一种基于3D打印的胸骨体模具的制作方法

本实用新型涉及骨科用医疗器械技术领域，特别是涉及一种基于3D打印的胸骨体模具。

背景技术：

胸骨是位于胸前壁正中的扁骨，形似短剑，分柄、体、剑突三部分。胸骨两侧与肋骨相连接，构成胸廓，对保护纵膈及胸腔内脏器起作重要作用。由于胸骨肿瘤、感染、放射性溃疡、外伤和先天性畸形等胸骨常见疾病，往往需要手术切除部分或整个胸骨，以及与胸骨相连的肋骨的根部骨，从而造成胸骨与部分肋骨的缺损(下文中将缺损的胸骨与部分肋骨统称为胸骨体)。胸廓的完整性、稳定性遭到破坏，将无法保护其内部的器官，因此，需要对缺损的胸骨进行重建。目前，用于胸骨重建的材料较多，包括自体组织、生物材料、人工材料等，但都有相应的缺点，达不到理想的修复效果，具体如下，

自体组织：临床常用的自体材料有自体肋骨、额骨、颅骨等，此类重建材料组织相容性好，但是不适宜于大面积的缺损，且手术取材也增加了患者的痛苦；

生物材料：多采用动物组织，此类重建材料来源广泛，但是具有抗原性，易发生排斥；

人工材料：人工材料种类繁多，目前主要有钛合金、抗菌不锈钢等，此类重建材料的成本高，价格昂贵，普通消费群体难以接受，且金属材质会影响X线检查与放疗。目前，国际上骨性胸壁修复采用的人工材料多为骨水泥。骨水泥(Bone cement)，又称骨填充剂，具有较强的可塑性、自固化能力及较好的生物相容性，因此，被广泛用作骨缺损的修复材料。

现有技术中，使用骨水泥制作假体多为手工捏制作，即在骨水泥面团期手工捏制所需尺寸与形状的假体，凝固后进行边角修整，得到骨水泥型假体，植入患者体内，替代缺损的骨体。例如，在修复胸骨缺损手术中，根据缺损胸骨的大小，手术者使用骨水泥手工捏制骨水泥型胸骨假体，将骨水泥型胸骨假体植入患者体内，修补胸骨缺损、重塑胸廓。

此种塑性方法误差大，不易精准控制骨水泥型假体的形状和尺寸，影响患者断骨面与骨水泥型假体的贴合度与匹配度，从而影响手术效果；且手工制作骨水泥假体耗时长，影响手术进程；同时，手工捏制的骨水泥型假体内常有孔隙残留，影响骨水泥型假体的强度，不利于骨水泥型假体的使用寿命。

因此，一种用于制备高精准度的骨水泥型胸骨假体的胸骨体模具有待出现。

技术实现要素：

本实用新型实施例中提供了一种基于3D打印的胸骨体模具，以解决现有技术中的不能精准制作骨水泥型胸骨假体的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

一种基于3D打印的胸骨体模具包括设有第一开口的第一胸骨模和设有第二开口的第二胸骨模，所述第一开口和所述第二开口相匹配，使所述第一胸骨模和所述第二胸骨模之间形成一成型腔，所述成型腔与待塑形的胸骨体相匹配，所述第一开口和所述第二开口的接触面为所述成型腔的最大截面。

优选地，所述第一胸骨模与第二胸骨模的接触面为平面。

优选地，所述第一胸骨模与第二胸骨模为卡槽连接。

优选地，所述第一胸骨模与第二胸骨模为卡臂连接。

优选地，所述第一胸骨模与第二胸骨模的模厚为1.0mm-2.0mm。

由以上技术方案可见，本实用新型实施例提供的一种基于3D打印的胸骨体模具，通过此胸骨体模具可以快速制备与患者缺损的胸骨体相匹配的骨水泥型胸骨假体，提高了骨水泥型胸骨假体与患者胸骨体断骨面的贴合度，达到精确修复胸骨缺损的手术效果，最大限度恢复胸骨的生物学形态与功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于3D打印的胸骨体模具的示意图；

图2为本实施例提供的第一胸骨的示意图；

图3为本实施例提供的第二胸骨的示意图；

图4为本实施例提供的第一胸骨与第二胸骨卡槽连接的示意图；

图5为本实施例提供的第一胸骨与第二胸骨卡臂连接的示意图；

图6为一胸骨肿瘤病例的胸部影像示意图；

图7为骨水泥型胸骨假体修复胸骨的示意图；

图1-7中的符号表示为：1-第一胸骨模，2-第二胸骨模，11-第一开口，21-第二开口，3-成型腔，41-模口凸起，42-模口凹槽，51-第一卡臂，52-第二卡臂，6-肿块，7-骨水泥型胸骨假体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

通过3D打印与患者缺损的胸骨相匹配的胸骨体模具，经过灌模、脱模等工序，快速制作与患者缺损的胸骨高精度一致的骨水泥型胸骨假体。利用此方法制备的骨水泥型胸骨假体与患者胸骨或肋骨的断骨面具有良好的贴合度，可达到精确修复胸骨缺损的手术效果，最大限度恢复胸骨的生物学形态与功能；且与手工捏制的胸骨假体相比，制作过程简单、便捷，降低医生手术难度，有利于加快手术进程；同时，通过模具压制的骨水泥型胸骨假体具有更大的硬度，可提高胸骨假体的使用寿命。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于3D打印的胸骨体模具的示意图，如图1所示，胸骨体模具包括第一胸骨模1和第二胸骨模2。

