CN109171939A - 骨水泥假体一体化3d打印成型模具及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了骨水泥假体一体化3D打印成型模具及其成型方法，涉及医疗器械技术领域。一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具，包括：多个模块和金属支撑棒；多个所述模块的对合面之间依次可拆卸连接形成模具，所述模具的内面包括一体成型的第一贴合面和第二贴合面，其中一个所述模块上设置有用于注入骨水泥的注入孔；所述截骨残骸部分插入所述模具内并与所述第一贴合面相适配，所述金属支撑棒部分固定于截骨残骸内并形成髓内固定段，另一部分位于第二贴合面内并形成骨水泥假体，所述髓内固定段和骨水泥假体通过浇筑骨水泥一体成型。能够将髓内固定段和骨水泥假体一体成型，避免了两部分连接存在的缝隙，消除力学薄弱处。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具及其成型方法。
背景技术
临近关节部位严重骨病变常常需要病变骨段切除，比如关节近端恶性肿瘤、老年肱骨头粉碎性骨折等，病变骨段切除后造成关节缺损或缺失，需要重建，目前关节重建方法主要有肿瘤型人工关节重建(肿瘤膝、肿瘤髋等)、关节融合、骨移植、骨水泥假体成型等等。肿瘤型人工关节重建价格昂贵，还有一定的适应症限制；关节融合、骨移植等往往造成关节功能丧失，生活质量下降。而3D打印技术辅助的骨水泥假体成型在非负重关节具有良好的适应证，应用日益广泛。
骨水泥假体成型在关节重建中有重要应用，特别是在关节恶性肿瘤、老年关节粉碎性骨折、人工关节感染术后旷置等疾病上应用较多， 3D打印技术极大提高了骨水泥假体部分相似度，通过镜像可以几乎百分百再塑缺损骨段，完美重建关节假体，避免出现以往术中通过手工操作做成的粗糙且相似度差的缺损骨段，现有的3D打印骨水泥假体成型模具，如图1所示，它分为骨水泥假体部分1和髓内固定部分两部分，中间通过金属支撑棒(克氏针或钢丝)连接和加强。目前该方法分两步完成，分次应用骨水泥，第一次骨水泥先在模具盒内完成病变骨段成型，制成骨水泥假体部分，中间植入超过骨水泥假体长度的金属支撑棒，作为髓内固定部分；骨水泥硬化后，骨残端髓腔内注入另一份骨水泥，硬化前将髓内固定部分(金属支撑棒)插入其中，骨水泥硬化后完成手术。两次骨水泥应用最大的问题是骨水泥连接处可能存在缝隙，存在力学薄弱处，后期容易断裂，手术失败。
鉴于此，提供一种提高骨水泥连接处强度的骨水泥成型模具显得尤为重要。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具，以很大程度上解决了骨水泥连接处可能存在缝隙，存在力学薄弱处，后期容易断裂，手术失败的技术问题。
本发明提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，包括：多个模块和金属支撑棒；
多个所述模块的对合面之间依次可拆卸连接形成模具，所述模具的内面包括一体成型的第一贴合面和第二贴合面，其中一个所述模块上设置有用于注入骨水泥的注入孔；
所述截骨残骸部分插入所述模具内并与所述第一贴合面相适配，所述金属支撑棒部分固定于截骨残骸内并形成髓内固定段，另一部分位于第二贴合面内并形成骨水泥假体，所述髓内固定段和骨水泥假体通过浇筑骨水泥一体成型。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，多个所述模块的对合面上涂覆有骨蜡，以相互扣紧形成模具。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，包括三个模块，三个模块分别为第一模块、第二模块和第三模块；
所述第一模块、第二模块和第三模块的对合面之间依次扣紧形成矩形结构，且所述矩形结构底部的其中一个表面预留用于插入截骨残骸的插入孔；
所述注入孔贯穿于所述第一模块、第二模块或第三模块的表面。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，所述截骨残骸内形成髓腔，所述髓腔内放置有髓腔塞；
所述金属支撑棒一端抵住髓腔塞，另一端伸入第二贴合面围成的空腔内。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，所述截骨残骸包括截骨残端和截骨残端嵌套部分；
