CN114193758B - 一种基于3d打印的膝关节局部组织分区塑形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，属于3D打印模具技术领域，解决了现有技术中无法在组织工程支架周围形成特定区域凝胶并精准控制凝胶形态的问题。本发明的梯度组织工程支架、外侧塑形装置和内侧塑形装置，梯度组织工程支架依次在外侧塑形装置和内侧塑形装置中成胶。本发明实现了梯度多孔组织工程支架的设计和制造，同时通过两组夹具和塑形模具并结合双组分混合成胶技术将含有两种不同生长因子的水凝胶分区塑形，最终形成完整的水凝胶包裹的支架结构，可以实现复杂形状多因子定向生长的组织工程重建；高度定制化方案，方案系统完善，操作简单，设计和制造的难度小、成本低。

Description

一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法
技术领域
本发明涉及3D打印模具技术领域，尤其涉及一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法。
背景技术
利用3D打印组织工程支架进行人体组织再生的技术在目前尚未形成规模化的市场应用，仍有许多关键技术有待解决，例如在半月板组织工程重建技术中，目前仍然很难实现干细胞的分区定向分化。
目前已有技术可以通过将两种组分4-arm-PEG-NH2-20K(4-arm-Poly(ethleneglycol)amine-20K，4臂-聚乙二醇-氨基-2万)和4-arm-PEG-SC-20K(4-arm-Poly(ethleneglycol)succinimidyl ester-20K，4臂-聚乙二醇-琥珀酰亚胺基碳酸酯-2万)的溶液按照一定比例混合形成凝胶，在特定的凝胶区域注入不同的诱导因子(CTGF和TGF-β3)，诱导干细胞分化成不同的细胞。在这种技术背景下，由于液体组分混合前具有流动性，很难准确的控制混合区域的位置以及形状，因此无法通过常规方法对凝胶的过程和区域进行调整。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，用以解决现有技术无法在组织工程支架周围形成特定区域凝胶并精准控制凝胶形态的问题。
本发明提供了一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，步骤包括：
S1：获取患者受损部位图像信息，通过医学图像软件提取受损部位三维结构，并在建模软件中修复受损部位形状，输出修复后的三维图形；
S2：依据实际需要，将修复后的局部组织的三维图形分割，并将分割后的不同部分输入3D打印设备中，赋予各部位不同的打印参数以实现不同的空隙结构的梯度组织工程支架；
S3：将打印的梯度组织工程支架放置在外侧塑形装置内进行成胶；
按照第一塑形工位至第N塑形工位依次安放，每个塑形工位下充分等待凝胶凝固后进行下一塑形工位的操作，每次注胶应沿两侧注胶口和/或扩展槽同时同步分别注入凝胶的两个组分；
S4：外侧成胶完成后，将含外侧凝胶的梯度组织工程支架取出并放入塑形盒体内，合上塑形顶盖，并沿塑形顶盖上的两个注胶口同时同步分别注入凝胶的两个组分；
S5：待凝胶完全凝固后拆除塑形顶盖，取出含内外侧不同凝胶成分的梯度组织工程支架。
进一步地，所述外侧塑形装置包括塑形夹具和多工位塑形槽，所述梯度组织工程支架设于所述塑形夹具内，所述塑形夹具设于所述多工位塑形槽上形成多个塑形工位。
进一步地，所述塑形夹具包括限位板、支架托盘和挡板，所述支架托盘与所述挡板之间设有限位槽；所述限位板上设有第一注胶口和第二注胶口。
进一步地，所述支架托盘上设有第一固定槽，所述限位板上设有第二固定槽，所述第一固定槽与所述第二固定槽相对设置且连通共同形成放置所述梯度组织工程支架的固定槽；所述第一注胶口和第二注胶口均与所述第二固定槽连通。
进一步地，所述多工位塑形槽包括基台，所述基台的顶部设有第一弧形槽，所述第一弧形槽的槽底为塑形面，所述塑形面与所述基台顶面的交界位置设有第一扩展槽和第二扩展槽。
进一步地，所述第一弧形槽与所述基台的侧面形成槽壁，所述槽壁的内侧与所述限位板的侧平面贴合以限制所述塑形夹具的横向移动；所述槽壁上设有溢流槽，所述溢流槽的底部低于塑形工位下所述限位板的外边缘。
