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一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法專利檢索

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年11月24日 23:26

說明書全文

一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及3D打印模具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法。

背景技術(shù)

[0002] 利用3D打印組織工程支架進(jìn)行人體組織再生的技術(shù)在目前尚未形成規(guī)?；氖袌鰬?yīng)用，仍有許多關(guān)鍵技術(shù)有待解決，例如在半月板組織工程重建技術(shù)中，目前仍然很難實現(xiàn)干細(xì)胞的分區(qū)定向分化。

[0003] 目前已有技術(shù)可以通過將兩種組分4?arm?PEG?NH2?20K(4?arm?Poly(ethlene glycol)amine?20K，4臂?聚乙二醇?氨基?2萬)和4?arm?PEG?SC?20K(4?arm?Poly(ethlene glycol)succinimidyl ester?20K，4臂?聚乙二醇?琥珀酰亞胺基碳酸酯?2萬)的溶液按照一定比例混合形成凝膠，在特定的凝膠區(qū)域注入不同的誘導(dǎo)因子(CTGF和TGF?β3)，誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成不同的細(xì)胞。在這種技術(shù)背景下，由于液體組分混合前具有流動性，很難準(zhǔn)確的控制混合區(qū)域的位置以及形狀，因此無法通過常規(guī)方法對凝膠的過程和區(qū)域進(jìn)行調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 鑒于上述的分析，本發(fā)明實施例旨在提供一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)無法在組織工程支架周圍形成特定區(qū)域凝膠并精準(zhǔn)控制凝膠形態(tài)的問題。

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法，步驟包括：

[0006] S1：獲取患者受損部位圖像信息，通過醫(yī)學(xué)圖像軟件提取受損部位三維結(jié)構(gòu)，并在建模軟件中修復(fù)受損部位形狀，輸出修復(fù)后的三維圖形；

[0007] S2：依據(jù)實際需要，將修復(fù)后的局部組織的三維圖形分割，并將分割后的不同部分輸入3D打印設(shè)備中，賦予各部位不同的打印參數(shù)以實現(xiàn)不同的空隙結(jié)構(gòu)的梯度組織工程支架；

[0008] S3：將打印的梯度組織工程支架放置在外側(cè)塑形裝置內(nèi)進(jìn)行成膠；

[0009] 按照第一塑形工位至第N塑形工位依次安放，每個塑形工位下充分等待凝膠凝固后進(jìn)行下一塑形工位的操作，每次注膠應(yīng)沿兩側(cè)注膠口和/或擴(kuò)展槽同時同步分別注入凝膠的兩個組分；

[0010] S4：外側(cè)成膠完成后，將含外側(cè)凝膠的梯度組織工程支架取出并放入塑形盒體內(nèi)，合上塑形頂蓋，并沿塑形頂蓋上的兩個注膠口同時同步分別注入凝膠的兩個組分；

[0011] S5：待凝膠完全凝固后拆除塑形頂蓋，取出含內(nèi)外側(cè)不同凝膠成分的梯度組織工程支架。

[0012] 進(jìn)一步地，所述外側(cè)塑形裝置包括塑形夾具和多工位塑形槽，所述梯度組織工程支架設(shè)于所述塑形夾具內(nèi)，所述塑形夾具設(shè)于所述多工位塑形槽上形成多個塑形工位。

[0013] 進(jìn)一步地，所述塑形夾具包括限位板、支架托盤和擋板，所述支架托盤與所述擋板之間設(shè)有限位槽；所述限位板上設(shè)有第一注膠口和第二注膠口。

[0014] 進(jìn)一步地，所述支架托盤上設(shè)有第一固定槽，所述限位板上設(shè)有第二固定槽，所述第一固定槽與所述第二固定槽相對設(shè)置且連通共同形成放置所述梯度組織工程支架的固定槽；所述第一注膠口和第二注膠口均與所述第二固定槽連通。

[0015] 進(jìn)一步地，所述多工位塑形槽包括基臺，所述基臺的頂部設(shè)有第一弧形槽，所述第一弧形槽的槽底為塑形面，所述塑形面與所述基臺頂面的交界位置設(shè)有第一擴(kuò)展槽和第二擴(kuò)展槽。

