CN116160684B 一种仿血管网络的超声打印方法、系统以及存储介质 （深圳大学）

(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN116160684B(65)同一申请的已公布的文献号(73)专利权人深圳大学地址518060广东省深圳市南山区粤海街道南海大道3688号(72)发明人胡亚欣翁炜雄(74)专利代理机构深圳鼎合诚知识产权代理有限公司44281专利代理师郭燕彭家恩B29C64/386(2017.01)审查员赵维静一种仿血管网络的超声打印方法、系统以及存储介质一种仿血管网络的超声打印方法、系统以及的预设打印信息，预设打印信息包括打印路径以及打印路径上每个打印位点对应的打印截面积；根据仿体确定打印需要的第一空化强度，确定至少两个打印换能器的激励参数；根据预设打印信息，调整至少两个打印换能器的共聚焦区域的位置、形状以及大小；确定共聚焦区域的空化强度大于或等于第一空化强度，开始对仿体进行打印；获取当前的打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制共聚焦区域移动至下一个待打印的打印位点。本申请可以直接在已固获取仿血管网络的预设打印信息，预设打印信息包获取仿血管网络的预设打印信息，预设打印信息包括打印路径以及打印路径上每个打印位点对应的打印截面积根据仿体确定打印需要的第一空化强度，确定至少两个打印换能器的激励参数根据预设打印信息，调整至少两个打印换能器的共聚焦区确定共聚焦区域的空化强度大于或等于第一空化获取当前的打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制共聚焦区域移动至下一个待打印的打印位点，并根据下一个待打印的打印位点需要的打印截面积调整共聚焦区域的大小；若不满足预设打印信息，则继续当前的打印位点的打印，在预设间隔时间后再次获取当前的打印位点的实际打印截面积21.一种仿血管网络的超声打印方法，其特征获取仿血管网络的预设打印信息，所述预设打印信息包括打印路径以及所述打印路径上每个打印位点对应的打印截面积；根据仿体确定打印需要的第一空化强度、第二空化强度，确定至少两个打印换能器的激励参数；根据所述预设打印信息，调整所述至少两个打印换能器的共聚焦区域的位置、形状以及大小；确定所述共聚焦区域的空化强度大于或等于所述第一空化强度以及除共聚焦区域以外的区域的空化强度小于第二空化强度，开始对所述仿体进行打印，其中，所述仿体在所述共聚焦区域发生微损并形成空腔，在除共聚焦区域以外的区域不会出现损伤；获取当前的所述打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制所述共聚焦区域移动至下一个待打印的所述打印位点，并根据下一个待打印的所述打印位点需要的打印截面积调整所述共聚焦区域的大小；若不满足预设打印信息，则继续当前的所述打印位点的打印，在预设间隔时间后再次获取当前的所述打印位点的实际打印截面积。2.如权利要求1所述的超声打印方法，其特征在于，所述开始对所述仿体进行打印之确定实际起始打印位点是否满足所述预设打印信息中的起始打印位点的要求。3.如权利要求1所述的超声打印方法，其特征在于，确定所述共聚焦区域的空化强度大获取所述共聚焦区域产生的第一回波信号，对所述第一回波信号进行处理，得到对应的宽带噪声分量的强度，以此量化所述共聚焦区域的空化强度；当所述空化强度小于所述第一空化强度，调整所述打印换能器的激励参数，以使得所述共聚焦区域的空化强度大于或等于所述第一空化强度，所述激励参数包括发射中心频率、激励电压、脉冲持续时间以及脉冲重复频率中至少一个。4.如权利要求3所述的超声打印方法，其特征在于，对所述第一回波信号进行处理，包对所述第一回波信号频谱分析和/或波束合成，得到对应的宽带噪声分量的强度。5.如权利要求1所述的超声打印方法，其特征在于，获取当前的所述打印位点的实际打获取监控模块发射的第二超声波信号的第二回波信号，根据所述第二回波信号得到当前的所述打印位点对应的截面图像，根据所述截面图像计算当前的所述打印位点的实际打印截面积。6.如权利要求1所述的超声打印方法，其特征在于，调整所述至少两个打印换能器的共调整所述至少两个打印换能器的声束夹角以及相交位置，以调整所述共聚焦区域的形状以及大小。