CN117547648B - 半月板水凝胶材料制备方法、半月板制造方法和半月板 - Google Patents

半月板水凝胶材料制备方法、半月板制造方法和半月板 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例公开了半月板水凝胶材料制备方法、半月板制造方法和半月板。该方法的一具体实施方式包括：将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液；对混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液；对半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料。该实施方式可以提高水凝胶材料的力学性能，进而提高制作的半月板的修复能力。

Description

半月板水凝胶材料制备方法、半月板制造方法和半月板
技术领域
本公开的实施例涉及生物医用材料技术领域，具体涉及半月板水凝胶材料制备方法、半月板制造方法和半月板。
背景技术
半月板是人体膝关节中最容易损伤的结构，半月板的缺失会导致关节内机械力环境异常，导致晚期骨关节炎，随着组织工程技术的快速发展，水凝胶材料成为促进半月板损伤修复的优选材料。目前，通常采用的用于制作半月板的水凝胶材料为：将明胶作为原材料制作水凝胶材料，然后，通过3D打印的方式打印水凝胶材料，得到半月板。
然而，实践中发现，当采用上述水凝胶材料制作半月板时，经常会存在如下技术问题：
第一，将明胶作为原材料制作水凝胶材料，明胶作为一类蛋白质，具有高温溶解低温成胶的性能，其自身所形成的水凝胶力学性能（例如，抗溶胀性、韧性等）较弱，导致制作的水凝胶材料的力学性能较弱，从而造成制作的半月板的修复能力较差。
第二，通过3D打印的方式打印水凝胶材料，当水凝胶材料的可打印性较低时，打印得到的组织工程半月板的形状和尺寸的准确性较低，从而造成组织工程半月板的适用性较低。
该背景技术部分中所公开的以上信息仅用于增强对本发明构思的背景的理解，并因此，其可包含并不形成本国的本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
本公开的一些实施例提出了半月板水凝胶材料制备方法、组织工程半月板制造方法和组织工程半月板，来解决以上背景技术部分提到的技术问题中的一项或多项。
第一方面，本公开的一些实施例提供了一种半月板水凝胶材料制备方法，该方法包括：将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液；对上述混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液；对上述半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料。
可选地，上述将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液，包括：通过振荡器对丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液，其中，上述丙烯酰基甘氨酸单体的含量范围为0.1~10克，上述壳聚糖的质量分数范围为0.2%~10%，上述甲叉双丙烯酰胺水溶液的浓度范围为5~20毫克/毫升，上述光引发剂的质量分数为0.1%~1%。
第二方面，本公开的一些实施例提供了一种组织工程半月板制造方法，该方法包括：获取半月板影像数据；根据上述半月板影像数据，生成半月板点云数据；根据上述半月板点云数据，生成半月板曲面模型；根据上述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型；控制相关联的模具制造装置根据上述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具；控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板，其中，上述预制半月板水凝胶材料是通过如上述第一方面任一实现方式所描述的半月板水凝胶材料制备方法制备得到的；控制相关联的照射设备照射上述待凝固组织工程半月板，得到组织工程半月板。
可选地，上述根据上述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型，包括：对上述半月板曲面模型进行剪切处理，得到带竖直切面半月板模型、上交线和下交线；根据上述半月板曲面模型和上述带竖直切面半月板模型，生成弯月形柱状体模型；根据上述上交线和上述下交线，对上述弯月形柱状体模型进行分型处理，得到半月板上模具模型和半月板下模具模型；将上述半月板上模具模型和上述半月板下模具模型确定为半月板模具三维模型。
可选地，上述模具制造装置包括机加工设备、电火花放电腐蚀设备和半月板模具注塑设备；以及上述控制相关联的模具制造装置根据上述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具，包括：控制上述机加工设备根据上述半月板模具三维模型，加工得到半月板模具凸模；控制上述电火花放电腐蚀设备对上述半月板模具凸模进行电火花放电腐蚀处理，得到半月板模具型腔；控制上述半月板模具注塑设备将预制透明注塑材料注入上述半月板模具型腔，得到半月板透明模具。
可选地，上述半月板透明模具包括上模具和下模具，上述上模具和上述下模具配合。
可选地，上述上模具的上表面设置有浇口。
可选地，上述上模具的上表面还设置有冒口。
可选地，上述上模具中设置有定位槽，上述下模具的上表面设置有定位柱，上述定位槽与上述定位柱过盈配合。