[0016] 進(jìn)一步地，所述第一弧形槽與所述基臺的側(cè)面形成槽壁，所述槽壁的內(nèi)側(cè)與所述限位板的側(cè)平面貼合以限制所述塑形夾具的橫向移動；所述槽壁上設(shè)有溢流槽，所述溢流槽的底部低于塑形工位下所述限位板的外邊緣。

[0017] 進(jìn)一步地，所述基臺的頂部設(shè)有第二弧形槽，所述第二弧形槽的槽底為夾具限位面，所述支架托盤的弧形面與所述夾具限位面配合；所述夾具限位面上設(shè)有橫向限位擋塊，所述橫向限位擋塊與所述限位槽配合對所述塑形夾具限位；所述橫向限位擋塊的厚度小于所述限位槽的寬度。

[0018] 進(jìn)一步地，所述塑形盒體和所述塑形頂蓋可拆卸連接形成抽屜式結(jié)構(gòu)；

[0019] 所述塑形盒體的盒體底面上設(shè)有用于對所述梯度組織工程支架限位的隨形限位脊，所述塑形盒體的側(cè)壁開口處為第一限位面。

[0020] 進(jìn)一步地，所述塑形盒體的槽體頂部設(shè)有第一溢液口和第二溢液口，所述塑形盒體的底部設(shè)有鎖合凹槽，且與所述第一限位面連通。

[0021] 進(jìn)一步地，所述塑形頂蓋包括蓋板和遮擋板，所述蓋板蓋設(shè)在所述塑形盒體的盒體壁上，所述遮擋板與所述第一限位面貼合；所述遮擋板的第二限位面上設(shè)有凸緣，所述第二限位面與所述第一限位面配合，所述凸緣與所述鎖合凹槽配合；

[0022] 所述蓋板上設(shè)有第三注膠口、第四注膠口、多個透氣孔和分別與所述第一溢液口和所述第二溢液口對應(yīng)的第三溢液口和第四溢液口。

[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實現(xiàn)如下有益效果之一：

[0024] (1)本發(fā)明實現(xiàn)梯度多孔組織工程支架的設(shè)計和制造，同時通過兩組采用3D打印的金屬夾具和塑形模具并結(jié)合雙組分混合成膠技術(shù)將含有兩種不同生長因子的水凝膠分區(qū)塑形，最終形成完整的水凝膠包裹的支架結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀多因子定向生長的組織工程重建。高度定制化方案，方案系統(tǒng)完善，操作簡單，設(shè)計和制造的難度小、成本低。

[0025] (2)本發(fā)明同時同步注入凝膠的兩個組分是為了確保兩種組分能夠按照1：1的比例充分混合；注射過程是由上至下，凝固過程是由下至上，這樣能保證充分浸潤梯度組織工程支架的同時又很好的控制液面高度。

[0026] (3)本發(fā)明多工位塑形槽設(shè)有溢流槽，通過間隙肉眼觀察水凝膠溶液的液面高度，當(dāng)水凝膠溶液的液面高度達(dá)到與溢流槽槽底齊平位置時即可停止注膠，不用等水凝膠溶液溢出再停止，這樣更節(jié)省材料；溢流槽的功能還在于限制水凝膠溶液的液面高度至梯度組織工程支架的預(yù)設(shè)分割面，精準(zhǔn)控制梯度組織工程支架的分區(qū)位置。

[0027] (4)本發(fā)明在塑形工位下，橫向限位擋塊插入限位槽用于限制塑形夾具的橫向位移，橫向限位擋塊的一側(cè)與擋板貼合，另一側(cè)與支架托盤支架存在間隙，便于成膠過程結(jié)束后塑形夾具沿橫向移動一段距離，使凝膠順利從槽壁的壁面剝離，隨后豎向移出塑形夾具使凝膠順利從塑形面剝離。