图2为本实施例提供的第一胸骨的示意图，如图2所示，第一胸骨上设有第一开口11。图3为本实施例提供的第二胸骨的示意图，如图3所示，第二胸骨上设有第二开口21。结合图2与图3，第一开口11和第二开口21相匹配，具体为，第一开口11与第二开口21的形状关于镜面对称。

第一胸骨模1与第二胸骨模2合模后，即第一开口11与第二开口21对接，在第一胸骨模1和第二胸骨模2之间形成一成型腔3，为了便于成型后的胸骨假体从模具中取出，第一开口11和第二开口21的接触面为成型腔3的最大截面。

成型腔3与待塑形的胸骨体相匹配，具体为，成型腔3包括连通的胸骨腔与肋骨腔，胸骨腔与术中切除的胸骨的外形相匹配，肋骨腔的腔体轮廓与术中切除的肋骨根部骨的外形相匹配。

第一胸骨模1与第二胸骨模2的合模方式有多种，包括平面贴合、卡槽连接、卡臂连接等，本领域技术人员可根据具体需要对其进行选择，其均属于本实用新型的保护范围。

平面贴合：第一胸骨模1与第二胸骨模2的接触面为平面，将第一胸骨模1与第二胸骨模2对应贴合，完成合模。

卡槽连接：图4为本实施例提供的第一胸骨与第二胸骨卡槽连接的示意图，如图4所示，第一胸骨模1与第二胸骨模2的接触面上设有相匹配的模口凸起41与模口凹槽42，本实施例中，第一胸骨模1上设有模口凸起41，第二胸骨模2上设有与模口凸起41相匹配的模口凹槽42，将第一胸骨模1上的模口凸起41嵌入第二胸骨模2上的模口凹槽42中，完成合模，应当指出，模口凸起41与模口凹槽42的位置也发生对换，均可实现第一胸骨模1与第二胸骨模2的卡槽连接。模口凸起41与模口凹槽42具有限位作用，因此，可保证第一胸骨模1与第二胸骨模2准确合模，从而确保成型腔形状的准确性。

卡臂连接：图5为本实施例提供的第一胸骨与第二胸骨卡臂连接的示意图，如图5所示，第一胸骨模1与第二胸骨模2的接触面上设有相匹配的第一卡臂51与第二卡臂52，本实施例中，第一卡臂51与第二卡臂52为相互配合的长方体。第一卡臂51与第二卡臂52具有限位作用，因此，可保证第一胸骨模1与第二胸骨模2准确合模，从而确保成型腔形状的准确性。

胸骨体模具的模壁厚度(下文简称模厚)过大或过小也将影响假体的制备，例如，若模厚过小，则骨水泥在成型过程中易发生变形；若模厚过大，则成型的假体将不易从模具中取出。本实施例中，第一胸骨模与第二胸骨模的模厚相同，其模厚范围为1.0mm-2.0mm。应当指出，本领域技术人员可根据实际需要调整合适的模厚，如1.5mm，其均应属于本实用新型的保护范围。

为了便于本领域技术人员对本技术方案的理解，以下将结合胸骨体模具的制作方法具体说明。

步骤一：采集的患者胸骨、肋骨的CT(Computed Tomography，即电子计算机断层扫描)或MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)数据，确定截骨角度和方向；

步骤二：利用三维重建软件(如MIMICS、AUTOCAD等)将患者的CT或MRI数据转化为1:1的三维胸骨、肋骨图像，若部分胸骨或肋骨被肿块遮挡，则采用人体骨骼的镜像对称性进行补充、修复，得到完整的的胸骨、肋骨图形；

步骤三：根据确定的截骨尺寸及断骨面形貌，设计胸骨体模具，利用3D打印相应的胸骨体模具。

利用3D打印的胸骨体模具制备骨水泥型胸骨假体，具体为：

第一步：取所需量的骨水泥，加入适量的配套的液剂，调和至面团状；

第二步：打开胸骨体模具，将面团状的骨水泥放入第一胸骨模或第二胸骨模中，迅速将两个胸骨模进行合模，并向合模后的胸骨体模具施加一定的压力，使骨水泥与胸骨体模具的内壁充分贴合。

第三步：待骨水泥定型后，脱去胸骨体模具，得到骨水泥型胸骨假体，消毒、备用。

为便于本领域技术人员对本技术方案的理解，以下将以一具体的案例说明骨水泥型胸骨假体的使用过程。

图6为一胸骨肿瘤病例的胸部影像示意图，如图6所示，患者前胸壁胸骨体部有一明显外凸的肿块6。手术前，根据患者的CT或MRI数据，确定手术中切割的胸骨体的大小、尺寸，通过3D打印与患者相匹配的胸骨体模具，并利用胸骨体模具压塑尺寸精准的骨水泥型胸骨假体。

手术中，切除预设位置与尺寸的胸骨体，将术前准备的骨水泥型胸骨假体植入患者体内，通过固定钉与患者胸骨、肋骨的断端相固定，对缺损的胸骨体进行修复，重塑胸廓，以保护胸骨内的内脏器官。

图7为骨水泥型胸骨假体修复胸骨的示意图，如图7所示，骨水泥型胸骨假体7符合人体结构，且与胸骨、肋骨的断骨面紧密贴合，实现了胸骨体缺损精确修复。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。