一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法

1.本发明涉及一种新型的可用于流场观测研究的高透明弹性脑动脉瘤实验模型及制作方法。本发明是一种液滴法制作的用于流场观测的高透明弹性脑动脉瘤模型及方法；属于实验流体力学、生物医学研究领域。


背景技术：

2.脑动脉瘤(intracranial aneurysm，ia)是由血液动力学应激而引起的动脉异常扩张，脑动脉瘤壁随着血液动力冲击会越来越薄，最终发生破裂大出血造成生命危险。然而，尽管已有数十年的临床研究和治疗进展，但术后的整体治疗效果仍不佳，超过30％的患者在入院前就猝死。因此，对未破裂的脑动脉瘤的预防和治疗至关重要。脑动脉瘤内部流场特性和壁面剪切力对动脉瘤发展和破裂有重大影响，研究动脉瘤内流场特性，可以确定最佳递药方式和预测动脉瘤破裂时期，对动脉瘤内药物递送和治疗提供指导意义。但由于脑动脉瘤几何形状不规则，在实验中制作真实的三维脑动脉瘤模型十分困难。目前，制作脑动脉瘤模型的方法多为3d打印法，或者可溶金属法，操作繁琐、费时、成本高，并且得到的模型表面光洁度低、透明性差，且壁面弹性不可调节、顺应性差，不能满足流场观测要求。而且，此外，目前的研究中为了制作模型与观察的方便，普遍采用扩大10
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20倍尺寸后的动脉瘤模型，导致与真实人体中的三维动脉瘤内部流场特性相差较大。总之，目前研究中采用的脑动脉瘤模型不能反映真实的血流动力学特性，且模型透明性不能满足粒子图像测速技术(particle image velocimetry,piv)流场测速要求。因此，本专利发明了一种新型的利用液滴法制作的可用于流场观测的高透明的弹性动脉瘤实验模型制作方法，具有制作简单、模型透明度高、具有壁面顺应性等优点。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明目的是设计一种用于流场观测的动脉瘤，该方法可以实现动脉瘤三维模型的制作，为动脉瘤内部流场的研究提供基础，其操作简单，应用范围广，具有较高的科研应用价值，包括以下步骤：
4.步骤(1)：选取形状和尺寸大小合适的圆管结构作为血管结构；
5.步骤(2)：配比pdms和固化剂的混合液；
6.步骤(3)：在内部尺寸同主体固体结构相同的容器两侧合适位置做出与血管结构入口和出口尺寸相同的孔洞；
7.步骤(4)：将血管结构放置于步骤(3)中所述的容器内，血管结构的出入口与容器预留孔洞吻合；
8.步骤(5)：从血管结构的入口处通入与pdms不互溶的液体直到液体完全充满血管结构，封住出口；
9.步骤(6)：将步骤(2)中所述的混合液倒入步骤(4)中所述的容器中；
10.步骤(7)：从入口处继续注入液体，使液体从圆管的弧形切口处将未凝固的pdms混
合液鼓出；
11.步骤(8)：封住入口，自然静置容器直到pdms混合液完全凝固，拆除容器，得到所需模型。
附图说明
12.图1是本发明模型的制作步骤示意图。
13.图2是本发明模型的实物图。(a)注入血液模拟液前的脑动脉瘤模型(b)注入血液模拟液后的脑动脉瘤模型。
14.图3是本发明模型图。
具体实施方式
15.为了更详尽地描述本发明所提供的方法，使得本领域普通技术人员能够顺利实施本方法并得到本发明中所叙述的效果，下面对上述每个步骤作进一步的说明：
16.步骤一：选取形状和尺寸大小合适的透明圆管结构作为血管结构，在管中部合适位置切出弧形切口，弧形切口具体尺寸和数量根据实验研究要求而定；
17.步骤二：制备pdms混合液，优选使用聚二甲基硅氧烷(pdms)，按10：1的比例的加入固化剂，充分混合后抽真空30min以去除气泡。调节pdms与固化剂的比例，可模拟动脉瘤的不同弹性模量。
18.步骤三：制备一个内部形状和内部尺寸与所需模型一致的容器(没有顶板)，用来确定浇筑后的动脉瘤模型的外观。容器前后两侧是光滑的玻璃板，左右两侧是带有圆形孔洞(尺寸同血管结构的出入口尺寸一致)的薄板(如pdms薄板)。
19.步骤四：将血管结构放置于步骤(3)中所述的容器内，把作为血管结构的空心圆管穿过pdms孔洞并用胶封住孔洞与圆管结构间的缝隙，将开孔侧垂直向上放置，保证血管结构的出入口与容器预留孔洞吻合不泄露液体(可用胶封住缝隙)。
20.步骤五：从血管结构的入口处通入与pdms混合液不互溶的液体直到液体完全充满圆管结构且不流出圆管结构，防止pdms混合液沿切口流入血管，封住出口，防止液体流出；
21.步骤六：将步骤(2)中所述的混合液倒入步骤(3)中所述的容器中，导入后有气泡出现可用吹耳球吹出气泡，直到气泡消失；
22.步骤七：用注射器从入口处继续注入步骤(5)中所述的液体，使液体从圆管的弧形切口处鼓出，在表面张力作用下，形成一个表面光洁度极高的球形液滴，且与未凝固的pdms混合液互不相溶，从而形成三维脑动脉瘤结构；在模型外部用刻度尺测量动脉瘤的大小，当大小满足要求时停止注射，固定入口注射器推动的位置，封住入口；