[0028] 本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

[0029] 附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

[0030] 圖1為具體實施例的梯度組織工程支架結(jié)構(gòu)示意圖；

[0031] 圖2為具體實施例的外側(cè)塑形裝置與梯度組織工程支架安裝示意圖；

[0032] 圖3為具體實施例的內(nèi)側(cè)塑形裝置與梯度組織工程支架安裝示意圖；

[0033] 圖4為具體實施例的外側(cè)塑形狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

[0034] 圖5為具體實施例的塑形夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

[0035] 圖6為具體實施例的塑形夾具與梯度組織工程支架安裝示意圖；

[0036] 圖7為具體實施例的多工位塑形槽結(jié)構(gòu)示意圖；

[0037] 圖8為具體實施例的第一塑形工位狀態(tài)示意圖；

[0038] 圖9為具體實施例的第二塑形工位狀態(tài)示意圖；

[0039] 圖10為具體實施例的第三塑形工位狀態(tài)示意圖；

[0040] 圖11為具體實施例的第二塑形工位下A?A剖視圖；

[0041] 圖12為具體實施例的第二塑形工位后視圖；

[0042] 圖13為具體實施例的內(nèi)側(cè)塑形裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

[0043] 圖14為具體實施例的內(nèi)側(cè)塑形裝置爆炸圖；

[0044] 圖15為具體實施例的塑形盒體結(jié)構(gòu)示意圖；

[0045] 圖16為具體實施例的塑形頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

[0046] 附圖標(biāo)記：

[0047] 100、梯度組織工程支架；200、外側(cè)塑形裝置；210、塑形夾具；211、限位板；211?1、第一工位限位板；211?2、第二工位限位板；211?3、第三工位限位板；212、支架托盤；213、限位槽；214、擋板；215?1、第一注膠口；215?2、第二注膠口；220、多工位塑形槽；221、基臺；222、槽壁；223、溢流槽；224、塑形面；225?1、第一擴(kuò)展槽；225?2、第二擴(kuò)展槽；226、夾具限位面；227、橫向限位擋塊；230、塑形腔；218、弧形面；216、第一固定槽；217、第二固定槽；300、內(nèi)側(cè)塑形裝置；310、塑形盒體；311?1、第一溢液口；311?2、第二溢液口；312、盒體壁面；313、盒體底面；314、隨形限位脊；315、第一限位面；316、鎖合凹槽；320、塑形頂蓋；321?1、第三注膠口；321?2、第四注膠口；322、透氣孔；323、蓋板；324、第二限位面；325、凸緣；326?1、第三溢液口；326?2、第四溢液口。

具體實施方式

[0048] 下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本發(fā)明一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

[0049] 在本發(fā)明實施例的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接，可以是機(jī)械連接，也可以是電連接，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

[0050] 全文中描述使用的術(shù)語“頂部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相對于裝置的部件的相對位置，例如裝置內(nèi)部的頂部和底部襯底的相對位置。可以理解的是裝置是多功能的，與它們在空間中的方位無關(guān)。

[0051] 實施例1

[0052] 本發(fā)明的一個具體實施例，如圖1?圖3所示，公開了一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形系統(tǒng)，包括梯度組織工程支架100、外側(cè)塑形裝置200和內(nèi)側(cè)塑形裝置300，梯度組織工程支架100依次在外側(cè)塑形裝置200和內(nèi)側(cè)塑形裝置300中成膠。

[0053] 本實施例中，外側(cè)塑形裝置200和內(nèi)側(cè)塑形裝置300的3D打印材料為金屬。

[0054] 梯度組織工程支架100為梯度多孔疏松結(jié)構(gòu)，是根據(jù)患者特定區(qū)域的組織形態(tài)設(shè)計并由生物材料通過3D打印技術(shù)加工得到，生物材料優(yōu)選為可在體內(nèi)降解的聚己內(nèi)酯材料。

[0055] 以半月板組織為典型實施例時，梯度組織工程支架100的滑膜緣區(qū)(即半月板組織外側(cè))的纖維密度小，孔徑大，滑膜緣區(qū)的平均孔徑為400μm～500μm；梯度組織工程支架100游離緣區(qū)(即半月板組織內(nèi)緣)的限位密度大，孔徑小，游離緣區(qū)的平均孔徑約為200μm。兩種孔徑各占支架寬度的一半。

