CN107316553A - 微创器械下抗胃食道反流术练习用模型及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微创器械下抗胃食道反流术练习用模型及制作方法。本发明利用3D打印和独有特殊柔性材质，将人体胸腔内隔肌、胃食道、周边其他器官及神经、血管等通过影像建模并高仿打印出来，并呈现出不同器官的柔软度和密度，并将这些打印出来的器官，根据器官在人体腹腔内立体位置布置在底板上，形成微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，该模型手感与人体真实器官的相似度极高，有助医生对于微创器械下抗胃食道反流术的练习，填补了医生长久以来没有训练模型的空白，能显著提高医生在微创器械下抗胃食道反流术的熟练程度，尽可能的提高了患者术后愈合效果，对临床医学具有极其重大指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及微创器械下抗胃食道反流术练习用模型及制作方法。
背景技术
胃食道抗反流手术治疗（胃底折叠）是胃食道反流患者在内科药物治疗无效、反复发作前提下可选的创伤小、恢复快的不同术类治疗办法，患者治疗后第二天喝水、隔天可以流食，在最短时间内出院，是目前创伤小疗效显著的治疗办法。
以前大多的医学模型和3D打印器官是硬质的，多用于教学和术前手术规划，也没有胃食道相关具体模型，真正手术做得好与不好，或者让手术做得更好，还是需要有实际的操作模型来操作，不能是硬质的。尤其是相对复杂、有挑战性的手术更需要术前大量的训练，因为手术的好坏直接关系到病人术后愈后的效果。对任何一个医生来说掌握新技术是有学习曲线的，只有医生训练的次数够多，且训练环境更加接近真实环境，医生才能给患者带来最佳治疗效果。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的之一是提供一种手感更加真实的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，本发明的目的之二是提供一种该模型的制作方法。
为了实现上述第一个发明目的，本发明采用了以下的技术方案：
微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，包括采用3D打印技术遵照实际形态及质地制作出的食道模型、膈肌模型、胃模型、脾脏模型以及底板和膈肌架，两个膈肌架分别固定在底板的两侧，所述膈肌模型的两端分别固定在膈肌架上，所述食道模型贯穿膈肌模型，所述胃模型与食道模型连接，并且胃模型与脾脏模型并排放置在底板上。
作为优选方案：所述底板的两侧中部设有缺口，所述膈肌架包括卡板、支撑柱和底板片，所述底板片垂直固定在支撑柱的一端，所述卡板位于底板片的上端且与支撑柱垂直固定，所述支撑柱插入缺口内，且卡板与底板片分别夹住底板的上下两侧。
作为优选方案：所述底板的上端还设有用来放置食道模型的食道托，所述食道托包括弧形托板条和U型固定块，所述弧形托板条固定在U型固定块的一侧壁上，所述U型固定块卡接在底板的一端。
作为优选方案：所述底板上还固定有用来放置胃模型与脾脏模型的弧形托板块，所述膈肌模型上设有供食道模型穿过的通孔。
作为优选方案：所述食道模型与胃模型一体打印成型，且食道模型采用橡胶材质，膈肌模型采用水凝胶材质，胃模型采用硅橡胶材质，脾脏模型采用塑料材质。
为了实现上述第二个发明目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种如上述的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，包括如下步骤，
a）.通过医学影像处理，分离解析食道、胃、脾脏、膈肌四个器官，用计算机软件分别建立不同器官基础解剖模型；
b）.依据食道、胃、脾脏、膈肌四个器官器官柔韧性，使用柔性材料，高度模仿不同质地、颜色、密度等物理特性，将食道模型、胃模型、脾脏模型、膈肌模型逐个打印出来；