进一步地，所述基台的顶部设有第二弧形槽，所述第二弧形槽的槽底为夹具限位面，所述支架托盘的弧形面与所述夹具限位面配合；所述夹具限位面上设有横向限位挡块，所述横向限位挡块与所述限位槽配合对所述塑形夹具限位；所述横向限位挡块的厚度小于所述限位槽的宽度。
进一步地，所述塑形盒体和所述塑形顶盖可拆卸连接形成抽屉式结构；
所述塑形盒体的盒体底面上设有用于对所述梯度组织工程支架限位的随形限位脊，所述塑形盒体的侧壁开口处为第一限位面。
进一步地，所述塑形盒体的槽体顶部设有第一溢液口和第二溢液口，所述塑形盒体的底部设有锁合凹槽，且与所述第一限位面连通。
进一步地，所述塑形顶盖包括盖板和遮挡板，所述盖板盖设在所述塑形盒体的盒体壁上，所述遮挡板与所述第一限位面贴合；所述遮挡板的第二限位面上设有凸缘，所述第二限位面与所述第一限位面配合，所述凸缘与所述锁合凹槽配合；
所述盖板上设有第三注胶口、第四注胶口、多个透气孔和分别与所述第一溢液口和所述第二溢液口对应的第三溢液口和第四溢液口。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明实现梯度多孔组织工程支架的设计和制造，同时通过两组采用3D打印的金属夹具和塑形模具并结合双组分混合成胶技术将含有两种不同生长因子的水凝胶分区塑形，最终形成完整的水凝胶包裹的支架结构，可以实现复杂形状多因子定向生长的组织工程重建。高度定制化方案，方案系统完善，操作简单，设计和制造的难度小、成本低。
(2)本发明同时同步注入凝胶的两个组分是为了确保两种组分能够按照1：1的比例充分混合；注射过程是由上至下，凝固过程是由下至上，这样能保证充分浸润梯度组织工程支架的同时又很好的控制液面高度。
(3)本发明多工位塑形槽设有溢流槽，通过间隙肉眼观察水凝胶溶液的液面高度，当水凝胶溶液的液面高度达到与溢流槽槽底齐平位置时即可停止注胶，不用等水凝胶溶液溢出再停止，这样更节省材料；溢流槽的功能还在于限制水凝胶溶液的液面高度至梯度组织工程支架的预设分割面，精准控制梯度组织工程支架的分区位置。
(4)本发明在塑形工位下，横向限位挡块插入限位槽用于限制塑形夹具的横向位移，横向限位挡块的一侧与挡板贴合，另一侧与支架托盘支架存在间隙，便于成胶过程结束后塑形夹具沿横向移动一段距离，使凝胶顺利从槽壁的壁面剥离，随后竖向移出塑形夹具使凝胶顺利从塑形面剥离。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为具体实施例的梯度组织工程支架结构示意图；
图2为具体实施例的外侧塑形装置与梯度组织工程支架安装示意图；
图3为具体实施例的内侧塑形装置与梯度组织工程支架安装示意图；
图4为具体实施例的外侧塑形状态结构示意图；
图5为具体实施例的塑形夹具结构示意图；
图6为具体实施例的塑形夹具与梯度组织工程支架安装示意图；
图7为具体实施例的多工位塑形槽结构示意图；
图8为具体实施例的第一塑形工位状态示意图；
图9为具体实施例的第二塑形工位状态示意图；
图10为具体实施例的第三塑形工位状态示意图；
图11为具体实施例的第二塑形工位下A-A剖视图；
图12为具体实施例的第二塑形工位后视图；
图13为具体实施例的内侧塑形装置结构示意图；
图14为具体实施例的内侧塑形装置爆炸图；
图15为具体实施例的塑形盒体结构示意图；
图16为具体实施例的塑形顶盖结构示意图。
附图标记：
100、梯度组织工程支架；200、外侧塑形装置；210、塑形夹具；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、支架托盘；213、限位槽；214、挡板；215-1、第一注胶口；215-2、第二注胶口；220、多工位塑形槽；221、基台；222、槽壁；223、溢流槽；224、塑形面；225-1、第一扩展槽；225-2、第二扩展槽；226、夹具限位面；227、横向限位挡块；230、塑形腔；218、弧形面；216、第一固定槽；217、第二固定槽；300、内侧塑形装置；310、塑形盒体；311-1、第一溢液口；311-2、第二溢液口；312、盒体壁面；313、盒体底面；314、随形限位脊；315、第一限位面；316、锁合凹槽；320、塑形顶盖；321-1、第三注胶口；321-2、第四注胶口；322、透气孔；323、盖板；324、第二限位面；325、凸缘；326-1、第三溢液口；326-2、第四溢液口。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
实施例1