[0056] 通過這種梯度多孔組織工程支架可以構(gòu)建出異質(zhì)性組織工程半月板。結(jié)合3D打印半月板支架復(fù)合水凝膠?模具(本實施例中的外側(cè)塑形裝置200和內(nèi)側(cè)塑形裝置300)，可以實現(xiàn)CTGF(Connective Tissue Growth Factor，結(jié)締組織生長因子)和TGF?β3(Transforming Growth Factor?β3，轉(zhuǎn)化生長因子?β3)的分區(qū)釋放(CTGF和TGF?β3分別誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞分化和表達(dá)區(qū)域特異性的I型膠原蛋白和II型膠原蛋白)。

[0057] 需要說明的是，梯度組織工程支架100的形狀不做限定，其具體形狀根據(jù)患者特定區(qū)域的組織形態(tài)設(shè)計，本實施例僅以半月板組織為例進(jìn)行說明。

[0058] 如圖2所示，外側(cè)塑形裝置200包括塑形夾具210和多工位塑形槽220，將塑形夾具210設(shè)于多工位塑形槽220內(nèi)對梯度組織工程支架100的外側(cè)進(jìn)行注膠。

[0059] 如圖4、圖5所示，塑形夾具210包括限位板211、支架托盤212和擋板214，支架托盤212和擋板214相互平行，限位板211的側(cè)平面與支架托盤212、擋板214平行。限位板211設(shè)于支架托盤212的上方，支架托盤212位于擋板214的上方，限位板211的一端與支架托盤212連接，另一端懸空，支架托盤212與擋板214連接，且支架托盤212與擋板214之間設(shè)有限位槽
213。

[0060] 作為一種優(yōu)選的實施方式，支架托盤212和擋板214均為由弧形面和平面限定的盤狀結(jié)構(gòu)，支架托盤212和擋板214的形狀相同，僅是支架托盤212和擋板214的厚度不同，優(yōu)選地，支架托盤212的厚度大于擋板214的厚度。支架托盤212和擋板214在平面?zhèn)冗B接后，在弧形面處留有限位槽213。

[0061] 進(jìn)一步地，如圖2、圖4所示，支架托盤212和擋板214的平面?zhèn)仍O(shè)有凹槽，凹槽類似U形，凹槽的開口寬度大于其底部寬度，凹槽連通限位板211的側(cè)平面。

[0062] 本實施例中，限位板211、支架托盤212和擋板214一體成型。

[0063] 換言之，塑形夾具210包括限位板211和支架擋塊，支架擋塊是由弧形面和平面限定的盤狀結(jié)構(gòu)，限位板211的一端與支架擋塊的平面?zhèn)冗B接，且限位板211的端面與支架擋塊的平面齊平，限位板211的另一端懸空在支架擋塊的一側(cè)。沿支架擋塊的弧形面的周向開設(shè)限位槽213，限位槽213將支架擋塊分為兩部分，分別為支架托盤212和擋板214。優(yōu)選地，支架托盤212的厚度大于擋板214的厚度。

[0064] 進(jìn)一步地，支架擋塊的平面?zhèn)仍O(shè)有凹槽，凹槽類似U形，凹槽的開口寬度大于其底部寬度，凹槽與限位板211連通，使得限位板211上也形成類似U形凹槽的結(jié)構(gòu)。

[0065] 本實施例中，在塑形夾具210上設(shè)有類U形槽，有效減輕了塑形夾具210的重量，同時減少了材料的使用，提高了采用3D打印塑形夾具210的效率。

[0066] 為了便于給梯度組織工程支架100注膠，如圖4所示，塑形夾具210還設(shè)有第一注膠口215?1和第二注膠口215?2，第一注膠口215?1和第二注膠口215?2均設(shè)于限位板211上。具體地，第一注膠口215?1和第二注膠口215?2設(shè)于限位部211的用于連接支架托盤212的端部，且位于類似U形凹槽的兩側(cè)。

[0067] 為了安放梯度組織工程支架100，如圖4、圖5所示，塑形夾具210還設(shè)有第一固定槽216和第二固定槽217，第一固定槽216設(shè)在支架托盤212上，第二固定槽217設(shè)在限位板211上，第一固定槽216與第二固定槽217相對設(shè)置且連通，第一固定槽216和第二固定槽217共同形成放置梯度組織工程支架100的固定槽。固定槽的形狀與梯度組織工程支架100相適配。

