一种用3d打印技术的翻模工艺制造心脏结构的方法
技术领域
1.本发明涉及心脏结构性翻模技术领域，具体为一种用3d打印技术的翻模工艺制造心脏结构的方法。
背景技术：
2.心血管疾病在如今世界发明率和死亡率最高疾病，在中国心血管疾病导致死亡率占榜首，心脏结构性病变主要包括先天性心脏病各种类型房缺、室缺及各种类型发育不良，随着中国进入老龄化社会，老年心脏退行性病变(包括瓣膜关闭不全及钙化)等需要进行心脏外科手术患者将逐年增加，大量心脏外科大夫需要一种心脏结构产品进行练习。
3.随着社会水平提高，饮食结构改变，冠状动脉稠样硬化发病几率越来越年轻化，老龄化社会老年患者冠状动脉退行性病变导致冠脉狭窄人员基数庞大，最终需要进行冠状动脉“支架”和冠状动脉“架桥”，两种治疗方案，临床大夫需要大量冠状动脉教具模拟进行“支架”放置和冠脉“架桥”技术练习。
4.当前心脏模型产品市场缺乏一种心脏内部结构产品，更缺乏一种心脏病变医学教育模型，由于传统心脏结构主要是木制模型，缺乏心脏练习缝合、切除、置换能力。
5.中国专利cn201410624154.8，公开了一种可实现内外结构的实体化心脏 3d模型制作方法，采用的技术方案是本发明涉及可实现心脏内外结构的实体化心脏3d模型制作方法，能克服现有技术之缺陷，1、对病人进行心脏部位扫描，获得医学影像数据，形成dicom文件；2、用mimics软件识别步骤1中的dicom 文件并保存，形成计算机识别的.mcs文件；3、在软件内提取不同的数据模板；4、对步骤3中的存在空腔结构或图像不全或边界不清楚的模板进行处理，使模板清晰完整；5、通过各模板之间添加、删除、分离或合并形成需要的模板；6、对步骤5中形成的3d图像进行处理，使3d图像外部光滑和内部图像模板的完整性，形成stl文件；7、将步骤6中处理好的数据导入3d激光打印机中，打印出心脏模型，本发明能获得结构清晰完整的心脏模型，能大大提高心脏手术的成功率。
6.只能展示心脏内部结构，缺乏后期心脏模型翻模技术，因而制作一种心脏练习医学教具，满足心脏内部结构各种手术操作及冠状动脉“支架”和“架桥”技术练习。
技术实现要素：
7.鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种用3d打印技术的翻模工艺制造心脏结构的方法，采用的技术方案是，包括以下步骤：步骤1：心脏内部结构扫描，增强ct、mri扫描；步骤2：提取心脏结构数据；步骤3：使用工程软件及三维图像处理软件，对心脏模型进行工程化处理，对心脏外壳进行加厚及分割，对心脏内壳进行加厚及分割；步骤4：将步骤3制作心脏三维stl数据导入3d打印机，进行心脏打印及心脏模板打印，打印精度为0.01mm～0.03mm，内外壁将保留腔隙并完成结构固定；
步骤5：抛光模具；步骤6：心脏内壁使用石蜡填充，等待石蜡固化后，拆掉内壁模具，形成石蜡心脏内壁；采用紫光照射使硅胶凝固，形成石蜡心脏内壁，紫光固化硅胶是一种利用光引发剂的感光性、在紫外线光照射下光引发形成激发生态分子，分解成自由基或是离子，使不饱和有机物进行聚合、接技、交联等化学反应达到固化的目的硅胶；步骤7：心脏外壁结构与心脏内壁结构进行拼接，形成完整可以灌注心脏模具产品；步骤8：硅橡胶与催化剂进行混合，根据心室肌、心房肌、瓣膜及冠脉数据调配硅橡胶型号，充分搅拌及混合并抽取真空，保持硅胶最佳固化环境，放置数小时增加产品粘性及降低流动性，其中硅胶与催化剂达到最佳体积比例10:1～3:1，通过心脏内部结构形状更接近人体真实心脏结构，心脏内部弹性及形状更接近人体真实心脏，人造心脏可以完成模拟练习心脏切割、缝合、封堵及冠状动脉“支架”及“架桥”临床操作技能；步骤9：心脏预留结构进行填充，随着心脏腔隙抽空形成负压，硅胶材料将根据压力值大小硅胶将逐渐填充整个心脏，直至最终均匀填充整个心脏模型，形成完整心脏结构，保持硅胶最佳固化环境，在室温20～25℃，湿度在45％～55％；；步骤10：12～48小时完成血管壁硅橡胶固化，血管结构硅橡胶固化；步骤11：拆掉血管模具。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中，对心脏进行碘化剂的造影剂填充，ct扫描层厚为0.05mm、完成心脏150到250层扫描，获得医学影像数据，通过控制血管结构内外壳之间的空间可以精准控制两者之间厚度，达到心房肌韧性及厚度和心室肌韧性及厚度，心脏瓣膜韧性及厚度及冠状动脉形状及厚度，使得心脏成品率高。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述医学影像数据为dicom医学文件集。