GR1009414B

GR1009414B - Method for the production of a mould with a three-dimensional printing preform

Info

Publication number: GR1009414B
Application number: GR20160100646A
Authority: GR
Inventors: Δημητριος Χριστοφορου Τζοκας; Περικλης Τζοκας
Original assignee: Δημητριος Χριστοφορου Τζοκας
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-12-14
Also published as: GR20160100646A

Abstract

Novelty: a method for the construction of a mould with use of a preform printed in 3-d form is disclosed. Purpose: to replace bone missing parts. Production steps: 1) accurate determination of the preform 1 after previous imaging of the patient’s bone missing part; 2) printing of the preform and its walls 2 with resin and sterilization of said preform; 3) in-situ production of the mould 3 by the surgeon himself, injecting the medical-use filling material (e.g. cement) into the above preform; the resulted mould 3 solidifies before being removed from the preform.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION

"ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΚΜΑΓΕΙΟΥ ΜΕ ΠΡΟΠΛΑΣΜΑ "METHOD OF MANUFACTURING A MOLD WITH PREPLATE

ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ" 3D PRINTING"

ΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ THE FIELD OF TECHNOLOGY

Η εφεύρεση αναφέρεται στο πεδίο της χειρουργικής και της υγείας, παρουσιάζοντας μέθοδο κατασκευής εκμαγείου με πρόπλασμα τρισδιάστατης εκτύπωσης. The invention refers to the field of surgery and health, presenting a method of manufacturing a mold with a 3D printed preform.

ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΕΦΕΥΡΕΣΕΩΣ THE HISTORY OF THE INVENTION

Η αποκαλυπτόμενη στην παρούσα εφεύρεση μέθοδος κατασκευής προσαρμοσμένου τρισδιάστατου εκμαγείου δεν έχει αποκαλυφθεί στην προηγούμενη τεχνολογία. The method of manufacturing a custom three-dimensional mold disclosed in the present invention has not been disclosed in the prior art.

Οι σύγχρονες μέθοδοι ιατρικής αποσκοπούν στη βελτίωση της υγείας των ασθενών, στη μείωση των απαιτούμενων χρονικών διαστημάτων αποκατάστασης καθώς και στην επιτυχή ίαση και επούλωση πληγών και τραυμάτων, χωρίς να παραμένουν εμφανή σημάδια των αντίστοιχων επεμβάσεων. Αν και η επιτυχία σε σχετικά μικρής έκτασης επιφανειακά τραύματα είναι σχεδόν απόλυτη, δε μπορεί να αναφερθεί το ίδιο και για τραύματα μεγαλύτερης έκτασης, όπου έχουν επηρεαστεί τα οστά του ασθενούς. Η αντικατάσταση οστικών ελλειμμάτων, τμημάτων δηλαδή του οστού που έχουν καταστραφεί, είναι συνήθως μια διαδικασία που εκτός από επίπονη και ακριβή, δεν παρουσιάζει αυξημένα ποσοστά επιτυχίας. Αυτό προκύπτει λόγω της αδυναμίας δημιουργίας ακριβών αντιγράφων του τμήματος που αντικαθίσταται, με συνέπεια το τελικό αποτέλεσμα της αντικατάστασης να εξαρτάται από τον ανθρώπινο παράγοντα και δη από την ικανότητα του γιατρού να δημιουργήσει με το χέρι ένα όσο πιο πιστό αντίγραφο. Modern medical methods aim to improve the health of patients, to reduce the required recovery periods as well as to successfully cure and heal wounds and injuries, without visible signs of the respective operations remaining. Although the success in relatively small superficial wounds is almost absolute, the same cannot be said for wounds of a larger extent, where the patient's bones have been affected. The replacement of bone defects, i.e. parts of the bone that have been damaged, is usually a procedure that, apart from being painful and expensive, does not show increased success rates. This arises due to the impossibility of creating exact copies of the part being replaced, with the consequence that the final result of the replacement depends on the human factor and, in particular, on the doctor's ability to manually create as faithful a copy as possible.

Για την κατασκευή εκμαγείων το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο υλικό είναι το ακτινοσκιερό οστικό τσιμέντο ταχέος πολύ μερισμού, το οποίο προετοιμάζεται από τον ιατρό κατά τη διαδικασία της επέμβασης, με ανάμειξη ενός πολυμερούς συστατικού σκόνης με ένα υγρό μονομερές συστατικό. Η εύπλαστη πάστα που δημιουργείται μπορεί να πάρει οποιοδήποτε επιθυμητό σχήμα, αλλά στερεοποιείται εντός λίγων λεπτών. For the manufacture of casts the most commonly used material is the radiopaque rapid multimerization bone cement, which is prepared by the physician during the operation process, by mixing a powder polymer component with a liquid monomer component. The resulting malleable paste can take any desired shape, but solidifies within a few minutes.