本发明的一个具体实施例，如图1-图3所示，公开了一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形系统，包括梯度组织工程支架100、外侧塑形装置200和内侧塑形装置300，梯度组织工程支架100依次在外侧塑形装置200和内侧塑形装置300中成胶。
本实施例中，外侧塑形装置200和内侧塑形装置300的3D打印材料为金属。
梯度组织工程支架100为梯度多孔疏松结构，是根据患者特定区域的组织形态设计并由生物材料通过3D打印技术加工得到，生物材料优选为可在体内降解的聚己内酯材料。
以半月板组织为典型实施例时，梯度组织工程支架100的滑膜缘区(即半月板组织外侧)的纤维密度小，孔径大，滑膜缘区的平均孔径为400μm～500μm；梯度组织工程支架100游离缘区(即半月板组织内缘)的限位密度大，孔径小，游离缘区的平均孔径约为200μm。两种孔径各占支架宽度的一半。
通过这种梯度多孔组织工程支架可以构建出异质性组织工程半月板。结合3D打印半月板支架复合水凝胶-模具(本实施例中的外侧塑形装置200和内侧塑形装置300)，可以实现CTGF(Connective Tissue Growth Factor，结缔组织生长因子)和TGF-β3(Transforming Growth Factor-β3，转化生长因子-β3)的分区释放(CTGF和TGF-β3分别诱导间充质干细胞分化和表达区域特异性的I型胶原蛋白和II型胶原蛋白)。
需要说明的是，梯度组织工程支架100的形状不做限定，其具体形状根据患者特定区域的组织形态设计，本实施例仅以半月板组织为例进行说明。
如图2所示，外侧塑形装置200包括塑形夹具210和多工位塑形槽220，将塑形夹具210设于多工位塑形槽220内对梯度组织工程支架100的外侧进行注胶。
如图4、图5所示，塑形夹具210包括限位板211、支架托盘212和挡板214，支架托盘212和挡板214相互平行，限位板211的侧平面与支架托盘212、挡板214平行。限位板211设于支架托盘212的上方，支架托盘212位于挡板214的上方，限位板211的一端与支架托盘212连接，另一端悬空，支架托盘212与挡板214连接，且支架托盘212与挡板214之间设有限位槽213。
作为一种优选的实施方式，支架托盘212和挡板214均为由弧形面和平面限定的盘状结构，支架托盘212和挡板214的形状相同，仅是支架托盘212和挡板214的厚度不同，优选地，支架托盘212的厚度大于挡板214的厚度。支架托盘212和挡板214在平面侧连接后，在弧形面处留有限位槽213。
进一步地，如图2、图4所示，支架托盘212和挡板214的平面侧设有凹槽，凹槽类似U形，凹槽的开口宽度大于其底部宽度，凹槽连通限位板211的侧平面。
本实施例中，限位板211、支架托盘212和挡板214一体成型。
换言之，塑形夹具210包括限位板211和支架挡块，支架挡块是由弧形面和平面限定的盘状结构，限位板211的一端与支架挡块的平面侧连接，且限位板211的端面与支架挡块的平面齐平，限位板211的另一端悬空在支架挡块的一侧。沿支架挡块的弧形面的周向开设限位槽213，限位槽213将支架挡块分为两部分，分别为支架托盘212和挡板214。优选地，支架托盘212的厚度大于挡板214的厚度。
进一步地，支架挡块的平面侧设有凹槽，凹槽类似U形，凹槽的开口宽度大于其底部宽度，凹槽与限位板211连通，使得限位板211上也形成类似U形凹槽的结构。
本实施例中，在塑形夹具210上设有类U形槽，有效减轻了塑形夹具210的重量，同时减少了材料的使用，提高了采用3D打印塑形夹具210的效率。
为了便于给梯度组织工程支架100注胶，如图4所示，塑形夹具210还设有第一注胶口215-1和第二注胶口215-2，第一注胶口215-1和第二注胶口215-2均设于限位板211上。具体地，第一注胶口215-1和第二注胶口215-2设于限位部211的用于连接支架托盘212的端部，且位于类似U形凹槽的两侧。
为了安放梯度组织工程支架100，如图4、图5所示，塑形夹具210还设有第一固定槽216和第二固定槽217，第一固定槽216设在支架托盘212上，第二固定槽217设在限位板211上，第一固定槽216与第二固定槽217相对设置且连通，第一固定槽216和第二固定槽217共同形成放置梯度组织工程支架100的固定槽。固定槽的形状与梯度组织工程支架100相适配。