[0068] 如圖4所示，第一注膠口215?1和第二注膠口215?2均與第二固定槽217連通，進(jìn)而從第一注膠口215?1、第二注膠口215?2注入的水凝膠溶液能夠順利流入第二固定槽217并浸潤梯度組織工程支架100。

[0069] 本實施例中，為適應(yīng)如圖1所示的半月板形梯度組織工程支架100，第一固定槽216和第二固定槽217均設(shè)計為半月狀，限位板211的懸空端位于第一固定槽216的上方。當(dāng)梯度組織工程支架100設(shè)于第一固定槽216中后，限位板211上的第二固定槽217剛好壓扣住梯度組織工程支架100的邊緣結(jié)構(gòu)，對梯度組織工程支架100具有一定的限位和夾緊作用。

[0070] 由于梯度組織工程支架100并非在一個狀態(tài)下進(jìn)行注膠，塑形夾具210與多工位塑形槽220之間配合形成多個塑形工位，優(yōu)選為3個。為了配合梯度組織工程支架100的多工位注膠，如圖5、圖6所示，限位板211包括第一工位限位板211?1、第二工位限位板211?2和第三工位限位板211?3，第一工位限位板211?1、第二工位限位板211?2和第三工位限位板211?3分別在第一塑形工位、第二塑形工位和第三塑形工位下與多工位塑形槽220的槽壁貼合以限制塑形夾具210的橫向移動。

[0071] 需要說明的是，定義限位板211的U形凹槽側(cè)為內(nèi)邊緣，塑形夾具210安放到多工位塑形槽220上后，如圖8所示，第一工位限位板211?1的外邊緣呈水平狀態(tài)時為第一塑形工位；如圖9所示，第二工位限位板211?2外邊緣呈水平狀態(tài)時為第二塑形工位；如圖10所示，第三工位限位板211?3的外邊緣呈水平狀態(tài)時為第三塑形工位。

[0072] 本實施例中，第一工位限位板211?1、第二工位限位板211?2和第三工位限位板211?3依次連接，第一工位限位板211?1和第三工位限位板211?3為類似U形凹槽的兩個側(cè)壁，第二工位限位板211?2為類似U形凹槽的槽底。

[0073] 如圖7所示，多工位塑形槽220包括基臺221，基臺221為長方體狀結(jié)構(gòu)，在基臺221的頂部設(shè)有第一弧形槽，第一弧形槽的槽底為塑形面224，為了便于各塑形工位狀態(tài)下對梯度組織工程支架100注膠浸潤，塑形面224與基臺221頂面的交界位置設(shè)有第一擴(kuò)展槽225?1和第二擴(kuò)展槽225?2，第一擴(kuò)展槽225?1和第二擴(kuò)展槽225?2均為注膠口擴(kuò)展槽。優(yōu)選地，第一擴(kuò)展槽225?1和第二擴(kuò)展槽225?2與塑形面224圓滑過渡。

[0074] 第一弧形槽與基臺221的側(cè)面形成槽壁222，槽壁222的內(nèi)側(cè)與限位板211的側(cè)平面貼合以限制塑形夾具210的橫向移動。

[0075] 考慮到注膠過程中會存在多余的水凝膠溶液，槽壁222上開設(shè)有溢流槽223，溢流槽223的底部略低于塑形工位下限位板211的外邊緣，使得塑形工位下，溢流槽223的底部與限位板211外邊緣之間存在間隙，也就是說塑形工位下，限位板211不完全遮擋溢流槽223，優(yōu)選地，溢流槽223貫通基臺221的頂部，溢流槽223位于槽壁222的中間。