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2中，将所述步骤1中扫描所得的数据dicom格式文件导出，使用mimics软件识别，通过形成心脏三维数据模板，心脏模板修复，编辑心脏结构模板，优化心脏三维数据图像，形成可以识别stl文件。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤11，使用空气泵进行辅助脱模，在模具与硅胶之间注入空气，形成空气层更方便产品脱模，内外膜具模型拆开将心脏结构抽出，该产品包括心脏腔室结构，心脏瓣膜，心脏乳突及腱索及心脏冠状动脉。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中，三维图像处理软件包括maya、3dmax、ug、solidworks、zbrush软件。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤4中，打印材料包括医用类聚丙烯或乙烯和金属材料，可以模拟数十次甚至百次临床技能操作。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤5中，将心脏各部位进行传统抛光，填充制作过程缝隙，达到各部位光滑性。
15.本发明的有益效果：本发明通过心脏结构医学影像化、数据数字化获得人体心脏结构真实数据，通过心脏三维数据结构数据进行3d打印制作心脏模型或心脏模板，通过翻模技术使用硅橡胶及类硅橡胶产品根据人体结构进行精准翻模，本产品精度高，通过控制血管结构内外壳之间的空间可以精准控制两者之间厚度，达到心房肌韧性及厚度和心室肌韧性及厚度，心脏瓣膜韧性及厚度及冠状动脉形状及厚度，心脏成品率高，工艺流程每一步
可以精准控制，包括心脏结构三维数字化，心脏腔室结构模具化，心脏硅胶填充通过负压引力硅胶可以根据产品需要均匀填充所有预留模板间隙，所以相比传统制作方法有较高的成品率，心脏内部结构形状更接近人体真实心脏结构，心脏内部弹性及形状更接近人体真实心脏，人造心脏可以完成模拟练习心脏切割、缝合、封堵及冠状动脉“支架”及“架桥”临床操作技能，该产品材料选择可以模拟数十次甚至百次临床技能操作。
具体实施方式
16.实施例1
17.本发明公开了一种用3d打印技术的翻模工艺制造心脏结构的方法，采用的技术方案是，包括以下步骤：步骤1：心脏内部结构扫描，增强ct、mri扫描；步骤2：提取心脏结构数据，便于后续的心脏建模；步骤3：使用工程软件及三维图像处理软件，对心脏模型进行工程化处理，对心脏外壳进行加厚及分割，对心脏内壳进行加厚及分割，便于后续使用，了解之间的结构；步骤4：将步骤3制作心脏三维stl数据导入3d打印机，进行心脏打印及心脏模板打印，打印精度为0.01mm，内外壁将保留腔隙并完成结构固定，留有空隙，便于将其从中取出；步骤5：抛光模具，避免模具表面过于粗糙，影响使用；步骤6：心脏内壁使用石蜡填充，等待石蜡固化后，拆掉内壁模具，形成石蜡心脏内壁；采用紫光照射使硅胶凝固，形成石蜡心脏内壁，紫光固化硅胶是一种利用光引发剂的感光性、在紫外线光照射下光引发形成激发生态分子，分解成自由基或是离子，使不饱和有机物进行聚合、接技、交联等化学反应达到固化的目的硅胶；步骤7：心脏外壁结构与心脏内壁结构进行拼接，形成完整可以灌注心脏模具产品；步骤8：硅橡胶与催化剂进行混合，根据心室肌、心房肌、瓣膜及冠脉数据调配硅橡胶型号，充分搅拌及混合并抽取真空，保持硅胶最佳固化环境，放置数小时增加产品粘性及降低流动性，其中硅胶与催化剂达到最佳体积比例10:1；步骤9：心脏预留结构进行填充，随着心脏腔隙抽空形成负压，硅胶材料将根据压力值大小硅胶将逐渐填充整个心脏，直至最终均匀填充整个心脏模型，形成完整心脏结构，保持硅胶最佳固化环境，在室温20℃，湿度在45％；步骤10：12小时完成血管壁硅橡胶固化，血管结构硅橡胶固化；步骤11：拆掉血管模具。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中，对心脏进行碘化剂的造影剂填充，ct扫描层厚为0.05mm、完成心脏150层扫描，获得医学影像数据。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述医学影像数据为dicom医学文件集。
