猪新型仿真解剖石膏模型的设计及制作技术

刘智慧，李 冰，郭 伟，李云鹏，姜 卓，杜 衡，呼显生

（吉林农业科技学院动物科技学院 132109）

解剖学， 一门以研究动物或植物形态结构为主的学科，可以分为动物解剖学和植物解剖学。 该课程抽象难学，学生在上理论课时，由于无具体实物和空间感的缺乏，导致理解、记忆老师的授课内容相对困难，自学时全凭主观三维立体想象，而忽视细节，因此学习效果事倍功半。 模型与标本相比最大的优点就是可以变抽象为具体，将知识更直观、具体地呈现，不仅能使教师授课简单化，学生易于理解和掌握，还利用直观教学方法使其一目了然， 在提升学习效率的同时， 大大降低了学生学习和理解的难度。 本次实验设计及制作了额面打开的猪新型仿真解剖模型，目的是克服教师教学过程中不易保持猪内部器官的解剖结构，学生不易观察器官相互的位置关系的弊端。

1 猪新型仿真解剖模型制作的意义

一方面实验动物猪的价格升高， 另一方面是近年来动物福利法的改善，更加突出教学模型相对实体标本价格低廉，经久难用。 相比硅胶翻模，石膏翻模不仅制作过程简单，使用效果良好，能够反复翻制，而且材料易得且易于清理，使的教学经费开支显著降低[1]。 猪新型仿真解剖模型的设计及制作提高了学生的学习兴趣，降低学生空间想象的难度，克服了教师教学过程中不易保持猪内部器官的解剖结构， 学生不易观察器官相互的位置关系的弊端。

2 猪新型仿真解剖模型的设计原则

2.1 创新性原则

以创新为核心，突破传统、突破常规，主要体现在：模型仿真创意设计、新型环保材料的应用、制作工艺及流程的革新。 本次课题一改陈旧的矢状面切开原则， 采用额状面切开上开盖的设计方案， 旨在让学生更加清晰的学习内脏器官的解剖结构与位置关系[2]。

2.2 适用性原则

模型类产品地制作，方法有很多，应用创意设计制作仿真模型，在保证其基本功能和动物造型逼真的同时，选择更具性价比和环保条件的工艺技术，不仅要在质量上达标，还须具有市场适用性，既能提升产品竞争力，又能降低成本[3]。

本次课题采用石膏翻模技术，与硅胶翻模技术相比，其优势是材料来源广、制作简单、使用效果良好、能够反复翻制、价格低廉、经久耐用，并且易于处理。

2.3 效率原则

商业化模型产品的制作，生产高效必不可少。 在多批小量、短交期、高质量生产的甲方要求下，就需要充分运用资源，实现生产系统最佳整体效益，以达到保质保量。

2.4 整体性原则

制作仿真模型教具，需要宏观和微观相互结合。把握整体架构之后，再进行精细琢磨，在整个模型制作过程中，如果一直盯着一小处错误，很可能导致整个模型无法完成，不仅不能提高质量，还浪费了时间[4]。

3 设计方案

本课题针对传统模型采用的矢状面切开， 采用石膏制模技术，从创新、适用、效益和整体等多角度出发，运用新型设计理念和突破传统方法的工艺， 制作了额面打开的新型解剖模型—猪体仿真解剖模型。 内脏器官的观察采用腹部腹壁额面切开的方式观察，故模型体积较大（L:190×W:58×H:95cm），因而所设计的器官的解剖结构仿真度相对来说提高许多， 该模型与动物实际形态、结构基本一致，不仅便于解剖结构的观察，更深化了其相对位置的理解和记忆。 此外，新型解剖模型的应用，不仅为医学、农学等领域高校的教学提供实用教具， 还为临床解剖学诊断的新方法新增了创新性意义。

模型至少可以分成15 个部件， 以正中矢状面切割来看，左侧示肌肉，右侧示体表外观构造，沿颈椎和胸椎中间的腔隙作切面，使其分为前、后两部，在前半部中，用正中矢状切分法将头部分为左右两半，以示头部和颈部的切面解剖结构，在后半部中，胸部至盆部应作额面切割，分成上下两部件，打开模型后，即可展示各内脏器官、各血管及神经的相对位置、形态和结构。 设计时，将左前肢和左后肢做成了可拆卸组装的结构，以利于观察肌肉；肺可以分成2 个“零件”，其一是：心（heart)、食管(oesophagus)、大血管(great vessels)，其二是：膈肌（diaphragm)；肾脏含2 部件，左肾(left kidney)和右肾(right kidney)；肠包括两个部件：大肠(large intestines)和小肠(small intestines)；胃(stomach)包括2 部件；肝脏(liver)有1 部件；猪尾(pigtail)1 部件，可以拆卸安装。

