[0001] 本申请涉及手术模拟训练技术领域，尤其涉及一种针对肝硬化门静脉高压疾病的TIPS训练装置及其制备方法。

[0002] 肝硬化门静脉高压患者通常出现食管胃底静脉曲张，随着病情进展，上消化道出血表现会越来越重，严重威胁群众的生命健康。虽然有三腔二囊管压迫止血、胃镜下套扎、胃镜下组织胶注射、外科分流手术、BRTO(球囊导管闭塞法逆行性静脉栓塞术)、经皮经肝门静脉穿刺栓塞食管胃底静脉等方法治疗食管胃底静脉曲张出血，但随着时间推移，存在临床总体效果不满意或病情仍然进展的情况。

[0003] 经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)是解决门静脉高压的有效手段，临床应用也有20余年历史，但由于支架材料特性问题，早期的病例再狭窄率较高，临床中远期疗效不满意。随着新型TIPS专用VIATORR支架的上市，中远期疗效大幅度提高，TIPS技术具有在地市级医院进一步推广应用让更多群众受益的可行性。但TIPS技术在推广的过程中存在一些穿刺门静脉的技术难点问题。已有文献进行了电脑虚拟的术前模拟穿刺门静脉研究、影像融合引导门静脉穿刺的研究、3D打印门静脉模型体外模拟穿刺角度制定最佳穿刺路径的研究。这些研究虽然有助于提高手术的成功率，但在协助尚未开展TIPS的介入医师突破“临门一脚”的真实感方面仍显不足。由于无法在病人身上训练门静脉穿刺技术，因此TIPS后备人才的培养缓慢且艰难。

[0051] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0052] 除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0053] 经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)在新型专用覆膜支架(VIATORR支架)的支撑下，在治疗肝硬化门静脉高压伴上消化道大出血或顽固性腹水等危重患者的中远期疗效明显提高，具有在较大范围推广让更多群众受益的可行性。但由于TIPS技术固有的难度，在向地市级医院推广的过程中存在一些穿刺门静脉的技术难点问题，由于无法在病人身上训练门静脉穿刺技术，因此TIPS后备人才的培养缓慢且艰难。本发明力图构建一种接近真实手术环境的TIPS训练装置，使具有一定介入手术经验的中低年资医师(这些医师均应具有辐射安全防护培训上岗证、放射工作人员证、放射工作人员职业健康体检及接受辐射剂量检测个人档案；本发明不适用于医学实习生、未取得放射工作资质的医务人员)能够通过训练掌握TIPS术中门静脉穿刺这个技术难点，促进TIPS技术的推广应用。

[0054] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0055] 第一方面，本申请提供了一种针对肝硬化门静脉高压疾病的TIPS训练装置的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0056] 根据成功穿刺门静脉右支的肝硬化门静脉高压疾病患者病例数据，得到三维重建模型；

[0057] 采用3D建模软件对所述三维重建模型进行处理，构建得到用于血管铸模的模具模型和门静脉与肝静脉相互沟通的血管模型；

[0058] 根据用于血管铸模的模具模型和血管模型，采用3D打印设备打印出以光敏树脂为材料的血管模型及铸模模具；

[0059] 根据所需的肝硬化程度，配制出相应邵氏硬度的铸模用硅胶液；

[0060] 将所述血管模型和所述铸模模具的位置进行固定，后注入所述铸模用硅胶液进行固化，脱模，得到模拟硬化肝脏与血管融合的硅胶模型；

[0061] 按照血液循环原理建立肝外各模拟血管管道路径及泵系统并与所述肝脏硅胶模型进行连接，并与人体骨骼模型融合得到所述TIPS训练装置；

[0062] 其中，所述三维重建模型包括门静脉三维重建模型、肝静脉三维重建模型、下腔静脉三维重建模型和肝脏三维重建模型；

[0063] 根据B超的剪切波弹性成像功能测量肝脏硬度(liver stiffness measurement，LSM)，以不同邵氏硬度长方体测试硅胶块中测量的最高LSM值为划分标准，不同的肝硬化程度和配制所述铸模用硅胶液的邵氏硬度之间对应关系如下：

