本實(shí)用新型涉及骨科用醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于3D打印的胸骨體模具。

背景技術(shù)：

胸骨是位于胸前壁正中的扁骨，形似短劍，分柄、體、劍突三部分。胸骨兩側(cè)與肋骨相連接，構(gòu)成胸廓，對保護(hù)縱膈及胸腔內(nèi)臟器起作重要作用。由于胸骨腫瘤、感染、放射性潰瘍、外傷和先天性畸形等胸骨常見疾病，往往需要手術(shù)切除部分或整個(gè)胸骨，以及與胸骨相連的肋骨的根部骨，從而造成胸骨與部分肋骨的缺損(下文中將缺損的胸骨與部分肋骨統(tǒng)稱為胸骨體)。胸廓的完整性、穩(wěn)定性遭到破壞，將無法保護(hù)其內(nèi)部的器官，因此，需要對缺損的胸骨進(jìn)行重建。目前，用于胸骨重建的材料較多，包括自體組織、生物材料、人工材料等，但都有相應(yīng)的缺點(diǎn)，達(dá)不到理想的修復(fù)效果，具體如下，

自體組織：臨床常用的自體材料有自體肋骨、額骨、顱骨等，此類重建材料組織相容性好，但是不適宜于大面積的缺損，且手術(shù)取材也增加了患者的痛苦；

生物材料：多采用動(dòng)物組織，此類重建材料來源廣泛，但是具有抗原性，易發(fā)生排斥；

人工材料：人工材料種類繁多，目前主要有鈦合金、抗菌不銹鋼等，此類重建材料的成本高，價(jià)格昂貴，普通消費(fèi)群體難以接受，且金屬材質(zhì)會(huì)影響X線檢查與放療。目前，國際上骨性胸壁修復(fù)采用的人工材料多為骨水泥。骨水泥(Bone cement)，又稱骨填充劑，具有較強(qiáng)的可塑性、自固化能力及較好的生物相容性，因此，被廣泛用作骨缺損的修復(fù)材料。

現(xiàn)有技術(shù)中，使用骨水泥制作假體多為手工捏制作，即在骨水泥面團(tuán)期手工捏制所需尺寸與形狀的假體，凝固后進(jìn)行邊角修整，得到骨水泥型假體，植入患者體內(nèi)，替代缺損的骨體。例如，在修復(fù)胸骨缺損手術(shù)中，根據(jù)缺損胸骨的大小，手術(shù)者使用骨水泥手工捏制骨水泥型胸骨假體，將骨水泥型胸骨假體植入患者體內(nèi)，修補(bǔ)胸骨缺損、重塑胸廓。

此種塑性方法誤差大，不易精準(zhǔn)控制骨水泥型假體的形狀和尺寸，影響患者斷骨面與骨水泥型假體的貼合度與匹配度，從而影響手術(shù)效果；且手工制作骨水泥假體耗時(shí)長，影響手術(shù)進(jìn)程；同時(shí)，手工捏制的骨水泥型假體內(nèi)常有孔隙殘留，影響骨水泥型假體的強(qiáng)度，不利于骨水泥型假體的使用壽命。

因此，一種用于制備高精準(zhǔn)度的骨水泥型胸骨假體的胸骨體模具有待出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例中提供了一種基于3D打印的胸骨體模具，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不能精準(zhǔn)制作骨水泥型胸骨假體的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

一種基于3D打印的胸骨體模具包括設(shè)有第一開口的第一胸骨模和設(shè)有第二開口的第二胸骨模，所述第一開口和所述第二開口相匹配，使所述第一胸骨模和所述第二胸骨模之間形成一成型腔，所述成型腔與待塑形的胸骨體相匹配，所述第一開口和所述第二開口的接觸面為所述成型腔的最大截面。