至少两个打印换能器，所述打印换能器用于发射第一超声波信号，所述至少两个打印换能器的第一超声波信号形成共聚焦区域；3第一运动机构，用于驱动所述打印换能器发生相对运动，以调整所述共聚焦区域的形状与大小，以及所述共聚焦区域相对于所述第一运动机构的第一位置；第二运动机构，用于驱动所述第一运动机构运动，所述打印换能器跟随所述第一运动机构运动，以调整所述共聚焦区域相对于仿体的第二位置；获取仿血管网络的预设打印信息，所述预设打印信息包括打印路径以及所述打印路径上每个打印位点对应的打印截面积；根据仿体确定打印需要的第一空化强度、第二空化强度，确定至少两个打印换能器的激励参数；根据所述预设打印信息，调整所述至少两个打印换能器的共聚焦区域的位置、形状以及大小；确定所述共聚焦区域的空化强度大于或等于所述第一空化强度以及除共聚焦区域以外的区域的空化强度小于第二空化强度，开始对所述仿体进行打印，其中，所述仿体在所述共聚焦区域发生微损并形成空腔，在除共聚焦区域以外的区域不会出现损伤；获取当前的所述打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制所述共聚焦区域移动至下一个待打印的所述打印位点，并根据下一个待打印的所述打印位点需要的打印截面积调整所述共聚焦区域的大小；若不满足预设打印信息，则继续当前的所述打印位点的打印，在预设间隔时间后再次获取当前的所述打印位点的实际打印截面积。8.如权利要求7所述的超声打印系统，其特征在于，所述超声打印系统还包括监控模所述监控模块用于向所述仿体发射第二超声波信号，接收所述第二超声波信号的第二回波信号；还用于接收所述第一超声波信号的第一回波信号；所述控制模块根据所述第二回波信号，确定实际打印截面积；根据所述第一回波信号确定所述共聚焦区域的空化强度。9.如权利要求8所述的超声打印系统，其特征在于，所述超声打印系统还包括打印容所述打印容器用于容纳耦合剂，所述超声打印系统工作时，所述仿体浸泡在所述耦合剂中，所述打印换能器与监控模块通过所述耦合剂向所述仿体发射超声波信号；所述耦合剂中添加有声敏纳米微粒，所述声敏纳米微粒用于增强所述第一超声波信号的热效应、声化学反应或声空化效应。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。4一种仿血管网络的超声打印方法、系统以及存储介质技术领域[0001]本发明涉及仿血管制造技术领域，具体涉及一种仿血管网络的超声打印方法、系统以及存储介质。背景技术[0002]仿血管网络是生物医学实验研究以及医疗影像设备测试中常用到的重要工具。例如，在生物医学药物释放研究中，通过将血管上皮细胞贴附种植于仿血管网络内壁，可以构建人造血管和类器官，分析血液药物对血管上皮细胞的治疗效果。又例如，在血流的超声多普勒成像中，常用仿血管网络进行血流成像准确率的测试。仿血管网络的参数(管腔直径、形状、分叉管数量和流量等)可以决定的血流动力学特征，从而模拟病变情况(如血管狭窄导致的异常血流状态),进而检验不同超声多普勒成像算法的准确性。[0003]现有仿血管网络打印技术多采取间接的方法，利用牺牲材料间接成型或固化血管外部软组织仿体，而直接在软组织远程打印管腔需要高的穿透效率和控制精度，现有光刻技术虽然具备高打印精度，但其在不透明组织中存在明显的光衰减，难以实现直接打印血管管腔。发明内容[0004]本发明主要解决的技术问题是现有的仿血管打印方法打印精度低或打印困难的[0006]获取仿血管网络的预设打印信息，预设打印信息包括打印路径以及打印路径上每个打印位点对应的打印截面积；[0007]根据仿体确定打印需要的第一空化强度、第二空化强度，确定至少两个打印换能器的激励参数；[0008]根据预设打印信息，调整至少两个打印换能器的共聚焦区域的位置、形状以及大[0009]确定共聚焦区域的空化强度大于或等于第一空化强度以及除共聚焦区域以外的区域的空化强度小于第二空化强度，开始对仿体进行打印；[0010]获取当前的打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制共聚焦区域移动至下一个待打印的打印位点，并根据下一个待打印的打印位点需要的打印截面积调整共聚焦区域的大小；若不满足预设打印信息，则继续当前的打印位点的打印，在预设间隔时间后再次获取当前的打印位点的实际打印截面积。