[0064] 肝硬化程度的LSM最大值为22.7kPa时，相当于所述铸模用硅胶液的邵氏硬度为0度；

[0065] 肝硬化程度的LSM最大值为24.6kPa时，相当于所述铸模用硅胶液的邵氏硬度为2.5度；

[0066] 肝硬化程度的LSM最大值为25.7kPa时，相当于所述铸模用硅胶液的邵氏硬度为5度；

[0067] 肝硬化程度的LSM最大值为33.5kPa时，相当于所述铸模用硅胶液的邵氏硬度为7.5度；

[0068] 肝硬化程度的LSM最大值为44.6kPa时，相当于所述铸模用硅胶液的邵氏硬度为10度。

[0069] 在一些具体实施例中，上述制备方法包括以下过程：

[0070] 1.三维模型母版的选择及建立：回顾性分析既往行TIPS治疗的36例患者的DSA影像，选取典型病例中成功穿刺门静脉右支的病例，在联网PACS系统的电脑上保存患者CT增强扫描门静脉期的Dicom数据，导入Mimics 10.0软件中，通过设定阈值并结合“Region growing”、“Dynamic Regiongrowing”功能提取门静脉、肝静脉和下腔静脉的三维重建模型；同法提取肝脏的三维重建模型。将三维模型存为STL格式的文件导入3D Studio MAX 7.0软件进行血管边缘圆滑处理(对于无法圆滑处理或边缘有缺损的血管模型，通过构建该血管支的中轴线及相应直径的圆环，运用放样功能获得边缘圆滑的血管支模型)，建立门静脉与肝静脉之间的连接模型并建立用于血管铸模的模具模型(如图1所示)，构建血管铸模的模型需要使用线条勾边、放样、布尔运算功能。对于铸模模具，在3D MAX软件中建立后需分隔成两部分或三部分，以便3D打印出的模具在铸模后能顺利分拆模具取出硅胶模型，后期还可再次用于铸模。三维模型均保存为OBJ格式。

[0071] 2.3D打印及硅胶配比：将OBJ格式文件传至第三方3D打印机构(购于科恒3D打印服务公司，由该公司SLA光敏树脂打印工艺制作)，打印出以光敏树脂为材料的血管模型及铸模模具(如图2所示)。选取邵氏硬度为0度～20度的A/B双组份液体硅胶配比液(购于深圳市亿品艺术模型材料公司PS6600系列0度、5度、10度、20度的肤色仿真人体硅胶，购自另一厂家的全透明食品级液体硅胶在相同邵氏硬度下弹性和韧性不及肤色仿真人体硅胶，优选为深圳市亿品艺术模型材料公司PS6600系列硅胶)，根据所需的不同的肝硬化程度，将0度的A/B双组份液体硅胶配比液各250g按A/B液1:1在清洁的不锈钢容器内混合后并均匀搅拌呈流质液态(同法配制出5度、10度、20度的流质液态硅胶)，将0度与5度流质液态硅胶按1:1混合后并均匀搅拌配制出2.5度的流质液态硅胶，同法5度与10度流质液态硅胶按1:1混合后并均匀搅拌配制出7.5度的流质液态硅胶、10度与20度流质液态硅胶按3:1混合后并均匀搅拌配制出12.5度的流质液态硅胶，不同邵氏硬化的硅胶以对应相应的硬化程度的肝脏并记录配比关系。铸造出上述不同邵氏硬度的边长7×5×4厘米的硅胶长方体，先用彩色多普勒超声诊断仪的二维剪切波弹性成像功能测量肝脏硬度(liver stiffness measurement，LSM)并与不同肝硬化程度的LSM值对比(见表1)，再用TIPS手术常用的RUPS‑100穿刺针分别穿刺上述硅胶体，根据穿刺手感标示出不同邵氏硬度的硅胶体所对应的不同程度的硬化肝脏。对于硅胶硬度与肝硬化程度的关系，邵氏硬度为10度的硅胶有“夹针感”，其LSM值与文献中Child‑Pugh分级的C级LSM值重叠并有超出，可模拟硬化程度较重的肝脏；邵氏硬度为7.5度的硅胶其LSM值与Child‑Pugh分级的C级LSM值基本重叠，可模拟常见硬化程度的肝脏；邵氏硬度为5度的硅胶进针阻力较小，其LSM值与Child‑Pugh分级的B级LSM值基本重叠，可模拟硬化程度较轻的肝脏，这种通过配制不同邵氏硬度硅胶模拟不同程度硬化肝脏的方法是本发明的特点之一。配制好的硅胶在室温(20～26℃)下放置12小时通常可完全固化，若胶层厚度超过10mm则固化时间会延长，位于模具内底层的硅胶完全固化时间可达24小时。

