一种模拟人骨电磁特性的溶液及其制备方法和应

本发明涉及了一种模拟人骨电磁特性的溶液，涉及生物医学工程、材料科学技术以及医学模型，具体涉及一种模拟人骨电磁特性的溶液及其制备方法和应用。背景技术：1、目前脊柱领域发病数量迅速增加。传统骨科手术依赖主刀医生经验和医生对于手臂肌肉的控制，手术风险极高，因此各种辅助骨科手术的设备层出不穷。而在此类设备的测试阶段，每次采用实际人骨进行实验取样较难、损耗较大、成本较高，亟需一种能够模拟人骨电磁特性的溶液以及一种可模拟人体脊柱椎弓根手术的脊柱模型，能够让医生将椎弓根开路器以不同的角度和方向插入到脊柱模型内部，使医生可以较为简单方便地模拟演示人体脊柱椎弓根手术，可以有效增加医生的经验，使其在手术时可以发挥得更稳定，进而提高手术成功率，该溶液及其应用有着广阔的发展前景。技术实现思路1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种模拟人骨电磁特性的溶液及其制备方法和应用。本发明能够制成具有人骨电磁特性的胶状溶液，使其能够应用于填充一种可模拟人体脊柱椎弓根手术的脊柱模型，脊柱模型能够让医生将椎弓根开路器以不同的角度和方向插入到脊柱模型内部，使医生可以较为简单方便地模拟演示人体脊柱椎弓根手术。2、本发明采用的技术方案是：3、本发明的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，包括：4、步骤1：将明胶与纯净水充分混合后静置获得混合物。5、步骤2：将混合物进行水浴加热后获得明胶溶液，水浴加热提升明胶溶液温度使明胶充分溶解。6、步骤3：向明胶溶液中加入无水磷酸氢钙和生理氯化钠溶液并搅拌混匀获得混合物溶液。7、步骤4：将混合物溶液冷冻从而制备获得具有人骨电磁特性的胶状溶液。8、所述的步骤1中，将明胶和纯净水按照质量比为3:20混合，然后静置1h，获得的混合物为皮质骨溶液；将明胶和纯净水按照质量比为1:16混合，然后静置1h，获得的混合物为松质骨溶液。9、所述的步骤2中，将混合物通过水浴加热将温度提升至50～70℃后获得明胶溶液。10、所述的步骤3中，当混合物为皮质骨溶液时，将无水磷酸氢钙和生理氯化钠溶液按照质量比为1:4加入明胶溶液中，无水磷酸氢钙、生理氯化钠溶液和步骤1中的纯净水的质量比为1:4:20。11、当混合物为松质骨溶液时，仅将无水磷酸氢钙加入明胶溶液中，无水磷酸氢钙和步骤1中的纯净水的质量比为1:32。12、所述的步骤4中，将混合物溶液冷冻后将温度从50～70℃下降至0～-10℃，成为凝胶状液体。13、所述的步骤1中，明胶为纯度为化学纯的淡黄色半透明微带光泽的粉粒。14、所述的步骤3中，无水磷酸氢钙的化学式为cahpo4，为浓度为98％的白色粉末。15、所述的步骤3中，生理氯化钠溶液的化学式为nacl，为浓度为0.9％的无色澄清液体。16、本发明的模拟人骨电磁特性的溶液的应用包括用于模拟人体脊柱椎弓根手术的脊柱模型的填充。17、脊柱模型内部填充有皮质骨溶液、松质骨溶液和血水溶液。脊柱模型分成3部分，即皮质骨区、松质骨区和血水区，皮质骨区和血水区各包含2部分，血水区包含脊髓区和外部血水区。脊柱模型外壳上开设有多个连通孔。脊柱模型与实际人体脊柱尺寸近似。脊柱模型为3d打印制成。18、脊柱模型模拟人体脊柱椎弓根手术时，存在的手术过程包含以下几类：19、手术过程1：正确成功手术，开路器从脊柱模型外壳上的连通孔先后进入皮质骨和松质骨，没有第二次碰到皮质骨。20、手术过程2：错误失败手术，开路器从脊柱模型外壳上的连通孔先后进入皮质骨、松质骨、皮质骨和外部血水区。21、手术过程3：错误失败手术，开路器从脊柱模型外壳上的连通孔先后进入皮质骨、松质骨、皮质骨和脊髓区。22、本发明的有益效果是：23、经过矢量网络分析仪检测验证，本发明所得溶液的电磁特性与实际人骨的电磁特性基本一致，能够应用于填充一种可模拟人体脊柱椎弓根手术的脊柱模型；脊柱模型内部填充有皮质骨溶液、松质骨溶液和血水溶液，脊柱模型外壳上开设有多个连通孔，能够让医生将椎弓根开路器以不同的角度和方向插入到脊柱模型内部，使医生可以较为简单方便地模拟演示人体脊柱椎弓根手术，可以有效增加医生的经验，使其在手术时可以发挥得更稳定，进而提高手术成功率。技术特征：1.一种模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于，包括：2.根据权利要求1所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中，将明胶和纯净水按照质量比为3:20混合，获得的混合物为皮质骨溶液；将明胶和纯净水按照质量比为1:16混合，获得的混合物为松质骨溶液。3.根据权利要求1所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中，将混合物通过水浴加热将温度提升至50～70℃后获得明胶溶液。4.根据权利要求2所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中，当混合物为皮质骨溶液时，将无水磷酸氢钙和生理氯化钠溶液按照质量比为1:4加入明胶溶液中，无水磷酸氢钙、生理氯化钠溶液和步骤1中的纯净水的质量比为1:4:20；5.根据权利要求1所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：所述的步骤4中，将混合物溶液冷冻后将温度从50～70℃下降至0～-10℃。6.根据权利要求1所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中，明胶为纯度为化学纯的黄色半透明带光泽的粉粒。7.根据权利要求1所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中，无水磷酸氢钙为浓度为98％的白色粉末。8.根据权利要求1所述的模拟人骨电磁特性的溶液的制备方法，其特征在于：9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法制备获得的模拟人骨电磁特性的溶液。10.根据权利要求9所述的模拟人骨电磁特性的溶液的应用，其特征在于：所述应用包括用于模拟人体脊柱椎弓根手术的脊柱模型的填充。技术总结本发明公开了一种模拟人骨电磁特性的溶液及其制备方法和应用。方法包括：将明胶与纯净水充分混合后静置获得混合物；将混合物进行水浴加热后获得明胶溶液；向明胶溶液中加入无水磷酸氢钙和生理氯化钠溶液并搅拌混匀获得混合物溶液；将混合物溶液冷冻从而制备获得具有人骨电磁特性的胶状溶液。本发明制得的溶液的电磁特性与实际人骨的电磁特性基本一致，能够应用于填充可模拟人体脊柱椎弓根手术的脊柱模型；脊柱模型能够让医生将椎弓根开路器以不同的角度和方向插入到脊柱模型内部，使医生可以较为简单方便地模拟演示人体脊柱椎弓根手术，可以有效增加医生的经验，使其在手术时可以发挥得更稳定，进而提高手术成功率。技术研发人员：周恒骥,袁舸凡,于子豪,王勇,史治国,张桦受保护的技术使用者：浙江大学金华研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/16