第三方面，本公开的一些实施例提供了一种组织工程半月板，上述组织工程半月板是通过如上述第二方面任一实现方式所描述的组织工程半月板制造方法制备得到的。
本公开的上述各个实施例具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的半月板水凝胶材料制备方法，可以提高水凝胶材料的力学性能，进而提高制作的半月板的修复能力。具体来说，造成制作的水凝胶材料的力学性能较弱，制作的半月板的修复能力较差的原因在于：将明胶作为原材料制作水凝胶材料，明胶作为一类蛋白质，具有高温溶解低温成胶的性能，其自身所形成的水凝胶力学性能（例如，抗溶胀性、韧性等）较弱，导致制作的水凝胶材料的力学性能较弱，从而造成制作的半月板的修复能力较差。基于此，本公开的一些实施例的半月板水凝胶材料制备方法，将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液；对上述混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液；对上述半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料。因为低价态金属离子可以介入性地破坏聚N-丙烯酰基甘氨酸（PACG）链间的氢键，进一步与PACG聚合物链中羧基形成离子络合，且羧基还可以与半月板修复微环境中的三价金属离子络合在凝胶表面附近形成疏水致密层，从而可以提高半月板水凝胶材料的力学性能。又因为半月板水凝胶材料中的PACG羧酸根上的氧（O2p）可以与半月板修复微环境中正三价铁离子中的3d轨道发生重叠，形成螯合结构，从而可以使半月板水凝胶材料激活缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）并抑制炎症反应，由此，可以提高水凝胶材料的力学性能和生物功能，进而可以提高制作的半月板的修复能力。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
图1是根据本公开的半月板水凝胶材料制备方法的一些实施例的流程图；
图2是根据本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例的流程图；
图3是本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例的带竖直切面半月板模型的结构示意图；
图4是本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例的半月板模具三维模型的结构示意图；
图5是根据本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例中半月板透明模具的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
图1示出了根据本公开的半月板水凝胶材料制备方法的一些实施例的流程100。该半月板水凝胶材料制备方法，包括以下步骤：
步骤101，将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液。
在一些实施例中，半月板水凝胶材料制备方法的执行主体（例如工业机器人）可以通过搅拌棒将丙烯酰基甘氨酸（ACG）单体、壳聚糖（Chitosan，CS）、甲叉双丙烯酰胺水溶液（MBA）、光引发剂（Irgacure）与水进行混合处理，得到混合溶液。其中，上述丙烯酰基甘氨酸单体的含量范围可以为0.1~10克。上述壳聚糖的质量分数范围可以为0.2%~10%。上述甲叉双丙烯酰胺水溶液的浓度范围可以为5~20毫克/毫升。上述光引发剂可以为光引发剂2959，也可以为基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体还可以通过振荡器将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液。其中，上述振荡器可以为圆周振荡器。
步骤102，对混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液。
在一些实施例中，上述执行主体可以通过水浴加热法对上述混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液。作为示例，可以将上述混合溶液放置于60摄氏度的水浴中加热5分钟，得到澄清透明的半月板水凝胶复合溶液。
步骤103，对半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料。
在一些实施例中，上述执行主体对上述半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料。实践中，上述执行主体可以通过紫外线固化灯对上述半月板水凝胶复合溶液进行紫外光照射2个小时，得到半月板水凝胶材料，即半互穿网络水凝胶PACG-CS-x。其中，x可以表示壳聚糖的质量分数。
