本發(fā)明涉及醫(yī)療模型制造領(lǐng)域，具體涉及一種肝癌模型的制備方法。

背景技術(shù)：

原發(fā)性肝癌是世界最常見的惡性肝癌之一,大部分肝癌發(fā)生在發(fā)展中國家,我國是肝癌高發(fā)地區(qū),約占全球的55％。其發(fā)病率與死亡率呈穩(wěn)中有上升的趨勢，目前對肝癌唯一有效的治療為手術(shù)切除，但是對肝癌的切除，手術(shù)存在一定盲目性，造成對肝臟過多的損傷，故手術(shù)風險大，術(shù)后并發(fā)癥多，恢復時間長，預后差。

肝臟是人體內(nèi)臟最大的器官，也是新陳代謝的重要器官?，F(xiàn)代人生活壓力大，不良生活的習慣直接導致肝臟的負擔越來越重，各種肝病發(fā)病率逐年上升。在解剖學上以Glisson系統(tǒng)為基礎(chǔ)將肝臟分為5葉和6段。期間穿行多條肝固有動脈，肝門靜脈，肝靜脈。肝外膽道及其分支縱橫交錯。穿行路徑，空間毗鄰等都極其復雜。

從臨床醫(yī)療角度來看，據(jù)《2015中國衛(wèi)生統(tǒng)計年鑒》顯示我國醫(yī)生人力資本質(zhì)量在整體上還處于相對較低的水平。這就意味著在出現(xiàn)問題的時候很多一線臨床醫(yī)生并不能找出較好的解決方法。尤其對于其中的一些肝膽外科醫(yī)生來說，由于學習條件，實驗設備，科研水平所限，他們對于肝臟復雜的脈管系統(tǒng)了解是極其有限的，他們現(xiàn)有的知識無法支撐他們完成一臺復雜的肝臟手術(shù)，甚至連看懂都有困難。

從醫(yī)學教學角度來看，臨床教育是醫(yī)學人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何提高臨床教育的效果成為醫(yī)學教育的重要課題。然而隨著我國醫(yī)學教育規(guī)模的快速發(fā)展以及醫(yī)患關(guān)系的惡化，傳統(tǒng)的醫(yī)療實踐環(huán)節(jié)已經(jīng)不能滿足臨床教育的要求。然而目前大部分的醫(yī)學院校仍然使用老舊的醫(yī)學掛圖與木質(zhì)、PVC、石膏模型。根據(jù)我們對湘雅醫(yī)學院學生的前期調(diào)查，對現(xiàn)使用的醫(yī)學模型的滿意程度不足兩成，大多數(shù)學生對肝臟結(jié)構(gòu)的認識僅僅停留在簡單階段，尤其在肝臟學習過程中，大部分學生都難以理解清楚以Glisson系統(tǒng)為基礎(chǔ)分成的5葉和6段中穿行多條肝固有動脈，肝門靜脈，肝靜脈。而現(xiàn)有的供醫(yī)學生或住院醫(yī)師進行學習、培訓和研究肝臟模型及脈管走形的醫(yī)用器材十分缺乏，一流醫(yī)學院及大部分醫(yī)院使用的都是較為落后的實心模型，給醫(yī)學學習和臨床醫(yī)療造成了較大的困難。

現(xiàn)有的3D打印技術(shù)的優(yōu)點在于對于物體的打印十分精確，且無局限性。運用在肝臟模型打印上時，可以將肝臟腫瘤與血管的位置毗鄰關(guān)系，包含關(guān)系，腫瘤的生長特點在實體的基礎(chǔ)上表現(xiàn)的十分清楚?；玖鞒淌峭ㄟ^CT掃描技術(shù)，獲取病人肝臟的平片。將CT數(shù)據(jù)建模重建，CT掃描技術(shù)即電子計算機斷層掃描，其原理可簡單理解為，將人體自上而下分成無數(shù)個薄片，再通過相鄰薄片間部分組織密度的變化來觀察疾病。那么既然是分成薄片，每一片之間一定會有間距，目前醫(yī)學常用的間距主要是2mm。但是血管的粗細并不是均一的，也不是完全直立的，因此在將肝癌CT轉(zhuǎn)化成可供3D打印機識別的數(shù)據(jù)后，大量的復雜脈管系統(tǒng)由于CT的局限性，變成了很多散在的點狀模塊，且由于肝臟的3套主要血管交錯并行，重建難度極大。導致每一個傳統(tǒng)3D打印出的肝癌模型，價格均極其昂貴，一般在一萬元以上。