[0076] 本實施例中，當(dāng)限位板211位于不同的塑形工位時，限位板211部分遮擋溢流槽223，注膠過程中，多余的水凝膠溶液可以從溢流槽223溢出。同時，也可通過溢流槽223判斷注膠的停止時機(jī)，當(dāng)凝膠溶液從溢流槽223溢出時，立即停止注膠。同時，由于溢流槽223與限位板211外邊緣之間存在間隙，所以也可以通過間隙肉眼觀察水凝膠溶液的液面高度，當(dāng)水凝膠溶液的液面高度達(dá)到與溢流槽223槽底齊平位置時即可停止注膠，不用等水凝膠溶液溢出再停止，這樣更節(jié)省材料。溢流槽223的功能還在于限制水凝膠溶液的液面高度至梯度組織工程支架100的預(yù)設(shè)分割面，精準(zhǔn)控制梯度組織工程支架100的分區(qū)位置。本實施例中，梯度組織工程支架100的預(yù)設(shè)分割面使得梯度組織工程支架100的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各占二分之一。

[0077] 為了安放塑形夾具210，如圖7所示，基臺221的頂部設(shè)有第二弧形槽，第二弧形槽的槽底為夾具限位面226，第二弧形槽與第一弧形槽并列設(shè)置，且第二弧形槽比第一弧形槽深，第二弧形槽的一側(cè)與第一弧形槽連通，另一側(cè)貫穿基臺221的側(cè)壁。

[0078] 為了限制塑形夾具210的橫向移動，如圖7所示，夾具限位面226上設(shè)有橫向限位擋塊227，橫向限位擋塊227與限位槽213配合對塑形夾具210限位，橫向限位擋塊227的厚度小于限位槽213的寬度，橫向限位擋塊227的高度不大于限位槽213的深度。

[0079] 當(dāng)塑形夾具210設(shè)置在多工位塑形槽220上時，支架托盤212的弧形面218與夾具限位面226接觸，橫向限位擋塊227設(shè)于限位槽213內(nèi)，且與擋板214貼合，支架托盤212與限位板211之間形成一個截面為C型的半開口形狀(即由第一固定槽216和第二固定槽217形成的半月形的固定槽)，便于安置梯度組織工程支架100，槽壁222用于限位梯度組織工程支架100，使梯度組織工程支架100在塑形工位不發(fā)生滑移。

[0080] 如圖11、圖12所示，在塑形工位下，塑形夾具210支撐梯度組織工程支架100并保持支架托盤212豎直，此時，支架托盤212的弧形面218與限位面226緊密貼合，支架托盤212的外緣面(即弧形面218)與限位面226的形狀一致。此結(jié)構(gòu)下，塑形夾具210和多工位塑形槽220在梯度組織工程支架100的周圍形成一個塑形腔230，塑形腔230用于不同液體組分混合成膠。

[0081] 需要說明的是，三個塑形工位下形成三個不同的塑形腔230。

[0082] 如圖11所示，在塑形工位下，橫向限位擋塊227插入限位槽213用于限制塑形夾具210的橫向位移，橫向限位擋塊227的一側(cè)與擋板214貼合，另一側(cè)與支架托盤212支架存在間隙，便于成膠過程結(jié)束后塑形夾具210沿橫向移動一端距離，使凝膠順利從槽壁222的壁面剝離，隨后豎向移出塑形夾具210使凝膠順利從塑形面224剝離。

[0083] 當(dāng)對梯度組織工程支架100進(jìn)行注膠時，根據(jù)梯度組織工程支架100的放置工位選擇合適的注膠口。優(yōu)選地，當(dāng)塑形夾具210位于第一塑形工位時，選擇第一注膠口215?1、第一擴(kuò)展槽225?1和第二擴(kuò)展槽225?2注膠；當(dāng)塑形夾具210位于第二塑形工位時，選擇第一擴(kuò)展槽225?1和第二擴(kuò)展槽225?2注膠；當(dāng)塑形夾具210位于第三塑形工位時，選擇第二注膠口215?2、第一擴(kuò)展槽225?1和第二擴(kuò)展槽225?2注膠。

[0084] 如圖3、圖13、圖14所示，內(nèi)側(cè)塑形裝置300包括塑形盒體310和塑形頂蓋320，塑形盒體310和塑形頂蓋320可拆卸連接，二者形成抽屜式結(jié)構(gòu)。

[0085] 如圖15所示，塑形盒體310為半開放式的槽式結(jié)構(gòu)，塑形盒體310包括盒體壁和盒體底，優(yōu)選地，盒體壁為非封閉弧形，盒體底為平板，盒體底封閉盒體壁的一端，使得塑形盒體310形成一端開口、側(cè)壁開口的半開放式的槽式結(jié)構(gòu)。塑形盒體310的側(cè)壁開口處為第一限位面315，優(yōu)選地，第一限位面315為平面。