本公开的上述各个实施例具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的半月板水凝胶材料制备方法，可以提高水凝胶材料的力学性能，进而提高制作的半月板的修复能力。具体来说，造成制作的水凝胶材料的力学性能较弱，制作的半月板的修复能力较差的原因在于：将明胶作为原材料制作水凝胶材料，明胶作为一类蛋白质，具有高温溶解低温成胶的性能，其自身所形成的水凝胶力学性能（例如，抗溶胀性、韧性等）较弱，导致制作的水凝胶材料的力学性能较弱，从而造成制作的半月板的修复能力较差。基于此，本公开的一些实施例的半月板水凝胶材料制备方法，将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液；对上述混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液；对上述半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料。因为低价态金属离子可以介入性地破坏聚N-丙烯酰基甘氨酸（PACG）链间的氢键，进一步与PACG聚合物链中羧基形成离子络合，且羧基还可以与半月板修复微环境中的三价金属离子络合在凝胶表面附近形成疏水致密层，从而可以提高半月板水凝胶材料的力学性能。又因为半月板水凝胶材料中的PACG羧酸根上的氧（O2p）可以与半月板修复微环境中正三价铁离子中的3d轨道发生重叠，形成螯合结构，从而可以使半月板水凝胶材料激活缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）并抑制炎症反应，由此，可以提高水凝胶材料的力学性能和生物功能，进而可以提高制作的半月板的修复能力。
进一步参考图2，其示出了组织工程半月板制造方法的一些实施例的流程200。该组织工程半月板制造方法的流程200，包括以下步骤：
步骤201，获取半月板影像数据。
在一些实施例中，组织工程半月板制造方法的执行主体（例如计算设备）可以获取半月板影像数据。其中，上述半月板影像数据可以为通过核磁共振仪扫描得到的目标用户的半月板的图像。上述目标用户可以为需要修复或治疗半月板的用户。实践中，上述执行主体可以通过有线连接或者无线连接的方式从数据库或者相关联的核磁共振仪获取半月板影像数据。需要说明的是，上述无线连接方式可以包括但不限于3G/4G连接、WiFi连接、蓝牙连接、WiMAX连接、Zigbee连接、UWB（ultra wideband）连接、以及其他现在已知或将来开发的无线连接方式。
步骤202，根据半月板影像数据，生成半月板点云数据。
在一些实施例中，上述执行主体可以根据上述半月板影像数据，生成半月板点云数据。其中，上述半月板点云数据可以为表征半月板的点云数据。实践中，上述执行主体可以将半月板影像数据输入预设医学重建软件中，得到半月板点云数据。其中，上述半月板点云数据的文件格式为stl。上述预设医学重建软件可以为预先设定的可以将影像学数据转化为三维模型的软件。例如，上述预设医学重建软件可以为mimics软件，也可以为3Dslicer软件。
作为示例，首先，上述执行主体可以将半月板影像数据输入mimics软件中。然后，控制上述mimics软件分别执行编辑蒙罩功能、区域增长功能和三维重建功能。最后，控制上述mimics软件输出stl文件格式的半月板点云数据。
步骤203，根据半月板点云数据，生成半月板曲面模型。
在一些实施例中，上述执行主体可以根据上述半月板点云数据，生成半月板曲面模型。其中，上述半月板曲面模型可以为以曲面的形式展示半月板的模型。实践中，上述执行主体可以将上述半月板点云数据输入预设逆向工程软件中，得到半月板曲面模型。其中，半月板曲面模型的文件导出格式可以为stp格式。上述预设逆向工程软件可以为预先设定的用于将3D扫描数据或导入的STL、OBJ、SAT、PRC、VDA等文件格式内容转换为三维模型的软件。例如，上述预设逆向工程软件可以为geomagic软件。
作为示例，上述执行主体可以将stl文件格式的半月板点云数据输入geomagic软件中，通过曲率探测，曲面片构造，栅格拟合将三角片面拟合成曲面，得到半月板曲面模型。最后，输出stp格式的半月板曲面模型的文件。
步骤204，根据半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型。
在一些实施例中，上述执行主体可以根据上述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型。其中，上述半月板模具三维模型可以为用于制作半月板的模具的三维模型。实践中，上述执行主体可以将上述半月板曲面模型输入预设三维建模软件中，得到半月板模具三维模型。其中，上述预设三维建模软件可以为预先设定的用于制作三维模型的软件。例如，上述预设三维建模软件可以为UG（Unigraphics NX）软件。
作为示例，首先，上述执行主体可以将stp格式的半月板曲面模型的文件输入UG软件中。然后，在上述UG软件中执行翻模操作，得到翻模三维模型作为半月板模具三维模型。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体可以通过以下步骤根据上述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型：
第一步，对上述半月板曲面模型进行剪切处理，得到带竖直切面半月板模型、上交线和下交线。实践中，首先，上述执行主体可以将上述半月板曲面模型输入上述预设三维建模软件中。其次，在上述预设三维建模软件中，沿着上述半月板曲面模型的边缘剪切出竖直切面，得到带竖直切面半月板模型、上交线和下交线。上述上交线可以为竖直切面与半月板曲面模型的上表面相交得到的交线。上述下交线可以为竖直切面与半月板曲面模型的下表面相交得到的交线。
作为示例，图3是本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例的带竖直切面半月板模型的结构示意图。其中，带竖直切面半月板模型300包括竖直切面301、上交线302和下交线303。
