一种基于真实形状和电阻率分布的颅骨物理模型实验装置

摘要

本发明公开了一种基于真实形状和电阻率分布的颅骨物理模型实验装置，包括上下左右移动和360°旋转的支架，支架上放置有一个容器，容器内装有颅骨石膏模型，该颅骨石膏模型的每个部位及骨缝的电阻率值都接近真实在体颅骨数值，容器的内表面贴放有两层平行且等间距分布的电极，电极穿过容器内侧壁上的钻孔与容器外侧的屏蔽线相连。与人体真实颅骨相比，该模型具有极高的形状精度和真实电阻率分布。可重复使用，性能稳定，提供了一种更精确、更易用、抗干扰能力更强的颅骨模型和实验装置，有利于开展颅脑电阻抗断层成像的深入研究。

主权项

一种基于真实形状和电阻率分布的颅骨物理模型实验装置，包括上下左右移动和360°旋转的支架，支架上放置有一个容器，容器内装有颅骨石膏模型，所述的颅骨物理模型由硬石膏翻制而成，并按照人体真实解剖结构分为形状精度较高的8个部位，即，额骨1块，蝶骨大翼2块，颞骨2块，顶骨2块，枕骨1块，按照与骨缝电阻率值近似的石膏将各部位连接成整体；该颅骨石膏模型的每个部位及骨缝的电阻率值都接近真实在体颅骨数值，其特征在于，容器的内表面贴放有两层平行且等间距分布的电极，每层电极为16个；电极的位置确定是沿外壳表面，经眉弓上缘、两侧颞骨和枕骨组成一个平面，在此平面边缘等间距确定16个点，作为贴放第一层16个电极的位置；第二层的16个电极的位置比第一层低20.00mm；电极的材质为银片，厚度0.30mm，直径10.00mm，纯度为99.99%；电极穿过容器内侧壁上的钻孔与容器外侧的电极导线相连；电极的一侧用纯度为99.99%、直径为3.00mm的银丝焊接，在电极焊接银丝的一侧，涂有耐水、耐酸碱的粘接剂，使电极与容器内侧壁紧贴，做成包埋式的固定电极；容器外侧引出电极导线带有屏蔽层，长度为1000.00mm，16根导线交叉缠绕，外面套有屏蔽网；所述的颅骨石膏模型的制作流程是：1）人体颅骨薄层CT数据采集采用螺旋CT对无颅骨病变的成年男性患者进行薄层颅脑扫描，扫描范围包括全部脑颅骨；扫描参数为：层厚0.625mm，电压120kV，电流240mA；扫描层数为578层；图像数据不压缩，采用标准DICOM文件格式保存；2）三维重建颅骨模型使用Geomagic Studio4.0及MIMICS10.0软件将DICOM图像文件读入，首先对骨组织区域识别，然后进行骨组织提取和三维叠加，完成颅骨几何模型的三维重建，并对其进行查错修补，然后对重建的三维图形沿着骨缝进行分割，制作成分离的额骨1块，蝶骨大翼2块，颞骨2块，顶骨2块，枕骨1块；3）快速成型机加工制造将重建后的三维可视模型进行三角形网格划分，输出STL格式的模型文件，采用选择性激光烧结快速成型机，以由聚‑N‑邻羟苄叉乙烯基苄胺树脂为原料，通过激光照射逐层烧结分离颅骨模型；4）分离颅骨模型的翻制和电阻率设置为建立近似真实颅骨电阻率分布的颅骨物理模型，结合颅骨各部分生理结构和课题前期关于不同结构活性颅骨电阻率变化的研究结果，分别设置各分离颅骨和各部位骨缝的电阻率；对激光快速成型的颅骨树脂模型进行表面打磨，消除由于工艺生产过程中造成的毛刺、边缘凹凸，用齿科藻酸盐印模材分别制取每块树脂模型的印模，待印模固化形成后，取出树脂模型，立即以相应水粉比的石膏灌注模型，待石膏凝固后即可脱模；所述的容器由PSB树脂经激光快速成型机一次性烧制而成，其内表面形状与颅骨石膏模型的形状相吻合；其加工过程是：首先使用Geomagic Studio4.0及MIMICS10.0软件将DICOM图像文件读入，然后对骨组织区域识别、提取和三维叠加，完成颅骨几何模型的三维重建，并对其进行查错修补，最后提取重建后的三维图形外表面区域，使其向外生长5.00mm厚度作为实验外壳的内表面，实验外壳厚度设置为5.00mm，重建完成后，输出STL格式的模型文件，采用选择性激光烧结快速成型机，以PSB树脂为原料，通过激光照射逐层烧结，最终形成树脂容器。