所述截骨残端位于所述模具外部，所述截骨残端嵌套部分与所述第一贴合面相适配。
本发明提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具具有的有益效果如下：
采用本发明提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，包括多个模块和金属支撑棒；多个所述模块的对合面之间依次可拆卸连接形成模具，所述模具的内面包括一体成型的第一贴合面和第二贴合面，其中一个所述模块上设置有用于注入骨水泥的注入孔；所述截骨残骸部分插入所述模具内并与所述第一贴合面相适配，所述金属支撑棒部分固定于截骨残骸内并形成髓内固定段，另一部分位于第二贴合面内并形成骨水泥假体，所述髓内固定段和骨水泥假体通过浇筑骨水泥一体成型；采用本技术方案，应用时，将多个模块拼接成为模具，将截骨残骸部分嵌入模具内，然后将金属支撑棒部分固定于截骨残骸内，另一部分放置于模具内部第二贴合面形成的空腔内，通过在注入孔内注入骨水泥，自然流入截骨残骸内部并注满模具内部，硬化后成型，没有以往骨水泥假体和髓内固定段两部分，将二者一体成型，避免了两部分连接存在的缝隙，消除力学薄弱处，极大改善骨水泥假体的力学性能。
本发明的第二目的在于提供一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，以很大程度上解决了骨水泥连接处可能存在缝隙，存在力学薄弱处，后期容易断裂，手术失败的技术问题。
本发明提供的一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，包括如下步骤：
步骤一、置入髓腔塞和金属支撑棒：在截骨残端远端的髓腔内放置髓腔塞，在髓腔塞内放置金属支撑棒；
步骤二、组装模具：在模具的内面和每个模块的对合面抹上骨蜡，相互扣紧，组合成完整模具。
步骤三、模具和截骨残骸装配：将该模具嵌套在截骨残骸外部并调整至模具与截骨残骸的匹配位置；
步骤四、骨水泥成型：从所述模具的注入孔注入骨水泥，静置 10分钟，骨水泥硬化；
步骤五、取出骨水泥：掰开多个模块，修整模块间粗糙部分并检查骨水泥假体是否稳定，手术结束。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤一中，髓腔塞的位置和金属支撑棒的长度按照术前设置的数据进行调整。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤二中，金属支撑棒的长度接近骨水泥假体平面。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤三中，所述模具嵌套的深度按照术前设置的数据进行调整，插入到稳定时停止，即为嵌套深度；
所述截骨残骸的匹配位置按照术前设置的数据进行调整，能够嵌入时停止。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤四中，注入骨水泥时，捏紧模具，防止骨水泥从模块间溢出。
本发明提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法具有的有益效果如下：
采用本发明提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，包括如下步骤：步骤一、置入髓腔塞和金属支撑棒：在截骨残端远端的髓腔内放置髓腔塞，在髓腔塞内放置金属支撑棒；步骤二、组装模具：在模具的内面和每个模块的对合面抹上骨蜡，相互扣紧，组合成完整模具。步骤三、模具和截骨残骸装配：将该模具嵌套在截骨残骸外部并调整至模具与截骨残骸的匹配位置；步骤四、骨水泥成型：从所述模具的注入孔注入骨水泥，静置10分钟，骨水泥硬化；步骤五、取出骨水泥：掰开多个模块，修整模块间粗糙部分并检查骨水泥假体是否稳定，手术结束；采用本技术方案，能够将骨水泥假体和髓内固定段一体成型，成型出所需的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，以实现上述骨水泥假体一体化3D打印成型模具的全部技术效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中骨水泥假体部分的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的外部结构示意图；
