設計了一種能應用于解剖教學、臨床技能操作訓練及體外模擬科學實驗的多功能透明泌尿系統模型,它包含:腎臟、輸尿管、膀胱、前列腺、男性和女性尿道、支架及底座等。全套模型基于人體解剖結構及參數,通過分層結構設計,即:腔道壁外層采用透明有機玻璃,為內層結構提供約束;內層采用透明硅膠,具有較強的彈力和塑性變形能力,更好地模擬人體泌尿系統的真實結構;同時,通過采用透明材料制作,實現模型透明化,能滿足腔道外肉眼觀察腔道內結構、腔道內操作及實驗情況等,便于理解指導。該套模型高度仿真、結構新穎、制作簡便、用途廣泛,具有廣闊的應用前景及良好的實用價值。
引用本文： 胡文剛, 黃赤兵, 馮嘉瑜, 張銀甫, 王瑨, 許曉婷, 宋亞軍, 孫禎, 陳益榮. 多用途透明泌尿系統模型的設計. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(2): 293-297. doi: 10.7507/1001-5515.20140055 復制
引言
隨著醫學對高等醫學院校人才質量要求的提高,加強理論教育及操作技能培訓已成為醫學教育界關注的熱點之一[1]。與此同時，隨著臨床訓練基地的不足，學生得到的技能訓練和臨床指導的機會嚴重不足[2-3]。醫學教育面臨著前所未有的嚴峻問題：如何提高教育質量?如何提高醫學生臨床操作能力？如何提高臨床科研水平?在此，醫學模擬教學成為了一種重要的教學模式，醫學模型已成為醫學生培養、醫學發展中的至關重要的載體。
目前，泌尿系統模擬模型主要包括動物模型和非動物模型，動物模型的結構與人體結構有明顯的差別[4]；非動物模型包括虛擬模型和實物模型。虛擬模型缺少立體感、觸摸感及實際操作感,如：Shin等[5]建立的男性泌尿生殖系統器官的表面模型，Kim等[6]建立的虛擬手術仿真醫療訓練模型等；實物模型主要包括解剖模型和訓練模型，前者主要用于解剖示教，為外觀模型，缺乏多層次結構顯示及功能模擬，無法進行模擬操作訓練及科學實驗；后者雖可用于局部臨床操作技能的訓練，但解剖層次單一、用途局限、對人體正常結構的模擬度低,如：男女導尿模型[7]等。另外，由于模型沒有完全采用透明材料制作，腔道外無法肉眼觀察內部解剖結構及各種操作器械在腔內的操作情況，不便于理解和指導教學，且不能用于觀察腔道內置入物體的內部活動情況、腔道內溶解材料內部溶解情況等體外科學實驗。因此，設計一套可以同時滿足解剖教學、臨床技能操作訓練和科學實驗的透明泌尿系統模型，具有重大的意義。
1 原始數據及設計要求
1.1 原始數據
泌尿系統模型是人體仿生模型，其形狀結構和設計數據來源于正常人體解剖結構。
1.1.1 腎臟
人左右各有一個腎臟，腎臟形似蠶豆，紅色，分為上、下極，內、外側緣和前、后面。腎上端寬而薄，下端窄而厚[8]。右腎比左腎約低1.25 cm [9-10]。成人正常腎臟，長度大約為10～12 cm、寬5～7 cm和厚3 cm [8, 10]。腎臟前面隆起，后面平坦[11]。腎的實質可以分為淺層的腎皮質和深層的腎髓質。腎皮質的厚度大約為0.6～0.8 cm [12]。腎內側緣中部凹陷，稱腎門，有腎血管，淋巴管，神經和腎盂通過。腎髓質由8～18個呈圓錐形的腎椎體組成，底朝向皮質，尖朝向腎竇，每個腎臟有8～18個腎小盞和2～3個腎大盞。腎椎體在尖端形成腎乳頭，腎乳頭突入腎小盞，每個腎小盞接受1～3個腎乳頭[12]。2～3個腎小盞匯合成一個腎大盞，腎大盞匯合成腎盂。Williams等[9]對375個腎臟進行了解剖發現，89%的腎臟有5~11個腎乳頭，其中26%的腎臟是8個腎乳頭；根據Arvis等對54例腎臟的研究，腎乳頭的數量是6～14[9]。
