3D打印在心臟模型中的有效性

來源：廣西增材制造協(xié)會

現(xiàn)代科學的許多奇跡允許醫(yī)療專業(yè)人員和外科醫(yī)生通過修復心臟問題來拯救患者,，他們使用的工具繼續(xù)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(yōu)化協(xié)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(nèi)并進行掃描，使研究人員能夠重建數(shù)據(jù),，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(yōu)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(yōu)化，評估質(zhì)量,，以及確定在使用過程中發(fā)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,。�,！霸诎拇罄麃�,，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(xiàn)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(xiàn)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(xié)議
•掃描覆蓋范圍限制
•鉍屏蔽
•ECG控制的管電流調(diào)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(zhì)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(shù)據(jù)重建為CT圖像,。然而,，F(xiàn)BP固有地增加圖像噪聲并在低曝光因子下產(chǎn)生偽像，因此使用IR算法,。

科學家將基于幻影的劑量優(yōu)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(shù)據(jù)會由于產(chǎn)生的輻射而引起問題,，同時發(fā)現(xiàn)可能患有冠狀動脈疾�,。–AD）的足夠患者。用于優(yōu)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(zhì)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(zhì)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(fā)中的優(yōu)勢，因為研究人員已經(jīng)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(chuàng)建Lungman模型的3D打印插頁,。

“因此,，缺乏證據(jù)證明這種3D打印心臟插入模型在CCTA劑量優(yōu)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(shù)據(jù)集創(chuàng)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(xié)議的最佳IR算法強度

雖然我們已經(jīng)看到了各種醫(yī)學模型中的3D打印,，其中包括用于培訓醫(yī)學生的那些醫(yī)療模型，以及用于簡化患者護理的模型,，以及用于手術前規(guī)劃的模型,。然而，并沒有很多研究涉及創(chuàng)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(guī)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(nèi)的衰減材料的HU值與患者圖像數(shù)據(jù)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(nèi),，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(shù)據(jù)集進行比較,，“研究人員在他們的論文中說,。

研究小組發(fā)現(xiàn)，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，F(xiàn)BP和IR算法之間的診斷圖像質(zhì)量沒有顯著差異,，”該團隊表示,。
最終，他們發(fā)現(xiàn)3D打印適用于劑量優(yōu)化研究,，允許研究IR算法的劑量減少,。

“所提供的證據(jù)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(yōu)化過程,，”研究人員總結道,。

來源：廣西增材制造協(xié)會