Καθίσταται προφανές πως προκύπτουν σημαντικά μειονεκτήματα, αφού τόσο η ακρίβεια που μπορεί να αποδοθεί από το γιατρό είναι πεπερασμένη, όσο και η πίεση χρόνου κατά την κατασκευή του εκμαγείου, αναγκάζουν τον ιατρό να στραφεί στη δημιουργία ενός λειτουργικού αντιγράφου, ανεξάρτητα αν αυτό είναι αισθητικά ακριβές. It becomes obvious that significant disadvantages arise, since both the accuracy that can be attributed by the doctor is finite, and the time pressure during the manufacture of the cast, forcing the doctor to turn to the creation of a functional replica, regardless of whether it is aesthetically accurate.

Προτάσεις που έχουν γίνει έως σήμερα, περιλαμβάνουν τη δημιουργία εκμαγείων σε εξειδικευμένα εργαστήρια του εξωτερικού, στα οποία αποστέλλονται τα απεικονιστικά στοιχεία του ασθενούς με σκοπό τη δημιουργία οστικών αντιγράφων, τα οποία θα αποσταλούν για την επέμβαση τοποθέτησης. Η συγκεκριμένη μέθοδος είναι σαφές πως είναι ιδιαιτέρως χρονοβόρα, αφού η ετοιμασία δε γίνεται επί τόπου, αλλά πρέπει να προηγηθεί συγκεκριμένη προεργασία, ενώ παράλληλα είναι πολυδάπανη, καθιστώντας τη συχνά ασύμφορη. Επιπρόσθετα, η εξάρτηση από συγκεκριμένα εργαστήρια του εξωτερικού μπορεί να δημιουργήσει ανεπιθύμητες καθυστερήσεις, που σε συγκεκριμένες περιπτώσεις είναι ανεπίτρεπτες και μπορεί να αποβούν μοιραίες για τους ασθενείς. Proposals that have been made to date include the creation of casts in specialized laboratories abroad, to which the imaging data of the patient are sent in order to create bone copies, which will be sent for the placement operation. This particular method is clearly very time-consuming, since the preparation is not done on site, but must be preceded by specific pre-processing, while at the same time it is expensive, making it often unprofitable. In addition, the dependence on certain laboratories abroad can create unwanted delays, which in certain cases are inadmissible and can be fatal for patients.

Αποτελεί έτσι αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως να αντιμετωπίσει πλεονεκτικά τα προαναφερθέντα μειονεκτήματα και ελλείψεις της προηγούμενης τεχνολογίας προτείνοντας μια μέθοδο κατασκευής προσαρμοσμένου τρισδιάστατου εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. It is thus an object of the present invention to advantageously address the aforementioned disadvantages and shortcomings of the prior art by proposing a method of manufacturing a custom 3D mold using a 3D printing preform.

Περαιτέρω αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως είναι να προσφέρει μία μέθοδο κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία δύναται να παρέχει το απαραίτητο εκμαγείο σε μικρότερο χρονικό διάστημα, εξασφαλίζοντας απαραίτητο χρόνο τόσο για τον ασθενή, όσο και για τον χειρουργό. A further object of the present invention is to provide a cast manufacturing method using a 3D printing preform, which can provide the necessary cast in a shorter period of time, ensuring necessary time for both the patient and the surgeon.

Περαιτέρω αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως είναι να προσφέρει μια μέθοδο κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία προσφέρει μεγάλη ακρίβεια στο παραγόμενο εκμαγείο, εξασφαλίζοντας σωστή εφαρμογή στον ασθενή. It is a further object of the present invention to provide a method of making a cast using a 3D printing preform, which offers high precision in the produced cast, ensuring proper fit to the patient.

Περαιτέρω αντικείμενο της εφευρέσεως είναι η παρουσίαση μιας μεθόδου κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, που μειώνει τον χειρουργικό χρόνο και τον χρόνο αποκατάστασης για τον ασθενή. It is a further object of the invention to present a method of manufacturing a cast using a 3D printed preform, which reduces surgical time and recovery time for the patient.