基于以上數據，總結單個腎臟的參數和形狀：長12 cm,寬7 cm,厚3 cm，皮質厚度為0.8 cm，上端寬而薄，下端窄而厚，腎乳頭、腎小盞7個，腎大盞3個，腎盂一個。
1.1.2 輸尿管
正常人左右各一條輸尿管，它是肌性管道，通過蠕動性收縮，將腎臟的尿液排入膀胱。正常人輸尿管的長度為25～30 cm，壁厚，管徑較小，平均3 mm；上端連接腎盂，下端終于膀胱壁，在成人，當膀胱處于膨脹時，輸尿管的開口相距5 cm，當膀胱處于空虛時，距離減少[10]。輸尿管的長度是25～30 cm，管徑為1～10 mm [8]。
基于以上數據，同時為了保證模型的實用壽命，總結輸尿管參數：長27 cm，壁厚2.5 mm，管徑：7 mm，兩條輸尿管在膀胱壁開口的距離為4.5 cm。
1.1.3 膀胱
空虛的膀胱似椎體形[11]，分為膀胱尖、膀胱體、膀胱底和膀胱頸，各部間無明顯分界線。成人男性膀胱平均容量約為220 mL，范圍為120～320 mL[9]。女性較男性膀胱略小。在正常成年男性，膀胱壁平均厚度為(3.0±1.1) mm ，在正常成年女性，膀胱壁平均厚度為(3.0±1) mm；盡管隨著膀胱容量的增加，膀胱壁厚度會減少，但是實際上變化不明顯；只有當膀胱容量處于100～200 mL時，變化較明顯[13]。膀胱內尿液容量計算公式可用：容積=長×寬×高×0.6，長寬高指的是腔內值[14]。
基于以上數據，總結膀胱形狀和參數：膀胱，椎體形，為了增加模具實用壽命，壁厚設計5 mm，設立膀胱體積為300 mL，根據以上容積計算公式及膀胱的形狀，取內腔長為10 cm，寬為9 cm，高為5.5 cm。
1.1.4 前列腺
前列腺呈椎體形，上端寬大，稱前列腺底，下端尖細，為前列腺尖。底橫徑為4 cm ，前后徑為2 cm，垂直徑為3 cm[10]。 內部有男性尿道穿過。
1.1.5 男性尿道
尿道起于膀胱尿道內口，終于尿道外口。穿過前列腺，尿道生殖膈及陰莖。男性尿道由上到下可以分為：后尿道和前尿道。后尿道包括：尿道前列腺部和尿道膜部；前尿道包括：尿道球部和尿道海綿體部。前列腺部長約為3～4 cm，尿道膜部長約為1～2 cm，尿道球部長約為1.5～2 cm ，前尿道(包括球部和海綿體部)長約為15～20 cm[15]，而Gray’s Anatomy將尿道分為三個部分：前列腺部、膜部和海綿體部。前列腺部長約為2～3 cm，膜部為1 cm，海綿體部長約為15～20 cm[9]。男性尿道有兩個生理彎曲，第一彎曲比較恒定，第二彎曲在陰莖勃起或將陰莖提起時消失[8-9]。第一彎曲即恥骨下彎，由尿道前列腺部、膜部和海綿體的起始段構成，第二彎曲即恥骨前彎，由尿道海綿體部構成。正常尿道的腔道直徑可達到11 mm或15 mm，后尿道周圍組織的厚度可達2～4 mm[16]。鐘世鎮 [17]提到：男性尿道長約為16～22 cm，管徑為5～7 mm。尿道海綿體前部膨大稱為陰莖頭即龜頭，其后有一斜行淺凹為陰莖頸。
綜合以上數據，總結男性尿道形狀和參數如下：起于膀胱尿道內口，終于尿道外口。有兩個生理彎曲，第一彎曲比較恒定，第二彎曲自然狀態下彎曲，但在提起或勃起時消失，第一彎曲取140°，第二彎曲取90°,尿道內口到第一彎曲底部的長度為5 cm ，第一彎曲底部到第二彎曲初始部長度為7 cm，第二彎曲初始部到尿道外口長度為8 cm，尿道直徑為9 mm，管徑為9 mm，參考解剖參數同時為了提高模型的實用壽命，設置尿道壁厚度為5 mm。距尿道外口上約1.5 cm處為膨大的龜頭，壁厚為7 mm，其后有斜行的陰莖頸。
1.1.6 女性尿道
女性尿道較男性尿道短而直，長約4 cm，管徑為6 mm，易于擴張，稍向前下方走行[10]。
綜合參考數據，取管徑9 mm，管壁5 mm，稍向前下方走行。
1.2 設計要求
(1) 泌尿系統模型各器官內部結構、外觀、管道走行及大小符合人體解剖結構；