4 猪新型仿真解剖模型的制作过程

样品的选择有两种，一种是利用现有实物直接进行翻模，一种是制作油泥模型样品。 油泥模型样品的制作过程如下：

4.1 设计图纸

在整个设计制造过程中，设计图纸是必不可少的。每一份设计图都是精确按照动物的实际形态结构， 进行同比例计算绘制的，只有一张好的图纸才能制作出好的油泥模型。 图纸的设计必须考虑模型的尺寸，模型的大小比例，还有些细节的处理，例如肌肉纤维的走向、血管的位置、淋巴结的位置等。 此外制作模型的雕刻师需学习过解剖学相关专业，掌握理论的基础上，还必须具备三维空间架构的思维能力和美术修养， 这样才能雕刻出完美的油泥模型[5]。

4.2 结构搭建

油泥模型制作的成功与否，是仿真模型设计制作过程中，重要的一环，此环节关键在于新模型的结构搭建。 在骨架搭建的制作中，首先要考虑的是模型成品结构的整体性和稳定性，其次要尽量简化骨架的搭建， 这样才能为下面的覆盖木板和泡沫提供充足的空间[6]。

4.3 覆盖木板和泡沫

木板，在制作过程中起到了“秤砣虽小压千斤”的作用—定型，它可以让模型拥有一个大体上的轮廓。 木板的固定需要用强力胶水，以保证其稳定性，完成木板粘合工作，等胶水彻底晾干以后，再检查其中细节处是否存在结草之固的部分，若有及时加固，检查无误后即可覆盖泡沫，其中泡沫主要起到了“锦上添花”的作用—丰满模型结构，突出其立体性。

4.4 油泥整体覆盖

油泥覆盖需要关注细节。在模型表面涂抹油泥材料时，需密切关注油泥材料的温度、粘度，通常油泥最佳使用温度为50℃左右[6]。 其次涂抹油泥时，要格外注意步骤和方法，上手时，除了要控制涂抹力度，还应分层涂抹，不可急于求成，必须使油泥均匀地覆盖在模型表面，不可出现凹凸不平或深印划痕。

4.5 细化油泥的处理和加工

4.6 第一次翻模（母模）

4.6.1 HALF 模块的制作

利用上面制作出样品，根据样品的面和棱，选择最合适的分块方案，使模块在后期的拆除工作中更方便的拆除。 制作型腔，首先要注意模块与模块之间的排屑口，排屑口应为下窄上宽、内窄外宽的楔形， 其目的是方便模块的拆除。 最后要将模块修整齐，其目的是方便固定站立及后续浇注过后的晾干过程[7]。

4.6.2 刷脱模剂

将各个模块腔面， 模块与模块之间的接触面均匀的刷上脱模剂，三遍最合适，注意比较小的缝隙也要刷。

4.6.3 调制石膏浆液 石膏粉与水的比例为1∶1，注意先放水再加粉，粉稍稍露出水面，搅拌均匀即可。

4.6.4 浇注 将调制好的石膏浆液浇注进刷过脱模剂的型腔中，晾干即可。 注意不要产生气泡。

4.6.5 脱模 将完全晾干的浇注后的型腔泡在水中2～3 分钟，方便打开。

4.6.6 精修母模 重视石膏模型色前的修补， 才能保证此模型的美观性。 为了石膏模型在涂饰之后能够有很好的光彩效果，在涂饰之前把模型的一些凹坑、气泡、缝隙等缺陷修补好是十分必要的，并且打磨光滑平整，以及在其表面刷涂薄薄的一层虫胶漆或乳白胶或用树脂胶溶液刷涂一遍。

4.7 第二次翻模

将样品换成母模后重复第一次翻模的经过。 进行精修后即可得出猪新型仿真解剖模型。

4.8 精修成品及上色

根据猪解剖结构的原色分布，进行上色。对石膏模型表面的凹坑、气泡、缝隙等瑕疵以及模件之间的拼合进行严格的表面处理之后， 然后油漆刷刷涂。 所有模型一般都用喷枪先喷一层底色，然后用手工上色，肉皮色为黄色与白色、红色混合；脂肪色为黄色与白色混合；伸肌膜为深蓝色与白色混合；肌纹色为深红色与黄色、白色混合。