Περαιτέρω αντικείμενο της εφευρέσεως αποτελεί η παρουσίαση μιας μεθόδου κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπου το παραγόμενο εκμαγείο δεν εξαρτάται από την ικανότητα του ιατρού, αλλά είναι πιστό αντίγραφο του πραγματικού, ενώ παράλληλα ομοιάζει και αισθητικά με το τμήμα που αντικαθιστά. A further object of the invention is the presentation of a method of making a cast using a 3D printing preform, where the produced cast does not depend on the doctor's skill, but is a true copy of the real thing, while at the same time it is aesthetically similar to the part it replaces.

Άλλο αντικείμενο της εφευρέσεως είναι να παρουσιάσει μια μέθοδο κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπου το τρισδιάστατο δημιουργηθέν πρόπλασμα παραδίδεται αποστειρωμένο στον χειρουργό, έτοιμο να χρησιμοποιηθεί απευθείας για την κατασκευή του εκμαγείου του εκάστοτε ασθενή. Another object of the invention is to present a method of making a cast using a 3D printed preform, where the 3D created preform is delivered sterile to the surgeon, ready to be used directly to make the patient's cast.

Αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως είναι επίσης η παρουσίαση μίας μεθόδου κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπου το παραγόμενο εκμαγείο αποτελείται από ανθεκτικό υλικό, υψηλής αντοχής και κατάλληλο για χρήση σε ανθρώπους. The object of the present invention is also to present a method of making a mold using a 3D printing preform, where the produced mold consists of a durable material, high strength and suitable for use in humans.

Αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως είναι επίσης η παρουσίαση μίας μεθόδου κατασκευής εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία εκμεταλλευόμενη σύγχρονες τεχνολογίες, εξασφαλίζει πως το τελικό προϊόν είναι οικονομικά προσιτό για τους ασθενείς. The object of the present invention is also the presentation of a method of making a mold using a 3D printing preform, which, taking advantage of modern technologies, ensures that the final product is affordable for patients.

Αυτά και έτερα αντικείμενα, χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα της εφευρέσεως θα γίνουν εμφανή στην εν συνεχεία αναλυτική περιγραφή. These and other objects, features and advantages of the invention will become apparent in the following detailed description.

ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΧΕΔΙΩΝ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Η εφεύρεση θα καταστεί εμφανής στους εξειδικευμένους στην τεχνική με αναφορά στα συνοδευτικά σχέδια, στα οποία απεικονίζεται με ενδεικτικό μη περιοριστικό τρόπο. The invention will become apparent to those skilled in the art by reference to the accompanying drawings, in which it is illustrated in an illustrative non-limiting manner.

Το Σχήμα 1 παρουσιάζει σε προοπτικό σκαρίφημα ενδεικτική απεικόνιση κρανίου με το εφαρμοσμένο σε αυτό εκμαγείο, όπως θα έχει κατασκευαστεί από την εδώ παρουσιαζόμενη μέθοδο. Figure 1 shows in perspective sketch an illustrative illustration of a skull with the cast applied thereto, as it would be made by the method presented here.

Το Σχήμα 2 παρουσιάζει ενδεικτική απεικόνιση τρισδιάστατα εκτυπωμένου προπλάσματος μέσω του οποίου παρασκευάζεται το εκμαγείο σύμφωνα με την παρουσιαζόμενη μέθοδο. Figure 2 shows an illustrative illustration of a 3D printed preform through which the mold is made according to the presented method.

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΤΙΜΩΜΕΝΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED APPLICATION

Αναφερόμενοι τώρα στα συνοδευτικά σχέδια θα περιγράφουμε ενδεικτικές εφαρμογές της μεθόδου κατασκευής εκμαγείου με πρόπλασμα τρισδιάστατης εκτύπωσης. Referring now to the accompanying drawings we will describe illustrative applications of the method of making a mold with a 3D printed preform.

Η δημιουργία του εκμαγείου ξεκινά από την αξονική ή μαγνητική τομογραφία από την οποία λαμβάνονται τα απεικονιστικά στοιχεία του εκάστοτε ασθενή. Η τομογραφία μας δείχνει με ακρίβεια το οστικό έλλειμμα, ώστε να προσδιοριστεί το ακριβές εκμαγείο που πρέπει να τοποθετηθεί. Η τομογραφία επεξεργάζεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή με ήδη γνωστά στη στάθμη της τεχνικής, προγράμματα, ώστε να δημιουργηθεί η τρισδιάστατη εικόνα του οστού καθώς και του ελλείμματος και να διαστασιολογηθούν αντίστοιχα. The creation of the mold begins with the CT or MRI scan from which the imaging data of each patient is obtained. Our CT scan accurately shows the bone deficit so that the exact cast to be placed can be determined. The tomography is processed on a computer with programs already known in the art, in order to create the three-dimensional image of the bone as well as the defect and to dimension them accordingly.