(2) 腎臟、膀胱在維持解剖外觀同時，腔道內壁柔韌，既要保持解剖外觀，同時又要保證腔道內壁對正常人體尿道內壁的高度模擬；輸尿管及尿道有良好的柔韌性；
(3) 雙側腎臟設置分離連接口，從而可打開腎臟進行相關操作；膀胱處也設置分離連接口，以實現男女尿道的置換和滿足相關操作；
(4) 整套模型多處設置帶活塞的操作小孔，以便模擬尿液的注入及在操作小孔處進行操作；
(5) 模型第二彎曲在模擬陰莖勃起狀態及提起陰莖時能消失，第一彎曲比較恒定，在自然狀態下處于彎曲狀態，在進行硬性器械操作，如：硬性膀胱鏡的置入，硬性輸尿管鏡的置入等，能被強行撐直，從而滿足操作；同時，置入導尿管等軟性器械時，第一彎曲能處于彎曲狀態，從而實現對臨床操作的最大化模擬；
(6) 模型有穩定的支架固定。
2 材料和工具
UGS NX 7.5軟件、計算機(Computer): X6X8-20120504OF、系統：Microsoft Windows XP、處理器：Pentium(R) Dual-core CPU E5300 @ 2.60 GHz、透明有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、硅膠、透明有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)等。
3 設計方案
全套模型設計由外層為透明有機玻璃及內層為透明硅膠材料組成。在腎臟和膀胱處設有分離連接口，且留有操作孔及操作面，尿道處多處設有卡口，便于模擬人體尿道各種解剖形態，全套模型可實現組裝分離，有固定的支架支撐，具體如圖 1~4所示。
4 模型用途介紹及使用說明
4.1 用于解剖教學
模型的設計參數均參照人體解剖數據，且由于整套模型完全透明，可實現肉眼下觀察內部結構，如：腎乳頭、腎小盞、腎大盞、腎盂等解剖關系等，同時將硅膠尿道通過19(男性尿道下段卡口)，至于18(男性尿道下段二號操作口)，可用于模擬男性勃起狀態時的尿道解剖結構。另外，通過外模型內注入有色液體，能夠更清晰地顯現模型內部的解剖結構，便于理解及教學。
4.2 用于進行相關操作訓練及教學
(1) 導尿管、軟性輸尿管鏡，軟性膀胱鏡等軟性器械操作，參照圖 3(c)、(d)，可將硅膠尿道通過19(男性尿道下段卡口)，至于18(男性尿道下段二號操作口)，使第二彎曲(恥骨前彎)消失，從而置入導尿管等軟性操作器械；(2) 硬性尿道探子、硬性膀胱鏡，硬性輸尿管鏡等硬性器械操作，參照圖 3(c)、(d)，可先將硅膠尿道通過19(男性尿道下段卡口)，至于18(男性尿道下段二號操作口)，使第二彎曲(恥骨前彎)消失，再將硅膠尿道通過17(男性尿道中段卡口)的上端及16(男性尿道上段卡口)，將硅膠尿道處于14(前列腺下端前操作區)，或通過17(男性尿道中段卡口)的下端，將硅膠尿道處于15(前列腺下端后操作區)，從而使第一彎曲(恥骨下彎)、第二彎曲(恥骨前彎)均消失，模擬相關操作；(3) 雙J管置入與拔除模擬，可打開3(腎臟分離連接口)，模擬置入雙J管，同時通過膀胱鏡，進行模擬拔除；(4) 通過將超聲碎石探頭置入模型腔內，模擬超聲碎石，形象地展示人體腔道內超聲碎石的過程。
4.3 用于進行泌尿系統相關科學研究
(1) 可通過2(腎臟操作小孔)，往模型中注入模擬尿液(各種有色液體)及模擬結石，模擬尿流情況，觀察結石流動情況等；(2) 放置雙J管后，可通過2(腎臟操作小孔)注入人體尿液，模擬尿液生成與流動，并觀察結石生成的過程及分析雙J管管口被堵的原因；(3) 將尿液內溶解藥品、器材置于膀胱或尿道內，通過注入尿液，觀察置入物品在模擬尿道內的溶解及排出過程，為進一步臨床論證提供依據，此外，模型可適用于泌尿系統相關的新器械的體外模擬實驗。
