CN108186165A - 3d打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗器械领域，涉及3D打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构，所述的连接结构由3D打印的1个人工胸骨和5对人工肋骨组成。人工肋骨通过其一端的圆球形关节结构与人工胸骨侧面开设的圆球形关节腔室相连接，构成类似于人体关节的活动结构。本发明主要用于替换病变的胸骨和肋骨。可以随胸廓的扩张或收缩在一定范围内活动，不再约束胸廓和肺叶的运动，达到满足胸骨和肋骨解剖学功能修复的同时，把对其生理功能的影响降到最低，提高病人的体能和生活质量。

Description

3D打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体说是3D打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构。
背景技术
近年来，随着3D打印技术的成熟和推广，该技术已经从工业领域逐步进入了医学领域，其推广已为很多疑难疾病的成功诊断和治疗提供了新的方法和手段。
以胸科为例，根据人体解剖学知识，胸骨位于胸前壁的正中，是一块上宽下窄、前凸后凹的扁骨，分胸骨柄、胸骨体和剑突3部分。胸骨柄上宽下窄，其侧缘接第1肋软骨。胸骨体扁而长，呈长方形，两侧有第2~7肋软骨相连接的切迹。人体共有12对肋骨，自上而下，第1，2，3，4，5对前端通过肋软骨各自与胸骨相连。肋体前端粗糙，接肋软骨，肋软骨为透明软骨，终身不骨化。肋软骨与胸骨侧缘相关节，保证肋骨在胸廓呼吸运动过程中有一定的活动度。
胸骨、肋骨、脊柱和肋间肌构成胸廓，是一个骨性的笼状支架。内有心、肺、气管、支气管、纵膈等重要内脏器官。胸廓的后方为脊柱，肋骨、肋间隙位于两侧，胸骨和肋软骨位于前方。
胸廓具有一定的弹性和活动性，起着支持和保护胸腹腔脏器避免外力损伤的作用。但其主要作用，还在于它参与呼吸运动。参与呼吸运动的肌肉主要有肋间肌和膈肌。肋间肌和膈肌的运动，能够使胸廓扩大或缩小。吸气时，肋间肌和膈肌收缩，肋体上提，肋骨两侧外翻，胸廓体积增大，肺随之扩张，完成吸气。相反，当肋间肌和膈肌舒张时，肋骨做相反方向的运动，胸廓体积缩小，肺随之回缩，完成呼气。
然而，胸骨本身的病变，纵膈或肺部恶性肿瘤侵犯胸骨等，这些疾病通常需要通过切除病变部位的胸骨进行治疗。而切除胸骨之后，以目前的技术很难对其进行有效的修复，以至于严重影响病人的健康，甚至只能放弃治疗。
国内外一些有条件的医院，现已利用3D 打印技术，使用钛合金或特种工程塑料，如聚芳醚酮类材料等，成功打印制作了人工胸骨，并施行了病变部位的置换手术。但是，由于这些材料的硬度高于人体骨骼，弹性较差，形变能力不足。而且，在目前所见报道的3D 打印的胸骨和肋骨的置换手术中，胸骨和肋骨采用的是一体化结构，未体现出肋骨与肋软骨之间的和肋软骨与胸骨之间的关节结构。这种一体化打印制造的胸骨和肋骨，不同程度的限制了胸廓的扩张和缩小运动，影响了呼吸功能，导致病人肺活量下降。
临床研究发现，人工胸骨置换后的病人，肺活量均有不同程度的下降，最高可达约600毫升。这个数值相当于正常成人肺活量的20%。对于病人而言，则极有可能达到其正常肺活量的50%甚至更高。由于手术前病人的肺活量本身就不高，术后肺活量的下降，将大大限制病人从事强度较大的运动或体力劳动的能力，导致病人的生活质量明显下降。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，旨在提供一种新型的3D 打印的人工胸骨和人工肋骨，在完成病人解剖学结构修复的同时，尽量把对病人生理功能的影响降到最低，提高术后病人的生活质量，减轻病人的痛苦。
为了解决上述技术问题，本发明是通过下列技术方案实现的，其包括：3D打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构（以下简称人工胸肋结构）。
所述的人工胸肋结构是由1个人工胸骨和5对人工肋骨组成。
所述的人工胸肋结构中的5对人工肋骨包括：肋骨体、肋骨颈和肋骨头。所述的肋骨体为扁平形，肋骨颈为圆柱形，肋骨头为圆球形。
所述的人工胸肋结构中人工胸骨的两侧分布有4对内圆球形的腔室结构，类似于人体骨骼的关节腔，其开口呈方形，位于人工胸骨两侧面。
所述的5对人工肋骨中的第1对人工肋骨直接与胸骨一体化打印制造，固定连接。第2至第5对的肋骨头与人工胸骨两侧面的圆球形腔室活动连接，组成关节结构。
所述的肋骨颈处于腔室开口部，腔室开口大于肋骨颈，对肋骨的活动范围起到限制作用。
所述的第1对人工肋骨的一端开设有滑动榫槽，用于和其他人体肋骨或人工肋骨连接。
所述的人工肋骨的长度、弧度等外形数据由计算机断层扫描成像图像数据（CT）或核磁共振成像数据（MRI）等医学影像学数据中提取拟合得到。使其更符合于人体解剖形状及结构，使人工胸骨置换术后的胸廓有一个接近正常的外观，使病人有更好的体感。
所述的人工胸骨的胸骨柄的上方开设有固定孔，用于与人体锁骨或其他组织结构固定连接。