[0072] 3.铸模、脱模及流体系统的建立：固定血管模型与铸模模具的位置关系，在模型及模具表面均匀涂抹医用凡士林，向模具内缓慢倒入按所需配比关系配制的硅胶(缓慢匀速倒入硅胶避免引入气泡)，常温下静置24小时待硅胶完全固化。分离模具，包裹血管模型的硅胶体脱模非常困难(因为血管模型包括肝静脉系统和门静脉系统的血管模型，在硅胶体内呈三维弯曲走形并有相互连接，在血管分叉处需截断分支与主干的连接才能避免三维弯曲的结构影响取出操作)，如何脱模也是本发明在解决血管模型与模拟肝脏融合的创新思路。脱模时应避免用力过大撕裂硅胶，咬合、破碎及夹取硅胶内的血管模型可应用手术室不锈钢钳夹器械，还可根据操作习惯按照现有常规工艺进行自制切割及咬合工具取出硅胶内的血管模型(在硅胶内不同位置的血管分叉处截断分支与主干血管模型的连接以便于取出，但对于深部硅胶内包含的血管模型，取出操作更加困难)，对于位置较深的血管模型可在B超引导下定位取出(对于部分在中央位置的血管模型，即使经B超定位后，仍无法取出；经过反复实验，本发明采用B超定位硅胶体表面距离该血管模型最近的位置，采用手术刀片及眼科剪，自硅胶体表定位处整齐切开长度2厘米至4厘米的硅胶体至血管模型处，再用工业级电子剪钳截断血管模型，用血管钳取出血管模型，然后采用硅胶粘接密封胶(购自深圳市优威特胶粘剂有限公司5562‑B型食品级密封胶)进行切开缝隙的粘接密封(经过后期实际训练模拟操作中X线下注入造影剂显示：粘接密封处无渗液，血管壁无缺损，表明切开硅胶取出中央区血管模型再粘接密封不影响模型的内部血管结构，是本发明的特点之一)。在人体骨骼教学模型内按照血液循环原理建立管道路径并与肝脏硅胶模型连接(简称“模型整体”)，与肝脏模型连接的模拟的各血管由不同直径的制式硅胶管及乳胶管构成，各管道通过一分多接口与潜水泵连接(如图3和图4所示)；图4中：1、右侧颈内静脉，2、下腔静脉，3、门静脉及肝内左右支，4、肝静脉及其分支，5、离肝的共同流出道，6、脾静脉，7、肠系膜上静脉，8、回流循环水箱的共同流出道，9、向肝的共同流入道，10、潜水泵，蓝色管道代表离肝血流方向，橙色代表向肝血流方向。模拟的上腔静脉相当于右心房的位置被设计为整个流体系统的流出道，可使液体流回循环水箱，水箱内加入红色颜料模拟血液，经吸入潜水泵后泵出的液体分别流入到模拟的右侧颈内静脉、脾静脉、肠系膜上静脉、下腔静脉硅胶或乳胶管道中，在手术模拟过程中使用的碘海醇造影剂经循环流回循环水箱，可定期按密度分层取出密度大的碘海醇造影剂以重复使用。这些肝外的连接管道按照解剖位置在人体骨骼教学模型内布置。潜水泵的流量规格根据模拟血管的循环量，选定为200～240L/h，为USB接口供电，由手机充电器供电以保证潜水泵的电压安全(购自市售功率5W、扬程3米USB潜水泵)。在铸模前门静脉左、右支模型建立了与肝静脉三支模型的连接线(直径1.5～2mm)，铸模并脱模后，可模拟出门静脉液体通过肝血窦流入肝静脉的效果，在肝静脉造影时，造影剂受流动液体的冲刷可以自然地流出到下腔静脉，这种沟通门静脉系统和肝静脉系统的方法也是本发明的特点之一。颈部模拟右侧颈内静脉的乳胶管道被邵氏硬度为2.5度的硅胶包裹固定以模拟皮下组织和皮肤，适用于培训时反复穿刺颈内静脉避免漏液。