5 設計步驟
UG NX 是 Unigraphics solutions公司推出的計算機輔助設計、制造和分析軟件，即 CAD/CAM/CAE 集成工程軟件系統,具有強大的設計、加工、分析能力。已廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、家電、醫療儀器和工業模具等設計、制作和生產。UG NX進行造型設計基本思路: 由點到線-由線到面-由面到體-組合成造型，即由簡到繁[18]。此套模型基本設計思路為：根據參數設計腎臟-輸尿管-膀胱-前列腺、尿道及支架等-部件組合，具體步驟如下：① 腎臟：先構線(見圖 5a)-構面(見圖 5b)-通過拉伸命令，拉伸成實體(見圖 5c)-對實體進行細微調整；② 腎盂、輸尿管：先構線(見圖 5d)，再通過管道命令成管道樣結構，然后通過X線成形命令調整出腎盂的形狀(見圖 5e)；③ 根據以上類似方法制作膀胱、前列腺、男女性尿道、支架等結構；④ 對模型進行組合(見圖 5f)。
圖5
設計步驟
(a)腎臟構線；(b)腎臟構面；(c)腎臟拉伸成實體；(d)輸尿管構線；(e)輸尿管管道實體；(f)組合模型各部件
Figure5. The design processes(a) Line the kidney； (b)Surface the line； (c)stretch the surface； (d ) Line the ureter； (e) Construct tube； (f) Assemble every part
6 總結
與現有模型相比，該模具模型采用透明的有機玻璃和硅膠雙層材料來制作，這種分層結構設計及全透明理念的引入，使模型在更大化程度模擬人體結構的同時保證了模型內部結構和內部操作過程可視化，加上該模型能夠拆裝，使模型的應用范圍更加廣泛。根據市場的需求，該套模型具有功能多、用途廣，使用方便，制作簡便，造價低廉等特點，能彌補目前市場上存在的泌尿系統模型用途單一，功能局限等不足，在提高泌尿系統解剖教學質量、加強泌尿系統臨床操作訓練方面能發揮明顯的促進作用，同時能夠為泌尿系統的科研工作提供一個良好的平臺，為泌尿外科模型的發展提供了一種新的思路，將產生良好的社會效益和經濟效益，具有廣闊的市場前景。該套模型已獲得國家專利，專利號為：CN201220314513.6。
引言
隨著醫學對高等醫學院校人才質量要求的提高,加強理論教育及操作技能培訓已成為醫學教育界關注的熱點之一[1]。與此同時，隨著臨床訓練基地的不足，學生得到的技能訓練和臨床指導的機會嚴重不足[2-3]。醫學教育面臨著前所未有的嚴峻問題：如何提高教育質量?如何提高醫學生臨床操作能力？如何提高臨床科研水平?在此，醫學模擬教學成為了一種重要的教學模式，醫學模型已成為醫學生培養、醫學發展中的至關重要的載體。
目前，泌尿系統模擬模型主要包括動物模型和非動物模型，動物模型的結構與人體結構有明顯的差別[4]；非動物模型包括虛擬模型和實物模型。虛擬模型缺少立體感、觸摸感及實際操作感,如：Shin等[5]建立的男性泌尿生殖系統器官的表面模型，Kim等[6]建立的虛擬手術仿真醫療訓練模型等；實物模型主要包括解剖模型和訓練模型，前者主要用于解剖示教，為外觀模型，缺乏多層次結構顯示及功能模擬，無法進行模擬操作訓練及科學實驗；后者雖可用于局部臨床操作技能的訓練，但解剖層次單一、用途局限、對人體正常結構的模擬度低,如：男女導尿模型[7]等。另外，由于模型沒有完全采用透明材料制作，腔道外無法肉眼觀察內部解剖結構及各種操作器械在腔內的操作情況，不便于理解和指導教學，且不能用于觀察腔道內置入物體的內部活動情況、腔道內溶解材料內部溶解情況等體外科學實驗。因此，設計一套可以同時滿足解剖教學、臨床技能操作訓練和科學實驗的透明泌尿系統模型，具有重大的意義。