[0012]至少两个打印换能器，打印换能器用于发射第一超声波信号，至少两个打印换能器的第一超声波信号形成共聚焦区域；[0013]第一运动机构，用于驱动打印换能器发生相对运动，以调整共聚焦区域的形状与5大小，以及共聚焦区域相对于第一运动机构的第一位置；[0014]第二运动机构，用于驱动第一运动机构运动，打印换能器跟随第一运动机构运动，以调整共聚焦区域相对于仿体的第二位置；[0016]获取仿血管网络的预设打印信息，预设打印信息包括打印路径以及打印路径上每个打印位点对应的打印截面积；[0017]根据仿体确定打印需要的第一空化强度、第二空化强度，确定至少两个打印换能器的激励参数；[0018]根据预设打印信息，调整至少两个打印换能器的共聚焦区域的位置、形状以及大[0019]确定共聚焦区域的空化强度大于或等于第一空化强度以及除共聚焦区域以外的区域的空化强度小于第二空化强度，开始对仿体进行打印；[0020]获取当前的打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制共聚焦区域移动至下一个待打印的打印位点，并根据下一个待打印的打印位点需要的打印截面积调整共聚焦区域的大小；若不满足预设打印信息，则继续当前的打印位点的打印，在预设间隔时间后再次获取当前的打印位点的实际打印截面积。[0021]根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，介质上存储有程序，程序能够被处理器执行以实现如第一方面所描述的方法。[0022]依据上述实施例的仿血管网络的超声打印方法、系统以及存储介质，通过采用至少两个打印换能器形成共聚焦区域，且共聚焦区域的大小与形状可调，可以实现在仿体中利用超声进行复杂仿血管网络打印。通过直接在已固化的软组织仿体打印仿血管管腔，简化了打印流程，极大的提高了打印效率。附图说明[0023]图1为本申请一种实施例提供的超声打印系统的结构示意图(一);[0024]图2为本申请一种实施例提供的超声打印系统的结构示意图(二);[0025]图3为本申请一种实施例提供的超声打印系统的结构示意图(三);[0026]图4为本申请一种实施例提供超声打印方法的流程图；[0027]图5为本申请一种实施例提供的共聚焦区域的调整示意图；[0028]图6为本申请一种实施例提供的监控模块的超声图像的示意图；[0029]图7为本申请一种实施例提供的监控模块采集的空化强度的示意图。具体实施方式[0031]下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征6请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。[0032]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。间接连接(联接)。[0034]3D打印是制备仿血管网络的一种可行方法，如基于熔融层积成型(FDM)打印技术的间接成型法，先打印作为血管内支撑的牺牲材料，然后在容器中放置牺牲材料并灌注组印方法的打印分辨率受材料特性和喷口尺寸影响，容易出现牺牲材料堵塞和仿体破裂的情况，且间接成型方法步骤繁琐，不适合有复杂分支和细小管径的仿血管网络制作。[0035]另一种现有技术是光固化成型技术，也称组织工程立体光刻仪(SLATE)技术，使用激光或紫外投影精确地固化聚合物，使其从流体转换为固体，光线以像素大小10微米-50微米不等的高分辨率打印每一层血管二维切片。当一层光凝固，再移动光点继续进行液体的光固化，完成下一层血管二维切片的打印，最后逐层完成三维仿血管网络的打印。SLATE技术利用仿体材料的光固化成型技术，对仿体材料有限制，需要高打印分辨率的光学设备，且这种逐行打印方法相对耗时，特别是在打印大体积结构时。此外，这种光在不透明仿体和人体组织存在显著的光衰减，不能完成深部打印，因体不仅仅需要在一定时间保持足够的机械强度和类似人体组织的粘弹性，可以承受外部压力和内部高血液流速，还需要高度的生物相容性和安全性。更重要的是，为了与人体血管系统保持相似性，仿血管网络要在三维空间分布和连通，且网络中存在不同管径、方向和分叉的管腔构型。目前三维复杂仿血管网络的制作仍需技术突破。[0037]本申请提供一种离体的仿血管网络的打印系统和方法，通过超声波进行三维打印，其中在装满耦合剂(如水)的容器内放入软组织仿体100,在仿体100外放置高强度超声换能器作为打印换能器10,至少两个打印换能器10通过共聚焦的方式将声能量聚焦到容器内的声焦点区域，利用声焦点区域内固液界面处的声空化效应对软组织仿体100进行微损，形成空腔，通过第二运动机构30(如可编程数控机械臂)控制打印换能器10移动焦点，实现具有复杂结构的仿血管网络的离体远程打印，无需与打印位点物理接触。上述打印方法相较光学打印，具有焦点固定，穿透性好的特定，可以穿透软组织仿体100在十几厘米范围打印，且无毒副化合物产生。