一种基于辐射检测的仿真人体皮肤肌肉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医学、材料学等理工医交叉学科技术领域，涉及仿真人体皮肤肌肉的 制作方法，具体涉及一种基于辐射检测的仿真人体皮肤肌肉的制作方法。
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【背景技术】
[0003] 人体模型从1945年诞生和应用以来，大多停留在实验室单个制作阶段；80年代 后，人体模型虽有一定的规模，但缺乏标准化、系列化和批量化的生产。为了发展新兴的仿 真人体模型技术，需要从原材料类型选择、设计方法和制作工艺方面进行系统性的研究。
[0004] 人体模型表面的仿生皮肤肌肉作为人体模型所占面积最大的部分，具有非常重要 的作用。而现有的仿生皮肤肌肉制作方法存在以下缺陷： 1、 目前缺少能同时满足辐射等效、皮肤质感和良好加工性能的新型组织等效材料；辐 射皮肤的等效性取决于元素组成，皮肤的质感取决其材料硬段和软段的相关比例，材料的 机械加工性能取决于材料的大分子聚集态的结构。而现有的专利文献中，提供的已有高分 子塑料有：有机玻璃、聚乙烯、人工或天然的橡胶材料、聚氨酯弹性体系、硅橡胶弹性体系， 这些高分子材料均难以同时满足上述新型组织等效材料的基本要求； 2、 现有皮肤肌肉材料大多未经特殊的分散剂处理，采用高温下的共聚共混，使得材料 的内应力较大，导致仿真皮肤肌肉内部残存内应力，进而形成空泡和裂纹；严重影响产品的 质量； 3、 现有仿生皮肤肌肉为了降低其制作成本，通过加入含金属粉末的原材料来调整其电 子密度和有效原子系数，这种金属粉末的加入，使得后期实验时，容易出现金属元素的特性 谱线干扰，对辐射结果造成了很大的干扰和不良影响。
[0005] 有鉴于此，现有的人体模型皮肤肌肉的制备方法还存在着以上不足之处，如何开 发一种性能更优良的仿生人体皮肤肌肉的制备方法，具有十分重要的意义。
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【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于辐射检测的仿真人 体皮肤肌肉的制作方法，该方法制备出的仿生人体皮肤肌肉显著提高了组织材料的等效 性，提高了材料稳定的物理性能和机械加工性能，并且辐射效果好、无干扰谱线出现。
[0008] 实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于辐射检测的仿真人体皮肤肌 肉的制作方法，包括如下步骤： (1)聚合体的生成：在真空或惰性气体环境下，将高分子材料和多元醇反应形成预聚 体，采用部分交联反应，扩大了分子量；再将预聚体与辅料在常温常压下反应12-24小时， 缓慢扩链聚合，形成生长型的态势，实现材质的均匀性，同时减少内应力引起的裂纹； 所述高分子材料包括多亚甲基多苯基多异氰酸酯；所述高分子材料与多元醇的质量比 为1:3~1:5 ;所述辅料包括分散剂、耦联剂、扩链剂、表面活化剂和催化剂；其中，按所需要 的质量密度、电子密度、材质硬度和机械性能不同，所述辅料的质量总和占预聚体材料质量 百分数< 5%，根据所需基体软硬主要控制耦联剂质量占预聚体材料质量百分数0. 5%-1%， 其余各辅料组分各占预聚体材料质量百分数1% ; (2)采用二次硫化的方法，第一次硫化过程采用远红外硫化方法，在60~100°C下保持 2~6 h，进行初步定型；第二次硫化过程采用高频旋转硫化方法，在60~10(TC下保持2~6 h， 以期提高热能穿透能力和提高材质受热的均匀性，细化内部分子结构和改善表面状态；第 二次硫化后，以20°C /10 min的速度进行阶梯度降温，直到常温为止。