Στο επόμενο στάδιο πραγματοποιείται η τρισδιάστατη εκτύπωση του προπλάσματος (1), Σχ. 2, το οποίο ουσιαστικά αποτελεί το καλούπι, από το οποίο θα προκόψει το επιθυμητό εκμαγείο. Το πρόπλασμα (1) διαθέτει τοιχώματα (2) περιμετρικά, τα οποία αποτελούν την οριοθέτηση για το ύψος του εκμαγείου που θα προκόψει. Η κατασκευή του προπλάσματος πραγματοποιείται από ρητίνη, η οποία διαθέτει σχετικά μικρό βάρος και αντίστοιχα ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες. Επιπρόσθετα διαμορφώνεται σχετικά εύκολα, ώστε να προκόψει το πρόπλασμα ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως υλικό εκτύπωσης για τους αντίστοιχους τρισδιάστατους εκτυπωτές. Αφού ολοκληρωθεί η κατασκευή του προπλάσματος (1) από τον τρισδιάστατο εκτυπωτή, γίνεται η διαμόρφωσή του και αφαιρείται το περιττό υλικό που μπορεί να εξέχει. Σκοπός της συγκεκριμένης διαδικασίας είναι να προκόψει το τελικό πρόπλασμα (1) το οποίο και θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ακριβούς αντιγράφου του οστικού ελλείμματος. In the next stage, the 3D printing of the preform (1), Fig. 2, is carried out, which essentially constitutes the mold, from which the desired mold will be cut. The preform (1) has walls (2) around the perimeter, which are the demarcation for the height of the mold that will be cut. The construction of the preform is made of resin, which has a relatively low weight and correspondingly satisfactory mechanical properties. In addition, it is relatively easily shaped, so as to cut the preform while it can also be used as a printing material for the corresponding 3D printers. After the preform (1) has been manufactured by the 3D printer, it is shaped and any excess material that may protrude is removed. The purpose of this specific procedure is to cut the final preform (1) which will be used to make an exact copy of the bone defect.

Στο επόμενο στάδιο, το πρόπλασμα (1) πλένεται και απολυμαίνεται ενώ ακολουθεί η αποστείρωσή του, ώστε να τηρεί τις απαραίτητες προϋποθέσεις υγιεινής για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί εντός χειρουργείου. Η αποστείρωση πραγματοποιείται με τη χρήση πλάσματος, αφού με τη βοήθεια πλασματικών παλμών μπορεί να δημιουργηθεί ένα σχετικά φτηνό μέσο μαζικής καταστροφής μικροβίων και βακτηριδίων, εξασφαλίζοντας την αποτελεσματική απολύμανση του προπλάσματος (1). Ακολούθως τοποθετείται σε σακούλα αποστείρωσης και παραδίδεται στον χειρουργό ιατρό, έτοιμο για χρήση. In the next stage, the preform (1) is washed and disinfected while it is sterilized, so that it meets the necessary hygiene conditions to be used in an operating room. Sterilization is carried out using plasma, since with the help of plasma pulses a relatively cheap means of mass destruction of microbes and bacteria can be created, ensuring the effective disinfection of the pre-plasma (1). It is then placed in a sterilization bag and delivered to the surgeon, ready for use.