1 原始數據及設計要求
1.1 原始數據
泌尿系統模型是人體仿生模型，其形狀結構和設計數據來源于正常人體解剖結構。
1.1.1 腎臟
人左右各有一個腎臟，腎臟形似蠶豆，紅色，分為上、下極，內、外側緣和前、后面。腎上端寬而薄，下端窄而厚[8]。右腎比左腎約低1.25 cm [9-10]。成人正常腎臟，長度大約為10～12 cm、寬5～7 cm和厚3 cm [8, 10]。腎臟前面隆起，后面平坦[11]。腎的實質可以分為淺層的腎皮質和深層的腎髓質。腎皮質的厚度大約為0.6～0.8 cm [12]。腎內側緣中部凹陷，稱腎門，有腎血管，淋巴管，神經和腎盂通過。腎髓質由8～18個呈圓錐形的腎椎體組成，底朝向皮質，尖朝向腎竇，每個腎臟有8～18個腎小盞和2～3個腎大盞。腎椎體在尖端形成腎乳頭，腎乳頭突入腎小盞，每個腎小盞接受1～3個腎乳頭[12]。2～3個腎小盞匯合成一個腎大盞，腎大盞匯合成腎盂。Williams等[9]對375個腎臟進行了解剖發現，89%的腎臟有5~11個腎乳頭，其中26%的腎臟是8個腎乳頭；根據Arvis等對54例腎臟的研究，腎乳頭的數量是6～14[9]。
基于以上數據，總結單個腎臟的參數和形狀：長12 cm,寬7 cm,厚3 cm，皮質厚度為0.8 cm，上端寬而薄，下端窄而厚，腎乳頭、腎小盞7個，腎大盞3個，腎盂一個。
1.1.2 輸尿管
正常人左右各一條輸尿管，它是肌性管道，通過蠕動性收縮，將腎臟的尿液排入膀胱。正常人輸尿管的長度為25～30 cm，壁厚，管徑較小，平均3 mm；上端連接腎盂，下端終于膀胱壁，在成人，當膀胱處于膨脹時，輸尿管的開口相距5 cm，當膀胱處于空虛時，距離減少[10]。輸尿管的長度是25～30 cm，管徑為1～10 mm [8]。
基于以上數據，同時為了保證模型的實用壽命，總結輸尿管參數：長27 cm，壁厚2.5 mm，管徑：7 mm，兩條輸尿管在膀胱壁開口的距離為4.5 cm。
1.1.3 膀胱
空虛的膀胱似椎體形[11]，分為膀胱尖、膀胱體、膀胱底和膀胱頸，各部間無明顯分界線。成人男性膀胱平均容量約為220 mL，范圍為120～320 mL[9]。女性較男性膀胱略小。在正常成年男性，膀胱壁平均厚度為(3.0±1.1) mm ，在正常成年女性，膀胱壁平均厚度為(3.0±1) mm；盡管隨著膀胱容量的增加，膀胱壁厚度會減少，但是實際上變化不明顯；只有當膀胱容量處于100～200 mL時，變化較明顯[13]。膀胱內尿液容量計算公式可用：容積=長×寬×高×0.6，長寬高指的是腔內值[14]。
基于以上數據，總結膀胱形狀和參數：膀胱，椎體形，為了增加模具實用壽命，壁厚設計5 mm，設立膀胱體積為300 mL，根據以上容積計算公式及膀胱的形狀，取內腔長為10 cm，寬為9 cm，高為5.5 cm。
1.1.4 前列腺
前列腺呈椎體形，上端寬大，稱前列腺底，下端尖細，為前列腺尖。底橫徑為4 cm ，前后徑為2 cm，垂直徑為3 cm[10]。 內部有男性尿道穿過。
1.1.5 男性尿道
尿道起于膀胱尿道內口，終于尿道外口。穿過前列腺，尿道生殖膈及陰莖。男性尿道由上到下可以分為：后尿道和前尿道。后尿道包括：尿道前列腺部和尿道膜部；前尿道包括：尿道球部和尿道海綿體部。前列腺部長約為3～4 cm，尿道膜部長約為1～2 cm，尿道球部長約為1.5～2 cm ，前尿道(包括球部和海綿體部)長約為15～20 cm[15]，而Gray’s Anatomy將尿道分為三個部分：前列腺部、膜部和海綿體部。前列腺部長約為2～3 cm，膜部為1 cm，海綿體部長約為15～20 cm[9]。男性尿道有兩個生理彎曲，第一彎曲比較恒定，第二彎曲在陰莖勃起或將陰莖提起時消失[8-9]。第一彎曲即恥骨下彎，由尿道前列腺部、膜部和海綿體的起始段構成，第二彎曲即恥骨前彎，由尿道海綿體部構成。正常尿道的腔道直徑可達到11 mm或15 mm，后尿道周圍組織的厚度可達2～4 mm[16]。鐘世鎮 [17]提到：男性尿道長約為16～22 cm，管徑為5～7 mm。尿道海綿體前部膨大稱為陰莖頭即龜頭，其后有一斜行淺凹為陰莖頸。