除了原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生的技術(shù)限制外，傳統(tǒng)3D打印肝癌模型還有很多缺陷。

首先，由腫瘤生長的不確定性，給原本個體差異性并不大的肝臟管道系統(tǒng)模型的多次運用帶來了限制。即雖然個體之間肝臟脈管系統(tǒng)在實際運用上可以統(tǒng)一化，但由于腫瘤會生長在肝臟的各個血管分支，而傳統(tǒng)3D打印較難拆分，導致原本可以利用同一脈管模型，卻因為腫瘤的阻滯而具有一次性，用完該患者后在其他患者身上便不再適用，而每一次模型的打印由于數(shù)據(jù)的分析需要耗費大量人力物力成本，從經(jīng)濟實用的角度上看并不劃算。

其次，出于成本考慮，現(xiàn)階段3D打印往往不會打印出肝臟的全部脈管系統(tǒng)，而只會打印腫瘤及一部分與腫瘤有聯(lián)系的脈管。但即使3D打印相對于電腦軟件的肝臟模型已經(jīng)有了極大的突破。但對于基本沒有醫(yī)學知識，對于肝臟結(jié)構(gòu)也完全不了解的病人及家屬而言。只有一部分肝臟血管，既沒有整體肝臟外形又含有各種因技術(shù)原因無法輕易去除的不明凸起的肝癌模型亦是他們完全無法理解的，甚至普通醫(yī)學學生乍一看也很難理解。這對醫(yī)患之間的溝通仍然造成阻礙。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有利用3D打印技術(shù)打印肝癌腫瘤組織中存在的難拆分、一次性使用；僅部分打印，不夠清楚的缺陷，本發(fā)明提供一種新的利用3D打印技術(shù)打印肝癌模型的方法，包括如下步驟：

1)利用3D打印機打印出肝臟管道系統(tǒng)模型；

2)根據(jù)診斷結(jié)果，在所述肝臟管道系統(tǒng)模型表面的相應的位置固定腫瘤組織模型。

本發(fā)明所述的方法，一次性打印出肝臟管道系統(tǒng)模型后，可根據(jù)不同的病患的情況，在不同的位置靈活設置腫瘤組織模型，肝臟管道系統(tǒng)模型模型可重復使用，大大降低生產(chǎn)成本。

優(yōu)選的，所述步驟1)還包括將所述肝臟管道系統(tǒng)模型翻模后制備出軟質(zhì)材料的肝臟管道系統(tǒng)模型的操作。由于傳統(tǒng)3D打印材料及打印機器的限制，3D打印機打印出的管道系統(tǒng)質(zhì)硬且脆，在設置腫瘤組織模型的過程中易發(fā)生損壞。通過翻模的方法制備出軟質(zhì)材料的肝臟管道系統(tǒng)模型，既方便在其表面設置腫瘤組織模型，還可在3D打印出一套肝臟管道系統(tǒng)模型的情況下，根據(jù)需要翻模制備出多套軟質(zhì)材料的肝臟管道系統(tǒng)模型，可大大地降低生產(chǎn)成本。

優(yōu)選的，所述軟質(zhì)材料為軟質(zhì)環(huán)氧樹脂。用環(huán)氧樹脂制備肝臟管道系統(tǒng)模型既具有良好的成形能力，還具有一定的彈性和韌性，在使用的過程中不易損壞，方便在其表面固定肝臟腫瘤組織。

優(yōu)選的，利用3D打印機分段打印肝臟管道系統(tǒng)模型，分段翻模后制備出軟質(zhì)材料的管道，拼裝得到軟質(zhì)材料的肝臟管道系統(tǒng)模型。若一次性打印出整套的肝臟管道系統(tǒng)模型，打印操作過程不方便，且以此制作模具的過程中難度也較大；分段打印可大大地簡化操作。

優(yōu)選的，所述分段方法為：將肝臟管道系統(tǒng)按下腔靜脈、肝左靜脈、肝中靜脈、肝右靜脈、肝右后葉上段支、肝右后葉下段支、肝右前葉上段支、肝右前葉下段支、肝左外葉上段支、肝左外葉下段支、成整體的尾狀葉血管支和肝左內(nèi)葉血管支分成十二個部分。肝臟的管道系統(tǒng)包括血管系統(tǒng)和膽管系統(tǒng)，且其結(jié)構(gòu)極其復雜，在分段的過程中，一方面要便于模具的制作和翻模，應盡量打印高度變化不大，盡量位于統(tǒng)一平面的物體，另一方面還要結(jié)合肝臟脈管系統(tǒng)的特點和手術(shù)原理，整體打印脈管系統(tǒng)因過于復雜和交織的部分。將管道系統(tǒng)分成上述十二個部分，可滿足上述兩個要求，這也是分段打印中的重點和難點。