相比与上述FDM与SLATE方法，本申请提出的超声打印方法，可以直接打印中空管状结构，且管状结构可以达到毫米级控制精度，无需牺牲材料。同时，超声能量传播在不透明仿体100和人体组织衰减小，可以实现深部和不透明打印。[0038]在本申请中，仿体100可以采用琼脂、明胶或聚乙烯醇等材料，因为它们的声学特7性和力学特性接近真实软组织。[0039]本申请还提供一种软组织仿体100的材料和制备方法。仿体材料可以选用海藻酸钠或丙烯酰胺，将40%g/ml丙烯酰胺溶液、10%g/ml过硫酸铵溶液、交联剂N-N-亚甲基双丙烯酰胺以及氯化钙溶液和3%g/ml海藻酸钠溶液共同交联，可以制备具有高机械强度的软组织仿体100。当然，仿体材料也可以是其他具有高生物相容性，且声学特性和力学特性与人体软组织相近的天然材料或合成材料。为了避免打印过程中出现仿体100破裂的情况，优选具有一定机械强度的仿体材料，并控制声激励参数。通过调节上述打印材料的成分，配比和固化过程中的外部环境条件，可以调节软组织仿体100的材料特性。如在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)固化过程中提高PDMS和光固化剂的比例，可以使固化后的软组织仿体100更加均匀透明。[0040]下面对本申请提供的仿血管网络的超声打印系统与方法进行具体说明。[0041]如图1所示，本申请实施例提供一种仿血管网络的超声打印系统，可以包括：至少两个打印换能器10、第一运动机构20、第二运动机构30以及控制模块50。一些实施例中，超声打印系统还可以包括监控模块40。[0042]如图2所示，两个打印换能器10至少为两个，可以是三个或四个等，打印换能器10用于发射第一超声波信号，至少两个打印换能器10的发射中心线相交，至少两个打印换能器10的第一超声波信号形成共聚焦区域11,共聚焦区域11也可以称为打印管腔区域或声打印区域或声焦点区域。在无特别说明的情况下，本申请以两个打印换能器10为例进行说明。[0043]现有高强度超声换能器虽然可以将声能聚焦到空间中的焦域，但单个超声换能器同时焦域大小和形状固化不可变。本申请实施例提出一种利用两个高强度超声换能器共聚焦方式，通过第一运动机构20改变两个换能器声场共聚焦的声束夹角和相交位置，来改变声打印区域(共聚焦区域11)的形状和尺寸大小，从而可以实现不同管径的仿血管网络打[0044]如图2所示，第一运动机构20用于驱动多个打印换能器10之间发生相对运动，以调整共聚焦区域11的形状与大小，以及共聚焦区域11相对于第一运动机构20的第一位置。其中，第一运动机构20可以包括第一夹具21、多个第二夹具22以及多个电动旋转轴23,打印换能器10安装在电动旋转轴23上。通过电动旋转轴23,打印换能器10可以被驱动相对于第二夹具22转动；第二夹具22相对于第一夹具21可以摆动或转动，以使得多个第二夹具22支架的夹角改变，打印换能器10可以跟随第二夹具22的转动而运动。[0045]如图3所示，两个高强度超声换能器在声打印区域的超声参数/激励参数(频率、脉冲宽度、脉冲重复频率等)可以通过信号发生器51同步和控制。通过共聚焦的方式改变聚焦聚焦区域11的垂直和左右方向移动去扩大管径，可以打印截面积大于50mm²的仿血管。复杂血管网络可以通过第二运动机构30规划打印路径。[0046]如图1与图2所示，监控模块40安装在第一运动机构20上，监控模块40用于向仿体100发射第二超声波信号，接收第二超声波信号的第二回波信号；还用于接收第一超声波信号的第一回波信号。[0047]为了保证声打印过程可靠性和精准性，本申请为声打印过程增加了监控模块40,8监控模块40可以包括监控超声成像探头，探头可以对打印换能器10打印过程中进行空化强度成像，以及对打印结束后管腔的尺寸进行定量评价成像。[0048]一些实施例中，上述监控超声成像探头可以替换为无源水听器，无源水听器可以通过有线连接的方式连接到示波器的输入端，对打印换能器10的背向散射回波进行监测，获取空化强度信息。在另一些实施例中，超声打印系统还可以包括一个高速光学摄像机，可以将高速光学摄影机安装在上述容器壁上，以便对打印过程进行进一步观察。[0049]如图1所示，第二运动机构30用于驱动第一运动机构20运动，打印换能器10以及监控模块40跟随第一运动机构20运动，以调整共聚焦区域11相对于仿体100的第二位置。例如，第二运动运动机构可以是可编程数控机械臂。[0050]本申请实施例中，第二运动机构30可以包括一个可编程数控机械臂。