图3为基于图2的本发明实施例提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的剖视图；
图4为基于图2的本发明实施例提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的模具的结构示意图；
图5为基于图4的本发明实施例提供的水泥假体一体化3D打印成型模具的模具的剖视图。
附图标号：
1-骨水泥假体部分；
100-模具；110-第一模块；120-第二模块；130-第三模块；140- 第一贴合面；150-第二贴合面；160-注入孔；170-插入孔；180-髓腔； 181-髓腔塞；
200-金属支撑棒；
300-截骨残骸；310-截骨残端；320-截骨残端嵌套部分；
410-骨水泥假体；420-髓内固定段。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
如图2至图5所示，本实施例提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具100，包括多个模块和金属支撑棒200；多个所述模块的对合面之间依次可拆卸连接形成模具100，所述模具100的内面包括一体成型的第一贴合面140和第二贴合面150，其中一个所述模块上设置有用于注入骨水泥的注入孔160；所述截骨残骸300部分插入所述模具100内并与所述第一贴合面140相适配，所述金属支撑棒200 部分固定于截骨残骸300内并形成髓内固定段420，另一部分位于第二贴合面150内并形成骨水泥假体410，所述髓内固定段420和骨水泥假体410通过浇筑骨水泥一体成型；采用本技术方案，应用时，将多个模块拼接成为模具100，将截骨残骸300部分嵌入模具100内，然后将金属支撑棒200部分固定于截骨残骸300内，另一部分放置于模具100内部第二贴合面150形成的空腔内，通过在注入孔160内注入骨水泥，自然流入截骨残骸300内部并注满模具100内部，硬化后成型，没有以往骨水泥假体410和髓内固定段420两部分，将二者一体成型，避免了两部分连接存在的缝隙，消除力学薄弱处，极大改善骨水泥假体410的力学性能。
具体的，下面针对本实施例中提供的骨水泥假体一体化3D打印成型模具100的各个具体结构做详细说明：
本实施例的可选方案中，该模具100(由多个模块构成)采用3D 打印方式成型，采用尼龙(PA)作为打印原材料，尼龙(PA)可以使用高温灭菌、不易变形，能够进行临床使用、安全有效。需要指出的是，尼龙不限于PA一种型号，还可以采用其他型号，在此就不再赘述。
本实施例的可选方案中，多个所述模块的对合面上涂覆有骨蜡，以相互扣紧形成模具100。
本实施例的其中一种实施方式中，请继续参照图5所示，包括三个模块，三个模块分别为第一模块110、第二模块120和第三模块130；所述第一模块110、第二模块120和第三模块130的对合面之间依次扣紧形成矩形结构，且所述矩形结构底部的其中一个表面预留用于插入截骨残骸300的插入孔170；所述注入孔160贯穿于所述第一模块 110、第二模块120或第三模块130的表面。
具体的，插入孔170的内表面与截骨残骸300的插入部分相适配，作用是能够防止骨水泥从插入孔中移除。
本实施例的可选方案中，所述第一模块110、第二模块120和第三模块130的对合面上还设置有能够相互插接的凸起部和凹陷部，以加强连接强度。
本实施例的可选方案中，所述截骨残骸300内形成髓腔180，所述髓腔180内放置有髓腔塞181；所述金属支撑棒200一端抵住髓腔塞181，另一端伸入第二贴合面150围成的空腔内。
本实施例的可选方案中，所述截骨残骸300包括截骨残端310 和截骨残端嵌套部分320；所述截骨残端310位于所述模具100外部，所述截骨残端嵌套部分320与所述第一贴合面140相适配。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提供的一种骨水泥假体一体化 3D打印成型模具100的成型方法，包括如下步骤：
步骤一、置入髓腔塞181和金属支撑棒200：在截骨残端310远端的髓腔180内放置髓腔塞181，在髓腔塞181内放置金属支撑棒 200；
步骤二、组装模具100：在模具100的内面和每个模块的对合面抹上骨蜡，相互扣紧，组合成完整模具100。
步骤三、模具100和截骨残骸300装配：将该模具100嵌套在截骨残骸300外部并调整至模具与截骨残骸的匹配位置；
步骤四、骨水泥成型：从所述模具100的注入孔160注入骨水泥，静置10分钟，骨水泥硬化；