20.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2中，将所述步骤1中扫描所得的数据dicom格式文件导出，使用mimics软件识别，通过形成心脏三维数据模板，心脏模板修复，编辑心脏结构模板，优化心脏三维数据图像，形成可以识别stl文件。
21.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤11，使用空气泵进行辅助脱模，在模具
与硅胶之间注入空气，形成空气层更方便产品脱模，内外膜具模型拆开将心脏结构抽出，该产品包括心脏腔室结构，心脏瓣膜，心脏乳突及腱索及心脏冠状动脉。
22.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中，三维图像处理软件包括maya、3dmax、ug、solidworks、zbrush软件。
23.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤4中，打印材料包括医用类聚丙烯或乙烯和金属材料，通过此等材料，使得心脏模型可供使用多次，。
24.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤5中，将心脏各部位进行传统抛光，填充制作过程缝隙，达到各部位光滑性，使心脏各个部件之间便于衔接在一起。
25.实施例2
26.本实施例与实施例1的区别在于，包括以下步骤：步骤1：心脏内部结构扫描，增强ct、mri扫描；步骤2：提取心脏结构数据；步骤3：使用工程软件及三维图像处理软件，对心脏模型进行工程化处理，对心脏外壳进行加厚及分割，对心脏内壳进行加厚及分割；步骤4：将步骤3制作心脏三维stl数据导入3d打印机，进行心脏打印及心脏模板打印，打印精度为0.02mm，内外壁将保留腔隙并完成结构固定；步骤5：抛光模具；步骤6：心脏内壁使用石蜡填充，等待石蜡固化后，拆掉内壁模具，形成石蜡心脏内壁；采用紫光照射使硅胶凝固，形成石蜡心脏内壁；步骤7：心脏外壁结构与心脏内壁结构进行拼接，形成完整可以灌注心脏模具产品；步骤8：硅橡胶与催化剂进行混合，根据心室肌、心房肌、瓣膜及冠脉数据调配硅橡胶型号，充分搅拌及混合并抽取真空，保持硅胶最佳固化环境，放置数小时增加产品粘性及降低流动性，其中硅胶与催化剂达到最佳体积比例6:1；步骤9：心脏预留结构进行填充，随着心脏腔隙抽空形成负压，硅胶材料将根据压力值大小硅胶将逐渐填充整个心脏，直至最终均匀填充整个心脏模型，形成完整心脏结构，保持硅胶最佳固化环境，在室温23℃，湿度在50％；步骤10：30小时完成血管壁硅橡胶固化，血管结构硅橡胶固化；步骤11：拆掉血管模具。
27.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中，对心脏进行碘化剂的造影剂填充，ct扫描层厚为0.05mm、完成心脏200层扫描，获得医学影像数据。
28.实施例3
29.本实施例与实施例1的区别在于，包括以下步骤：步骤1：心脏内部结构扫描，增强ct、mri扫描；步骤2：提取心脏结构数据；步骤3：使用工程软件及三维图像处理软件，对心脏模型进行工程化处理，对心脏外壳进行加厚及分割，对心脏内壳进行加厚及分割；步骤4：将步骤3制作心脏三维stl数据导入3d打印机，进行心脏打印及心脏模板打印，打印精度为0.03mm，内外壁将保留腔隙并完成结构固定；
步骤5：抛光模具；步骤6：心脏内壁使用石蜡填充，等待石蜡固化后，拆掉内壁模具，形成石蜡心脏内壁；采用紫光照射使硅胶凝固，形成石蜡心脏内壁；步骤7：心脏外壁结构与心脏内壁结构进行拼接，形成完整可以灌注心脏模具产品；步骤8：硅橡胶与催化剂进行混合，根据心室肌、心房肌、瓣膜及冠脉数据调配硅橡胶型号，充分搅拌及混合并抽取真空，保持硅胶最佳固化环境，放置数小时增加产品粘性及降低流动性，其中硅胶与催化剂达到最佳体积比例3:1；步骤9：心脏预留结构进行填充，随着心脏腔隙抽空形成负压，硅胶材料将根据压力值大小硅胶将逐渐填充整个心脏，直至最终均匀填充整个心脏模型，形成完整心脏结构，保持硅胶最佳固化环境，在室温25℃，湿度在55％；步骤10：48小时完成血管壁硅橡胶固化，血管结构硅橡胶固化；步骤11：拆掉血管模具。
30.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中，对心脏进行碘化剂的造影剂填充，ct扫描层厚为0.05mm、完成心脏250层扫描，获得医学影像数据。
31.本文中未详细说明的部件为现有技术。
32.上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。