[0009] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果： 1、本发明采用"等效元素法"和"轻元素替代法"，进行C、H、0、N、S、P的相互等效取代， 使材料总体在原子的辐射特性方面相近似，大大提高了辐射特效性能，等效误差与人体误 差为3%。
[0010] 2、本发明制备过程中不加入任何金属添加剂，减少辐射低能和高能能量的依赖 性，使低能和高能的等效性误差最高可控制在2%以内；进而避免了金属元素特性谱线干扰 和高能辐射时的感生同位素谱线干扰。
[0011] 3、本发明采用"仿生生长结合技术"，将高分子材料和辅料形成预聚体，在常温常 压下，反应一定的时间，缓慢扩链聚合，形成生长型的态势，实现了材质的均匀性，同时减少 内应力引起的裂纹。
[0012] 4、本发明采用"液相的共聚共混法"，协同发挥了分散性高、均匀性好、提高效率和 节能减排的特点；通过分散剂分散容易抱团的同性质物质，使其均匀分布；采用耦联剂做 预处理，选择不同分子量、不同内能的硬段和软段基材相配合；通过加入表面活化剂，改变 其表面的能量，使反应更平缓，内能降低；通过催化剂（生物蛋白酶）的加入，实现低温下的 扩链、聚合和生长，避免了高温反应带来的仿生皮肤肌肉表面出现空泡和裂纹的问题。
[0013] 5、本发明采用二次硫化的方法，解决聚合程度、聚合内能方面的问题，使其聚合度 可调整，从而达到调整质量密度和调整力学的弹性模量的目的；进而也可以通过内应力和 温度的函数来对硬度进行调整。
[0014] 6、本发明制备过程中为保证模型表面的光洁，可采用多种模具，如：塑料金属粉模 具、硅橡胶弹性体模具和高精度的金属模具；为保证模具的尺寸精度，采用激光数字化扫描 和三维数控铣床加工；通过模型和加工方法的协同配合，使制得的仿生皮肤肌肉质感好，加 工性能良好。
[0015] 7、本发明制备过程具有系统性，简化了设计程序和制造工艺，便于实现工业化批 量生产，具有广阔的市场前景。
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【附图说明】
[0017] 图1为本发明仿真人体皮肤肌肉的制备工艺流程图； 图2为本发明辐射等效材料的等效性判断与分级流程图； 图3为本发明仿真皮肤肌肉的外观图。
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【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中所述原料如无 特殊说明，即为普通市售产品。
[0020] 图1为本发明仿生人体皮肤肌肉的制备工艺流程图，先从材料设计方面进行考 虑，综合考虑元素组成、辐射参数和机械性能几个方面的性质，选出高分子材料和辅料；再 综合考虑各原料辅料的配比、加工温度、合成压力和反应时间对材料合成方面的影响，用计 算机对工艺合成过程进行控制，合成成品；最后对成品材料进行检测，主要考察成品的质量 密度、电子密度、组织等效特性、硬度和弹性模量，运用Am-241能谱仪、容栅动态模量测试 仪和冲波谱测量仪进行检测。
[0021] 图2为本发明辐射等效材料的等效性判断与分级流程图，从外观形态相似性、内 部结构仿真性、材料组织等效性、能量检测可测试性和损伤及安全可评估性方面进行总体 检验，建立等效误差分类标准，放射治疗用要求误差< 5%，放射诊断用要求误差< 15%，放 射防护用要求误差彡30% ;且可以将检测分为宏观量监测、中观量监测和微观量监测三个 方面，分别进行监测。
[0022] 图3为本发明仿真皮肤肌肉的外观图，可以看出，本发明制备的仿真皮肤外观透 明、质感好。
[0023] -、本发明皮肤肌肉的三大功能为：（1)作为体模的保护功能；（2)作为脏器的包 裹镶嵌功能和体模肢带的链接功能；（3)其约占人体全身总重量的85. 7%，组织等效材料在 人体模型中占据的比例较大，有重要作用。因此，制作皮肤肌肉需要