一種模擬人體腦組織變形的pva-c腦模型的制備方法
【專利摘要】本發明提出一種模擬腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法，用于模擬外傷、手術等帶來的人體腦組織變形。其特征是通過將一定質量比的PVA和去離子水混合，高溫高壓下形成溶液，在特定模具中經過數次冷凍-解凍方法得到滿足性能的腦模型。本發明所制備的樣品與人體大腦組織力學狀態接近，變形率在20%內，揚氏模量接近3Kpa，應力應變曲線接近線性，可在腦模型中埋置標志點，跟蹤受力過程不同力學狀態下腦模型的變形情況。
【專利說明】—種模擬人體腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新型仿生材料【技術領域】，具體的說，涉及一種模擬人體腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法。
【背景技術】
[0002]大腦在經受外部撞擊、手術等情況下可能會發生變形，給大腦安全帶來威脅，因此制備出力學狀態與真實人腦相似的腦模型來模擬外傷、手術等帶來的腦變形，對于研究大腦損傷十分重要。人類的大腦是所有器官中最復雜的一部份，并且是所有神經系統的中樞，大腦的損傷會嚴重影響患者的生活、勞動能力。大腦在受到撞擊后，大腦會發生變形，受到損傷，為了探究不同的碰撞對于大腦的損傷，需要大腦模型模擬不同撞擊，獲得大腦變形損傷的數據。神經外科的神經導航手術，對大腦進行開顱手術后，大腦組織由于是非剛性體，受重力作用、組織生物力學屬性、顱內壓變化以及手術操作的影響，術中隨麻醉、開顱、脫水、腦脊液引流以及組織切除等，常會發生腦變形，術中腦組織變形程度如果超過允許的誤差范圍，將嚴重影響神經導航手術的準確性和安全性。因此手術中糾正腦變形是當前神經導航外科領域的研究熱點及發展方向。
[0003]人體內的大腦的主要成分是水，其力學狀態類似于“豆腐腦”，聚乙烯醇(PVA)水凝膠是由高分子的三維交聯網絡與大量水組成的多元體系，跟人腦成分相似。聚乙烯醇水凝膠具有較弱的力學性能，能保持自身形狀，滿足制備與人腦力學狀態相似的腦模型要求。因此此發明的人體腦組織變形的PVA-C腦模型采用聚乙烯醇水凝膠制成，其變形率在20%內，揚氏模量接近3Kpa，應力應變曲線接近線性，達到了腦模型的性能要求。制備的PVA-C(半晶聚乙烯醇水凝膠)腦模型中可埋置標志點，跟蹤受力過程不同力學狀態下腦模型的變形情況。

【發明內容】

[0004]本發明提供了一種模擬人體腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法，制備出與人腦力學狀態相似的、達到腦組織變形模擬研究的性能要求(變形率在20%內，揚氏模量接近3Kpa，應力應變曲線接近線性)。
[0005]該制備方法包括以下步驟:
[0006]步驟1、將聚乙烯醇和去離子水混合成混合液；其中，混合液中聚乙烯醇和混合液之間的質量比為3% - 5% ；
[0007]步驟2、將步驟I配置的混合液在高溫高壓下高溫熔化2 -4小時，得到溶液；其中，在所述高溫熔化過程中的壓力為1- 3Mpa，溫度為120 - 140°C ；
[0008]步驟3、將步驟2 得到的溶液澆注至腦模型模具；
[0009]步驟4、將澆注溶液后的腦模型模具冷卻到室溫后，開始冷凍-解凍循環:在(-30)-(- 20) °C冷凍8-12小時，冷凍后在O - 5°C緩冷4 - 6小時，然后在室溫解凍12-16小時，完成冷凍-解凍循環；[0010]步驟5、重復執行N次步驟4中的冷凍-解凍循環，脫模得到PVA - C腦模型。
[0011]優選地，步驟I中所述聚乙烯醇為平均聚合度為1750 - 2699的聚乙烯醇顆粒。
[0012]優選地，在步驟2的高溫熔化過程中進行攪拌，確保溶液的均勻性。
[0013]優選地，在步驟3和步驟4之間還包括步驟:用細線懸掛標志點于腦模型模具中溶液的特定位置，實現在腦模型中埋置標志點。
[0014]優選地，N=I或2。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為發明的PVA-C腦模型成品。
[0016]圖2為PVA-C腦模型壓縮應力應變曲線。
【具體實施方式】[0017]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡述本發明。
[0018]實施例1:
[0019]本實施例描述了一種模擬人體腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法。
[0020]a)稱取一定質量的平均聚合度為1750的聚乙烯醇顆粒，加入去離子水，用玻璃棒攪拌均勻，配置成混合液。其中，混合液中聚乙烯醇的質量分數(即聚乙烯醇和混合后的混合液之間的質量比)為5%。
