，用PVA水溶液对手部模具的内表面、指尖多孔介质结构1、手部动静脉血管结构进行表面处理；对手骨2表面进行光滑处理，得到表面光滑的手骨模型；
[0019]步骤7、将指尖多孔介质结构1、手部动静脉血管结构以及手骨2放入手部模具中，并对动静脉血管结构和指尖多孔介质结构1进行拼接构成完整的手部血管模型；
[0020]步骤8、对手部动静脉血管结构与手骨2进行空间定位，再利用PVA水溶液将血管与指骨粘合，最后将手部模具四周用螺栓拧紧固定并进行密封；
[0021]步骤9、按照A：B＝1：1的质量比配置硅胶AB混合液并加入占其总质量1％的硫化剂，得到硅胶溶液；经抽真空去除气泡后的硅胶溶液倒入步骤8所得的手部模具中；
[0022]步骤10、将含有硅胶溶液的手部模具于40℃温度条件下固化72小时；固化完成后拆卸模具，将硅胶模型放入水中，溶解将手部动静脉血管结构和指尖多孔介质结构1，得到含有血流循环的血管
‑
骨骼
‑
组织的三维硅胶手部模型。
[0023]所述步骤5中，手部模具和手骨2采用PLA材料，手部动静脉血管结构和指尖多孔介质结构1采用水溶性PVA材料。
[0024]所述步骤7中，手部动静脉血管结构中的指尖处动脉血管与静脉血管的PVA结构间用U型PVA结构直接相连，连接处用PVA溶液粘合；指尖多孔介质结构1与手部动静脉血管结构的弧形结构顶端直接相连，连接处用PVA溶液粘合。
[0025]所述手骨2表面粗糙部分涂敷一层亚克力胶，等待1～2分钟将手骨2粗糙部分溶解后，刮刀去除亚克力胶层；再涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有皮肤
‑
骨骼及血液灌注的手部模型制作方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、根据手部医学影像，分别提取手部皮肤(4)及手骨(2)的三维几何模型；步骤2、将手部皮肤(4)的三维几何模型通过布尔运算构建中空的手部模具；步骤3、根据手部血管影像或血管解剖拓扑结构重建手部动静脉血管结构模型；步骤4、建造具有孔隙率且与指尖部分形状相配合的多孔介质几何模型；通过手部皮肤(4)轮廓和手骨(2)顶端位置确定手指指尖部分；通过手骨(2)顶端相切的横截面切割手部皮肤(4)轮廓，横截面与手部皮肤(4)轮廓所围成的部分为指尖三维结构；利用指尖三维结构与空间正交且等间距分布的圆柱或方柱做实体分割操作获得指尖多孔介质结构(1)；指尖多孔介质结构(1)的孔隙率为圆柱或方柱的总体积与指尖区域体积之比；调整圆柱或方柱之间的空间距离获得不同的孔隙率；步骤5、3D打印上述步骤中的三维几何模型得到相应的实物结构；其中，手部模具和手骨(2)采用非水溶性打印耗材，手部动静脉血管结构和指尖多孔介质结构(1)采用水溶性打印耗材；步骤6、将PVA与水按质量比为1：10配置PVA水溶液，用PVA水溶液对手部模具的内表面、指尖多孔介质结构(1)、手部动静脉血管结构进行表面处理；对手骨(2)表面进行光滑处理，得到表面光滑的手骨模型；步骤7、将指尖多孔介质结构(1)、手部动静脉血管结构以及手骨(2)放入手部模具中，并对动静脉血管结构和指尖多孔介质结构(1)进行拼接构成完整的手部血管模型；步骤8、对手部动静脉血管结构与手骨(2)进行空间定位，再利用PVA水溶液将血管与指骨粘合，最后将手部模具四周用螺栓拧紧固定并进行密封；步骤9、按照A：B＝1：1的质量比配置硅胶AB混合液并加入占其总质量1％的硫化剂，得到硅胶溶液；经抽真空去除气泡后的硅胶溶液倒入步骤8所得的手部模具中；步骤10、将含有硅胶溶液的手部模具于40℃温度条件下固化72小时；固化完成后拆卸模具，将硅胶模型放入水中，溶解手部动静脉血管结构和指尖多孔介质结构(1)，得到含有血流循环的血管
‑
骨骼
‑
组织的三维硅胶手部模型。2.根据权利要求1所述的含有皮肤
‑
骨骼及血液灌注的手部模型制...

【专利技术属性】
技术研发人员：母立众，孙傲然，王明亮，刘小龙，迟青卓，潘悦，贺缨，赵广，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：