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(xué)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(fù)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(shù) - 有時兩者結(jié)合在一起。在悉尼大學(xué)KamarulAmin Abdullah的“使用三維打印技術(shù)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(guān)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?！?br />
CT掃描技術(shù)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?！澳壳?，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(xué)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(xué)學(xué)院模型，對研究團隊具有吸引力，因為它們既全面又復(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)用，”研究人員表示。

（a）日本京都化學(xué)公司的擬人胸部模型（b）可移除的心臟和肺結(jié)構(gòu)

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(xué)模型中的3D打印，其中包括用于培訓(xùn)醫(yī)學(xué)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(shù)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(fù)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(jié)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(yīng)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(jié)道。

來源：廣西增材制造協(xié)會