如图4所示，第一注胶口215-1和第二注胶口215-2均与第二固定槽217连通，进而从第一注胶口215-1、第二注胶口215-2注入的水凝胶溶液能够顺利流入第二固定槽217并浸润梯度组织工程支架100。
本实施例中，为适应如图1所示的半月板形梯度组织工程支架100，第一固定槽216和第二固定槽217均设计为半月状，限位板211的悬空端位于第一固定槽216的上方。当梯度组织工程支架100设于第一固定槽216中后，限位板211上的第二固定槽217刚好压扣住梯度组织工程支架100的边缘结构，对梯度组织工程支架100具有一定的限位和夹紧作用。
由于梯度组织工程支架100并非在一个状态下进行注胶，塑形夹具210与多工位塑形槽220之间配合形成多个塑形工位，优选为3个。为了配合梯度组织工程支架100的多工位注胶，如图5、图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分别在第一塑形工位、第二塑形工位和第三塑形工位下与多工位塑形槽220的槽壁贴合以限制塑形夹具210的横向移动。
需要说明的是，定义限位板211的U形凹槽侧为内边缘，塑形夹具210安放到多工位塑形槽220上后，如图8所示，第一工位限位板211-1的外边缘呈水平状态时为第一塑形工位；如图9所示，第二工位限位板211-2外边缘呈水平状态时为第二塑形工位；如图10所示，第三工位限位板211-3的外边缘呈水平状态时为第三塑形工位。
本实施例中，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依次连接，第一工位限位板211-1和第三工位限位板211-3为类似U形凹槽的两个侧壁，第二工位限位板211-2为类似U形凹槽的槽底。
如图7所示，多工位塑形槽220包括基台221，基台221为长方体状结构，在基台221的顶部设有第一弧形槽，第一弧形槽的槽底为塑形面224，为了便于各塑形工位状态下对梯度组织工程支架100注胶浸润，塑形面224与基台221顶面的交界位置设有第一扩展槽225-1和第二扩展槽225-2，第一扩展槽225-1和第二扩展槽225-2均为注胶口扩展槽。优选地，第一扩展槽225-1和第二扩展槽225-2与塑形面224圆滑过渡。
第一弧形槽与基台221的侧面形成槽壁222，槽壁222的内侧与限位板211的侧平面贴合以限制塑形夹具210的横向移动。
考虑到注胶过程中会存在多余的水凝胶溶液，槽壁222上开设有溢流槽223，溢流槽223的底部略低于塑形工位下限位板211的外边缘，使得塑形工位下，溢流槽223的底部与限位板211外边缘之间存在间隙，也就是说塑形工位下，限位板211不完全遮挡溢流槽223，优选地，溢流槽223贯通基台221的顶部，溢流槽223位于槽壁222的中间。
本实施例中，当限位板211位于不同的塑形工位时，限位板211部分遮挡溢流槽223，注胶过程中，多余的水凝胶溶液可以从溢流槽223溢出。同时，也可通过溢流槽223判断注胶的停止时机，当凝胶溶液从溢流槽223溢出时，立即停止注胶。同时，由于溢流槽223与限位板211外边缘之间存在间隙，所以也可以通过间隙肉眼观察水凝胶溶液的液面高度，当水凝胶溶液的液面高度达到与溢流槽223槽底齐平位置时即可停止注胶，不用等水凝胶溶液溢出再停止，这样更节省材料。溢流槽223的功能还在于限制水凝胶溶液的液面高度至梯度组织工程支架100的预设分割面，精准控制梯度组织工程支架100的分区位置。本实施例中，梯度组织工程支架100的预设分割面使得梯度组织工程支架100的内侧和外侧各占二分之一。
为了安放塑形夹具210，如图7所示，基台221的顶部设有第二弧形槽，第二弧形槽的槽底为夹具限位面226，第二弧形槽与第一弧形槽并列设置，且第二弧形槽比第一弧形槽深，第二弧形槽的一侧与第一弧形槽连通，另一侧贯穿基台221的侧壁。
为了限制塑形夹具210的横向移动，如图7所示，夹具限位面226上设有横向限位挡块227，横向限位挡块227与限位槽213配合对塑形夹具210限位，横向限位挡块227的厚度小于限位槽213的宽度，横向限位挡块227的高度不大于限位槽213的深度。
当塑形夹具210设置在多工位塑形槽220上时，支架托盘212的弧形面218与夹具限位面226接触，横向限位挡块227设于限位槽213内，且与挡板214贴合，支架托盘212与限位板211之间形成一个截面为C型的半开口形状(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)，便于安置梯度组织工程支架100，槽壁222用于限位梯度组织工程支架100，使梯度组织工程支架100在塑形工位不发生滑移。