優(yōu)選的，分段后的肝臟管道系統(tǒng)模型通過十字形批嘴和十字形凹槽進行拼裝。采用這種連接方式具有如下優(yōu)點：一是十字形接口相比圓形及其他形狀接口產(chǎn)生更大的靜摩擦力，即使在材料有一定限制的情況下仍可緊密鏈接。二是十字形接口不會有旋轉(zhuǎn)限制，模型在連接之后不會被輕易變換位置影響其準確性。三是模型上部分的肝靜脈系統(tǒng)與下部分的肝固有動脈，肝門靜脈和膽管組成的Glison系統(tǒng)在肝內(nèi)本身存在毗鄰交叉關(guān)系，如在手術(shù)中發(fā)現(xiàn)有標注物作用的腔靜脈右支后，即提示附近存在右前葉支。通過十字形結(jié)構(gòu)固定了其空間關(guān)系后，可以較好且穩(wěn)定地表示出其位置毗鄰。

優(yōu)選的，對所述利用3D打印機打印出肝臟管道系統(tǒng)模型進行表面光滑處理。一是在傳統(tǒng)3D打印肝癌模型中，由于CT，MRI掃描數(shù)據(jù)及在轉(zhuǎn)化過程中的技術(shù)限制，血管的表面往往凹凸不平，甚至有較大的凸起，雖然肝臟管道自身會存在一定的凸起，打印出凸起會更加準確寫實，但對于實際應用上并無確切幫助，甚至在交流和傳達過程中造成一定困難。因此將血管表面光滑處理，并以表現(xiàn)血管的位置和毗鄰關(guān)系為主要目的進行打印設計。

優(yōu)選的，所述腫瘤組織模型為與腫瘤組織形狀和大小相似的可變形材料。

優(yōu)選的，所述可變形材料為彈性泡棉。腫瘤組織多“依附”主要血管分支進行生長，因此將具有“彈性大”“重量輕”“快速壓敏固定”等特性的EVA泡棉材料，制作出多種直徑大小不同的十二面立方體，使用時，由于泡棉質(zhì)量輕，只需要輕微粘合力即可依附在3D打印的血管支上，可形象地表示不同腫瘤組織的形態(tài)。腫瘤組織依據(jù)其大小的不同可分為大、小和微小3種，大型肝癌的特點主要是直徑在5厘米以上，通常囊括Glison系統(tǒng)分類法的主要血管分支。對于大型肝癌，由于其體積相對較大，生長方式多樣，以兩種形式來表達。當腫瘤組織包繞主要血管生長時，可選擇將多個泡棉材料組合使用，既可表示出腫瘤組織的形狀，還可清楚地表示其位置。當單個巨塊型肝癌組織依附血管生長時，制作一個十二面立方體模型即滿足表示需求。

優(yōu)選的，還包括肝臟的透明外殼的打印，其步驟為，分部分打印肝臟透明外殼，拼裝得到完整的肝臟透明外殼。

將肝臟外殼做成透明的，并在后期將其與肝臟管道系統(tǒng)模型結(jié)合，可清楚地觀察其內(nèi)部管道系統(tǒng)和腫瘤組織的分布情況，分部分打印便于其與肝臟管道系統(tǒng)模型的組合。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的方法包括如下步驟：

1)結(jié)合肝臟CT掃描數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)醫(yī)學資料，利用3D打印機分段打印出肝臟管道，并將所述肝臟管道表面進行光滑處理。；

2)制備所述光滑處理后肝臟管道的模具，利用所述模具，以軟質(zhì)環(huán)氧樹脂為材料，制備出軟質(zhì)環(huán)氧樹脂的肝臟管道，拼接后得軟質(zhì)環(huán)氧樹脂的肝臟管道系統(tǒng)模型；

3)分部分制備肝臟透明外殼；

4)將EVA泡棉材料制備成腫瘤組織模型，通過粘膠將其粘附在所述軟質(zhì)環(huán)氧樹脂的肝臟管道系統(tǒng)模型的腫瘤組織的表面相應位置，制得帶有腫瘤組織模型的肝臟管道系統(tǒng)模型；