步骤五、取出骨水泥：掰开多个模块，修整模块间粗糙部分并检查骨水泥假体410是否稳定，手术结束。
具体的，步骤一中，髓腔塞181的位置和金属支撑棒200的长度按照术前设置的数据进行调整。
具体的，步骤二中，金属支撑棒200的长度接近骨水泥假体410 平面。
具体的，步骤三中，所述模具100嵌套的深度按照术前设置的数据进行调整，插入到稳定时停止，即为嵌套深度；所述截骨残骸300 的匹配位置按照术前设置的数据进行调整，能够嵌入时停止。
具体的，步骤四中，注入骨水泥时，捏紧模具100，防止骨水泥从模块间溢出。
以上对本实施例的骨水泥假体一体化3D打印成型模具进行了说明，但是，本实施例不限定于上述具体的实施方式，只要不脱离权利要求的范围，可以进行各种各样的变形或变更。本实施例包括在权利要求的范围内的各种变形和变更。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具，其特征在于，包括：多个模块和金属支撑棒；
多个所述模块的对合面之间依次可拆卸连接形成模具，所述模具的内面包括一体成型的第一贴合面和第二贴合面，其中一个所述模块上设置有用于注入骨水泥的注入孔；
所述截骨残骸部分插入所述模具内并与所述第一贴合面相适配，所述金属支撑棒部分固定于截骨残骸内并形成髓内固定段，另一部分位于第二贴合面内并形成骨水泥假体，所述髓内固定段和骨水泥假体通过浇筑骨水泥一体成型。
2.根据权利要求1所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，其特征在于，多个所述模块的对合面上涂覆有骨蜡，以相互扣紧形成模具。
3.根据权利要求1或2所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，其特征在于，包括三个模块，三个模块分别为第一模块、第二模块和第三模块；
所述第一模块、第二模块和第三模块的对合面之间依次扣紧形成矩形结构，且所述矩形结构底部的其中一个表面预留用于插入截骨残骸的插入孔；
所述注入孔贯穿于所述第一模块、第二模块或第三模块的表面。
4.根据权利要求1所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，其特征在于，所述截骨残骸内形成髓腔，所述髓腔内放置有髓腔塞；
所述金属支撑棒一端抵住髓腔塞，另一端伸入第二贴合面围成的空腔内。
5.根据权利要求1或4所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具，其特征在于，所述截骨残骸包括截骨残端和截骨残端嵌套部分；
所述截骨残端位于所述模具外部，所述截骨残端嵌套部分与所述第一贴合面相适配。
6.一种骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、置入髓腔塞和金属支撑棒：在截骨残端远端的髓腔内放置髓腔塞，并在髓腔内放置金属支撑棒；
步骤二、组装模具：在模具的内面和每个模块的对合面抹上骨蜡，相互扣紧，组合成完整模具。
步骤三、模具和截骨残骸装配：将该模具嵌套在截骨残骸外部并调整至模具与截骨残骸的匹配位置；
步骤四、骨水泥成型：从所述模具的注入孔注入骨水泥，静置10分钟，骨水泥硬化；
步骤五、取出骨水泥：掰开多个模块，修整模块间粗糙部分并检查骨水泥假体是否稳定，手术结束。
7.根据权利要求6所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，其特征在于，步骤一中，髓腔塞的位置和金属支撑棒的长度按照术前设置的数据进行调整。
8.根据权利要求6所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，其特征在于，步骤二中，金属支撑棒的长度接近骨水泥假体平面。
9.根据权利要求6所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，其特征在于，步骤三中，所述模具嵌套的深度按照术前设置的数据进行调整，插入到稳定时停止，即为嵌套深度；
所述截骨残骸的匹配位置按照术前设置的数据进行调整，能够嵌入时停止。
10.根据权利要求6所述的骨水泥假体一体化3D打印成型模具的成型方法，其特征在于，步骤四中，注入骨水泥时，捏紧模具，防止骨水泥从模块间溢出。
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