如图11、图12所示，在塑形工位下，塑形夹具210支撑梯度组织工程支架100并保持支架托盘212竖直，此时，支架托盘212的弧形面218与限位面226紧密贴合，支架托盘212的外缘面(即弧形面218)与限位面226的形状一致。此结构下，塑形夹具210和多工位塑形槽220在梯度组织工程支架100的周围形成一个塑形腔230，塑形腔230用于不同液体组分混合成胶。
需要说明的是，三个塑形工位下形成三个不同的塑形腔230。
如图11所示，在塑形工位下，横向限位挡块227插入限位槽213用于限制塑形夹具210的横向位移，横向限位挡块227的一侧与挡板214贴合，另一侧与支架托盘212支架存在间隙，便于成胶过程结束后塑形夹具210沿横向移动一端距离，使凝胶顺利从槽壁222的壁面剥离，随后竖向移出塑形夹具210使凝胶顺利从塑形面224剥离。
当对梯度组织工程支架100进行注胶时，根据梯度组织工程支架100的放置工位选择合适的注胶口。优选地，当塑形夹具210位于第一塑形工位时，选择第一注胶口215-1、第一扩展槽225-1和第二扩展槽225-2注胶；当塑形夹具210位于第二塑形工位时，选择第一扩展槽225-1和第二扩展槽225-2注胶；当塑形夹具210位于第三塑形工位时，选择第二注胶口215-2、第一扩展槽225-1和第二扩展槽225-2注胶。
如图3、图13、图14所示，内侧塑形装置300包括塑形盒体310和塑形顶盖320，塑形盒体310和塑形顶盖320可拆卸连接，二者形成抽屉式结构。
如图15所示，塑形盒体310为半开放式的槽式结构，塑形盒体310包括盒体壁和盒体底，优选地，盒体壁为非封闭弧形，盒体底为平板，盒体底封闭盒体壁的一端，使得塑形盒体310形成一端开口、侧壁开口的半开放式的槽式结构。塑形盒体310的侧壁开口处为第一限位面315，优选地，第一限位面315为平面。
为了便于梯形组织工程支架100注胶后剥离，塑形盒体310内腔中，盒体壁面312和盒体底面313均为光洁面。为了梯形组织工程支架100的定位，如图15所示，盒体底面313上设有随形限位脊314，当安放梯形组织工程支架100时，随形限位脊314与梯形组织工程支架100的内侧边缘完全贴合表面安装位置准确。
本实施例中，为了配合半月板状的梯形组织工程支架100，盒体壁面312和随形限位脊314均为半月状，随形限位脊314与半月状的梯形组织工程支架100的内侧边缘配合。需要说明的是，半月状凹陷侧为内侧，凸起侧为外侧。
为了便于注胶过程中多余的水凝胶溶液溢流，如图15所示，塑形盒体310的槽体顶部设有溢液口，溢液口包括第一溢液口311-1和第二溢液口311-2，即在盒体壁的顶部挖槽形成溢液口。优选地，第一溢液口311-1和第二溢液口311-2靠近第一限位面315设置。
为了与塑形顶盖320构成滑槽式限位锁合结构，如图14所示，塑形盒体310的底部设有锁合凹槽316，且与第一限位面315连通。优选地，锁合凹槽316为长方形槽，锁合凹槽316的侧壁圆滑过渡。
如图16所示，塑形顶盖320包括盖板323和遮挡板，遮挡板设于盖板323的一侧，盖板323用于盖设在塑形盒体310的盒体壁上，遮挡板用于挡在塑形盒体310的第一限位面315处。此结构下，塑形顶盖320遮挡住了塑形盒体310的端部开口和侧壁开口，二者形成抽屉式结构。
为了进一步对设于塑形盒体310内的梯形组织工程支架100进行限位，如图16所示，盖板323的内侧设有凸台，优选地，凸台为圆锥台，圆锥台的大底面与盖板323连接，利用圆锥台状的凸台结构与半月状的梯形组织工程支架100的凹槽侧配合。
如图13、图16所示，盖板323上设有第三注胶口321-1和第四注胶321-2，第三注胶口321-1和第四注胶口321-2设于凸台两侧，优选地，第三注胶口321-1和第四注胶口321-2设于凸台与盖板323交界的边缘处，且靠近遮挡板设置。
考虑到注胶过程中，多余的水凝胶溶液需要溢流，如图16所示，盖板323上设有第三溢液口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分别设于凸台的两侧，且第三溢液口326-1和第四溢液口326-2分别与第一溢液口311-1和第二溢液口311-2对应。如图13所示，当塑形顶盖320盖设在塑形盒体310上后，第一溢液口311-1和第三溢液口326-1形成一个溢液口，第二溢液口311-2和第四溢液口326-2形成一个溢液口。