第二步，根据上述半月板曲面模型和上述带竖直切面半月板模型，生成弯月形柱状体模型。实践中，在上述预设三维建模软件中，首先，上述执行主体可以以上述半月板曲面模型的重心为原点，新建一个弯月形柱状体模型。然后，将新建的弯月形柱状体与上述带竖直切面半月板模型进行布尔减运算，得到具有半月板成型腔的弯月形柱状体模型作为弯月形柱状体模型。
第三步，根据上述上交线和上述下交线，对上述弯月形柱状体模型进行分型处理，得到半月板上模具模型和半月板下模具模型。实践中，在上述预设三维建模软件中，首先，上述执行主体可以对于上述上交线包括的每个交点，执行以下子步骤：
第一子步骤，将上述交点确定为上交点。
第二子步骤，将上述下交线中对应上述上交点的下交点确定为目标交点。其中，上述下交点可以为下交线中的交点。对应上述上交点可以为上述上交点与下交点在竖直方向上的位置相同。
第三子步骤，将上述上交点和上述目标交点的中点确定为分型点。
其次，将所确定的各个分型点依次连接，得到模型分型线。然后，将上述模型分型线投影至上述弯月形柱状体模型的外表面，得到模具模型分型面。最后，将上述弯月形柱状体模型中位于模具模型分型面上侧的模型确定为半月板上模具模型，以及将上述弯月形柱状体模型中位于模具模型分型面下侧的模型确定为半月板下模具模型。
第四步，将上述半月板上模具模型和上述半月板下模具模型确定为半月板模具三维模型。
作为示例，图4是本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例的半月板模具三维模型的结构示意图。其中，半月板模具三维模型包括半月板上模具模型401、半月板下模具模型402和模具模型分型面403。
步骤205，控制相关联的模具制造装置根据半月板模具三维模型，制造半月板透明模具。
在一些实施例中，上述执行主体可以控制相关联的模具制造装置根据上述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具。其中，上述半月板透明模具可以为用于制造半月板的材质为透明材料的模具。实践中，上述执行主体可以通过各种方式控制相关联的模具制造装置根据上述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具。
可选地，上述模具制造装置可以包括机加工设备、电火花放电腐蚀设备和半月板模具注塑设备。其中，上述电火花放电腐蚀设备可以为用于通过电火花放电腐蚀金属的设备。例如，上述电火花放电腐蚀设备可以为电火花机。上述半月板模具注塑设备可以为用于注塑半月板模具的注塑机。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体可以通过以下步骤控制相关联的模具制造装置根据上述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具：
第一步，控制上述机加工设备根据上述半月板模具三维模型，加工得到半月板模具凸模。其中，上述半月板模具凸模可以为半月板模具的凸模。实践中，上述执行主体可以控制上述机加工设备按照上述半月板模具三维模型加工得到与半月板模具三维模型的第一半月板模具作为半月板模具凸模。
第二步，控制上述电火花放电腐蚀设备对上述半月板模具凸模进行电火花放电腐蚀处理，得到半月板模具型腔。其中，上述半月板模具型腔可以为用于制造半月板模具的型腔。实践中，上述执行主体可以控制上述电火花放电腐蚀设备按照上述半月板模具三维模型，对上述半月板模具凸模进行电火花放电腐蚀处理，得到半月板模具型腔。
第三步，控制上述半月板模具注塑设备将预制透明注塑材料注入上述半月板模具型腔，得到半月板透明模具。其中，上述预制透明注塑材料可以为预先制备的具有材质透明性质用于注塑的材料。例如，上述预制透明注塑材料可以为熔融后的聚碳酸酯颗粒。
可选地，上述半月板透明模具可以包括上模具和下模具。上述上模具和上述下模具可以配合。
可选地，上述上模具的上表面可以设置有浇口。实践中，上述上模具上表面的一侧的最高点处可以设置有浇口。
可选地，上述上模具的上表面可以设置有冒口。实践中，上述上模具的上表面的另一侧的最高点处可以设置有冒口。
可选地，上述上模具中可以设置有定位槽。上述下模具的上表面可以设置有定位柱。上述定位槽与上述定位柱可以过盈配合。其中，上述定位槽可以为用于定位上模具和下模具的装配位置的槽口。
作为示例，图5是根据本公开的组织工程半月板制造方法的一些实施例中半月板透明模具的结构示意图。其中，半月板透明模具包括上模具501、下模具502、浇口503、冒口504和定位立柱505。
步骤206，控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板。
在一些实施例中，上述执行主体可以控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板。其中，上述预制半月板水凝胶材料可以是通过图1对应的那些实施例中的步骤101-103得到。实践中，上述执行主体可以通过各种方式控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板。
继续的，在采用技术方案解决背景技术所提及的技术问题的过程中，进一步存在如下技术问题三：采用固定模具进行注塑的方式制作半月板时，水凝胶材料的流动性较差，在制作过程中会产生欠注的现象，导致制作的半月板的质量较差。因此，考虑到在半月板使用过程中用户对于半月板质量要求较高，决定采用如下解决方案：
