3D打印在心臟模型中的有效性

    2022-11-28 07:33:01 編輯:巨象三維3D打印 來源:3D打印公司
    現代科學的許多奇跡允許醫療專業人員和外科醫生通過修復心臟問題來拯救患者,他們使用的工具繼續推進先進的圖像,3D打印等技術 - 有時兩者結合在一起。在悉尼大學KamarulAmin Abdullah的“使用三維打印技術進行心臟成像的CT優化協議”中,進行了一項三層研究,首先是3D打印心臟模型。接下來,將其放置在Lungman體模內并進行掃描,使研究人員能夠重建數據,然后進行測量和比較,以確定減少劑量的潛力。最后,評估了使用具有不同強度和“低管電壓進行劑量優化研究”的算法。
    模體通常用于細化圖像,例如CT掃描,允許更好的優化,評估質量,以及確定在使用過程中發生的輻射劑量- 這已成為越來越受關注的問題:

    “全國輻射防護和測量委員會(NCRP)最近的報告指出,CT檢查對美國人口輻射劑量的貢獻率為24%,自1993年以來每年增加10%,”研究人員表示。。“在澳大利亞,CT檢查的輻射劑量從2006年到2012年增加了36%。因此,CT輻射劑量的增加是全球趨勢,CT檢查現在被認為是人口劑量的最大貢獻者。”

    CT掃描技術非常有用,現在廣泛使用,隨著輻射暴露,使用量不斷增加。由于輻射影響DNA,以及在掃描過程中易受肺部和乳房影響,癌癥風險是主要問題。事實上,在肺部器官劑量范圍為42至91 mSv且女性乳房的器官劑量范圍為50至80 mSv的情況下,20歲女性患癌癥的風險為0.7,而男性患癌癥風險為0.03%。 80。

    暴露期間降低癌癥風險是一個問題,這樣做的典型方法是使用以下方法:
    •管電流減少
    •管電壓低
    •高音協議
    •掃描覆蓋范圍限制
    •鉍屏蔽
    •ECG控制的管電流調制
    •前瞻性心電門控
    •迭代重建算法


    “其中,IR算法因其能夠在低曝光因子下降低噪音,因而在保持圖像質量的同時減少劑量而成為研究人員特別感興趣,”研究人員表示。“目前,濾波反投影(FBP)是最廣泛使用的圖像重建算法,由于其魯棒和快速的算法,可以將數據重建為CT圖像。然而,FBP固有地增加圖像噪聲并在低曝光因子下產生偽像,因此使用IR算法。

    科學家將基于幻影的劑量優化方法視為“適合”冠狀動脈計算機斷層掃描血管造影研究的方法。目前,使用患者數據會由于產生的輻射而引起問題,同時發現可能患有冠狀動脈疾?。–AD)的足夠患者。用于優化研究的典型模型是Catphan系列和美國放射學學院模型,對研究團隊具有吸引力,因為它們既全面又復雜。但是,這里需要更精確的體模,并且前面提到的類型不能很好地復制所需的特征。


    身體模型的一個例子是Catphan®500(The Phantom Laboratory,Salem,NY)。該體模廣泛用于測試CT掃描儀的性能。幽靈包括五個模塊評估圖像質量;(i)CTP401用于切片寬度,感光度和像素大小,
    (ii)用于線對和點源空間分辨率的CTP528,
    (iv)用于子切片和上文的CTP515切片低對比度和(v)CTP486的圖像均勻性。

    研究人員表示,Lungman擬人胸部模型配有模仿心臟的模型,周圍的結構和組織與真實患者非常相似。然而,缺乏心臟特征,僅通過一種均質材料進行模擬。“因此,可以通過用新設計的心臟插入模型替換目前的心臟插入物來解決CCTA圖像特征的缺失,該模型可以提供類似于真實人類心臟的適當CCTA圖像外觀,”研究人員表示。他們還討論了3D打印在幻像開發中的優勢,因為研究人員已經研究了制作模仿解剖結構不同部分的模型的方法。然而,到目前為止,尚未創建Lungman模型的3D打印插頁。

    “因此,缺乏證據證明這種3D打印心臟插入模型在CCTA劑量優化中的應用,”研究人員表示。



     


    (a)日本京都化學公司的擬人胸部模型(b)可移除的心臟和肺結構
    該研究的目標包括:
    •3D打印由體積CT圖像數據集創建的心臟插入體模
    •在評估IR算法時研究3D打印的體模
    •評估低管電壓CCTA協議的最佳IR算法強度

    雖然我們已經看到了各種醫學模型中的3D打印,其中包括用于培訓醫學生的那些醫療模型,以及用于簡化患者護理的模型,以及用于手術前規劃的模型。然而,并沒有很多研究涉及創造心臟幻像。在這項研究中,他們能夠3D打印與第一個Lungman心臟插入物具有相同規格的插入物:
    “將新的3D打印心臟插入物置于Lungman體模中,并使用標準CCTA方案進行掃描。將得到的圖像與患者和Catphan®500幻影圖像進行比較。新3D打印心臟插入體模內的衰減材料的HU值與患者圖像數據集中的組織和Catphan®500模型中的材料相當。

    “將3D打印的心臟插入體模定位在擬人胸部模型內,并使用多檢測器掃描儀在120kVp管電位下進行30次重復CT采集。測量衰減(Hounsfield Unit,HU)值并與實際患者和Catphan®500模型的圖像數據集進行比較,“研究人員在他們的論文中說。

    研究小組發現,使用IR算法確實可以通過降低圖像重建過程中的圖像噪聲來降低曝光。“我們的分析結果顯示,所有類型的IR算法都顯著降低了輻射劑量,FBP和IR算法之間的診斷圖像質量沒有顯著差異,”該團隊表示。

    最終,他們發現3D打印適用于劑量優化研究,允許研究IR算法的劑量減少。

    “所提供的證據還應該為研究人員提供新的3D打印模體的視野,并為臨床實施提供更好的CT優化過程,”研究人員總結道。
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