为了与塑形盒体310构成滑槽式限位锁合结构，如图14、图16所示，遮挡板的第二限位面324上设有凸缘325，第二限位面324与第一限位面315配合，当塑形盒体310和塑形顶盖320组装后，第一限位面315和第二限位面324紧密贴合。凸缘325与锁合凹槽316配合，凸缘325的大小及形状与锁合凹槽316相同。优选地，凸缘325为长方体，凸缘325的侧面圆滑过渡。当塑形顶盖320与塑形盒体310组合到一起后，凸缘325的底面与槽底的底面齐平。
本实施例中，通过凸缘325与锁合凹槽316配合，在合起塑形顶盖320时能够更便捷的对准位置，同时具有锁合的功能，也便于拆卸。需要说明的是，凸缘325与锁合凹槽316互相接触的面预留0.05～0.1mm。
考虑到梯度组织工程支架100在进行内侧注胶塑形时需要透气，如图16所示，盖板323上还设有多个透气孔322，透气孔322沿凸台与盖板323交界的边缘设置。
与现有技术相比，本实施例基于个性化设计方法并结合3D打印技术实现梯度多孔组织工程支架的设计和制造，同时通过两组夹具和塑形模具并结合双组分混合成胶技术将含有两种不同生长因子的水凝胶分区塑形，最终形成完整的水凝胶包裹的支架结构，可以实现复杂形状多因子定向生长的组织工程重建。高度定制化方案，方案系统完善，操作简单，设计和制造的难度小、成本低。
实施例2
本发明的一个具体实施例，如图1-图16所示，公开了一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，采用实施例1的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形系统，步骤包括：
S1：通过CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)或MRI(MagneticResonance Imaging，磁共振成像)等技术获取患者受损部位图像信息，示例性地，半月板组织的，通过医学图像软件提取受损部位三维结构，并在建模软件中修复受损部位形状，输出修复后的三维图形。
S2：依据实际需要，将修复后的局部组织的三维图形分割，并将分割后的不同部分输入3D打印设备中，赋予各部位不同的打印参数以实现不同的空隙结构。示例性地，半月板状的梯度组织工程支架100。
S3：打印出梯度组织工程支架100(个性化的梯度多孔结构的组织工程支架)后，将梯度组织工程支架100放置在外侧塑形装置的对应位置，开始对梯度组织工程支架100外侧进行成胶。
需要说明的是，外侧成胶按照第一塑形工位至第N塑形工位依次安放，每个塑形工位下应充分等待凝胶凝固才能进行下一塑形工位的操作，每次注胶应沿两侧注胶口和/或扩展槽同时同步分别注入凝胶的两个组分。
塑形夹具210与多工位塑形槽220之间配合形成N个塑形工位，N优选为3。
S4：外侧成胶完成后，将梯度组织工程支架100(含外侧凝胶)取出并放入塑形盒体310对应位置，合上塑形顶盖320，并沿塑形顶盖320上两个注胶口(第三注胶口321-1和第四注胶321-2)同时同步分别注入凝胶的两个组分。
需要说明的是，同时同步注入凝胶的两个组分是为了确保两种组分能够按照1：1的比例充分混合。注射过程是由上至下，凝固过程是由下至上，这样能保证充分浸润梯度组织工程支架100的同时又很好的控制液面高度。
S5：待凝胶完全凝固后拆除塑形顶盖320，取出梯度组织工程支架100(此时梯度组织工程支架100含内外侧不同凝胶成分)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，步骤包括：
S1：获取患者受损部位图像信息，通过医学图像软件提取受损部位三维结构，并在建模软件中修复受损部位形状，输出修复后的三维图形；
S2：依据实际需要，将修复后的局部组织的三维图形分割，并将分割后的不同部分输入3D打印设备中，赋予各部位不同的打印参数以实现不同的空隙结构的梯度组织工程支架（100）；
S3：将打印的梯度组织工程支架（100）放置在外侧塑形装置（200）内进行成胶；
按照第一塑形工位至第N塑形工位依次安放，每个塑形工位下充分等待凝胶凝固后进行下一塑形工位的操作，每次注胶应沿两侧注胶口和/或扩展槽同时同步分别注入凝胶的两个组分；