可选地，上述半月板注塑设备还可以包括注塑组件、图像采集组件和模具调节组件。其中，上述注塑组件可以为用于注塑水凝胶材料的组件。上述注塑组件可以包括但不限于注塑机。上述图像采集组件可以为采集半月板透明模具的图像的组件。上述图像采集组件可以包括但不限于摄像头。上述模具调节组件可以为用于调节半月板透明模具的角度的组件。上述模具调节组件可以包括但不限于可调节支架和模具固定组件。上述可调节支架可以为既可以左右调节角度，又可以上下调节角度的电动支架。上述模具固定组件可以为用于固定半月板透明模具的组件。例如，上述模具固定组件可以为用于固定半月板透明模具的夹具。上述模具固定组件与上述可调节支架可以固定连接。上述半月板透明模具可以可拆卸地设置在上述模具调节组件包括的模具固定组件上。上述图像采集组件与上述冒口可以同侧以便于拍摄的图像更清楚的显示冒口一侧的半月板透明模具。
作为示例，在通过模具固定组件固定半月板透明模具时，可以将半月板透明模具包括的浇口和冒口分别设置于夹具的左右两侧。
在一些实施例的一些可选地实现方式中，上述执行主体可以通过以下步骤控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板：
第一步，响应于接收到注塑开始信息，控制上述注塑组件将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中。其中，上述注塑开始信息可以为表征开始进行注塑的信息。例如，上述注塑开始信息可以为“start”。
第二步，响应于确定当前时间满足预设第一间隔时长条件，控制上述图像采集组件采集第一半月板透明模具图像。其中，上述预设第一间隔时长条件可以为当前时间与接收到注塑开始信息的时间的间隔时长为预设第一间隔时长的整数倍。上述预设第一间隔时长可以为预先设定的间隔时长。例如，上述预设间隔时长可以为2秒钟。上述第一半月板透明模具图像可以为正在注塑中的半月板透明模具的图像。
第三步，对上述第一半月板透明模具图像进行缺陷检测处理，得到缺陷检测信息。其中，上述缺陷检测信息可以表征上述第一半月板透明模具图像是否存在缺陷。上述缺陷检测信息可以包括但不限于缺陷类型和缺陷检测区域信息。上述缺陷类型可以表征上述第一半月板透明模具图像是否存在缺陷。上述缺陷类型可以为但不限于以下中的一项：有缺陷、无缺陷。上述缺陷检测区域信息可以表征检测到的缺陷的区域。需要说明的是，当缺陷类型表征上述第一半月板透明模具图像不存在缺陷时，上述缺陷检测区域信息可以为空。上述缺陷检测区域信息可以包括缺陷中心点坐标，缺陷长度和缺陷高度。上述缺陷中心点坐标可以为缺陷检测区域的中心点的在月板透明模具图像中的坐标。上述缺陷检测区域可以为长方形框所围成的区域。上述缺陷长度可以为缺陷检测区域的长度。上述缺陷高度可以为缺陷检测区域的高度。实践中，上述执行主体可以将上述第一半月板透明模具图像输入预先训练的缺陷检测信息生成模型，得到缺陷检测信息。其中，上述缺陷检测信息生成模型可以为以半月板透明模具图像为输入，以缺陷检测信息为输出的神经网络。上述神经网络可以为卷积神经网络。
第四步，响应于确定上述缺陷检测信息满足预设检测条件，根据上述缺陷检测信息，确定缺陷面积信息。其中，上述预设检测条件可以为缺陷检测信息表征上述第一半月板透明模具图像存在缺陷。实践中，上述执行主体可以响应于确定上述缺陷检测信息满足预设检测条件，将上述缺陷检测信息包括的缺陷长度和缺陷高度的乘积确定为缺陷面积信息。
第五步，根据上述缺陷检测信息，生成调节角度信息。其中，上述调节角度信息可以为可调节支架调整的角度的信息。上述调节角度信息可以包括但不限于上下调节信息和左右调节信息。上述上下调节信息可以为在上下方向上所需要调节的信息。上述上下调节信息可以包括但不限于上下调节方向和上下调整角度。上述上下调节方向可以为可调节支架在上下方向上需要调节的方向。上下调节角度可以为可调节支架在上下调节方向上进行调节的角度。例如，上述上下调节信息可以为“向下调节；15度”。上述左右调节信息可以为在左右方向上所需要调节的信息。上述左右调节信息可以包括但不限于左右调节方向和左右调整角度。上述左右调节方向可以为可调节支架在左右方向上需要调节的方向。左右调节角度可以为可调节支架在左右调节方向上进行调节的角度。例如，上述左右调节信息可以为“向左调节；10度”。实践中，上述执行主体可以将上述缺陷检测信息包括的缺陷中心点坐标输入预设调节角度信息生成模型，得到调节角度信息。其中，上述预设调节角度信息生成模型可以为以缺陷中心点坐标为输入，以调节角度信息为输出的线性函数。
第六步，将上述缺陷面积信息输入预设调节信息生成模型，得到对应上述模具调节组件的调节信息。其中，上述预设调节信息生成模型可以为以缺陷面积信息为输入，以调节信息为输出的线性函数。上述调节信息可以为模具调节组件调节半月板透明模具的信息。上述调节信息可以包括但不限于调节速度和调节时长。上述调节速度可以为模具调节组件调节半月板透明模具时，模具调节组件包括的可调节支架转动时的速度。上述调节时长可以为可调节支架调整到调整角度信息对应的位置所停留的时长。需要说明的是，上述缺陷面积信息表征的缺陷面积越大，调节速度和调节时长也越大。
第七步，控制上述模具调节组件根据上述调节速度、上述调节角度信息和上述调节时长，调节上述半月板透明模具。实践中，首先，上述执行主体可以控制上述模具调节组件包括的可调节支架按照上述调节速度和上述调节角度信息将上述半月板透明模具调节到上述调节角度信息对应的位置以使欠注区域处于半月板透明模具的最低点。然后，控制可调节支架将半月板透明模具保持预设调节时长。最后，控制可调节支架将半月板透明模具按照上述调节速度调节至初始位置。其中，上述初始位置可以为开始注塑时半月板透明模具的位置。