5)將帶有腫瘤組織模型的肝臟管道系統(tǒng)模型與肝臟透明外殼組合，得肝癌模型；

所述分段方法為：將肝臟管道系統(tǒng)按下腔靜脈、肝左靜脈、肝中靜脈、肝右靜脈、肝右后葉上段支、肝右后葉下段支、肝右前葉上段支、肝右前葉下段支、肝左外葉上段支、肝左外葉下段支、成整體的尾狀葉血管支和肝左內(nèi)葉血管支分成十二個部分。

現(xiàn)有技術(shù)利用3D打印技術(shù)制備肝癌模型的過程中，通常根據(jù)單個患者的CT掃描數(shù)據(jù)來構(gòu)建模型。在腫瘤組織生長的過程中，其周圍的血供結(jié)構(gòu)也會發(fā)生相應的變化，增生血管以供腫瘤組織的營養(yǎng)需求。因此在CT掃描的過程中也會將這些變化的小血管掃描出來，這就增加了數(shù)據(jù)分析和打印的工作量，提高了打印成本。打印出來后由于這些增生的血管多且復雜，通常還會影響人們對其的正確判斷。但若是想在單個CT數(shù)據(jù)建模和打印的過程中，剔除這些血管相關(guān)的數(shù)據(jù)，也是一件量大且復雜的工作。而在實際的手術(shù)操作中，這些增生的血管結(jié)構(gòu)不會對手術(shù)的操作和手術(shù)的效果帶來影響。實際上，肝臟的結(jié)構(gòu)個體差異性并不大，即個體之間肝臟脈管系統(tǒng)在實際運用上可以統(tǒng)一化，本發(fā)明提出，在3D打印的過程中，將CT掃描數(shù)據(jù)與肝臟結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)相結(jié)合，可制備出普適性高的肝臟管道模型，可表示大多數(shù)人的肝臟管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；進一步的，將其翻模后制備成多個軟質(zhì)材料的肝臟管道系統(tǒng)模型，可實現(xiàn)一次3D打印制備多個肝臟管道系統(tǒng)模型，進一步降低成本并且更方便于實際地應用。另一方面，通過分部分制備透明的肝臟外殼，有助于理解腫瘤的位置。

優(yōu)選的，為方便后期辨識，脈管系統(tǒng)的顏色沿用傳統(tǒng)醫(yī)學解剖圖譜上的色彩劃分，以便于理解和接受。即腔靜脈系統(tǒng)和肝門靜脈均用藍色涂料，膽管系統(tǒng)用深綠色涂料，肝固有動脈用紅色涂料。在腫瘤的兩種表達方式中，“包含型”用半透明材料打印后不進行上色，從而可在表面隱約看見內(nèi)部血管走行的目的。

本發(fā)明的另一目的是保護利用本發(fā)明所述方法制備得到的新型肝癌模型。

本發(fā)明所述的肝癌模型具有如下有益效果：

這種方法可準確地打印出肝臟脈管系統(tǒng)，利用工業(yè)化翻模技術(shù)制備出質(zhì)軟的模型，在所述模型表面靈活地模擬腫瘤組織的形態(tài)，在一次性制成的肝臟脈管系統(tǒng)后，通過翻?？芍貜投啻沃苽涑鲕涃|(zhì)材料的脈管系統(tǒng)使用，降低了制備成本，消除了3D打印制品易折、價格昂貴的缺陷。

環(huán)氧樹脂翻膜出的血管具有一定的彈性，可彎曲后復原，且可以進行一定程度的彎曲使能滿足部分血管異構(gòu)需求可以滿足各種變異的肝臟血管需求具有易保存，易學習，造價低，可重復，損壞小的優(yōu)點。

3D打印技術(shù)的基本原理是用過高溫融化打印材料，材料冷卻凝固成型。因此成品與設計數(shù)據(jù)之間會產(chǎn)生一定的熱力形變，且會受到多種難以控制的因素影響，使得拼接嵌套等連接方式難以實現(xiàn)。而環(huán)氧樹脂材料血管因可輕微形變，因此血管接口處可直接使用“十字型嵌套法”，延長使用壽命，降低損壞的可能。硬度好，不易損壞折斷?？蓴D壓變形，可承力形變后恢復，因此可在更多的部位放置腫瘤模型。

