一种利用导电材料构成的人体结构模型的制作方法

本发明涉及医学研究及医疗设备研发领域，主要是提供应用于替代人体测试各种电信号在人体内的情况的仿真肢体，具体是涉及一种利用导电材料构成的人体结构模型。

背景技术：

生物体对外界施加的电流、电压、磁场、电磁辐射波的反应很复杂，可导致物理与电化学性质的电效应，并会伴随有多种代谢活动变化，从而影响生命活动。体液中的电解质对维持细胞内外液的容量和渗透，酸碱平衡，神经肌肉兴奋性等具重要作用。体液中的阳离子主要有k+、na+、ca2+、mg2+等，阴离子有c1－、hco3－、hpo43－、so42－，还有有机酸离子和蛋白质等。体液中的离子在电流、电压、磁场、电磁辐射波的作用下，进行着电解、电泳、电渗，体内的离子浓度、蛋白质、细胞膜通透性、胆碱酯酶、ph值等均产生变化，也会影响一些微量元素和许多酶激活剂作用的变化。经研究表明，适当的频率和强度的电流、电压、磁场、电磁辐射波的生物效应，具有临床应用意义，可以扩张血管，促进局部血液循环，改善局部的营养和代谢，加快愈合，调整神经系统功能等，可以用来治疗慢性炎症、皮肤缺血性溃疡、血栓性静脉炎、骨折、神经损伤、疼痛等。通过更深一步的研究，电流、电压、磁场、电磁辐射波对人体的作用将会有更深层次的认识，并逐渐将电流、电压、磁场、电磁辐射波刺激应用于恶性疾病治疗的研究上。

目前，在研究对人体施加电信号后体内各区域电信号的情况时，由于各方面的限制，不便进行人体活体实验，经常使用动物替代人体，而动物与人体存在较大的差距，只能做为参考数据。因此，需要一种能够解决上述问题的仿真器材，用于模拟出在人体的测量效果。

本发明解决的问题是：为生物研究、医学研究和临床应用提供了一种模拟器材，利用本发明来模拟对人体施加电流、电压、磁场、电磁辐射波后，体内形成电信号情况，并能够提供方便直观地测量途径，从而解决动物实验不贴近人体，人体活体实验又违背伦理或不易广泛进行的问题。

技术实现要素：

本发明为生物研究、医学研究和临床应用提供了一种模拟器材，利用本发明来模拟对人体施加电流、电压、磁场、电磁辐射波后，在体内形成电信号情况，并能够提供方便直观地测量途径。

为实现上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案。

本发明提供了一种利用导电材料构成的人体结构模型，包括：一个以上器官模型，以及能够填充所述器官模型间空隙的填充液体，所述器官模型包括皮肤、肌肉、骨骼、内脏、脑组织、血管，所述填充液体为血液、体液、分泌物等的模型。所述的一种利用导电材料构成的人体结构模型，其特征在于，所述器官模型具有与人体器官相同的电阻率、介电常数和外形。

进一步地，所述填充液体，具有与人体体液相同的电阻率和介电常数，完整地填充在人体器官模型之间，保持器官模型间的导电性能与实际人体器官间的导电性能相同。

进一步地，所述器官模型由一种材料构成，也可由多种材料组合而成，所述材料可以为一种形态，也可以为多种形态。

进一步地，多个所述器官模型能够组装成与实际外形相同的人体整体模型或人体局部模型，所述器官模型之间填充所述填充液体，并被皮肤模型包裹后，与实际人体的电性能参数相同。

进一步地，所述器官模型可按比例缩小或放大，所述器官模型按比例缩小或放大时，所述器官模型、填充液体的导电率按同比例增大或缩小。

进一步地，坚硬的针状物可以刺穿所述模型，到达模型内的任意位置。

进一步地，所述器官模型内部可以预设不少于一个电信号测试点，通过包括导线传输、无线电传输的一种或多种传输方式将测试点的信号情况传输出来。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1本发明大脑模型与人体大脑剖面示意图。

图2本发明同一种性质同一种形态的材质构成的器官模型示意图。

图3本发明同一种性质不同形态的材质构成的器官模型示意图。

图4本发明两种性质不同形态不同的材质构成器官模型示意图。

图5本发明大脑模型与人体大脑对照测试示意图。

图6本发明人体头部模型与人体头部对照测试示意图。

图7本发明内部预设测试点示意图。

图8本发明红外线传输、无线电传输手段传递测试信号示意图。

图9本发明头部模型结构示意图。

图中：00、人体头部，01、人体大脑，02、大脑模型，03、头部模型，04、人体颅骨，05、人体皮肤，06、颅骨模型，07、皮肤模型，11、外层结构，12、内部结构，21、点a，22、点b，23、点c，24、点d，25、点a'，26、点b'，27、点c'，28、点d'，31、测试头，32、绝缘套，33、端子，34、集线装置，35、无线电/红外线信号发送器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

人的大脑剖面图和大脑模型剖面图如图1所示，以脑部为例，大脑模型02与人体大脑01的外形、大小一致，而且制造大脑模型02的材料的导电率、介电常数也与人体大脑01一致。

器官模型由外层结构11和内部结构12组成，外层结构11和内部结构12的材质有多种实施方式：外层结构11与内部结构可以是同一种性质形态完全一样的材质构成一体化的结构，也可以是同一种性质、但形态不同材质构成的结构，还可以是两种或多种性质不同、形态不同材质构成的结构。

同一种性质形态完全一样的材质构成一体化结构的器官模型如图2所示，以导电硅胶整体完全凝固形成的大脑模型为例，其外层结构11与内部结构12都是一种材料制成，质地、状态以及电阻率和介电常数完全一样，外部结构11与内部结构12之间没有明确分界。