Κατόπιν ο ιατρός φροντίζει να παρασκευάσει επί τόπου, κατά την επέμβαση, το εκμαγείο (3), Σχ. 1, που θα τοποθετηθεί στον ασθενή, για παράδειγμα στο κρανίο του (4), καλύπτοντας το οστικό έλλειμμα. Η κατασκευή του εκμαγείου (3) γίνεται με έγχυση κατάλληλου υλικού στο πρόπλασμα (1), ώστε να αυτό να καταλάβει όλο το διαθέσιμο χώρο και να εφαρμόσει με ακρίβεια στα τοιχώματα. Ως κατάλληλο υλικό ορίζεται το τσιμέντο, η ρητίνη, το αλλομόσχευμα ή άλλο κατάλληλο υλικό, το οποίο διαθέτει την απαραίτητη σκληρότητα και είναι κατάλληλο για ιατρική χρήση. Η στερεοποίηση των ανωτέρω υλικών πραγματοποιείται εντός σύντομου χρονικού διαστήματος, ενδεικτικά αναφέρονται τα 2 λεπτά, και κατόπιν το εκμαγείο (3) αφαιρείται από το πρόπλασμα (1) ώστε να τοποθετηθεί στη θέση του οστικού ελλείμματος του ασθενή. Ακολουθεί η σταθεροποίηση του εκμαγείου με κατάλληλες μεθόδους, γνωστές ήδη στη στάθμη της τεχνικής. Η εφαρμογή του εκμαγείου (3) είναι πλήρης και απόλυτη, αφού αυτό αποτελεί ακριβές αντίγραφο του οστικού ελλείμματος, ώστε μετά την επούλωση των αντίστοιχων τραυμάτων και πληγών, να μην παρουσιάζεται καμία εμφανής διαφορά. Then the doctor takes care to prepare on site, during the operation, the cast (3), Fig. 1, which will be placed on the patient, for example on his skull (4), covering the bone deficit. The construction of the mold (3) is done by injecting a suitable material into the preform (1), so that it occupies all the available space and applies precisely to the walls. A suitable material is defined as cement, resin, allograft or other suitable material, which has the necessary hardness and is suitable for medical use. The solidification of the above materials takes place within a short period of time, indicatively 2 minutes, and then the mold (3) is removed from the preform (1) to be placed in the position of the patient's bone defect. This is followed by the stabilization of the mold by suitable methods, already known in the art. The application of the cast (3) is complete and absolute, since it is an exact copy of the bone defect, so that after the healing of the respective wounds and wounds, no obvious difference appears.

Καθίσταται εδώ σαφές πως η μέθοδος κατασκευής του εκμαγείου με τη χρήση προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορεί να πραγματοποιηθεί με την εδώ παρουσιαζόμενη μέθοδο, ανεξάρτητα από τον τρόπο που θα αποκτήσει ο ιατρός τα απαραίτητα απεικονιστικά στοιχεία του οστικού ελλείμματος του ασθενούς. Υπάρχουν συνεπώς περιπτώσεις που το οστό που θα αντικατασταθεί να είναι διαθέσιμο και σε κατάλληλη κατάσταση, ώστε να χρησιμοποιηθεί αυτό για τη δημιουργία του προπλάσματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. It becomes clear here that the method of making the cast using a 3D printing preform can be performed with the method presented here, regardless of how the physician will obtain the necessary imaging data of the patient's bone deficit. There are therefore cases where the bone to be replaced is available and in a suitable condition, so that it can be used to create the 3D printing preform.

Επιπρόσθετα, οφείλει να τονιστεί ότι η εφαρμογή της προαναφερθείσας μεθόδου μπορεί να επεκταθεί στη δημιουργία εκμαγείων για επεμβάσεις κρανιοπλαστικής, ρηνοπλαστικής, αντικατάστασης ζυγωματικών ή οστών σε άλλα τμήματα του σώματος, χωρίς να αλλάζει ουσιαστικά η εφαρμοζόμενη μέθοδος. In addition, it should be emphasized that the application of the aforementioned method can be extended to the creation of casts for cranioplasty, rhinoplasty, cheekbone or bone replacement operations in other parts of the body, without essentially changing the applied method.

Πρέπει στο σημείο να σημειωθεί ότι η περιγραφή της εφευρέσεως πραγματοποιήθηκε με αναφορά σε ενδεικτικά παραδείγματα εφαρμογής στα οποία δεν περιορίζεται. Συνεπώς οιαδήποτε μεταβολή ή τροποποίηση σε ότι αφορά σχήμα, διαστάσεις, μορφολογία, χρησιμοποιούμενα υλικά και εξαρτήματα κατασκευής και συναρμολογήσεως, εφόσον δεν αποτελούν νέο εφευρετικό βήμα και δεν συντελούν στην τεχνική εξέλιξη του ήδη γνωστού θεωρούνται εμπεριεχόμενες στους σκοπούς και βλέψεις της παρούσης επινοήσεως. It should be noted at this point that the description of the invention was carried out with reference to illustrative examples of application to which it is not limited. Consequently, any change or modification in terms of shape, dimensions, morphology, materials used and construction and assembly components, as long as they do not constitute a new inventive step and do not contribute to the technical development of what is already known, are considered included in the aims and objectives of the present invention.

Claims

1. A method of making a mold with a 3D printed preform, characterized in that a preform (1) with walls (2) is 3D printed from resin, based on the imaging data of a patient's bone defect, washed, disinfected and injected with a material suitable for making a mold (3). , which is solidified, then removed from the preform (1) and placed at the site of the patient's bone defect.

2. A method of making a mold with a 3D printing preform, according to claim 1, characterized in that resin, cement, allograft, for medical use, is used as material for the mold (3).