[0073] 在一些具体实施例中，其他数据来源的3D打印或非3D打印的血管模型(硬质材料或软质材料)，按照本发明所述的铸模、脱模方法构建血管与硅胶或其他化工原料融合的实体模型，均来源于本发明用于实现血管与模拟脏器的融合设计理念；包括并不限于采用低熔点蜡质材料制作血管模型与硅胶融合后在沸水中使蜡质材料溶解去除而形成的实体模型；包括并不限于采用完全透明的符合弹性韧性要求的硅胶与血管模型融合的实体模型，在脱模时可以不使用B超辅助。

[0074] 在一些具体实施例中，在门静脉分支和肝静脉分支之间建立的其他连接方法，包括并不限于直接小直径管道连接、纱网连接、蜂窝材料连接方法，均来源于本发明用于实现门静脉血流自然流向肝静脉的设计理念。

[0075] 在一些具体实施例中，采用本申请实施例提供的针对肝硬化门静脉高压疾病的TIPS训练装置的手术模拟训练包括以下过程：模拟培训实施前将模型整体进行CT扫描，在扫描前启动潜水泵，并在循环水箱内倒入100ml造影剂，用以构建出增强CT扫描的效果。CT扫描后由所有参与培训人员对硅胶模型的CT断层图像进行阅片并讨论肝静脉进针点及门静脉穿刺路径。将模型整体置于DSA机床面上，先由高年资医师演示自颈内静脉穿刺、置入长鞘、肝静脉插管并造影、穿刺门静脉、穿刺成功后门静脉造影整套过程(如图5、图6、图7和图8所示)，再由中低年资医师轮流在模型上实施TIPS操作(不含球囊扩张及支架置入过程)。在模拟训练过程中，由于不断有造影剂使用，每使用100ml造影剂，应将循环水箱底层含造影剂浓度较大的液体抽出，再添加同量的生理盐水，以避免模拟的血管由于循环液体内造影剂浓度增加而显影，从而使后续培训医师穿刺难度降低。培训后进行手感体会及优缺点总结。在手术模拟过程中，如发现受训医师刺穿模拟肝脏外表面而出现漏液，可使用硅胶粘接密封胶(购自深圳市优威特胶粘剂有限公司5562‑B型食品级密封胶)进行漏液点的粘接密封。

[0076] 表1

[0077]

[0078] 注：1.B超的剪切波弹性成像功能可测量肝脏硬度(liver  stiffness measurement，LSM)。2.肝纤维化Metavir分期：F0，无纤维化；F1，汇管区有纤维化但无分隔，为轻度纤维化；F2，汇管区有纤维化伴少量分隔，为中度纤维化；F3，有大量分隔但无肝硬化，为重度纤维化；F4，肝硬化。3.本发明应用的彩色多普勒超声诊断仪型号为GE公司LOGIQ E20。

[0079] 下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照现行标准测定。若没有相应的现行标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

[0080] 实施例1

[0081] 本例提供一种针对肝硬化门静脉高压疾病的TIPS训练装置及其制备方法，包括以下过程：

[0082] 步骤一：选取一例成功穿刺门静脉右支的病例，在联网PACS系统的电脑上保存患者CT增强扫描门静脉期的Dicom数据，导入Mimics 10.0软件中，通过设定阈值并结合“Regiongrowing”、“Dynamic Region growing”功能提取门静脉、肝静脉和下腔静脉的三维重建模型；同法提取肝脏的三维重建模型。将三维模型存为STL格式的文件导入3D Studio MAX7.0软件进行血管边缘圆滑处理(对于无法圆滑处理或边缘有缺损的血管模型，通过构建该血管支的中轴线及相应直径的圆环，运用放样功能获得边缘圆滑的血管支模型)，然后建立门静脉左支、右支与肝左静脉、肝中静脉、肝右静脉之间的连接模型，该连接模型呈直径2mm的弯曲小圆柱体；运用线条勾边、放样、布尔运算功能建立用于血管铸模的模具模型，将铸模模具自中间分隔成两部分。三维模型均保存为OBJ格式并传至第三方3D打印机构(购于科恒3D打印服务公司，由该公司SLA光敏树脂打印工艺制作)，打印出以光敏树脂为材料的血管模型及铸模模具(如图9所示)；