打印换能器10被固定在第一运动机构20上，打印换能器10、监控模块40以及第一运动机构20的整体可以称为打印前端，通过移动打印前端实现共聚焦区域11移动，在空间中远程直接打印。由于共聚焦区域11升温快且对共聚焦区域11外软组织仿体100的影响小，故逐行打印速率和打印分辨率也受到可编程数控机械臂移动速率和移动精度的限制，可编程数控机械臂的移动打印速率可以达到15000mm³-35000mm³/h。[0051]控制模块50用于控制打印换能器10、第一运动机构20、第二运动机构30以及监控模块40工作。例如，可以使用多阵元超声成像换能器作为监控模块40的超声成像探头，其超声波发射中心线与打印换能器10的发射中心线相交。超声成像探头可以在主动发射脉冲扫描成像(即发射第二超声波信号并获取其第二回波信号)和被动接收打印换能器10回波(即第一超声波信号的第一回波信号)两种工作模式之间切换。控制模块50利用对应算法获取打印位点(对应共聚焦区域11的中心位置)的空间位置信息、打印管径面积(或称打印截面积)和空化强度信息，根据打印位点的空间位置信息控制可编程数控机械臂实时补偿第一运动机构20空间位置，根据空化强度信息调整打印换能器10发射参数和共聚焦设置，根据打印前后管腔内灰度差值获取打印截面积，进一步调整共聚焦设置和共聚焦区域11的移[0052]一些实施例中，控制模块50可以包括电源、信号发生器51以及信号放大器5发生器51和信号放大器52为打印换能器10提供电能，打印换能器10将电能转换为声能，最终输出高压超声波，并聚焦于声焦点处。声焦点区域(共聚焦区域11)的大小直接影响仿血管网络的打印分辨率，一般来说声焦点区域的大小与共聚焦设置、每个打印换能器10曲面的曲率半径、信号发生器51和信号放大器52所设置的激励参数相关，特别是与脉冲重复频率和脉冲持续时间相关，需要优选声激励参数，以尽可能提高打印分辨率。打印换能器10的中心频率可以在1MHz-20MHz之间，优选与打印换能器10中心谐振频率相近的频率作为打印换能器10的发射中心频率。受换能器曲面曲率半径影响，从焦点到打印换能器10前端的距焦点面积可以在大的范围内选择，打印换能器10激励脉冲重复频率在100Hz-10kHz之间，脉冲持续时间在20us-20ms之间。优选声激励参数，如更高的脉冲重复频率和更短的脉冲持续时间，可以在一定程度上提高打印分辨率。通过共聚焦的方式改变聚焦能量和声焦点区域大小，打印管径面积可以在0.75mm²-12mm²,通过第一运动机构20控制共聚焦区域11的上下左右移动扩大，可以打印截面积大于50mm²的管径。9[0053]一些实施例中，打印前端可以安装多阵元超声成像换能器作为监控超声成像探头(即监控模块40)。监控超声成像探头与控制模块50连接，可以主动发射超声脉冲，并利用回波重建图像。根据监控超声成像探头主动采集到的图像，可以得到打印位点的空间位置信息，和打印后的管径面积。也可以在打印换能器10工作时，被动接收共聚焦声焦点区域的回波。根据监控超声成像探头被动接收的回波，使用频谱分析方法和谐波滤波方法，获取共聚焦区域11处与空化强度相关的宽带噪声信息，并通过算法分析计算强度值以量化空化强度。上述共聚焦的多个打印换能器10,监控超声成像探头和数控机械臂共同构成超声打印系统控制的基础，在打印过程中，通过监控超声成像探头获取的数据和算法分析不断调整打印换能器10位置和输出脉冲参数，直到打印完成。[0054]下面针对超声打印系统进行进一步具体说明。[0055]如图2所示，系统前级包括第一夹具21、第二夹具22和电动旋转轴23组成的打印前端(即第一运动机构20)。打印换能器10安装在电动旋转轴23上，监控模块40安装第一夹具[0056]如图2所示，两个打印换能器10硬连接的方式固定在电动旋转轴23上，并通过第二夹具22固定到打印前端上。如图3所示，打印换能器10通过有线连接的方式连接到信号放大器52和信号发生器51的输出端。控制模块50通过与信号发生器51有线连接，控制信号发生器51输出到打印换能器10的激励参数，激励参数包括发射中心频率、脉冲持续时间和脉冲重复频率等。两个电动旋转轴23与控制模块50以有线连接的方式连接，控制前级电动旋转轴23以调节两个打印换能器10输出声束的声束夹角和相交位置。[0057]如图2所示，监控模块40通过第一夹具21固定在第一运动机构20的中心位置，与打印换能器10的共聚焦区域11对齐，并通过有线连接的方式与多通道脉冲收发电路53和控制模块50连接。