3D打印在心臟模型中的有效性
時(shí)間：2019-02-28 08:36 來(lái)源：廣西增材制造協(xié)會(huì) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
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(guò)修復(fù)心臟問(wèn)題來(lái)拯救患者，他們使用的工具繼續(xù)推進(jìn)先進(jìn)的圖像，3D打印等技術(shù) - 有時(shí)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(jìn)行心臟成像的CT優(yōu)化協(xié)議”中，進(jìn)行了一項(xiàng)三層研究，首先是3D打印心臟模型。接下來(lái)，將其放置在Lungman體模內(nèi)并進(jìn)行掃描，使研究人員能夠重建數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行測(cè)量和比較，以確定減少劑量的潛力。最后，評(píng)估了使用具有不同強(qiáng)度和“低管電壓進(jìn)行劑量?jī)?yōu)化研究”的算法。
模體通常用于細(xì)化圖像，例如CT掃描，允許更好的優(yōu)化，評(píng)估質(zhì)量，以及確定在使用過(guò)程中發(fā)生的輻射劑量- 這已成為越來(lái)越受關(guān)注的問(wèn)題：
“全國(guó)輻射防護(hù)和測(cè)量委員會(huì)（NCRP）最近的報(bào)告指出，CT檢查對(duì)美國(guó)人口輻射劑量的貢獻(xiàn)率為24％，自1993年以來(lái)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(shì)，CT檢查現(xiàn)在被認(rèn)為是人口劑量的最大貢獻(xiàn)者。”
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(guò)程中易受肺部和乳房影響，癌癥風(fēng)險(xiǎn)是主要問(wèn)題。事實(shí)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(fēng)險(xiǎn)為0.7，而男性患癌癥風(fēng)險(xiǎn)為0.03％。 80。
暴露期間降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)問(wèn)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
科學(xué)家將基于幻影的劑量?jī)?yōu)化方法視為“適合”冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影研究的方法。目前，使用患者數(shù)據(jù)會(huì)由于產(chǎn)生的輻射而引起問(wèn)題，同時(shí)發(fā)現(xiàn)可能患有冠狀動(dòng)脈疾病（CAD）的足夠患者。用于優(yōu)化研究的典型模型是Catphan系列和美國(guó)放射學(xué)學(xué)院模型，對(duì)研究團(tuán)隊(duì)具有吸引力，因?yàn)樗鼈兗热嬗謴?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。
（ii）用于線對(duì)和點(diǎn)源空間分辨率的CTP528，
（iv）用于子切片和上文的CTP515切片低對(duì)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(shí)患者非常相似。然而，缺乏心臟特征，僅通過(guò)一種均質(zhì)材料進(jìn)行模擬。“因此，可以通過(guò)用新設(shè)計(jì)的心臟插入模型替換目前的心臟插入物來(lái)解決CCTA圖像特征的缺失，該模型可以提供類似于真實(shí)人類心臟的適當(dāng)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(shì)，因?yàn)檠芯咳藛T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(yè)。
“因此，缺乏證據(jù)證明這種3D打印心臟插入模型在CCTA劑量?jī)?yōu)化中的應(yīng)用，”研究人員表示。
該研究的目標(biāo)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(píng)估IR算法時(shí)研究3D打印的體模
•評(píng)估低管電壓CCTA協(xié)議的最佳IR算法強(qiáng)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(jiǎn)化患者護(hù)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(xiàng)研究中，他們能夠3D打印與第一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)CCTA方案進(jìn)行掃描。將得到的圖像與患者和Catphan®500幻影圖像進(jìn)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(dāng)。
“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(cè)器掃描儀在120kVp管電位下進(jìn)行30次重復(fù)CT采集。測(cè)量衰減（Hounsfield Unit，HU）值并與實(shí)際患者和Catphan®500模型的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，“研究人員在他們的論文中說(shuō)。
研究小組發(fā)現(xiàn)，使用IR算法確實(shí)可以通過(guò)降低圖像重建過(guò)程中的圖像噪聲來(lái)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(tuán)隊(duì)表示。
最終，他們發(fā)現(xiàn)3D打印適用于劑量?jī)?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(shí)施提供更好的CT優(yōu)化過(guò)程，”研究人員總結(jié)道。
模體通常用于細(xì)化圖像，例如CT掃描，允許更好的優(yōu)化，評(píng)估質(zhì)量，以及確定在使用過(guò)程中發(fā)生的輻射劑量- 這已成為越來(lái)越受關(guān)注的問(wèn)題：
“全國(guó)輻射防護(hù)和測(cè)量委員會(huì)（NCRP）最近的報(bào)告指出，CT檢查對(duì)美國(guó)人口輻射劑量的貢獻(xiàn)率為24％，自1993年以來(lái)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(shì)，CT檢查現(xiàn)在被認(rèn)為是人口劑量的最大貢獻(xiàn)者。”
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(guò)程中易受肺部和乳房影響，癌癥風(fēng)險(xiǎn)是主要問(wèn)題。事實(shí)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(fēng)險(xiǎn)為0.7，而男性患癌癥風(fēng)險(xiǎn)為0.03％。 80。
暴露期間降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)問(wèn)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
科學(xué)家將基于幻影的劑量?jī)?yōu)化方法視為“適合”冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影研究的方法。目前，使用患者數(shù)據(jù)會(huì)由于產(chǎn)生的輻射而引起問(wèn)題，同時(shí)發(fā)現(xiàn)可能患有冠狀動(dòng)脈疾病（CAD）的足夠患者。用于優(yōu)化研究的典型模型是Catphan系列和美國(guó)放射學(xué)學(xué)院模型，對(duì)研究團(tuán)隊(duì)具有吸引力，因?yàn)樗鼈兗热嬗謴?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(gè)例子是Catphan®500（The Phantom Laboratory，Salem，NY）。該體模廣泛用于測(cè)試CT掃描儀的性能。幽靈包括五個(gè)模塊評(píng)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(duì)和點(diǎn)源空間分辨率的CTP528，
（iv）用于子切片和上文的CTP515切片低對(duì)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(shí)患者非常相似。然而，缺乏心臟特征，僅通過(guò)一種均質(zhì)材料進(jìn)行模擬。“因此，可以通過(guò)用新設(shè)計(jì)的心臟插入模型替換目前的心臟插入物來(lái)解決CCTA圖像特征的缺失，該模型可以提供類似于真實(shí)人類心臟的適當(dāng)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(shì)，因?yàn)檠芯咳藛T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(yè)。
“因此，缺乏證據(jù)證明這種3D打印心臟插入模型在CCTA劑量?jī)?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(biāo)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(píng)估IR算法時(shí)研究3D打印的體模
•評(píng)估低管電壓CCTA協(xié)議的最佳IR算法強(qiáng)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(jiǎn)化患者護(hù)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(xiàng)研究中，他們能夠3D打印與第一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)CCTA方案進(jìn)行掃描。將得到的圖像與患者和Catphan®500幻影圖像進(jìn)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(dāng)。
“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(cè)器掃描儀在120kVp管電位下進(jìn)行30次重復(fù)CT采集。測(cè)量衰減（Hounsfield Unit，HU）值并與實(shí)際患者和Catphan®500模型的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，“研究人員在他們的論文中說(shuō)。
研究小組發(fā)現(xiàn)，使用IR算法確實(shí)可以通過(guò)降低圖像重建過(guò)程中的圖像噪聲來(lái)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(tuán)隊(duì)表示。
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“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(shí)施提供更好的CT優(yōu)化過(guò)程，”研究人員總結(jié)道。
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