[0086] 為了便于梯形組織工程支架100注膠后剝離，塑形盒體310內(nèi)腔中，盒體壁面312和盒體底面313均為光潔面。為了梯形組織工程支架100的定位，如圖15所示，盒體底面313上設(shè)有隨形限位脊314，當(dāng)安放梯形組織工程支架100時，隨形限位脊314與梯形組織工程支架100的內(nèi)側(cè)邊緣完全貼合表面安裝位置準(zhǔn)確。

[0087] 本實施例中，為了配合半月板狀的梯形組織工程支架100，盒體壁面312和隨形限位脊314均為半月狀，隨形限位脊314與半月狀的梯形組織工程支架100的內(nèi)側(cè)邊緣配合。需要說明的是，半月狀凹陷側(cè)為內(nèi)側(cè)，凸起側(cè)為外側(cè)。

[0088] 為了便于注膠過程中多余的水凝膠溶液溢流，如圖15所示，塑形盒體310的槽體頂部設(shè)有溢液口，溢液口包括第一溢液口311?1和第二溢液口311?2，即在盒體壁的頂部挖槽形成溢液口。優(yōu)選地，第一溢液口311?1和第二溢液口311?2靠近第一限位面315設(shè)置。

[0089] 為了與塑形頂蓋320構(gòu)成滑槽式限位鎖合結(jié)構(gòu)，如圖14所示，塑形盒體310的底部設(shè)有鎖合凹槽316，且與第一限位面315連通。優(yōu)選地，鎖合凹槽316為長方形槽，鎖合凹槽316的側(cè)壁圓滑過渡。

[0090] 如圖16所示，塑形頂蓋320包括蓋板323和遮擋板，遮擋板設(shè)于蓋板323的一側(cè)，蓋板323用于蓋設(shè)在塑形盒體310的盒體壁上，遮擋板用于擋在塑形盒體310的第一限位面315處。此結(jié)構(gòu)下，塑形頂蓋320遮擋住了塑形盒體310的端部開口和側(cè)壁開口，二者形成抽屜式結(jié)構(gòu)。

[0091] 為了進(jìn)一步對設(shè)于塑形盒體310內(nèi)的梯形組織工程支架100進(jìn)行限位，如圖16所示，蓋板323的內(nèi)側(cè)設(shè)有凸臺，優(yōu)選地，凸臺為圓錐臺，圓錐臺的大底面與蓋板323連接，利用圓錐臺狀的凸臺結(jié)構(gòu)與半月狀的梯形組織工程支架100的凹槽側(cè)配合。

[0092] 如圖13、圖16所示，蓋板323上設(shè)有第三注膠口321?1和第四注膠321?2，第三注膠口321?1和第四注膠口321?2設(shè)于凸臺兩側(cè)，優(yōu)選地，第三注膠口321?1和第四注膠口321?2設(shè)于凸臺與蓋板323交界的邊緣處，且靠近遮擋板設(shè)置。

[0093] 考慮到注膠過程中，多余的水凝膠溶液需要溢流，如圖16所示，蓋板323上設(shè)有第三溢液口326?1和第四溢液口326?2，第三溢液口326?1和第四溢液口326?2分別設(shè)于凸臺的兩側(cè)，且第三溢液口326?1和第四溢液口326?2分別與第一溢液口311?1和第二溢液口311?2對應(yīng)。如圖13所示，當(dāng)塑形頂蓋320蓋設(shè)在塑形盒體310上后，第一溢液口311?1和第三溢液口326?1形成一個溢液口，第二溢液口311?2和第四溢液口326?2形成一個溢液口。

[0094] 為了與塑形盒體310構(gòu)成滑槽式限位鎖合結(jié)構(gòu)，如圖14、圖16所示，遮擋板的第二限位面324上設(shè)有凸緣325，第二限位面324與第一限位面315配合，當(dāng)塑形盒體310和塑形頂蓋320組裝后，第一限位面315和第二限位面324緊密貼合。凸緣325與鎖合凹槽316配合，凸緣325的大小及形狀與鎖合凹槽316相同。優(yōu)選地，凸緣325為長方體，凸緣325的側(cè)面圓滑過渡。當(dāng)塑形頂蓋320與塑形盒體310組合到一起后，凸緣325的底面與槽底的底面齊平。