同一种性质、不同形态的材质构成的器官模型如图3所示，以导电硅胶不完全凝固形成的大脑模型为例，外层结构11与内部结构12虽然为同一种材料，由于在加工制造中，表面的一层是完全固化成型的导电硅胶，而内部则是加热不到足够的温度或加热不到足够的时间而未完全固化成型的硅胶原料，仍然处于胶状形态，硬度和形态与完全固化成型的导电硅胶不一致，但电阻率和介电常数与完全硫化后的硅胶完全一致。

两种或多种性质不同、形态不同的材质结成器官模型如图4所示，以导电硅胶和盐水制成的大脑模型为例进行说明，外层结构11和内部结构12为两种以上电性能完全一致或非常接近的材质，外层结构11为完全硫化成形的硅胶外壳，内部结构12为配比浓度的盐水，硅胶外壳和盐水的电阻率、介电常数相同或非常接近，这两种材质构成的整体在电性能上可以等效为一种材质的均匀体。

如图5所示为大脑模型的导电性能示意图。以使用同一种性质形态完全一样的材质构成一体化结构的器官模型为例，对单个模型的导电性与实际人体器官导电性进行对比说明。根据人体头部解剖结构，我们可以掌握人体大脑的形状和构造，大脑的电阻率约10ω/m。用电阻率是10ω/m的导电硅胶做成大脑模型02。大脑模型02与实际人体大脑01的形状、大小相同，导电性能与实际人体大脑的导电性相同。在对人体大脑01的点a21和点b22施加电信号u，点c23和点d24间获得的电压为ucd；在大脑模型02与在与人体大脑01相同位的位置点a'25和点b'26置施加相同的电信号u'，大脑模型内部与人体大脑相同位置的点c'27和点d'28间的获得的电压为ucd'；因大脑模型的电阻率与实际人体大脑的电阻率相同，施加电信号、测量电信号的位置相同u=u'，电信号在实际人体大脑与大脑模型中的衰减情况与电场分布相同，所以ucd=ucd'，在施加信号相同、测试点相同的情况下，大脑模型中测量的结果与实际人体大脑中的情况一致。

如图6所示，以使用导电硅胶制作人体头部模型为例对人体部分模型进行说明。根据人体头部的解剖结构，脑分为大脑、小脑、脑干等几个部分，人体大脑01的电阻率约10ω/m，人体颅骨04的电阻率约50ω/m，人体皮肤05的电阻率约1000ω/m，脑液的电阻率约0.5ω/m。用电阻率是10ω/m的导电硅胶制做成大脑模型02，用电阻率是50ω/m的导电硅胶制做成颅骨模型06，用电阻率是1000ω/m的导电硅胶做成头部的皮肤模型07，用电阻率是0.5ω/m的液体做成脑液模型，将上述模型按照实际解剖位置装配成为一个密闭的结构，形成完整的头部模型03，将脑液模型注入到头部模型03内，充实到各模型之间。由于该头部模型03内部结构与实际人体头部00相同，各个单个模型与对应的人体器官的导电性能相同，在外部形成的导电性能与实际人体头部00相同，在图6中对实际人体头部00的点a21和点b22施加电信号u，在内部点c23和点d24间获得的电压为ucd。在头部模型03与人体头部00相同位置的点a'25和点b'26置施加相同的电信号u'，测量头部模型内与人体大脑位置相同的点c'27和点d'28间的电压为ucd'，因头部模型的电阻率与实际人体头部的电阻率相同，施加电信号、测量电信号的位置相同u=u'，电信号在实际人体大脑与头部模型中的衰减情况和电场分布相同，所以ucd=ucd'，即在施加信号相同、测试点相同的情况下，头部模型中测量的结果与实际人体头部中的情况一致。

如图7所示，为本发明内部预设测试点示意图。为便于测量，为本发明可以在模型内部提前预设置多个测试点。以导电硅胶制作的大脑模型、配置两个测试点、使用引线传输信号的方式为例进行说明：测试头31、导线、绝缘套32被预置在模型内部，测试头31通过导线与端子33连接，绝缘套32套在导线的外部，测试头31与模型材质接触，接触到的位置的电信号被导线传到端子上，将测试仪表接到端子上，就可以测试到测试头31这个点的电信号情况。

也可以利用无线传输的方式将测量到的信号传输到测试仪器中，如红外线传输、无线电传输等。在图8中，测试点31通过导线与集结装置34接连，将测试点31的电信号传到集线装置34中，集线装置34再通过导线将电信号传到无线电/红外线信号发送器35，由无线电/红外线信号收发器传送到接收装置中，从而达成依靠无线电信号将模型内部测试点的信号传输模型外部的过程。

当然，也可以通过插入探针进行测试示的方式达到测试模型内部某一点的电信号的目的。在一种优选的方案中，模型均是由比较软的材料制成，针型物体可以轻而易举的插入到模型内部的任意点，当针型物体为具有导电性能的材料制作而成，并且插入模型中的部分除了针尖以外均由绝缘层包裹时，针尖所接触的点的电信号情况就顺着导电的针传到模型外部，从而达到测试模型内部电信号的目的。

本发明说明书中使用的术语和措辞仅仅为了举例说明，并不意味构成限定。本领域技术人员应当理解，在不脱离所公开的实施方式的基本原理的前提下，对上述实施方式中的各细节可进行各种变化。因此，本发明的保护范围只由权利要求确定，在权利要求中，除非另有说明，所有的术语应按最宽泛合理的意思进行理解。