控制模块50可以通过多通道脉冲收发电路53控制监控超声成像探头发射成像脉冲，也可以采集监控超声成像探头接收到的回波，并将采集到的回波数据送回到控制模块50上，通过回波分析和图像重建实现空间定位，强度分析和形态评估，以便系统实时控[0058]如图2所示，打印前端(包括共聚焦的多个打印换能器10、监控模块40以及第一运动机构20)通过硬连接的方式固定在可编程数控机械臂上，控制模块50通过有线连接的方式控制可编程数控机械臂移动打印前端，进而实现打印换能器10共聚焦区域11的移动。在打印时，上述打印前端和图示的软组织仿体100均浸入在除气水中，向除气水中添加包膜微泡，声能量聚焦到软组织仿体100和除气水的固液界面处，触发固液界面处的包膜微泡产生惯性空化，利用声空化效应对软组织仿体100进行微损，形成空腔。可编程数控机械臂控制打印前端移动，在声焦点移动的路径上打印出仿血管管腔。通过控制模块50设置信号发生器51输出参数，对共聚焦区域11进行设置，改变共聚焦区域11的空化强度；规划可编程数控机械臂打印路径，可以在软组织仿体100内部打印复杂的仿血管网络。[0059]一些实施例中，超声打印系统还可以包括打印容器。打印容器用于容纳耦合剂(如水，一般是除气水),超声打印系统工作时，仿体100浸泡在耦合剂中，打印换能器10与监控模块40通过耦合剂向仿体100发射超声波信号；也就是说，打印换能器10与监控模块40的部分或全部也浸泡在水中。[0060]一些实施例中，耦合剂中可以添加有声敏纳米微粒，声敏纳米微粒用于增强第一超声波信号的热效应、声化学反应或声空化效应。声敏纳米微粒可以是微泡。或者，可以在上述软组织仿体100的制备过程中添加其他声敏纳米微粒，以提高上述三维超声打印过程中热效应或声化学反应或声空化效应的效果。[0061]对于具有高韧性的软组织仿体100,往往需要高声能量来实现管腔打印，这在一定程度上限制了激励参数的选择，进而限制了打印精度。为了降低打印所需声能量，受到微泡放大声空化效应的启发，在三维超声打印时往水箱中加入微泡以增加打印效率，以及在仿体100制作过程中可以加入微泡以增加打印效率。水中注入微泡并在固液界面处打印以降低所需声能量，避免打印位点外的损伤。例如，使用的微泡可以为单层磷脂结构，内充满[0062]例如，打印容器可以是一个由有机玻璃制成的容器。在离体打印前，水被注入到有机玻璃容器中来耦合声能量，随后将软组织仿体100放入容器内，离体三维超声打印全程在容器中进行。可以在上述容器里的水中添加特定浓度的内部气核外部包膜的微泡以增强声空化效应，降低打印换能器10的激励参数要求。包膜微泡浓度范围可以在10⁴微泡/毫升-10⁷微泡/毫升之间。离体三维超声打印采用远程打印方法，控制固定在可编程数控机械臂上的打印前端，使共聚焦打印换能器10的共聚焦区域11与软组织仿体100和水固液界面处的打印位点对齐，打印时，共聚焦打印换能器10输出的声能量聚焦到固液界面处，触发除气水中的包膜微泡产生惯性空化，微泡坍缩产生能量，在固液界面处的软组织仿体100上产生微损，形成空腔。通过可编程数控机械臂控制打印前端，移动上述共聚焦打印换能器10焦点，在软组织仿体100内部声焦点移动路径处打印仿血管网络的管腔。打印后部分被分离出来的仿体材料通过仿血管网络进入到水中，不会对已打印的仿血管网络造成阻塞。[0063]下面就超声打印系统进行超声打印方法的具体过程进行阐述，如图4所示，方法可以包括如下步骤：[0064]步骤1、获取仿血管网络的预设打印信息，预设打印信息可以包括打印路径以及打印路径上每个打印位点对应的打印截面积。例如，在进行打印前，通过对应的软件对仿体100以及仿体100中的仿血管网络进行设计，导出对应的预设打印信息。每个打印位点在第二运动机构30的坐标系下具有确定空间位置信息，通过第一运动机构20与第二运动机构30的联合运动，可以将打印换能器10的共聚焦区域11对准打印位点。对应每一个打印位点，打印截面积也可以相同或不同，打印换能器10通过第一运动机构20对共聚焦区域11的大小与形状进行调整，以匹配打印截面积。当然，上述预设打印信息可以是通过软件设计后导出，或者是采用人为设计方式提供，本申请并不限制预设打印信息的形成方式。[0065]步骤2、根据仿体100确定打印需要的第一空化强度，确定至少两个打印换能器10的激励参数。[0066]一些实施例中，仿体100一般具有一个第一空化强度，在第一空化强度对应的超声能量下会发生微损，并形成空腔。