[實用新型]基于3D打印技術的軟骨修復系統

有效

• 申請號: 201520184308.6
• 申請日: 2015-03-30
• 公開（公告）號: CN204581601U
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 王富友;任翔;劉俊利;唐洪;范華全;戴剛;楊柳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第三軍醫大學第一附屬醫院
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28;B33Y10/00;B33Y80/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

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。

背景技術

關節軟骨缺損臨床常見，據統計60％以上膝關節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、神經和淋巴系統，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，損傷將繼續加重并引發關節炎，出現關節疼痛腫脹、畸形。

對于此類軟骨缺損，傳統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；由于體外培養難以模擬在體微環境，尤其是缺乏機體免疫系統的監控，植入的軟骨細胞通常已經發生表型改變，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差異，難以確保其治療的長期有效性。

針對上述問題，在前期對可注射型組織工程軟骨研究的基礎上，結合國內外最新研究進展，我們提出“應用自體BMSCs復合軟骨仿生溶膠基質以三維打印(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部空間結構，以期實現修復組織的結構仿生、成分仿生和功能仿生。軟骨仿生基質溶膠與天然軟骨基質成分相同，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律)；固定在凝膠中的BMSCs在關節腔軟骨微環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，從而再生形成高質量關節軟骨。

因此，有必要研究出一種新的軟骨修復系統，僅在關節鏡微創條件下即可實現對局灶性軟骨缺損進行快速精準修復，可大幅度減小創傷、縮短治療時間，有效減輕患者痛苦和經濟壓力。

實用新型內容

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，克服了現有技術存在的治療周期長和安全隱患的問題。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

基于3D打印技術的軟骨修復系統，包括3D打印系統和供料系統，所述3D打印系統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°旋轉的徑向旋轉結構，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進行實時跟蹤的攝像頭；

所述供料系統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設置有可將打印材料增壓形成噴射狀的增壓器。

進一步，所述徑向旋轉結構包括與噴頭移動桿垂直的轉軸和設置于轉軸端部的微型步進電源，所述轉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，與噴頭移動桿為可轉動連接。

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生驅動力的蠕動泵和對打印材料流量進行控制的電磁節流閥。

進一步，還包括液壓系統，所述液壓系統包括與噴頭移動桿連接的可實現打印噴頭多自由度運動的復合運動執行元件、與復合運動執行元件連通的液壓油循環回路，以及為復合運動執行元件提供液壓驅動力的液壓泵，所述復合運動執行元件包括與噴頭移動桿固定連接的可驅動其上下移動的第一液壓缸、與第一液壓缸可轉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動連接的第三液壓缸和與第二液壓缸可轉動連接的第四液壓缸。

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，所述活塞孔內設置有使噴頭移動桿繞活塞軸向方向作360°轉動的軸向旋轉機構，所述軸向旋轉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驅動的微型步進電源。

進一步，所述液壓油循環回路包括用于調節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。

進一步，還包括控制系統，所述控制系統包括信息接收系統、分析處理系統，以及對打印程序或操作指令或打印狀態實時監測的顯示器，所述信息接收系統與3D掃瞄儀連接。

進一步，還包括為3D打印系統、供料系統、液壓系統、控制系統提供驅動力的電源系統。