優(yōu)選地，所述第一胸骨模與第二胸骨模的接觸面為平面。

優(yōu)選地，所述第一胸骨模與第二胸骨模為卡槽連接。

優(yōu)選地，所述第一胸骨模與第二胸骨模為卡臂連接。

優(yōu)選地，所述第一胸骨模與第二胸骨模的模厚為1.0mm-2.0mm。

由以上技術(shù)方案可見，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于3D打印的胸骨體模具，通過此胸骨體模具可以快速制備與患者缺損的胸骨體相匹配的骨水泥型胸骨假體，提高了骨水泥型胸骨假體與患者胸骨體斷骨面的貼合度，達(dá)到精確修復(fù)胸骨缺損的手術(shù)效果，最大限度恢復(fù)胸骨的生物學(xué)形態(tài)與功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于3D打印的胸骨體模具的示意圖；

圖2為本實(shí)施例提供的第一胸骨的示意圖；

圖3為本實(shí)施例提供的第二胸骨的示意圖；

圖4為本實(shí)施例提供的第一胸骨與第二胸骨卡槽連接的示意圖；

圖5為本實(shí)施例提供的第一胸骨與第二胸骨卡臂連接的示意圖；

圖6為一胸骨腫瘤病例的胸部影像示意圖；

圖7為骨水泥型胸骨假體修復(fù)胸骨的示意圖；

圖1-7中的符號(hào)表示為：1-第一胸骨模，2-第二胸骨模，11-第一開口，21-第二開口，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-腫塊，7-骨水泥型胸骨假體。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

通過3D打印與患者缺損的胸骨相匹配的胸骨體模具，經(jīng)過灌模、脫模等工序，快速制作與患者缺損的胸骨高精度一致的骨水泥型胸骨假體。利用此方法制備的骨水泥型胸骨假體與患者胸骨或肋骨的斷骨面具有良好的貼合度，可達(dá)到精確修復(fù)胸骨缺損的手術(shù)效果，最大限度恢復(fù)胸骨的生物學(xué)形態(tài)與功能；且與手工捏制的胸骨假體相比，制作過程簡單、便捷，降低醫(yī)生手術(shù)難度，有利于加快手術(shù)進(jìn)程；同時(shí)，通過模具壓制的骨水泥型胸骨假體具有更大的硬度，可提高胸骨假體的使用壽命。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于3D打印的胸骨體模具的示意圖，如圖1所示，胸骨體模具包括第一胸骨模1和第二胸骨模2。

圖2為本實(shí)施例提供的第一胸骨的示意圖，如圖2所示，第一胸骨上設(shè)有第一開口11。圖3為本實(shí)施例提供的第二胸骨的示意圖，如圖3所示，第二胸骨上設(shè)有第二開口21。結(jié)合圖2與圖3，第一開口11和第二開口21相匹配，具體為，第一開口11與第二開口21的形狀關(guān)于鏡面對稱。

第一胸骨模1與第二胸骨模2合模后，即第一開口11與第二開口21對接，在第一胸骨模1和第二胸骨模2之間形成一成型腔3，為了便于成型后的胸骨假體從模具中取出，第一開口11和第二開口21的接觸面為成型腔3的最大截面。

成型腔3與待塑形的胸骨體相匹配，具體為，成型腔3包括連通的胸骨腔與肋骨腔，胸骨腔與術(shù)中切除的胸骨的外形相匹配，肋骨腔的腔體輪廓與術(shù)中切除的肋骨根部骨的外形相匹配。

第一胸骨模1與第二胸骨模2的合模方式有多種，包括平面貼合、卡槽連接、卡臂連接等，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)具體需要對其進(jìn)行選擇，其均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

平面貼合：第一胸骨模1與第二胸骨模2的接觸面為平面，將第一胸骨模1與第二胸骨模2對應(yīng)貼合，完成合模。

卡槽連接：圖4為本實(shí)施例提供的第一胸骨與第二胸骨卡槽連接的示意圖，如圖4所示，第一胸骨模1與第二胸骨模2的接觸面上設(shè)有相匹配的?？谕蛊?1與?？诎疾?2，本實(shí)施例中，第一胸骨模1上設(shè)有模口凸起41，第二胸骨模2上設(shè)有與?？谕蛊?1相匹配的?？诎疾?2，將第一胸骨模1上的?？谕蛊?1嵌入第二胸骨模2上的?？诎疾?2中，完成合模，應(yīng)當(dāng)指出，?？谕蛊?1與模口凹槽42的位置也發(fā)生對換，均可實(shí)現(xiàn)第一胸骨模1與第二胸骨模2的卡槽連接。模口凸起41與?？诎疾?2具有限位作用，因此，可保證第一胸骨模1與第二胸骨模2準(zhǔn)確合模，從而確保成型腔形狀的準(zhǔn)確性。