但是在一些仿体100,在第二空化强度(小于第一空化强度)对应的超声能量下，并不未发生微损并形成空腔，但是会造成损伤，影响了仿体100的性[0067]例如，一种仿体100在1个单位的超声能量下会发生微损并形成空腔，在大于0.5个单位下会发生损伤，因此，单个打印换能器10发射的最大超声能量并不能大于0.5个单位，此时可以采用三个打印换能器10,每个打印换能器10发射0.33个单位，以使得三个打印换11能器10的共聚焦区域11的超声能量为1个单位，且除了共聚焦区域11以外的区域超声能量小于0.5个单位。此时，仿体100只会在共聚焦区域11发生微损并形成空腔，其他区域并不会[0068]因此，本申请实施例中，根据仿体100确定第一空化强度、第二空化强度以及打印换能器10的数量以及打印换能器10的最大输出超声对应的激励参数。以实现在满足微损打[0069]步骤3、根据预设打印信息，调整至少两个打印换能器10的共聚焦区域11的位置、形状以及大小。[0070]一些实施例中，调整至少两个打印换能器10的共聚焦区域11的位置、形状以及大[0071]步骤301、调整至少两个打印换能器10的声束夹角θ以及相交位置，以调整共聚焦区域11的形状以及大小。[0072]如图5所示，第一运动机构20可以调整打印换能器10与所在的第二夹具22之间的角度，也可以调整第二夹具22与第一夹具21之间的角度，以使得共聚焦区域11可以如图5中的(a)向图5中的(b)变化，此时共聚焦区域11相对应第一运动机构20的第一位置发生变化，形状与大小也发生变化。[0074]步骤302、确定实际起始打印位点是否满足预设打印信息中的起始打印位点的要[0075]例如，通过获取预设打印信息中的起始打印位点的空间位置信息，并根据第一运动机构20与第二运动机构30的结构、打印换能器10的声束夹角θ以及相交位置等信息，可以确定当前的共聚焦区域11的位置。若当前共聚焦区域11的位置与预设打印信息中的起始打印位点的偏差大于预设范围，如0.5mm,则通过第二运动机构30进行调整。[0076]一些实施例中，可以是进行一次预打印后，预打印的打印截面积小于起始打印位点的打印截面积。通过监控模块40进行第二超声波信号的第二回波信息的处理，确定预打印形成的空腔在仿体100的位置，对实际起始打印位点位置进行验证，确定实际起始打印位点是否满足预设打印信息中的起始打印位点的要求之后，再开始正式打印。不满足要求则根据预打印形成的空腔在仿体100的位置进行实际起始打印位点的调整。[0077]步骤4、确定共聚焦区域11的空化强度大于或等于第一空化强度，开始对仿体100进行打印。[0078]一些实施例中，确定共聚焦区域11的空化强度大于或等于第一空化强度，可以包[0079]步骤401、获取共聚焦区域11产生的第一回波信号，对第一回波信号进行处理，得到对应的宽带噪声分量的强度，以此量化共聚焦区域11的空化强度。[0080]步骤402、当空化强度小于第一空化强度，调整打印换能器10的激励参数，以使得共聚焦区域11的空化强度大于或等于第一空化强度，激励参数可以包括发射中心频率、激励电压、脉冲持续时间以及脉冲重复频率中至少一个。[0081]由于在步骤2中确定的激励参数为设计理想值，实际产生的共聚焦区域11的空化强度必然存在偏差，因此，在进行打印的过程中，通过监控模块40获取第一回波信号，进行空化强度的分析，根据实际的空化强度进行激励参数的调整，以满足打印空化强度的要求。[0083]对第一回波信号频谱分析和/或波束合成，得到对应的宽带噪声分量的强度。[0084]如图6所示，在控制模块50的控制下，多通道脉冲收发电路53和监控超声成像探头可以在主动发射脉冲扫描成像和被动接收打印换能器10的回波两种工作模式之间切换。在开始打印前，多通道脉冲收发电路53控制监控超声成像探头主动发射成像脉冲进行扫描成像，并接收主动成像脉冲的回波。控制模块50在接收到回波后，通过波束合成和图像重建获取B模式图像(如图6中的(a)、(b)以及(c)所示)。由于监控模块40与共聚焦区域11保持对齐，通过在B模式图像可以确定实际打印位点的空间位置，通过第一运动机构20与第二运动机构30的结构关系，可以得到共聚焦区域11的理论空间位置。通过计算可以得到共聚焦区域11的理论空间位置和实际打印位点的相对位置差。并在需要时控制可编程数控机械臂适当调整声打印前端位置，对相对位置差进行补偿，以满足打印需要。一般是在打印开始前，确定起始打印点的实际空间位置与共聚焦区域11的理论空间位置的相对位置差。[0085]如图7所示，在正式打印前，控制模块50通过信号发生器51向打印换能器10输出激励，发射测试超声脉冲，同时多通道收发电路通过监控模块40被动接收共聚焦区域11的背向散射回波，控制模块50收到回波后，通过傅里叶变换对背向散射回波进行频谱分析，并使用带通滤波器和带阻滤波器获取回波中与空化强度相关的宽带噪声分量，通过对滤波后的频谱进行平方和计算获取宽带噪声分量的强度，以此量化回波信号中的空化剂量，判断是否达到预设强度，并适当调整信号发生器51输出参数以满足打印需要，在空化剂量不足时以预设增量提高激励电压，脉冲持续时间或脉冲重复频率。