S4：外侧成胶完成后，将含外侧凝胶的梯度组织工程支架（100）取出并放入塑形盒体（310）内，合上塑形顶盖（320），并沿塑形顶盖（320）上的两个注胶口同时同步分别注入凝胶的两个组分；
S5：待凝胶完全凝固后拆除塑形顶盖（320），取出含内外侧不同凝胶成分的梯度组织工程支架（100）。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述外侧塑形装置（200）包括塑形夹具（210）和多工位塑形槽（220），所述梯度组织工程支架（100）设于所述塑形夹具（210）内，所述塑形夹具（210）设于所述多工位塑形槽（220）上形成多个塑形工位。
3.根据权利要求2所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述塑形夹具（210）包括限位板（211）、支架托盘（212）和挡板（214），所述支架托盘（212）与所述挡板（214）之间设有限位槽（213）；所述限位板（211）上设有第一注胶口（215-1）和第二注胶口（215-2）。
4.根据权利要求3所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述支架托盘（212）上设有第一固定槽（216），所述限位板（211）上设有第二固定槽（217），所述第一固定槽（216）与所述第二固定槽（217）相对设置且连通共同形成放置所述梯度组织工程支架（100）的固定槽；所述第一注胶口（215-1）和第二注胶口（215-2）均与所述第二固定槽（217）连通。
5.根据权利要求3所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述多工位塑形槽（220）包括基台（221），所述基台（221）的顶部设有第一弧形槽，所述第一弧形槽的槽底为塑形面（224），所述塑形面（224）与所述基台（221）顶面的交界位置设有第一扩展槽（225-1）和第二扩展槽（225-2）。
6.根据权利要求5所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述第一弧形槽与所述基台（221）的侧面形成槽壁（222），所述槽壁（222）的内侧与所述限位板（211）的侧平面贴合以限制所述塑形夹具（210）的横向移动；所述槽壁（222）上设有溢流槽（223），所述溢流槽（223）的底部低于塑形工位下所述限位板（211）的外边缘。
7.根据权利要求5所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述基台（221）的顶部设有第二弧形槽，所述第二弧形槽的槽底为夹具限位面（226），所述支架托盘（212）的弧形面（218）与所述夹具限位面（226）配合；所述夹具限位面（226）上设有横向限位挡块（227），所述横向限位挡块（227）与所述限位槽（213）配合对所述塑形夹具（210）限位；所述横向限位挡块（227）的厚度小于所述限位槽（213）的宽度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述塑形盒体（310）和所述塑形顶盖（320）可拆卸连接形成抽屉式结构；
所述塑形盒体（310）的盒体底面（313）上设有用于对所述梯度组织工程支架（100）限位的随形限位脊（314），所述塑形盒体（310）的侧壁开口处为第一限位面（315）。
9.根据权利要求8所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述塑形盒体（310）的槽体顶部设有第一溢液口（311-1）和第二溢液口（311-2），所述塑形盒体（310）的底部设有锁合凹槽（316），且与所述第一限位面（315）连通。
10.根据权利要求9所述的基于3D打印的膝关节局部组织分区塑形方法，其特征在于，所述塑形顶盖（320）包括盖板（323）和遮挡板，所述遮挡板上设有与所述锁合凹槽（316）配合凸缘（325）；
所述盖板（323）上设有第三注胶口（321-1）、第四注胶口（321-2）、多个透气孔（322）和分别与所述第一溢液口（311-1）和所述第二溢液口（311-2）对应的第三溢液口（326-1）和第四溢液口（326-2）。
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