[0021]b)將稱取好的混合液放入高壓釜中1.5Mpa，溫度120°C熔化2h，得到溶液，高溫熔化過程中高壓釜內設置攪拌器來確保溶液的均勻性。
[0022]c)溶液從出料口澆注入腦模型模具中成型，使溶液充分填充模具空隙。
[0023]d)根據需要，可在腦模型中埋置標志點，如利用細繩懸掛標志點于腦模型模具中溶液的特定位置固定。
[0024]e)將澆注滿溶液的模具冷卻到室溫后開始冷凍-解凍循環，所述冷凍-解凍循環為:將其放入冰箱中_20°C冷凍8h，冷凍后0°C緩冷6h，然后在室溫解凍12h，完成一次冷凍-解凍循環，使標志點得到固定。如此反復完成兩個循環后脫模得到PVA-C腦模型。
[0025]實施例2
[0026]本實施例描述了一種模擬人體腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法。
[0027]a)稱取一定質量的平均聚合度為2099的聚乙烯醇顆粒，加入去離子水，用玻璃棒攪拌均勻，配置成混合液。其中，混合液中聚乙烯醇的質量分數為3.5%。
[0028]b)將稱取好的混合液放入高壓釜中2Mpa，溫度130°C熔化3h，得到溶液，高溫熔化過程中高壓釜內設置攪拌器來確保溶液的均勻性。
[0029]c)溶液從出料口澆注入腦模型模具中成型，使溶液充分填充模具空隙。
[0030]d)將澆注滿溶液的模具冷卻到室溫后開始冷凍-解凍循環，所述冷凍-解凍循環為:將其放入冰箱中_25°C冷凍9h，冷凍后3°C緩冷5h，然后在室溫解凍14h，完成一次冷凍-解凍循環。如此反復完成兩個循環后脫模得到PVA-C腦模型。
[0031]實施例3
[0032]本實施例描述了一種模擬人體腦組織變形的PVA-C腦模型的制備方法。
[0033]a)稱取一定質量的平均聚合度為2499的聚乙烯醇顆粒，加入去離子水，用玻璃棒攪拌均勻，配置成混合液。其中，混合液中聚乙烯醇的質量分數為3%。
[0034]b)將稱取好的混合液放入高壓釜中3Mpa，溫度140°C熔化4h，得到溶液，熔化過程中高壓釜內設置攪拌器來確保溶液的均勻性。
[0035]c)溶液從出料口澆注入腦模型模具中成型，使溶液充分填充模具空隙。
[0036]d)將澆注滿溶液的模具冷卻到室溫后開始冷凍-解凍循環，所述冷凍-解凍循環為:將其放入冰箱中_25°C冷凍12h，冷凍后5°C緩冷6h，然后在室溫解凍16h，完成一次冷凍-解凍循環。如此反復完成兩個循環后脫模得到PVA-C腦模型。
[0037]如圖2所示，本發明制備出的PVA-C腦模型，變形率在20%內，揚氏模量接近3Kpa，應力應變曲線接近線性。
[0038]本發明中PVA-C腦模型的制備過程中，冷凍-解凍循環重復的次數可以根據需要進行調整，通常可重復I到2次，即共完成2到3次冷凍-解凍循環；此外，由于在本發明的腦模型中可埋置標志點，跟蹤在受力狀態下的變形情況，進一步滿足PVA-C腦模型的性能要求。
[0039]盡管已經示出 和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種PVA - C腦模型的制備方法，其特征是所述制備方法包括以下步驟: 步驟1、將聚乙烯醇和去離子水混合成混合液；其中，混合液中聚乙烯醇和混合液之間的質量比為3% - 5% ； 步驟2、將步驟I配置的混合液在高溫高壓下高溫熔化2 - 4小時，得到溶液；其中，在所述高溫熔化過程中的壓力為1- 3Mpa，溫度為120 - 140°C ； 步驟3、將步驟2得到的溶液澆注至腦模型模具； 步驟4、將澆注溶液后的腦模型模具冷卻到室溫后，開始冷凍-解凍循環:在(-30)-( -20) °C冷凍8 - 12小時，冷凍后在O -5°C緩冷4 - 6小時，然后在室溫解凍12 - 16小時，完成冷凍-解凍循環。 步驟5、重復執行N次步驟4中的冷凍-解凍循環，脫模得到PVA - C腦模型。
2.如權利要求1所述的PVA-C腦模型的制備方法，其特征在于:步驟I中所述聚乙烯醇為平均聚合度為1750 - 2699的聚乙烯醇顆粒。
3.如權利要求1所述的PVA-C腦模型的制備方法，其特征在于:在步驟2的高溫熔化過程中進行攪拌，確保溶液的均勻性。
4.如權利要求1所述的PVA- C腦模型的制備方法，其特征在于:在步驟3和步驟4之間還包括步驟:用細線懸掛標志點于腦模型模具中溶液的特定位置，實現在腦模型中埋置豐不志點。
5.如權利要求1 所述的PVA- C腦模型的制備方法，其特征在于:N=1或2。
【文檔編號】A61B19/00GK103892923SQ201410145324
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】高瑾, 李曉剛, 高立軍, 錢志超 申請人:北京科技大學