肝脏模型、人体模型、手术导航方法、制备方法及系统与流程

本发明涉及生物医学，尤其涉及一种肝脏模型、人体模型、手术导航方法、制备方法及系统。

背景技术：

1、传统肝胆外科手术术前疾病的诊断和手术方案的制定依靠的是ct和mri等影像学资料。肝胆外科医师需经过具备良好的阅片基础和临床经验才能精确的进行疾病的定性和定位诊断，并据此制定手术规划。外科医师对患者腹部脏器立体解剖结构的认识依靠人脑的三维重建，正确与否受个人经验的影响，且无法实时呈现和永久保留在整个治疗团队面前，重建的结果不确定性，给手术带来一定的盲目性和误导性。

2、3d打印技术是一种采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术。相较传统的材料去除(切削加工)，它是一种“自下而上”材料累加的制造方法。目前，3d打印按照不同的成型原理可分为熔融沉淀成型(fuseddepositionmodeling,fdm)、选择性激光烧结(selectivelasersintering,sls)、光固化(stereolithographyappearance,sla)等类别，所涉及的材料及应用领域也不相同。

3、fdm型3d打印机是最常见的一种3d打印设备，一般以热塑性塑料为打印材料，如工程塑料、聚乳酸等。经过优化、去除熔融模块后，fdm打印机可用于不耐高温的生物材料或有机材料的打印。

4、sls型打印机更适用于钛合金和生物陶瓷的打印，打印物精密度高，强度大，可代替人体骨骼。

5、光敏树脂亦称为uv树脂，由聚合物单体与预聚体组成，其中加有光(紫外线)引发剂或称为光敏剂，在一定波长的紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化。sla打印以光敏树脂为材料，汲取了上述两种打印的优点，能够制造出高精密度，强度适中的物体。总之，与传统的制造手段相比，3d打印以高灵敏、高精确著称，这为该技术在临床上的运用奠定了基础。

6、医学建模是3d打印技术在临床上发挥作用的一种重要方式。结合ct血管造影(cta)技术和mimics重建的3d打印能够对患者特定部位的组织、骨骼甚至器官做出重建、实体化。所制造出的模型具有个性化、精确、高效等特点，并能展示其在人体中的空间关系。这种技术可用于术前的规划或者手术指导，再结合临床诊断知识，将大大提高手术效率，简化手术过程，是一种值得推广的应用方式。

7、计算机三维重建和可视化仿真手术对人体结构的三维立体重现获得了极大的进步，可以通过三维视频和图像的观察提高疾病的诊治能力，省略了人脑三维重建的过程，并且纠正了可能出现的错误。但医务人员仍然离不开电脑，必须通过电脑观察三维图片和视频。而如今3d打印技术，使得肝胆胰脏器和相应的病变部位可以1：1比例的“实物”的形式呈现在医生和患者及家属面前，医生可以术前精确评估病变范围与临近脏器组织的三维空间关系，制定详细的手术规划，设计手术入路，极大的提高了手术的精准性，最大限度的降低手术风险和并发症。

8、利用3d打印技术实现肝脏疾病的术前定位诊断的创意由来已久，但受限于彩色打印材料的限制和打印成本的昂贵，临床上难以普及应用。从本世纪初伊始，欧美和日本均逐步开始3d打印肝脏模型的尝试。2010年，国内方驰华教授团队进行了肝脏3d打印和肝脏的个体化分段及肝内解剖平面的研究。当时3d打印的彩色碳素粉末材料质地脆，打印的肝内血管三级分支易折断，而单一色彩的塑料材料无法区分肝内众多的血管类型，无法打印透明的的肝脏包膜。虽然对于肝内血管解剖结构的研究帮助极大，但难以临床应用。

9、对于sla打印模式，其可以通过对单一材料混合比例的调节来实现对打印物强度、颜色和透明度的控制。但是其仅能使用光敏树脂这一单一材料。在打印细微、复杂结构如肝门部静脉或动脉时，若光敏树脂材料的选择、调控不到位，会导致韧性或硬度不佳、结构过于脆弱等情况，并且极易断裂。此外，采用光敏树脂材料打印得到的肝脏模型的可视化程度也会受影响。