綜合以上數據，總結男性尿道形狀和參數如下：起于膀胱尿道內口，終于尿道外口。有兩個生理彎曲，第一彎曲比較恒定，第二彎曲自然狀態下彎曲，但在提起或勃起時消失，第一彎曲取140°，第二彎曲取90°,尿道內口到第一彎曲底部的長度為5 cm ，第一彎曲底部到第二彎曲初始部長度為7 cm，第二彎曲初始部到尿道外口長度為8 cm，尿道直徑為9 mm，管徑為9 mm，參考解剖參數同時為了提高模型的實用壽命，設置尿道壁厚度為5 mm。距尿道外口上約1.5 cm處為膨大的龜頭，壁厚為7 mm，其后有斜行的陰莖頸。
1.1.6 女性尿道
女性尿道較男性尿道短而直，長約4 cm，管徑為6 mm，易于擴張，稍向前下方走行[10]。
綜合參考數據，取管徑9 mm，管壁5 mm，稍向前下方走行。
1.2 設計要求
(1) 泌尿系統模型各器官內部結構、外觀、管道走行及大小符合人體解剖結構；
(2) 腎臟、膀胱在維持解剖外觀同時，腔道內壁柔韌，既要保持解剖外觀，同時又要保證腔道內壁對正常人體尿道內壁的高度模擬；輸尿管及尿道有良好的柔韌性；
(3) 雙側腎臟設置分離連接口，從而可打開腎臟進行相關操作；膀胱處也設置分離連接口，以實現男女尿道的置換和滿足相關操作；
(4) 整套模型多處設置帶活塞的操作小孔，以便模擬尿液的注入及在操作小孔處進行操作；
(5) 模型第二彎曲在模擬陰莖勃起狀態及提起陰莖時能消失，第一彎曲比較恒定，在自然狀態下處于彎曲狀態，在進行硬性器械操作，如：硬性膀胱鏡的置入，硬性輸尿管鏡的置入等，能被強行撐直，從而滿足操作；同時，置入導尿管等軟性器械時，第一彎曲能處于彎曲狀態，從而實現對臨床操作的最大化模擬；
(6) 模型有穩定的支架固定。
2 材料和工具
UGS NX 7.5軟件、計算機(Computer): X6X8-20120504OF、系統：Microsoft Windows XP、處理器：Pentium(R) Dual-core CPU E5300 @ 2.60 GHz、透明有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、硅膠、透明有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)等。
3 設計方案
全套模型設計由外層為透明有機玻璃及內層為透明硅膠材料組成。在腎臟和膀胱處設有分離連接口，且留有操作孔及操作面，尿道處多處設有卡口，便于模擬人體尿道各種解剖形態，全套模型可實現組裝分離，有固定的支架支撐，具體如圖 1~4所示。
4 模型用途介紹及使用說明
4.1 用于解剖教學
模型的設計參數均參照人體解剖數據，且由于整套模型完全透明，可實現肉眼下觀察內部結構，如：腎乳頭、腎小盞、腎大盞、腎盂等解剖關系等，同時將硅膠尿道通過19(男性尿道下段卡口)，至于18(男性尿道下段二號操作口)，可用于模擬男性勃起狀態時的尿道解剖結構。另外，通過外模型內注入有色液體，能夠更清晰地顯現模型內部的解剖結構，便于理解及教學。
4.2 用于進行相關操作訓練及教學
