3D打印在心脏模型中的有效性

来源：广西增材制造协会

现代科学的许多奇迹允许医疗专业人员和外科医生通过修复心脏问题来拯救患者，他们使用的工具继续推进先进的图像，3D打印等技术 - 有时两者结合在一起。在悉尼大学KamarulAmin Abdullah的“使用三维打印技术进行心脏成像的CT优化协议”中，进行了一项三层研究，首先是3D打印心脏模型。接下来，将其放置在Lungman体模内并进行扫描，使研究人员能够重建数据，然后进行测量和比较，以确定减少剂量的潜力。最后，评估了使用具有不同强度和“低管电压进行剂量优化研究”的算法。

模体通常用于细化图像，例如CT扫描，允许更好的优化，评估质量，以及确定在使用过程中发生的辐射剂量- 这已成为越来越受关注的问题：
“全国辐射防护和测量委员会（NCRP）最近的报告指出，CT检查对美国人口辐射剂量的贡献率为24％，自1993年以来每年增加10％，”研究人员表示。。“在澳大利亚，CT检查的辐射剂量从2006年到2012年增加了36％。因此，CT辐射剂量的增加是全球趋势，CT检查现在被认为是人口剂量的最大贡献者。”

CT扫描技术非常有用，现在广泛使用，随着辐射暴露，使用量不断增加。由于辐射影响DNA，以及在扫描过程中易受肺部和乳房影响，癌症风险是主要问题。事实上，在肺部器官剂量范围为42至91 mSv且女性乳房的器官剂量范围为50至80 mSv的情况下，20岁女性患癌症的风险为0.7，而男性患癌症风险为0.03％。 80。

暴露期间降低癌症风险是一个问题，这样做的典型方法是使用以下方法：
•管电流减少
•管电压低
•高音协议
•扫描覆盖范围限制
•铋屏蔽
•ECG控制的管电流调制
•前瞻性心电门控
•迭代重建算法

“其中，IR算法因其能够在低曝光因子下降低噪音，因而在保持图像质量的同时减少剂量而成为研究人员特别感兴趣，”研究人员表示。“目前，滤波反投影（FBP）是最广泛使用的图像重建算法，由于其鲁棒和快速的算法，可以将数据重建为CT图像。然而，FBP固有地增加图像噪声并在低曝光因子下产生伪像，因此使用IR算法。

科学家将基于幻影的剂量优化方法视为“适合”冠状动脉计算机断层扫描血管造影研究的方法。目前，使用患者数据会由于产生的辐射而引起问题，同时发现可能患有冠状动脉疾病（CAD）的足够患者。用于优化研究的典型模型是Catphan系列和美国放射学学院模型，对研究团队具有吸引力，因为它们既全面又复杂。但是，这里需要更精确的体模，并且前面提到的类型不能很好地复制所需的特征。

身体模型的一个例子是Catphan®500（The Phantom Laboratory，Salem，NY）。该体模广泛用于测试CT扫描仪的性能。幽灵包括五个模块评估图像质量;

（i）CTP401用于切片宽度，感光度和像素大小，
（ii）用于线对和点源空间分辨率的CTP528，
（iv）用于子切片和上文的CTP515切片低对比度和（v）CTP486的图像均匀性。

研究人员表示，Lungman拟人胸部模型配有模仿心脏的模型，周围的结构和组织与真实患者非常相似。然而，缺乏心脏特征，仅通过一种均质材料进行模拟。

“因此，可以通过用新设计的心脏插入模型替换目前的心脏插入物来解决CCTA图像特征的缺失，该模型可以提供类似于真实人类心脏的适当CCTA图像外观，”研究人员表示。

他们还讨论了3D打印在幻像开发中的优势，因为研究人员已经研究了制作模仿解剖结构不同部分的模型的方法。然而，到目前为止，尚未创建Lungman模型的3D打印插页。

“因此，缺乏证据证明这种3D打印心脏插入模型在CCTA剂量优化中的应用，”研究人员表示。

（a）日本京都化学公司的拟人胸部模型（b）可移除的心脏和肺结构

该研究的目标包括：
•3D打印由体积CT图像数据集创建的心脏插入体模
•在评估IR算法时研究3D打印的体模
•评估低管电压CCTA协议的最佳IR算法强度

虽然我们已经看到了各种医学模型中的3D打印，其中包括用于培训医学生的那些医疗模型，以及用于简化患者护理的模型，以及用于手术前规划的模型。然而，并没有很多研究涉及创造心脏幻像。在这项研究中，他们能够3D打印与第一个Lungman心脏插入物具有相同规格的插入物：
“将新的3D打印心脏插入物置于Lungman体模中，并使用标准CCTA方案进行扫描。将得到的图像与患者和Catphan®500幻影图像进行比较。新3D打印心脏插入体模内的衰减材料的HU值与患者图像数据集中的组织和Catphan®500模型中的材料相当。

“将3D打印的心脏插入体模定位在拟人胸部模型内，并使用多检测器扫描仪在120kVp管电位下进行30次重复CT采集。测量衰减（Hounsfield Unit，HU）值并与实际患者和Catphan®500模型的图像数据集进行比较，“研究人员在他们的论文中说。

研究小组发现，使用IR算法确实可以通过降低图像重建过程中的图像噪声来降低曝光。

“我们的分析结果显示，所有类型的IR算法都显着降低了辐射剂量，FBP和IR算法之间的诊断图像质量没有显着差异，”该团队表示。
最终，他们发现3D打印适用于剂量优化研究，允许研究IR算法的剂量减少。

“所提供的证据还应该为研究人员提供新的3D打印模体的视野，并为临床实施提供更好的CT优化过程，”研究人员总结道。

来源：广西增材制造协会