上述技术方案及其相关内容作为本公开的实施例的一个发明点，解决了技术问题三“采用固定模具进行注塑的方式制作半月板时，水凝胶材料的流动性较差，在制作过程中会产生欠注的现象，导致制作的半月板的质量较差。”。导致制作的半月板的质量较差的因素往往如下：采用固定模具进行注塑的方式制作半月板时，水凝胶材料的流动性较差，在制作过程中会产生欠注的现象，导致制作的半月板的质量较差。如果解决了上述因素，就能达到提高半月板的质量的效果。为了达到这一效果，本公开的组织工程半月板制造方法，首先，响应于接收到注塑开始信息，控制上述注塑组件将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中。由此，可以开始向半月板透明模具中注入预制半月板水凝胶材料。其次，响应于确定当前时间满足预设第一间隔时长条件，控制上述图像采集组件采集第一半月板透明模具图像。由此，可以每隔一段时间得到注塑过程中半月板透明模具的图像，从而可以用于观察注塑过程中半月板水凝胶材料的注塑情况。然后，对上述第一半月板透明模具图像进行缺陷检测处理，得到缺陷检测信息。由此，可以确定注塑过程中是否出现了欠注现象，从而可以及时发现欠注现象。之后，响应于确定上述缺陷检测信息满足预设检测条件，根据上述缺陷检测信息，确定缺陷面积信息。由此，当注塑过程中存在欠注现象时，可以确定欠注区域的面积，从而可以用于及时弥补欠注区域。接着，根据上述缺陷检测信息，生成调节角度信息。紧接着，将上述缺陷面积信息输入预设调节信息生成模型，得到对应上述模具调节组件的调节信息。其中，上述调节信息包括调节速度和调节时长。由此，可以得到调节模具调节组件的相关信息，从而可以用于调节模具调节组件，进而减少欠注现象。最后，控制上述模具调节组件根据上述调节速度、上述调节角度信息和上述调节时长，调节上述半月板透明模具。由此，可以在注塑过程中调节半月板透明模具的角度，促进水凝胶材料朝向欠注区域流动，从而可以减少欠注现象。也因为通过定时监测注塑过程，可以及时发现欠注现象，从而当出现欠注现象时，可以根据欠注区域，通过模具调节组件调节半月板透明模具的角度，进而减少欠注现象，由此，可以提高半月板的质量。
步骤207，控制相关联的照射设备照射待凝固组织工程半月板，得到组织工程半月板。
在一些实施例中，上述执行主体可以控制相关联的照射设备照射上述待凝固组织工程半月板，得到组织工程半月板。其中，上述照射设备可以为用于对待凝固组织工程半月板进行照射以进行固化的设备。例如，上述照射设备可以为光固化灯。实践中，上述执行主体可以控制相关联的照射设备照射上述待凝固组织工程半月板预设时长，得到组织工程半月板。其中，上述预设时长可以为预先设定的时长。例如，上述预设时长可以为2小时。
在采用技术方案解决背景技术所提及的技术问题的过程中，往往又会伴随着如下问题：如何确定制作的半月板是否固定成型。针对这些问题，常规的解决方案一般是：根据制备人员的经验确定半月板固定成型的时长，然后，制备人员在确定的时间点通过人眼观察半月板是否成型。然而，上述解决方案存在如下技术问题四：通过人眼观察半月板是否成型，在水凝胶材料凝固的末期，水凝胶材料产生的状态变化较小，人眼观察的准确性较低，当人工判断成型而实际未成型时，造成制作的半月板的质量较低，当人工判断未成型而实际已成型时，照射设备占用的时间较长，造成照射设备的浪费。因此，考虑到在半月板使用过程中用户对于半月板质量要求较高，且在制作过程中使照射设备利用最大化的需求，决定采用如下解决方案：
在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体可以通过以下步骤控制相关联的照射设备照射上述待凝固组织工程半月板，得到组织工程半月板：
第一步，响应于接收到照射开启信息，控制上述照射设备执行照射开启操作，以及执行以下检测步骤：
第一检测步骤，响应于当前时间满足预设第二间隔时长条件，控制上述图像采集组件采集第二半月板透明模具图像。其中，上述照射开启信息可以表征开启照射设备。上述照射开启操作可以为开启照射设备的操作。上述预设第二间隔时长条件可以为当前时间与开启照射设备的时间的间隔时长为预设第二间隔时长，或者当前时间与上次采集第二半月板透明模具图像的间隔时长为预设第三间隔时长。上述预设第二间隔时长可以为根据经验预先设定的待凝固组织工程半月板成型所需要的时长。例如，上述预设第二间隔时长可以为2小时。上述预设第三间隔时长可以为预先设定的每次检测待凝固组织工程半月板是否成型的间隔时长。例如，上述预设第三间隔时长可以为5分钟。上述第二半月板透明模具图像可以为表征填充有待凝固组织工程半月板的半月板透明模具的图像。
第二检测步骤，控制上述模具调节组件根据预设调节信息序列，调节上述半月板透明模具。其中，上述预设调节信息序列可以为各个预设调节信息按照调节先后的顺序进行排列的序列。预设调节信息可以为预先设定的调节可调节支架的信息。预设调节信息可以包括但不限于预设调节方向、预设调节角度和预设调节速度。上述预设调节方向可以为预先设定的调节的方向。上述预设调节角度可以为预先设定的调节的角度。上述预设调节速度可以为预先设定的调节的速度。实践中，上述执行主体可以对于预设调节信息序列包括的每个预设调节信息，依次控制上述模具调节组件包括的可调节支架，将半月板透明模具按照上述预设调节信息包括的预设调节速度，向上述预设调节信息包括的预设调节方向，调节至上述预设调节信息包括的预设调节角度对应的位置。
第三检测步骤，控制上述图像采集组件采集第三半月板透明模具图像。其中，上述第三半月板透明模具图像可以为调节半月板透明模具后的半月板透明模具的图像。
第四检测步骤，对第二半月板透明模具图像进行纹理特征提取处理，得到第一纹理特征信息。实践中，上述执行主体可以通过预设纹理特征提取算法，对上述第二半月板透明模具图像进行纹理特征提取处理，得到第一纹理特征信息。其中，上述预设纹理特征提取算法可以为预先设定的用于提取纹理特征的算法。上述预设纹理特征提取算法可以为但不限于以下中的一项：灰度共生矩阵算法、基于神经网络的纹理特征提取算法。