[0083] 步骤二：根据该病例的肝硬化肝功能Child‑Pugh分级及术中穿刺手感，配制邵氏硬度为7.5度的硅胶配比液，由5度与10度流质液态硅胶按1:1混合后并均匀搅拌配制(购于深圳市亿品艺术模型材料公司PS6600系列硅胶)。固定血管模型与铸模模具的位置关系，在模型及模具表面均匀涂抹医用凡士林，向模具内缓慢倒入按所需配比关系配制的硅胶(缓慢匀速倒入硅胶避免引入气泡)，常温下静置24小时待硅胶完全固化。分离模具，进行脱模操作，应用手术室不锈钢钳夹器械及自制的切割及咬合工具，咬合、破碎及夹取硅胶内的血管模型，对于位置较深的血管模型在B超引导下定位取出，对于部分在中央位置的血管模型，采用B超定位硅胶体表面距离该血管模型最近的位置，用手术刀片及眼科剪，自硅胶体表定位处整齐切开长度2厘米至4厘米的硅胶体至血管模型处，再用工业级电子剪钳截断血管模型，用血管钳取出血管模型，然后采用硅胶粘接密封胶(购自深圳市优威特胶粘剂有限公司5562‑B型食品级密封胶)进行切开缝隙的粘接密封。将肝脏硅胶模型置入人体骨骼教学模型内，按照血液循环原理建立管道路径并与肝脏硅胶模型连接，与肝脏模型连接的模拟的各血管由16mm和22mm直径的制式硅胶管及乳胶管构成，各管道通过一分多接口与潜水泵连接。模拟的上腔静脉相当于右心房的位置被设计为整个流体系统的流出道，可使液体流回循环水箱，水箱内加入红色颜料模拟血液，经吸入潜水泵后泵出的液体分别流入到模拟的右侧颈内静脉、脾静脉、肠系膜上静脉、下腔静脉硅胶或乳胶管道中，在手术模拟过程中使用的碘海醇造影剂经循环流回循环水箱，可定期按密度分层取出密度大的碘海醇造影剂以重复使用。潜水泵的流量规格根据模拟血管的循环量，选定为200～240L/h，为USB接口供电，由手机充电器供电以保证潜水泵的电压安全(购自市售功率5W、扬程3米USB潜水泵)。人体骨骼模型由塑料薄膜包裹并固定硅胶管和乳胶管，颈部模拟右侧颈内静脉的乳胶管道被邵氏硬度为2.5度的硅胶包裹固定以模拟皮下组织和皮肤，适用于培训时反复穿刺颈内静脉避免漏液(如图10和图11所示)；

[0084] 步骤三：模拟培训实施前将模型整体进行CT扫描，在扫描前启动潜水泵，并在循环水箱内倒入100ml造影剂，用以构建出增强CT扫描的效果(如图12和图13所示)。CT扫描后由所有参与培训人员对硅胶模型的CT断层图像进行阅片并讨论肝静脉进针点及门静脉穿刺路径。将模型整体置于DSA机床面上，先由高年资医师演示自颈内静脉穿刺、置入长鞘、肝静脉插管并造影、穿刺门静脉、穿刺成功后门静脉造影整套过程，再由中低年资医师轮流在模型上实施TIPS操作(不含球囊扩张及支架置入过程)。在模拟训练过程中，由于不断有造影剂使用，每使用100ml造影剂，应将循环水箱底层含造影剂浓度较大的液体抽出，再添加同量的生理盐水，以避免模拟的血管由于循环液体内造影剂浓度增加而显影，从而使后续培训医师穿刺难度降低。在手术模拟过程中，如发现受训医师刺穿模拟肝脏外表面而出现漏液，可使用硅胶粘接密封胶(购自深圳市优威特胶粘剂有限公司5562‑B型食品级密封胶)进行漏液点的粘接密封。

[0085] 本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

[0086] 在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a‑b(即a和b),a‑c,b‑c,或a‑b‑c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

[0087] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。