基于3d打印技術的軟骨修復系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于軟骨修復技術領域，具體涉及一種基于3D打印技術的軟骨修復系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]關節(jié)軟骨缺損臨床常見，據(jù)統(tǒng)計60%以上膝關節(jié)鏡手術患者伴有軟骨缺損，其中42%為局灶性透明軟骨缺損，即缺損的深度不超過鈣化軟骨層，缺損的面積在2?4cm2之間[1]。由于透明軟骨沒有血管、神經(jīng)和淋巴系統(tǒng)，自然修復能力低下，直徑超過4mm的缺損幾乎不能完全修復。如果不進行及時治療，損傷將繼續(xù)加重并引發(fā)關節(jié)炎，出現(xiàn)關節(jié)疼痛腫脹、畸形。
[0003]對于此類軟骨缺損，傳統(tǒng)治療策略是術中采用微骨折方法使骨髓血滲出，利用血凝塊中的間充質(zhì)干細胞增殖、修復軟骨缺損，但最終形成的是耐磨性較差的纖維軟骨。隨著組織工程技術的快速發(fā)展，自體軟骨細胞移植技術逐漸在臨床推廣應用，但該技術需要對自體軟骨細胞進行體外擴增，然后二次手術植入；由于體外培養(yǎng)難以模擬在體微環(huán)境，尤其是缺乏機體免疫系統(tǒng)的監(jiān)控，植入的軟骨細胞通常已經(jīng)發(fā)生表型改變，因此最終形成的修復組織無論在結構上還是成分上都與天然軟骨存在本質(zhì)差異，難以確保其治療的長期有效性。
[0004]針對上述問題，在前期對可注射型組織工程軟骨研宄的基礎上，結合國內(nèi)外最新研宄進展，我們提出“應用自體BMSCs復合軟骨仿生溶膠基質(zhì)以三維打印(3DP)方式構建組織工程軟骨”新策略，使其具有與缺損相匹配的解剖外形和天然軟骨相似的內(nèi)部空間結構，以期實現(xiàn)修復組織的結構仿生、成分仿生和功能仿生。軟骨仿生基質(zhì)溶膠與天然軟骨基質(zhì)成分相同，具有良好的生物相容性；自體BMSCs具有較強的增殖能力和向軟骨細胞分化潛能；3D生物打技術可以實現(xiàn)組織工程軟骨具有天然軟骨組織結構特征(與缺損相匹配的解剖外形和軟骨細胞特有的空間分布規(guī)律)；固定在凝膠中的BMSCs在關節(jié)腔軟骨微環(huán)境中理化因素的作用下，增殖、分化成軟骨細胞，分泌特異性軟骨胞外基質(zhì)，從而再生形成高質(zhì)量關節(jié)軟骨。
[0005]因此，有必要研宄出一種新的軟骨修復系統(tǒng)，僅在關節(jié)鏡微創(chuàng)條件下即可實現(xiàn)對局灶性軟骨缺損進行快速精準修復，可大幅度減小創(chuàng)傷、縮短治療時間，有效減輕患者痛苦和經(jīng)濟壓力。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實用新型提供了基于3D打印技術的軟骨修復系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術存在的治療周期長和安全隱患的問題。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]基于3D打印技術的軟骨修復系統(tǒng)，包括3D打印系統(tǒng)和供料系統(tǒng)，所述3D打印系統(tǒng)包括具有多自由度的打印噴頭和噴頭移動桿，所述打印噴頭與噴頭移動桿之間設置有可使打印噴頭繞移動桿軸徑向360°旋轉(zhuǎn)的徑向旋轉(zhuǎn)結構，所述打印噴頭的出口處設置有可對軟骨缺損部位進行360°空間掃瞄的3D掃瞄儀和可對打印狀態(tài)進行實時跟蹤的攝像頭；
[0009]所述供料系統(tǒng)包括提供打印材料的供料管路、與供料連通的盛料盒和管路動力裝置，所述供料管路與打印噴頭的打印通道連通，所述打印噴頭的打印通道內(nèi)設置有可將打印材料增壓形成噴射狀的增壓器。
[0010]進一步，所述徑向旋轉(zhuǎn)結構包括與噴頭移動桿垂直的轉(zhuǎn)軸和設置于轉(zhuǎn)軸端部的微型步進電源，所述轉(zhuǎn)軸分別與打印噴頭和噴頭移動桿連接，其中，與打印噴頭為固定連接，與喂'頭移動桿為可轉(zhuǎn)動連接。
[0011]進一步，所述管路動力裝置包括用于擠壓供料管路對打印材料產(chǎn)生驅(qū)動力的蠕動泵和對打印材料流量進行控制的電磁節(jié)流閥。
[0012]進一步，還包括液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)包括與噴頭移動桿連接的可實現(xiàn)打印噴頭多自由度運動的復合運動執(zhí)行元件、與復合運動執(zhí)行元件連通的液壓油循環(huán)回路，以及為復合運動執(zhí)行元件提供液壓驅(qū)動力的液壓泵，所述復合運動執(zhí)行元件包括與噴頭移動桿固定連接的可驅(qū)動其上下移動的第一液壓缸、與第一液壓缸可轉(zhuǎn)動連接的第二液壓缸、分別與第一液壓缸和第二液壓缸可轉(zhuǎn)動連接的第三液壓缸和與第二液壓缸可轉(zhuǎn)動連接的第四液壓缸。