第五检测步骤，对第三半月板透明模具图像进行纹理特征提取处理，得到第二纹理特征信息。实践中，上述执行主体可以通过上述预设纹理特征提取算法，对上述第三半月板透明模具图像进行纹理特征提取处理，得到第二纹理特征信息。
第六检测步骤，对第一纹理特征信息和第二纹理特征信息进行匹配处理，得到匹配信息。实践中，上述执行主体可以根据预设相似度算法，确定第一纹理特征信息和第二纹理特征信息的特征相似度作为匹配信息。其中，上述预设相似度算法可以为预先设定的用于求解相似度的算法。例如，上述预设相似度算法可以为余弦相似度。
第七检测步骤，响应于确定上述匹配信息未满足预设匹配条件，继续执行上述检测步骤。其中，上述预设匹配条件可以为上述匹配信息表征的特征相似度大于等于预设相似度。上述预设相似度可以为预先设定的表征两幅图像相同的相似度。
第八检测步骤，响应于确定上述匹配信息满足上述预设匹配条件，控制上述照射设备执行照射关闭操作，以及控制相关联的声音播放设备播放预设照射完成信息。其中，上述照射关闭操作可以为关闭照射设备的操作。上述声音播放设备可以为扬声器。上述预设照射完成信息可以为预先设定的表征照射完成的语音。例如，上述预设照射完成信息可以为“照射已完成”的语音。
上述技术方案及其相关内容作为本公开的实施例的一个发明点，解决了背景技术提及的技术问题四“通过人眼观察半月板是否成型，在水凝胶材料凝固的末期，水凝胶材料产生的状态变化较小，人眼观察的准确性较低，当人工判断成型而实际未成型时，造成制作的半月板的质量较低，当人工判断未成型而实际已成型时，照射设备占用的时间较长，造成照射设备的浪费”。导致制作的半月板的质量较低或照射设备的浪费的因素往往如下：通过人眼观察半月板是否成型，在水凝胶材料凝固的末期，水凝胶材料产生的状态变化较小，人眼观察的准确性较低，当人工判断成型而实际未成型时，造成制作的半月板的质量较低，当人工判断未成型而实际已成型时，照射设备占用的时间较长，造成照射设备的浪费。如果解决了上述因素，就能达到提高半月板的质量，减少照射设备的浪费的效果。为了达到这一效果，本公开的组织工程半月板制造方法，首先，响应于接收到照射开启信息，控制上述照射设备执行照射开启操作，以及执行以下检测步骤：首先，响应于当前时间满足预设第二间隔时长条件，控制上述图像采集组件采集第二半月板透明模具图像。由此，可以采集当前时间的半月板透明模具的图像，从而可以用于确定待凝固组织工程半月板是否凝固成型。其次，控制上述模具调节组件根据预设调节信息序列，调节上述半月板透明模具。由此，可以调节半月板透明模具，从而可以使未凝固的半月板水凝胶材料产生一定的流动。然后，控制上述图像采集组件采集第三半月板透明模具图像。由此，可以得到调节后的半月板透明模具图像。之后，对第二半月板透明模具图像进行纹理特征提取处理，得到第一纹理特征信息。对第三半月板透明模具图像进行纹理特征提取处理，得到第二纹理特征信息。由此，可以得到调节半月板模具前后的半月板透明模具图像的各个图像纹理特征，从而可以用于确定待凝固组织工程半月板包括的半月板水凝胶材料是否完全凝固。接着，对第一纹理特征信息和第二纹理特征信息进行匹配处理，得到匹配信息。由此，可以得知调节半月板模具前后的半月板透明模具图像的各个图像纹理特征是否匹配，从而可以用于确定待凝固组织工程半月板包括的半月板水凝胶材料是否完全凝固。紧接着，响应于确定上述匹配信息未满足预设匹配条件，继续执行上述检测步骤。由此，当待凝固组织工程半月板包括的半月板水凝胶材料没有完全凝固时，继续进行检测。最后，响应于确定上述匹配信息满足上述预设匹配条件，控制上述照射设备执行照射关闭操作，以及控制相关联的声音播放设备播放预设照射完成信息。当通过采集的半月板模具图像确定待凝固组织工程半月板包括的半月板水凝胶材料完全凝固时，可以自动停止照射并提示制备人员。也因为在确定通过半月板水凝胶材料制作的组织工程半月板是否固定成型时，可以通过设置检测的间隔时长，通过模具调节组件对半月板透明模具进行调节，然后通过图像分析检测出人眼不容易观察到的细微的流动变化，从而提高了判断待凝固组织工程半月板是否完全凝固的准确性，由此，可以提高半月板的质量，减少照射设备的浪费。
本公开的上述各个实施例具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的组织工程半月板制造方法，可以提高组织工程半月板的适用性。具体来说，造成半月板的适用性较低的原因在于：通过3D打印的方式打印水凝胶材料，当水凝胶材料的可打印性较低时，打印得到的组织工程半月板的形状和尺寸的准确性较低，从而造成组织工程半月板的适用性较低。基于此，本公开的一些实施例的组织工程半月板制造方法，首先，获取半月板影像数据。由此，可以得到需要修复的半月板的图像数据，从而可以制作个性化的半月板。其次，根据上述半月板影像数据，生成半月板点云数据。由此，可以得到半月板的三维数据，从而可以用于生成半月板模型。然后，根据上述半月板点云数据，生成半月板曲面模型。由此，可以得到半月板的三维模型，从而可以用于生成制作半月板的模具的三维模型。之后，根据上述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型。由此，可以得到与需要修复的半月板贴合度较高的半月板模具的三维模型，从而可以用于制作半月板模具。接着，控制相关联的模具制造装置根据上述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具。由此，可以得到用于制作半月板的透明的模具，从而可以用于制作半月板以及便于观察制作半月板的过程。紧接着，控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入上述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板。由此，可以通过注塑工艺将预先制备的半月板水凝胶材料注入至模具中，从而可以提高制作得到的半月板的形状和尺寸的准确性。最后，控制相关联的照射设备照射上述待凝固组织工程半月板，得到组织工程半月板。由此，可以得到形状和尺寸贴合度较高的组织工程半月板，从而可以提高组织工程半月板的适用性。也因为在制作组织工程半月板时，首先制造出与需要修复的半月板贴合度较高的半月板模具，然后，通过注塑工艺将可打印性较差的半月板水凝胶材料注入至半月板模具中，从而提高了组织工程半月板与实际需要修复的半月板的贴合度，由此，可以提高组织工程半月板的适用性。