c）依据器官在人体腹腔内立体位置制作能准确固定放置各器官的底板、食道托和膈肌架；
d）将步骤c）中的部件相互组装成支撑体，然后根据器官在人体腹腔内立体位置将步骤b）中打印出来的食道模型、膈肌模型、胃模型和脾脏模型组装到支撑体上。
作为优选方案：所述步骤b）中食道模型与胃模型一体打印成型，且在打印时利用打印机双喷头同时打印，第一喷头使用PLA材质打印中空内支撑物，第二喷头自下而上打印胃模型和食道模型，待打印结束后将第一喷头打印的PLA材质的中空内支撑物拆除掉。
作为优选方案：第二喷头自下而上打印胃模型和食道模型时，先使用硅橡胶材质，打至胃模型的胃贲门顶端时打印机喷头内更换橡胶材质将食道模型打印完毕，使胃模型与食道模型连贯一体性又兼具与人体器官真实软硬度高度相似。
作为优选方案：所述步骤b）中整个打印过程采用全封闭工作状态，室温控制在24-25度，湿度为15%-16%，且打印膈肌模型、食道模型、胃模型、脾脏模型时分别将打印机喷头加热温度控制在220度、180度、200度和160度。
作为优选方案：所述中空内支撑物的PLA材质包括聚乳酸、高抗冲性聚苯乙烯、聚乳酸、金属、陶瓷中的一种或多种的混合物。
本发明利用3D打印和独有特殊柔性材质，将人体胸腔内隔肌、胃食道、周边其他器官及神经、血管等通过影像建模并高仿打印出来，并呈现出不同器官的柔软度和密度，并将这些打印出来的器官，根据器官在人体腹腔内立体位置布置在底板上，形成微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，该模型手感与人体真实器官的相似度极高，有助医生对于微创器械下抗胃食道反流术的练习，填补了医生长久以来没有训练模型的空白，能显著提高医生在微创器械下抗胃食道反流术的熟练程度，尽可能的提高了患者术后愈合效果，对临床医学具有极其重大指导意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的底板的结构示意图。
图3是本发明食道托的结构示意图。
图4是本发明的膈肌模型的结构示意图。
图5是本发明的膈肌架的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-图5所示的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，包括采用3D打印技术遵照实际形态及质地制作出的食道模型1、膈肌模型2、胃模型3、脾脏模型8以及底板6和膈肌架7，两个膈肌架7分别固定在底板6的两侧，所述膈肌模型2的两端分别固定在膈肌架7上，所述食道模型1贯穿膈肌模型2，所述胃模型3与食道模型1连接，并且胃模型3与脾脏模型8并排放置在底板6上。
所述底板6的两侧中部设有缺口61，所述膈肌架7包括卡板73、支撑柱71和底板片72，所述底板片72垂直固定在支撑柱71的一端，所述卡板73位于底板片72的上端且与支撑柱71垂直固定，所述支撑柱71插入缺口61内，且卡板73与底板片72分别夹住底板6的上下两侧。
所述底板6的上端还设有用来放置食道模型1的食道托5，所述食道托5包括弧形托板条51和U型固定块52，所述弧形托板条51固定在U型固定块52的一侧壁上，所述U型固定块52卡接在底板6的一端。
所述底板6上还固定有用来放置胃模型3与脾脏模型8的弧形托板块4，所述膈肌模型2上设有供食道模型1穿过的通孔21。
所述食道模型1与胃模型3一体打印成型，且食道模型1采用橡胶材质，膈肌模型2采用水凝胶材质，胃模型3采用硅橡胶材质，脾脏模型8采用塑料材质。
一种微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，包括如下步骤，
a.通过医学影像处理，分离解析食道、胃、脾脏、膈肌四个器官，用计算机软件分别建立不同器官基础解剖模型；
b.依据食道、胃、脾脏、膈肌四个器官器官柔韧性，使用柔性材料，高度模仿不同质地、颜色、密度等物理特性，将食道模型1、胃模型3、脾脏模型8、膈肌模型2逐个打印出来；
