[发明专利]生物3D打印系统与方法

说明书

本发明公开了一种生物3D打印系统与方法，该系统包括医学成像模块、声场反演模块、人工智能模块、声操控模块及水箱，其中，医学成像模块用于对人体组织进行成像，获得组织切片图像；声场反演模块用于将获得的组织切片图像作为目标声场，并计算合成目标声场对应的超声脉冲序列；人工智能模块用于将组织切片图像和超声脉冲序列输入预置的深度神经网络学习模型，获得目标三维结构数字模型和目标超声脉冲序列；声操控模块用于发射目标超声脉冲序列，建立与目标三维结构数字模型对应的声场，并利用该声场捕获水箱中的悬浮细胞，构建与人体组织对应的生物组织结构。本发明可以有效保障细胞的生物活性，以及在交联成型时避免对细胞造成损伤。

技术领域

本发明涉及细胞打印技术领域，尤其涉及一种生物3D打印系统与方法。

背景技术

生物3D打印是一种能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造组织工程支架和组织器官等制品的技术，可以有效解决目前移植器官来源有限的问题。

当前生物3D打印技术方面，最大的难点体现在细胞活性与交联成型。首先在细胞活性方面，对于液滴喷射式和挤压成型式的打印方式而言，二者共同特点是有喷嘴，而有喷嘴的打印方式细胞活性一直是个难题，由于在细胞打印时，对细胞造成损伤最大的因素，是打印时液体流动所造成的剪切力，而喷嘴结构在喷嘴口径较小时，会大大增加对细胞的损伤，所以在这种有喷嘴结构的打印方式中，细胞活性和打印精度是难以兼得的，增加喷嘴口径会降低打印分辨率，而减小喷嘴口径会降低细胞活性。其次在交联成型方面，交联成型就是将打印得到的生物墨水图样，通过温控、化学处理、紫外照射等方式固定成型，然而这些交联方式都有可能会对细胞造成损伤。

发明内容

本申请提供了一种生物3D打印系统与方法，可以解决现有技术中的生物3D打印技术，难以保障细胞活性，在交联成型时容易对细胞造成损伤的技术问题。

具体的，本发明第一方面提供一种生物3D打印系统，该系统包括医学成像模块、声场反演模块、人工智能模块、声操控模块及水箱；

所述医学成像模块用于对人体组织进行成像，获得组织切片图像；

所述声场反演模块用于将获得的组织切片图像作为目标声场，并计算合成所述目标声场对应的超声脉冲序列；

所述人工智能模块用于将所述组织切片图像和所述超声脉冲序列输入预置的深度神经网络学习模型，获得目标三维结构数字模型和目标超声脉冲序列；

所述声操控模块用于发射所述目标超声脉冲序列，建立与所述目标三维结构数字模型对应的声场，并利用所述声场捕获所述水箱中的悬浮细胞，构建与所述人体组织对应的生物组织结构。

优选地，所述声场反演模块具体用于：

以所述组织切片图像为目标声场，将虚拟点源按所述组织切片图像进行排列和分布，形成组织图案；

根据所述组织图案的灰度，设置目标空间位置点源的强度，并根据声波动方程反向计算所述超声脉冲序列。

优选地，所述声操控模块包括阵列超声换能器、信号发生器和功率放大器；

所述阵列超声换能器为基于面阵列的超声换能器或者基于环阵列的超声换能器，所述信号发生器用于产生激励所述阵列超声换能器的电信号，所述功率放大器用于放大所述电信号。

优选地，所述声操控模块还包括波束合成器；

所述阵列超声换能器上的每个阵元对应所述波束合成器、所述信号发生器及所述功率放大器中的一个发射/接收通道。

优选地，所述阵列超声换能器位于所述水箱中。

优选地，所述水箱内包括含有悬浮细胞和生长因子的生物墨水。