(1) 導尿管、軟性輸尿管鏡，軟性膀胱鏡等軟性器械操作，參照圖 3(c)、(d)，可將硅膠尿道通過19(男性尿道下段卡口)，至于18(男性尿道下段二號操作口)，使第二彎曲(恥骨前彎)消失，從而置入導尿管等軟性操作器械；(2) 硬性尿道探子、硬性膀胱鏡，硬性輸尿管鏡等硬性器械操作，參照圖 3(c)、(d)，可先將硅膠尿道通過19(男性尿道下段卡口)，至于18(男性尿道下段二號操作口)，使第二彎曲(恥骨前彎)消失，再將硅膠尿道通過17(男性尿道中段卡口)的上端及16(男性尿道上段卡口)，將硅膠尿道處于14(前列腺下端前操作區)，或通過17(男性尿道中段卡口)的下端，將硅膠尿道處于15(前列腺下端后操作區)，從而使第一彎曲(恥骨下彎)、第二彎曲(恥骨前彎)均消失，模擬相關操作；(3) 雙J管置入與拔除模擬，可打開3(腎臟分離連接口)，模擬置入雙J管，同時通過膀胱鏡，進行模擬拔除；(4) 通過將超聲碎石探頭置入模型腔內，模擬超聲碎石，形象地展示人體腔道內超聲碎石的過程。
4.3 用于進行泌尿系統相關科學研究
(1) 可通過2(腎臟操作小孔)，往模型中注入模擬尿液(各種有色液體)及模擬結石，模擬尿流情況，觀察結石流動情況等；(2) 放置雙J管后，可通過2(腎臟操作小孔)注入人體尿液，模擬尿液生成與流動，并觀察結石生成的過程及分析雙J管管口被堵的原因；(3) 將尿液內溶解藥品、器材置于膀胱或尿道內，通過注入尿液，觀察置入物品在模擬尿道內的溶解及排出過程，為進一步臨床論證提供依據，此外，模型可適用于泌尿系統相關的新器械的體外模擬實驗。
5 設計步驟
UG NX 是 Unigraphics solutions公司推出的計算機輔助設計、制造和分析軟件，即 CAD/CAM/CAE 集成工程軟件系統,具有強大的設計、加工、分析能力。已廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、家電、醫療儀器和工業模具等設計、制作和生產。UG NX進行造型設計基本思路: 由點到線-由線到面-由面到體-組合成造型，即由簡到繁[18]。此套模型基本設計思路為：根據參數設計腎臟-輸尿管-膀胱-前列腺、尿道及支架等-部件組合，具體步驟如下：① 腎臟：先構線(見圖 5a)-構面(見圖 5b)-通過拉伸命令，拉伸成實體(見圖 5c)-對實體進行細微調整；② 腎盂、輸尿管：先構線(見圖 5d)，再通過管道命令成管道樣結構，然后通過X線成形命令調整出腎盂的形狀(見圖 5e)；③ 根據以上類似方法制作膀胱、前列腺、男女性尿道、支架等結構；④ 對模型進行組合(見圖 5f)。
圖5
設計步驟
(a)腎臟構線；(b)腎臟構面；(c)腎臟拉伸成實體；(d)輸尿管構線；(e)輸尿管管道實體；(f)組合模型各部件
Figure5. The design processes(a) Line the kidney； (b)Surface the line； (c)stretch the surface； (d ) Line the ureter； (e) Construct tube； (f) Assemble every part
6 總結
與現有模型相比，該模具模型采用透明的有機玻璃和硅膠雙層材料來制作，這種分層結構設計及全透明理念的引入，使模型在更大化程度模擬人體結構的同時保證了模型內部結構和內部操作過程可視化，加上該模型能夠拆裝，使模型的應用范圍更加廣泛。根據市場的需求，該套模型具有功能多、用途廣，使用方便，制作簡便，造價低廉等特點，能彌補目前市場上存在的泌尿系統模型用途單一，功能局限等不足，在提高泌尿系統解剖教學質量、加強泌尿系統臨床操作訓練方面能發揮明顯的促進作用，同時能夠為泌尿系統的科研工作提供一個良好的平臺，為泌尿外科模型的發展提供了一種新的思路，將產生良好的社會效益和經濟效益，具有廣闊的市場前景。該套模型已獲得國家專利，專利號為：CN201220314513.6。