在确定打印位置，发射脉冲均满足打印需要后，打印换能器10开始正式打印。[0086]步骤5、获取当前的打印位点的实际打印截面积，若满足预设打印信息，则控制共聚焦区域11移动至下一个待打印的打印位点，并根据下一个待打印的打印位点需要的打印截面积调整共聚焦区域11的大小；若不满足预设打印信息，则继续当前的打印位点的打印，在预设间隔时间后再次获取当前的打印位点的实际打印截面积。[0088]步骤501、获取监控模块40发射的第二超声波信号的第二回波信号，根据第二回波信号得到当前的打印位点对应的截面图像，根据截面图像计算当前的打印位点的实际打印截面积。[0089]在实际打印过程中，通过超声对仿体100造成微损并形成空腔需要一定作用时间，这与仿体100的材质、耦合剂中声敏纳米微粒的浓度与成分，以及打印换能器10的激励参数均有关系。因此，需要在预设间隔时间进行打印截面积的获取，保证实际打印截面积满足要求后再进行下一个打印位点的打印，保证仿血管的打印质量。[0090]在打印换能器10正式打印结束后，通过多路脉冲收发电路控制监控模块40再次进行主动扫描成像，获取已打印仿血管管腔的截面图像。控制模块50对打印前后打印位点的图像进行形态分析，通过算法计算管腔形状和面积，判断管腔是否打印完成。若没有满足打印要求，适当调整信号发生器51输出激励时间和共聚焦区域11设置，直到打印的管腔满足要求，机械臂控制打印前端移动到下一个打印位点。整套系统由控制模块50控制，并按预设参数持续运行。[0091]如图5所示，两个打印换能器10之间的角度和位置可以通过第二夹具22以及电动旋转轴23进行控制。控制模块50通过电动旋转轴23调节打印换能器10发射声束之间的声束夹角θ和相交位置，改变共聚焦区域11的形状和尺寸，以打印不同形状和管径的仿血管网[0092]如图5中的(a)所示，控制模块50控制电动旋转轴23增加打印换能器10之间的声场束角θ,两个打印换能器10的发射声束(发射声束近换能器一侧较粗区域)在空间中重合，形成共聚焦区域11,此时共聚焦区域11比单个打印换能器10焦域更大，可以用于打印管径更大的仿血管管腔。[0093]如图5中的(b)所示，控制模块50电动旋转轴23减小打印换能器10之间的声场束角θ,两个打印换能器10的焦域(发射声束最窄处)在空间中重合，形成比单个打印换能器10焦域更小的共聚焦区域11,可以获得更高的打印分辨率，用于打印较管径较小的管腔。在调节过程中，固定在打印前端中心的监控模块40应始终保持与声焦点区域对齐。[0094]图6中的(a)至(c)是监控模块40通过第二超声波的第二回波信号得到超声图像。图6中的(a)是打印前监控模块40主动扫描获得的软组织仿体100截面的超声灰度图像，而图6中的(b)与(c)则是打印后监控模块40主动扫描获得的软组织仿体100管腔截面超声灰度图像。从图片中可以看到，打印后打印管腔内壁由于强反射表现为高亮灰度值增加，而管腔内部灰度值降低，与打印前仿体100截面灰度值存在差值。在成像位置不变的情况下，用打印后管壁区域的灰度值(图6的(b)与(c)中的高亮区域)作为边界分割，并用打印前管腔内部区域的灰度值图6中的(a)减去打印后管腔内部区域的灰度值得到打印前后图像的灰度值差值，获取已打印管腔的像素区域，见图6中的(d)与(e)。在已知成像深度和横向分辨率的前提下，可以知道像素图像的实际空间大小，通过图像像素数据大小可以换算得到单个像素的尺寸，进而用图6中的(d)与(e)管腔内像素数量计算管腔尺寸(即打印截面积),通过管腔尺寸和形状判断是否已满足打印需要。若没有满足打印要求，在信号发生器51输出脉冲参数设置正确的情况下。控制模块50调整信号发生器51的脉冲发射时间和共聚焦区域11的设置，或者通过可编程数控机械臂控制共聚焦区域11的垂直和左右方向移动去扩大管[0095]本申请提供的三维超声打印方法重点在于直接打印的方法，利用强聚焦超声换能器的共聚焦和声空化效应，直接在已固化的软组织仿体100内打印仿血管管腔，极大的提高了打印效率。在打印时可以添加包膜微泡，以增强声空化效应。三维超声打印系统的核心在于引入共聚焦方法，通过电动旋转轴23等改变两个换能器声场共聚焦的声束夹角和相交位置，控制声打印区域的形状和尺寸，可以在合适的声激励参数下打印不同形