本公开还提供了一种组织工程半月板。该组织工程半月板是通过上述步骤201-207制备得到的。
以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种组织工程半月板制造方法，包括：
获取半月板影像数据；
根据所述半月板影像数据，生成半月板点云数据；
根据所述半月板点云数据，生成半月板曲面模型；
根据所述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型；
控制相关联的模具制造装置根据所述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具，其中，所述半月板透明模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具配合，所述上模具的上表面还设置有浇口，所述上模具的上表面还设置有冒口；
控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入所述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板，其中，所述半月板注塑设备包括注塑组件、图像采集组件和模具调节组件，所述半月板透明模具可拆卸地设置在所述模具调节组件包括的模具固定组件上，所述图像采集组件与所述冒口同侧；以及
所述控制相关联的半月板注塑设备将预制半月板水凝胶材料注入所述半月板透明模具中，得到待凝固组织工程半月板，包括：
响应于接收到注塑开始信息，控制所述注塑组件将预制半月板水凝胶材料注入所述半月板透明模具中；
响应于确定当前时间满足预设第一间隔时长条件，控制所述图像采集组件采集第一半月板透明模具图像；
对所述第一半月板透明模具图像进行缺陷检测处理，得到缺陷检测信息；
响应于确定所述缺陷检测信息满足预设检测条件，根据所述缺陷检测信息，确定缺陷面积信息；
根据所述缺陷检测信息，生成调节角度信息；
将所述缺陷面积信息输入预设调节信息生成模型，得到对应所述模具调节组件的调节信息，其中，所述调节信息包括调节速度和调节时长；
控制所述模具调节组件根据所述调节速度、所述调节角度信息和所述调节时长，调节所述半月板透明模具；
所述预制半月板水凝胶材料是通过半月板水凝胶材料制备方法制备得到的，所述半月板水凝胶材料制备方法包括：
将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液，其中，所述将丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液，包括：
通过振荡器对丙烯酰基甘氨酸单体、壳聚糖、甲叉双丙烯酰胺水溶液、光引发剂与水进行混合处理，得到混合溶液，其中，所述丙烯酰基甘氨酸单体的含量范围为0.1~10克，所述壳聚糖的质量分数范围为0.2%~10%，所述甲叉双丙烯酰胺水溶液的浓度范围为5~20毫克/毫升，所述光引发剂的质量分数为0.1%~1%；
对所述混合溶液进行加热处理，得到半月板水凝胶复合溶液；
对所述半月板水凝胶复合溶液进行固化处理，得到半月板水凝胶材料；
控制相关联的照射设备照射所述待凝固组织工程半月板，得到组织工程半月板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述半月板曲面模型，生成半月板模具三维模型，包括：
对所述半月板曲面模型进行剪切处理，得到带竖直切面半月板模型、上交线和下交线；
根据所述半月板曲面模型和所述带竖直切面半月板模型，生成弯月形柱状体模型；
根据所述上交线和所述下交线，对所述弯月形柱状体模型进行分型处理，得到半月板上模具模型和半月板下模具模型；
将所述半月板上模具模型和所述半月板下模具模型确定为半月板模具三维模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具制造装置包括机加工设备、电化学腐蚀设备和半月板模具注塑设备；以及
所述控制相关联的模具制造装置根据所述半月板模具三维模型，制造半月板透明模具，包括：
控制所述机加工设备根据所述半月板模具三维模型，加工得到半月板模具凸模；
控制所述电化学腐蚀设备对所述半月板模具凸模进行电化学腐蚀处理，得到半月板模具型腔；
控制所述半月板模具注塑设备将预制透明注塑材料注入所述半月板模具型腔，得到半月板透明模具。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述上模具中设置有定位槽，所述下模具的上表面设置有定位柱，所述定位槽与所述定位柱过盈配合。
5.一种组织工程半月板，其中，所述组织工程半月板是通过如权利要求1-4任一所述的组织工程半月板制造方法制备得到的。
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