c依据器官在人体腹腔内立体位置制作能准确固定放置各器官的底板6、食道托5和膈肌架7；
d将步骤c中的部件相互组装成支撑体，然后根据器官在人体腹腔内立体位置将步骤b中打印出来的食道模型1、膈肌模型2、胃模型3和脾脏模型8组装到支撑体上。
所述步骤b中食道模型1与胃模型3一体打印成型，且在打印时利用打印机双喷头同时打印，第一喷头使用PLA材质打印中空内支撑物，整个中空内支撑物采用的PLA类材质也可以是聚乳酸、高抗冲性聚苯乙烯、聚乳酸、金属、陶瓷等任何可堆积打印材料；第二喷头自下而上打印胃模型3和食道模型1，待打印结束后将第一喷头打印的PLA材质的中空内支撑物拆除掉。
第二喷头自下而上打印胃模型3和食道模型1时，先使用硅橡胶材质，打至胃模型3的胃贲门顶端时打印机喷头内更换橡胶材质将食道模型1打印完毕，使胃模型3与食道模型1连贯一体性又兼具与人体器官真实软硬度高度相似。
所述步骤b中整个打印过程采用全封闭工作状态，室温控制在24-25度，湿度为15%-16%，且打印膈肌模型2、食道模型1、胃模型3、脾脏模型8时分别将打印机喷头加热温度控制在220度、180度、200度和160度。
所述中空内支撑物的PLA材质包括聚乳酸、高抗冲性聚苯乙烯、聚乳酸、金属、陶瓷中的一种或多种的混合物。
人体隔肌，位于胸腹腔之间，是胸腔的底和腹腔的顶，正常厚度为0.22~0.28CM，本发明中仅体现局部效果，建模打印为长15CM高8CM厚0.25CM软性材质，使用材料A ，中间留有0.9CM直径圆孔用于食道穿孔。
人体食道是一条由肌肉状组成的通道，长约20~25cm厚度≥5 mm，连接咽喉到胃，易撕裂，所以打印使用的软性材料B，材质偏脆，人体胃的上部称上脘，包括贲门，中部称中脘，即胃体部位，下部称下脘，包括幽门，正常情况下成年人胃壁厚度平均值在2.4mm到2.7mm之间，在适度扩张下为2.7mm,在充分扩张下为2.4mm，与食道厚度不同，更具有张力和弹性，所以打印使用软性材料C，更具弹性和柔软度；
在胃食道反流术中操作涉及到的折叠部分主要是食道与胃贲门和胃体部位，所以需打印出具有不同柔软性又中空的食管和胃贲门和胃体部位。此部位利用打印机双喷头同时打印，喷头1使用PLA材质打印中空内支撑物，喷头2打印自下而上打印胃底部分和食道部分，先使用材料B，打至胃贲门顶端时打印机喷头内更换材料C将食道打印完毕，保证胃底与食道的连贯一体性又兼具与人体器官真实软硬度高度相似，待打印结束后将喷头1打印的PLA材质拆除掉，编号2平放后整体呈现人体待治疗前空腹状态。
胃底一侧后方脾脏，可分为光滑隆凸的膈面、和凹陷的脏面两面，脾质脆而软，受暴击后易破碎，所以在治疗中需小心避开，打印用材质D，有肌肉弹性又易碎。
所述底板为PLA材质打印，目的是为固定胃模型、食道模型、脾脏模型具体位置留有凹槽，食道托为PLA材质打印，插入底板的顶端，目的是固定食道模型的顶端。所述隔肌架为PLA材质打印，目的是固定膈肌，膈肌架的高度与隔肌立体高一致，插入底板两侧的缺口，再使用夹子将隔肌模型两侧固定住，形成隔断型，将食道模型穿过预留通孔。各个部件分开打印，便于医生多次术前练习时造成个别部件损耗，再打印替代品，相对整体更换成本更低。
应当指出，以上实施例仅是本发明的代表性例子。本发明还可以有许多变形。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，其特征在于：包括采用3D打印技术遵照实际形态及质地制作出的食道模型（1）、膈肌模型（2）、胃模型（3）、脾脏模型（8）以及底板（6）和膈肌架（7），两个膈肌架（7）分别固定在底板（6）的两侧，所述膈肌模型（2）的两端分别固定在膈肌架（7）上，所述食道模型（1）贯穿膈肌模型（2），所述胃模型（3）与食道模型（1）连接，并且胃模型（3）与脾脏模型（8）并排放置在底板（6）上。