与现有技术相比，由于本发明是利用3D打印技术可以打印复杂结构的优势，将人工肋骨与人工胸骨的接合部直接设计并打印成圆球形关节结构，使人工肋骨能够在一定范围内活动，不再约束胸廓的呼吸运动，达到在满足人工胸骨及人工肋骨的解剖学功能修复的同时，把对其生理功能的影响降到最低，提高替换术后病人的体能和生活质量。此外，由于人工胸骨、人工肋骨及其连接结构是预先同时打印制造的，不需要在手术中进行连接和固定，这大大减低了手术的难度，缩短手术时间，提高了手术成功率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
图1是本发明人工胸肋结构的人工胸骨的示意图。
图2是本发明人工胸肋结构的人工肋骨的示意图。
图3是本发明的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构的实施例示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式予以详细说明。
图1为本发明所述的人工胸骨部分的示意图。所述的人工胸骨包括：人工胸骨100和第1对人工肋骨101。所述的人工胸骨100的两侧开有4对内圆球形的关节腔室104，模拟人体骨骼的关节腔，其腔室开口105位于人工胸骨100的两侧面，其开口呈方形。此外，在人工胸骨100的上部还开设有数个固定孔106，用于与人体锁骨或其他组织结构相连接。固定孔的数量取决于连接面的大小以及紧固程度的要求。所述的第1对人工肋骨101的一端开设有滑动榫槽102，并在榫槽上方开有销钉固定孔103，人工肋骨101与人工胸骨100一体化打印，固定连接。
图2为本发明所述的人工肋骨部分的示意图。所述的人工肋骨包括：肋骨体200，肋骨颈204及肋骨头203。人工肋骨200的一端开设有滑动榫槽201，并在榫槽201上开设有销钉固定孔202，用于与其他人体肋骨或人工肋骨的连接与固定。
图3为本发明的3D打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构的实施例示意图。如图所示，一个完整的人工胸肋骨结构主要由1个人工胸骨100与5对人工肋骨200组成。所述的第1对人工肋骨101上开设有滑动榫槽102和销钉固定孔103，用于与其他人体肋骨或人工肋骨构成滑动连接。另外4对人工肋骨200的肋骨颈204分别处于人工胸骨100两侧的腔室开口105内，其肋骨头203置于人工胸骨100的关节腔室104中，构成类似于人体关节结构的活动连接。腔室开口105限定了4对人工肋骨的活动范围。这种结构可以使4对人工肋骨中的任意一根都能够随胸廓的呼吸运动，在一定范围内单独活动，不再约束胸廓的呼吸运动，达到在满足人工胸骨及人工肋骨的解剖学功能修复的同时，把对其生理功能的影响降到最低，提高替换术后病人的体能和生活质量。此外，在4对人工肋骨200的另一端都设有滑动榫槽201和销钉固定孔202，用于所述的人工胸肋结构与其他人体肋骨或人工肋骨构成完整的胸骨及肋骨修复。人工胸骨100可通过其上方开设的固定孔106与人体锁骨或其他组织结构固定连接。
本发明实施例中，3D 打印人工胸肋结构采用聚芳醚酮类材料制作，也可以采用钛合金或者其他金属材料或工程塑料制作。
本发明实施过程中，人工胸骨和与其连接的5对人工肋骨，至少需打印2对，才能固定住胸骨。根据病情的需要，可以打印3对、4对或5对，其实施的数量依据实际情况而定。
本发明并不局限于上述具体实施方式，不论是否采用任何金属材料、塑料或其他材料实施，或采用其他类似形状、结构、或数量不等的类似连接，均落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.3D 打印的具有活动关节的人工胸骨与人工肋骨连接结构，包括人工胸骨与人工肋骨，其特征在于：所述的人工胸骨与人工肋骨连接结构是由1个人工胸骨（100）和5对人工肋骨（200）组成；所述的人工胸骨（100）的两侧分布有4对内圆球形的关节腔室（104），其腔室开口（105）位于人工胸骨（100）两侧面，其开口呈方形；所述的人工肋骨包括：肋骨体（200），肋骨颈（204）和肋骨头（203），肋骨体（200）为扁平形，肋骨颈（204）为圆柱形，肋骨头（203）为圆球形；所述的第2至第5对肋骨头（203）与人工胸骨（100）两侧面的关节腔室（104）形成活动连接，组成关节结构。
2.根据权利要求1所述的人工胸骨与人工肋骨连接结构，其特征在于：所述的5对人工肋骨中的第1对人工肋骨（101）直接与人工胸骨（100）一体化打印制造，固定连接。
3.根据权利要求1所述的人工胸骨与人工肋骨连接结构，其特征在于：所述的肋骨颈（204）处于腔室开口（105）内，腔室开口（105）大于肋骨颈（204），对肋骨的活动范围起到限制作用。
4.根据权利要求1所述的人工胸骨与人工肋骨连接结构，其特征在于：所述的第1对人工肋骨（101）的一端开设有滑动榫槽（102），并在榫槽上方开有销钉固定孔（103），用于和其他人体肋骨或人工肋骨相连接。
5.根据权利要求1所述的人工胸骨与人工肋骨连接结构，其特征在于：所述的人工胸骨（100）的胸骨柄的上方开设有固定孔（106），用于和人体锁骨或其他组织结构相连接。
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