10、光敏树脂材料的价格比较昂贵，材料成本高达150美元(约合人民币1000元左右)，加上模型的后期制作等费用，总价在1000～1500元人民币。由于完成后的肝脏模型仅能用于单纯观察肝肿瘤和肝内脉管的解剖关系，相比计算机的可视化三维重建并无显著优势。以我国目前的整体经济发展水平和3d打印技术应用现状而言，对于广大肝肿瘤患者以及外科医师来说不具备较高的性价比，因此成为普及临床运用的一大障碍。

11、目前，针对相关技术中存在的3d打印材料单一、无法打印细微复杂结构、肝脏模型可视化程度较差、成本高昂、无法进行手术导航等问题，尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种肝脏模型、人体模型、手术导航方法、制备方法及系统，以至少解决相关技术中存在的3d打印材料单一、无法打印细微复杂结构、肝脏模型可视化程度较差、成本高昂、无法进行手术导航等问题。

2、为实现上述目的，本技术采取的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种肝脏模型，采用3d打印方法制作，包括：

4、肝脏，由三氯羟基二苯醚制备而成；

5、脉管结构，所述脉管结构设置于所述肝脏的内部，由有机硅橡胶制备而成；

6、肝脏包膜，所述肝脏薄膜覆盖所述肝脏的表面设置，由聚乙烯薄膜制备而成。

7、在其中的一些实施例中，还包括：

8、肿瘤结构，所述肿瘤结构设置于所述肝脏的内部，由有机硅橡胶制备而成。

9、第二方面，本发明提供一种人体模型，包括：

10、人体躯干模型，由全透明硅胶材料制备而成；

11、如第一方面所述的肝脏模型，所述肝脏模型锚固设置于所述人体躯干模型。

12、第三方面，本发明提供一种肝脏模型的制备方法，用于制备如第一方面所述的肝脏模型，包括：

13、获取肝脏影像；

14、基于所述肝脏影像，重建肝脏三维模型；

15、基于所述肝脏三维模型，采用有机硅橡胶进行3d打印，以制备脉管结构；

16、基于所述肝脏三维模型，采用聚乙烯薄膜进行3d打印，以制备肝脏包膜；

17、基于所述肝脏三维模型，采用三氯羟基二苯醚进行3d打印，填充于所述脉管结构与所述肝脏包膜之间，以制备肝脏；

18、在制备所述肝脏完成之后，形成3d打印的肝脏模型。

19、在其中的一些实施例中，获取肝脏影像包括：

20、获取肝脏ct影像。

21、在其中的一些实施例中，基于所述肝脏影像，重建肝脏三维模型包括：

22、将所述肝脏影像输入至图像模拟软件，以重建肝脏三维模型。

23、在其中的一些实施例中，还包括：

24、基于所述肝脏三维模型，采用有机硅橡胶进行3d打印，以制备脉管结构和肿瘤结构。

25、第四方面，本发明提供一种肝脏模型的制备系统，用于执行如第三方面所述的制备方法，包括：

26、图像获取单元，用于获取肝脏影像；

27、模型重建单元，用于基于所述肝脏影像，重建肝脏三维模型；

28、3d打印单元，用于基于所述肝脏三维模型，采用有机硅橡胶、聚乙烯薄膜、三氯羟基二苯醚分别进行3d打印，以制备肝脏模型。

29、第五方面，本发明提供一种手术导航方法，用于如第一方面所述的肝脏模型，其特征在于，包括：

30、对所述肝脏模型进行超声扫查，以获取扫查结果；

31、基于所述扫查结果，获取手术导航规划；

32、基于所述手术导航规划，对所述肝脏模型进行模拟手术。

33、在其中的一些实施例中，基于所述手术导航规划，对所述肝脏模型进行模拟手术包括：

34、采用超声方法分别对脉管结构、肿瘤结构进行定位；

35、采用染料对所述肿瘤结构进行染色，并以染色范围作为切除范围。

36、相比于相关技术，本技术实施例提供的一种肝脏模型、人体模型、手术导航方法、制备方法及系统，与单一的光敏材料相比，三氯羟基二苯醚、聚乙烯薄膜、有机硅橡胶价格低廉、容易获取，能够降低使用成本和获取难度；上述三种材料能够便于相互组装，极大的降低了生产难度；通过上述三种材料的组合，肝脏模型的可视化程度高，不仅可以用于观察，还可以进行术前模拟手术，便于实现超声探查和手术导航。