2.根据权利要求1所述的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，其特征在于：所述底板（6）的两侧中部设有缺口（61），所述膈肌架（7）包括卡板（73）、支撑柱（71）和底板片（72），所述底板片（72）垂直固定在支撑柱（71）的一端，所述卡板（73）位于底板片（72）的上端且与支撑柱（71）垂直固定，所述支撑柱（71）插入缺口（61）内，且卡板（73）与底板片（72）分别夹住底板（6）的上下两侧。
3.根据权利要求1所述的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，其特征在于：所述底板（6）的上端还设有用来放置食道模型（1）的食道托（5），所述食道托（5）包括弧形托板条（51）和U型固定块（52），所述弧形托板条（51）固定在U型固定块（52）的一侧壁上，所述U型固定块（52）卡接在底板（6）的一端。
4.根据权利要求1所述的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，其特征在于：所述底板（6）上还固定有用来放置胃模型（3）与脾脏模型（8）的弧形托板块（4），所述膈肌模型（2）上设有供食道模型（1）穿过的通孔（21）。
5.根据权利要求1所述的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型，其特征在于：所述食道模型（1）与胃模型（3）一体打印成型，且食道模型（1）采用橡胶材质，膈肌模型（2）采用水凝胶材质，胃模型（3）采用硅橡胶材质，脾脏模型（8）采用塑料材质。
6.一种如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，其特征在于，包括如下步骤，
a）.通过医学影像处理，分离解析食道、胃、脾脏、膈肌四个器官，用计算机软件分别建立不同器官基础解剖模型；
b）.依据食道、胃、脾脏、膈肌四个器官器官柔韧性，使用柔性材料，高度模仿不同质地、颜色、密度等物理特性，将食道模型（1）、胃模型（3）、脾脏模型（8）、膈肌模型（2）逐个打印出来；
c）依据器官在人体腹腔内立体位置制作能准确固定放置各器官的底板（6）、食道托（5）和膈肌架（7）；
d）将步骤c）中的部件相互组装成支撑体，然后根据器官在人体腹腔内立体位置将步骤b）中打印出来的食道模型（1）、膈肌模型（2）、胃模型（3）和脾脏模型（8）组装到支撑体上。
7.根据权利要求5所述一种微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，其特征在于：所述步骤b）中食道模型（1）与胃模型（3）一体打印成型，且在打印时利用打印机双喷头同时打印，第一喷头使用PLA材质打印中空内支撑物，第二喷头自下而上打印胃模型（3）和食道模型（1），待打印结束后将第一喷头打印的PLA材质的中空内支撑物拆除掉。
8.根据权利要求6所述一种微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，其特征在于：第二喷头自下而上打印胃模型（3）和食道模型（1）时，先使用硅橡胶材质，打至胃模型（3）的胃贲门顶端时打印机喷头内更换橡胶材质将食道模型（1）打印完毕，使胃模型（3）与食道模型（1）连贯一体性又兼具与人体器官真实软硬度高度相似。
9.根据权利要求5所述一种微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，其特征在于：所述步骤b）中整个打印过程采用全封闭工作状态，室温控制在24-25度，湿度为15%-16%，且打印膈肌模型（2）、食道模型（1）、胃模型（3）、脾脏模型（8）时分别将打印机喷头加热温度控制在220度、180度、200度和160度。
10.根据权利要求7所述一种微创器械下抗胃食道反流术练习用模型的制作方法，其特征在于：所述中空内支撑物的PLA材质包括聚乳酸、高抗冲性聚苯乙烯、聚乳酸、金属、陶瓷中的一种或多种的混合物。
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