[0013]進一步，所述第一液壓缸活塞的伸出端設置有與活塞同軸的活塞孔，所述活塞孔內(nèi)設置有使噴頭移動桿繞活塞軸向方向作360°轉(zhuǎn)動的軸向旋轉(zhuǎn)機構，所述軸向旋轉(zhuǎn)機構包括設置在活塞和噴頭移動桿之間的軸承和設置在噴頭移動桿端部進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的微型步進電源。
[0014]進一步，所述液壓油循環(huán)回路包括用于調(diào)節(jié)液壓油流量的電控流量閥、用于貯存液壓油的油池，所述油池與蠕動泵連通。
[0015]進一步，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括信息接收系統(tǒng)、分析處理系統(tǒng)，以及對打印程序或操作指令或打印狀態(tài)實時監(jiān)測的顯示器，所述信息接收系統(tǒng)與3D掃瞄儀連接。
[0016]進一步，還包括為3D打印系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)提供驅(qū)動力的電源系統(tǒng)。
[0017]進一步，還包括具有至少有兩個腔室的基座，所述第二液壓缸、第四液壓缸鉸接在基座上，所述油池、電源系統(tǒng)分別存放于兩個腔室內(nèi)。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型通過具有多自由度的掃瞄儀和打印噴頭可在缺損軟骨病灶腔內(nèi)進行全方位掃瞄和打印，僅微創(chuàng)病灶表面就可實現(xiàn)對缺損軟骨的修復，且不需軟骨微粒的制取和培養(yǎng)，可大幅縮短治療周期和減少治療成本，有利于減輕患者的病痛折磨和經(jīng)濟壓力。
[0020]本實用新型的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研宄對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中:
[0022]圖1為本實用新型基于3D打印技術的軟骨修復系統(tǒng)的結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型基于3D打印技術的軟骨修復系統(tǒng)的局部放大圖。
[0024]附圖標記:1-缺損軟骨病灶腔；2_打印噴頭；3_噴頭移動桿；4_徑向旋轉(zhuǎn)機構；401-轉(zhuǎn)軸；402_微型步進電源I ;5-3D掃瞄儀；6_攝像頭；7_供料管路；8_管路動力裝置；801-蠕動泵；802電磁節(jié)流閥；9_復合運動執(zhí)行元件；901_第一液壓缸；902_第二液壓缸；903-第三液壓缸；904_第四液壓缸；10-液壓油循環(huán)回路；11-液壓泵；12_電控流量閥；13-油池；14_活塞孔；15_軸向旋轉(zhuǎn)機構；151_軸承；152_微型步進電源II ;16_信息接收系統(tǒng)；17-分析處理系統(tǒng)；18-顯示器；19_電源系統(tǒng)；20_基座；21_盛料盒；22_增壓器。
【具體實施方式】
[0025]以下將參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護范圍。
[0026]如圖1及圖2所示，本實施例基于3D打印技術的軟骨修復系統(tǒng)，包括3D打印系統(tǒng)和供料系統(tǒng)，所述3D打印系統(tǒng)包括具有多自由度的打印噴頭I和噴頭移動桿2，所述打印噴頭I與噴頭移動桿2之間設置有可使打印噴頭繞移動桿軸徑向360°旋轉(zhuǎn)的徑向旋轉(zhuǎn)結構，所述徑向旋轉(zhuǎn)結構包括與噴頭移動桿2垂直的轉(zhuǎn)軸3和設置于轉(zhuǎn)軸3端部的微型步進電源I 4，所述轉(zhuǎn)軸3分別與打印噴頭I和噴頭移動桿2連接，其中，與打印噴頭I為固定連接，與噴頭移動桿2為可轉(zhuǎn)動連接，本實施例為球軸承或圓柱軸承連接，使打印噴頭I與轉(zhuǎn)軸2的運動一致，可相對于噴頭移動桿2作繞轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動，所述打印噴頭I的出口處設置有可對軟骨缺損部位進行360°空間掃瞄的3D掃瞄儀5和可對打印狀態(tài)進行實時跟蹤的攝像頭6 ；
[0027]所述供料系統(tǒng)包括提供打印材料的供料管路7、與供料連