卡臂連接：圖5為本實(shí)施例提供的第一胸骨與第二胸骨卡臂連接的示意圖，如圖5所示，第一胸骨模1與第二胸骨模2的接觸面上設(shè)有相匹配的第一卡臂51與第二卡臂52，本實(shí)施例中，第一卡臂51與第二卡臂52為相互配合的長方體。第一卡臂51與第二卡臂52具有限位作用，因此，可保證第一胸骨模1與第二胸骨模2準(zhǔn)確合模，從而確保成型腔形狀的準(zhǔn)確性。

胸骨體模具的模壁厚度(下文簡稱模厚)過大或過小也將影響假體的制備，例如，若模厚過小，則骨水泥在成型過程中易發(fā)生變形；若模厚過大，則成型的假體將不易從模具中取出。本實(shí)施例中，第一胸骨模與第二胸骨模的模厚相同，其模厚范圍為1.0mm-2.0mm。應(yīng)當(dāng)指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整合適的模厚，如1.5mm，其均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員對本技術(shù)方案的理解，以下將結(jié)合胸骨體模具的制作方法具體說明。

步驟一：采集的患者胸骨、肋骨的CT(Computed Tomography，即電子計(jì)算機(jī)斷層掃描)或MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)數(shù)據(jù)，確定截骨角度和方向；

步驟二：利用三維重建軟件(如MIMICS、AUTOCAD等)將患者的CT或MRI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為1:1的三維胸骨、肋骨圖像，若部分胸骨或肋骨被腫塊遮擋，則采用人體骨骼的鏡像對稱性進(jìn)行補(bǔ)充、修復(fù)，得到完整的的胸骨、肋骨圖形；

步驟三：根據(jù)確定的截骨尺寸及斷骨面形貌，設(shè)計(jì)胸骨體模具，利用3D打印相應(yīng)的胸骨體模具。

利用3D打印的胸骨體模具制備骨水泥型胸骨假體，具體為：

第一步：取所需量的骨水泥，加入適量的配套的液劑，調(diào)和至面團(tuán)狀；

第二步：打開胸骨體模具，將面團(tuán)狀的骨水泥放入第一胸骨模或第二胸骨模中，迅速將兩個(gè)胸骨模進(jìn)行合模，并向合模后的胸骨體模具施加一定的壓力，使骨水泥與胸骨體模具的內(nèi)壁充分貼合。

第三步：待骨水泥定型后，脫去胸骨體模具，得到骨水泥型胸骨假體，消毒、備用。

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員對本技術(shù)方案的理解，以下將以一具體的案例說明骨水泥型胸骨假體的使用過程。

圖6為一胸骨腫瘤病例的胸部影像示意圖，如圖6所示，患者前胸壁胸骨體部有一明顯外凸的腫塊6。手術(shù)前，根據(jù)患者的CT或MRI數(shù)據(jù)，確定手術(shù)中切割的胸骨體的大小、尺寸，通過3D打印與患者相匹配的胸骨體模具，并利用胸骨體模具壓塑尺寸精準(zhǔn)的骨水泥型胸骨假體。

手術(shù)中，切除預(yù)設(shè)位置與尺寸的胸骨體，將術(shù)前準(zhǔn)備的骨水泥型胸骨假體植入患者體內(nèi)，通過固定釘與患者胸骨、肋骨的斷端相固定，對缺損的胸骨體進(jìn)行修復(fù)，重塑胸廓，以保護(hù)胸骨內(nèi)的內(nèi)臟器官。

圖7為骨水泥型胸骨假體修復(fù)胸骨的示意圖，如圖7所示，骨水泥型胸骨假體7符合人體結(jié)構(gòu)，且與胸骨、肋骨的斷骨面緊密貼合，實(shí)現(xiàn)了胸骨體缺損精確修復(fù)。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。