這種方法還有較大的應用價值，現(xiàn)階段我國的臨床醫(yī)生培養(yǎng)需經(jīng)歷一個漫長的過程，一個新進入科室的醫(yī)生到能上臺主刀手術(shù)往往需要近十年的時間，而真正面對極其復雜的肝癌手術(shù)，且需要利用3D打印技術(shù)打印個性化肝癌模型以實現(xiàn)精準醫(yī)療目的的醫(yī)生多是在肝癌手術(shù)上已經(jīng)絕對堪稱專家的資深教授。就目前的文獻資料并沒有切實的數(shù)據(jù)能佐證3D模型對于手術(shù)的幫助。而從主觀感受而言，實體的3D打印的肝癌模型對于這類高級醫(yī)生的幫助已經(jīng)較小，稍顯雞肋。而3D模型真正能將手術(shù)水平大大提升的初級或中級醫(yī)生，在有條件提出3D打印模型要求的大型醫(yī)院往往無法真正主刀從而達到提升的目的。因此，本發(fā)明所述的模型成本低，制備方法簡易，可大大幫助到年輕醫(yī)生，縮短培養(yǎng)周期。

本發(fā)明所述的模具可應用于以下多個領(lǐng)域：

①根據(jù)影像結(jié)果重建實體模型——輔助診斷

②術(shù)前醫(yī)生與病人家屬進行溝通交流——醫(yī)患溝通

③術(shù)前規(guī)劃手術(shù)入路和方案——術(shù)前模擬

④術(shù)前主刀醫(yī)生與助手進行溝通——優(yōu)化手術(shù)

⑤基層醫(yī)院醫(yī)生用于病例討論及學習——平衡資源

⑥醫(yī)學生進行學科輔助學習——教具優(yōu)化

附圖說明

圖1、圖2為傳統(tǒng)肝臟模型；

圖3、圖4為現(xiàn)有3D打印技術(shù)打印的肝癌模型；

圖5為將CT掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化而成的可供打印的數(shù)據(jù)模型；

圖6為CT掃描結(jié)果與大數(shù)據(jù)醫(yī)學資料結(jié)合人工重建的具有普適性肝臟管道系統(tǒng)模型的數(shù)據(jù)模型；

圖7為肝臟外殼模型；

圖8為3D打印的肝臟管道系統(tǒng)模型。

圖9為管道間的十字絞接結(jié)構(gòu)；

圖10為用于固定彈性泡棉的粘貼膠。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例中所使用的打印肝臟透明外殼所使用的材料為聚乙烯.

實施例1

本實施例涉及一種利用本發(fā)明所述的方法打印肝癌組織模型的方法，包括如下步驟：

1)根據(jù)肝臟CT掃描數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)醫(yī)學資料(其數(shù)據(jù)模型如圖5和圖6)，分段打印出肝臟管道(如圖8)，并將所述肝臟管道表面進行光滑處理；

肝臟管道系統(tǒng)的分段方法為：將肝臟管道系統(tǒng)按下腔靜脈、肝左靜脈、肝中靜脈、肝右靜脈、肝右后葉上段支、肝右后葉下段支、肝右前葉上段支、肝右前葉下段支、肝左外葉上段支、肝左外葉下段支和成整體的尾狀葉血管支和肝左內(nèi)葉血管支分成十一個部分。

2)翻模制備所述光滑處理后肝臟管道的硅膠模具，利用所述模具，以軟質(zhì)環(huán)氧樹脂為材料，制備出軟質(zhì)環(huán)氧樹脂的肝臟管道，拼接后得軟質(zhì)環(huán)氧樹脂的肝臟管道系統(tǒng)模型，所述拼接處理采用十字絞接的方式進行拼接(如圖9)；

1)分兩部分打印肝臟透明外殼(如圖7)，

4)將EVA泡棉材料制備成直徑1～3cm不等的十二面立方體，通過粘膠(如圖10)將其粘附在所述軟質(zhì)環(huán)氧樹脂的肝臟管道系統(tǒng)模型表面相應位置，制得帶有腫瘤組織的肝臟管道系統(tǒng)模型；

5)將帶有腫瘤組織的肝臟管道系統(tǒng)模型與肝臟透明外殼組合，得肝癌模型。

對比例1

傳統(tǒng)肝臟模型，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2，該種模型雖然在橫斷面上體現(xiàn)出部分脈管系統(tǒng)的切面，但其內(nèi)部走形與其他組織的空間毗鄰無法完全體現(xiàn)出來。

對比例2

現(xiàn)有3D打印機打印出，如圖3和圖4，現(xiàn)有技術(shù)只能部分打印肝臟組織，肝癌組織與血管系統(tǒng)一起打印，一次打印只針對一個病患，不可重復使用。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。