23.步骤八：将倒入pdms混合液的容器水平静置24小时，防止因浮力影响脑动脉瘤模型变形。模型自然冷却凝固，不能进行加热处理，防止血管结构内的液体因加热而膨胀或者蒸发。pdms混合液完全凝固后，拆除容器和出入口的胶体，倒出注射的液体，得到所需模型。
24.与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
25.具有高透明度，高表面精度以及良好的壁面弹性，此外，制备方法简单，易于成型，便于控制模型尺寸，有利于开展流体力学观测实验和医用教学演示。
26.以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(2)：选取形状和尺寸大小合适的透明圆管作为血管结构，圆管中部一侧合适位置切一弧形切口，弧形切口具体尺寸和数量根据实验研究条件而定；步骤(2)：配比聚二甲基硅氧烷(pdms)和固化剂的混合液；步骤(3)：制作一内部尺寸同主体固体结构相同的容器，在容器两侧合适位置做出与血管结构出入口尺寸相同的孔洞；步骤(4)：将血管结构放置于步骤(3)中所述的容器内，并保证血管结构的出入口与容器预留孔洞吻合不泄露液体；步骤(5)：从血管结构的入口处通入与pdms不互溶的液体，直到液体完全充满血管结构，封住出口，防止液体流出；步骤(6)：将步骤(2)中所述的pdms倒入步骤(3)中所述的容器中；步骤(7)：从入口处继续注入步骤(5)中所述的不互溶液体，使液体从圆管的弧形切口处鼓出，在表面张力作用下，形成一个表面光洁度高的球形液滴，且与未凝固的pdms混合液互不相溶，从而形成三维脑动脉瘤结构；等液滴尺寸满足实验要求后，固定入口注射器推动的位置；步骤(8)：自然静置容器大于24小时，直到pdms混合液完全凝固，拆除容器，排出不互溶的液滴，得到所需模型。2.根据权利要求1所述的一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法，其特征在于：液滴法，通过切口处形成的液滴来制作脑动脉瘤模型，由于液滴的表面张力使得形成的脑动脉瘤模型内壁光滑，透明度高；由于液体的内聚力和不可压缩性，使得所通入的液体与pdms溶液界面力平衡，液体不会浮出pdms溶液，也不会被pdms挤压变形，控制模型尺寸；所述步骤(7)中，用注射针筒进行液体的注入，便于控制注入液体的体积，也可采用外部测量的方法确定注射液体的体积。3.根据权利要求1所述的一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法，其特征在于先在血管结构中充满步骤(5)所述的液体，防止在倒入pdms混合液时，pdms混合液流入血管结构，堵塞动脉瘤入口，通入液体时不可溢出，若液体溢出可使用滴管、针筒等工具将液体吸出。4.根据权利要求所述的一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(8)中倒入pdms混合液的容器需水平静置，防止因浮力影响脑动脉瘤模型的变形；模型应自然冷却凝固，不能进行加热处理，防止血管结构内的液体因加热而膨胀变形或者蒸发。5.根据权利要求所述的一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述的容器通过调节宽度和倒入的pdms混合液的厚度，模拟不同弹性的脑动脉瘤模型；血流动力学实验中的血液模拟液为甘油
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水混合溶液，折射率nf＝1.41，与pdms的折射率相近，有利于流场的观测；调节pdms与固化剂的比例，也可模拟不同弹性的脑动脉瘤模型。

技术总结
本发明公开了一种高透明的弹性脑动脉瘤模型的制备方法，制作一内部尺寸同主体固体结构相同的无顶盖容器，在容器两侧合适位置做出与血管结构出入口尺寸相同的孔洞；将血管结构放置于容器内，血管结构的出入口与容器预留孔洞吻合；血管结构的入口处通入液体直到液体完全充满血管结构，封住出口；将混合液倒入容器中；从入口处继续注入液体，使液体从圆管的弧形切口处将未凝固的PDMS混合液鼓出，形成脑动脉瘤模型；封住入口，自然静置容器直到PDMS混合液完全凝固，拆除容器，得到所需模型。该方法制备的三维脑动脉瘤模型具有高透明度，高表面精度，弹性可调等优点，为脑动脉瘤内部流场的研究提供基础，其操作简单，应用范围广，具有较高的科研应用价值。高的科研应用价值。高的科研应用价值。


技术研发人员：申峰 卢新然 杨欢 刘赵淼
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.08.29
技术公布日：2021/12/23