[0095] 本實施例中，通過凸緣325與鎖合凹槽316配合，在合起塑形頂蓋320時能夠更便捷的對準(zhǔn)位置，同時具有鎖合的功能，也便于拆卸。需要說明的是，凸緣325與鎖合凹槽316互相接觸的面預(yù)留0.05～0.1mm。

[0096] 考慮到梯度組織工程支架100在進(jìn)行內(nèi)側(cè)注膠塑形時需要透氣，如圖16所示，蓋板323上還設(shè)有多個透氣孔322，透氣孔322沿凸臺與蓋板323交界的邊緣設(shè)置。

[0097] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例基于個性化設(shè)計方法并結(jié)合3D打印技術(shù)實現(xiàn)梯度多孔組織工程支架的設(shè)計和制造，同時通過兩組夾具和塑形模具并結(jié)合雙組分混合成膠技術(shù)將含有兩種不同生長因子的水凝膠分區(qū)塑形，最終形成完整的水凝膠包裹的支架結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀多因子定向生長的組織工程重建。高度定制化方案，方案系統(tǒng)完善，操作簡單，設(shè)計和制造的難度小、成本低。

[0098] 實施例2

[0099] 本發(fā)明的一個具體實施例，如圖1?圖16所示，公開了一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法，采用實施例1的基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形系統(tǒng)，步驟包括：

[0100] S1：通過CT(Computed Tomography，電子計算機(jī)斷層掃描)或MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)等技術(shù)獲取患者受損部位圖像信息，示例性地，半月板組織的，通過醫(yī)學(xué)圖像軟件提取受損部位三維結(jié)構(gòu)，并在建模軟件中修復(fù)受損部位形狀，輸出修復(fù)后的三維圖形。

[0101] S2：依據(jù)實際需要，將修復(fù)后的局部組織的三維圖形分割，并將分割后的不同部分輸入3D打印設(shè)備中，賦予各部位不同的打印參數(shù)以實現(xiàn)不同的空隙結(jié)構(gòu)。示例性地，半月板狀的梯度組織工程支架100。

[0102] S3：打印出梯度組織工程支架100(個性化的梯度多孔結(jié)構(gòu)的組織工程支架)后，將梯度組織工程支架100放置在外側(cè)塑形裝置的對應(yīng)位置，開始對梯度組織工程支架100外側(cè)進(jìn)行成膠。

[0103] 需要說明的是，外側(cè)成膠按照第一塑形工位至第N塑形工位依次安放，每個塑形工位下應(yīng)充分等待凝膠凝固才能進(jìn)行下一塑形工位的操作，每次注膠應(yīng)沿兩側(cè)注膠口和/或擴(kuò)展槽同時同步分別注入凝膠的兩個組分。

[0104] 塑形夾具210與多工位塑形槽220之間配合形成N個塑形工位，N優(yōu)選為3。

[0105] S4：外側(cè)成膠完成后，將梯度組織工程支架100(含外側(cè)凝膠)取出并放入塑形盒體310對應(yīng)位置，合上塑形頂蓋320，并沿塑形頂蓋320上兩個注膠口(第三注膠口321?1和第四注膠321?2)同時同步分別注入凝膠的兩個組分。

[0106] 需要說明的是，同時同步注入凝膠的兩個組分是為了確保兩種組分能夠按照1：1的比例充分混合。注射過程是由上至下，凝固過程是由下至上，這樣能保證充分浸潤梯度組織工程支架100的同時又很好的控制液面高度。

[0107] S5：待凝膠完全凝固后拆除塑形頂蓋320，取出梯度組織工程支架100(此時梯度組織工程支架100含內(nèi)外側(cè)不同凝膠成分)。

[0108] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

網(wǎng)址: 一種基于3D打印的膝關(guān)節(jié)局部組織分區(qū)塑形方法專利檢索 http://www.u1s5d6.cn/newsview66767.html