Фантомы - это физические модели, которые представляют характеристики определенной анатомии человека. Физический фантом может использоваться для тестирования различных медицинских диагностических средств визуализации и приложений беспроводной связи. Соссена Вуд, кандидат биологических наук в Университете Питтсбурга, разработала 3D-печатную реалистичную фантомную голову для исследования магнитного резонанса в швейцарской "Swanson School of Engineering".
Хотя электромагнитное численное моделирование является общим ресурсом для понимания и анализа взаимодействия электромагнитных полей и биологических тканей, в последние несколько лет экспериментальные фантомы все чаще становятся не менее полезным приложением для исследований в этой сфере.
«В исследовательском центре мы используем магнитно-резонансный томограф "7 Tesla MRI" (7T MRI), который является одним из самых сильных МРТ в мире», - сказал Тамер Ибрагим, доцент и директор Исследовательского Центра радиочастот при Питсбургском институте. Технология сверхвысокого поля "7T MRI" является мощным инструментом, но, к сожалению, есть несколько проблем с этим типом изображений.
«Когда вы двигаетесь от более низких к более высоким полям, создаваемые изображения становятся менее однородными, а локализованное нагревание становится более распространенным», - объяснил Ибрагим. Он предвидел потребность в разработке 3D-печатной фантомной головы для использования на ней уникальной технологии сверхвысокого поля в своей лаборатории.
«Мы хотели разработать антропоморфную фантомную голову, чтобы дать нам возможность лучше понять эти проблемы, предоставив более безопасный способ тестирования МРТ. Мы используем устройство для анализа, оценки и калибровки МРТ-систем и приборов перед тестированием новых протоколов на людях".
В настоящее время исследователи используют численное моделирование для изучения влияния разных частот электромагнитных полей на биологические ткани. Вуд сказала: «ЭМ - численное моделирование было стандартом при анализе этих взаимодействий, и мы хотели создать фантом, который был бы похож на человеческую голову не только формой, для использования на ней электромагнитных полей, тем самым обеспечивая более реалистичную среду для тестирования».
Реалистичный фантом берёт начало как цифровая 3D-модель человеческой головы. Вуд начала с набора данных "3Т MRI" здорового мужчины, который характеризуется определённой сегментацией и разбитием фантома на восемь тканевых отделений, что отличает эту модель от других основных фантомных голов. Фантомные отсеки состоят из восьми сгруппированных классифицированных тканей: мозга, ствола мозга, глаз, воздушных полостей, мозжечка, цереброспинальной жидкости (CSF), мышцы, а остаточный объем представляет собой комбинацию жира, кости и кожи. По словам Вуд, эти отсеки помогают улучшить точность изображения, действуя как своего рода «speed bump» для поля.
Используя программное обеспечение "3D CAD software Geomagic Studios", каждое отделение проектировалось для сохранения состава желаемой ткани с течением времени. Следующим шагом было напечатать прототип. Модель фантома была напечатана в пяти отдельных частях, чтобы вручную удалить внутренние структурные опоры, которые выходят с 3D-печатью. «Мы использовали пластик, разработанный "DSM Somos®" в качестве нашего материала, потому что это позволило нам создавать прочные и детализированные детали с проводимостью аналогичной человеческому организму», - сказала Вуд. «Чтобы помочь модели подражать реальной среде, мы создали заполняемые порты на прототипе, где мы можем наносить жидкости, которые напоминают различные типы тканей».
Теперь, когда Вуд имеет полностью 3D-печатную антропоморфную фантомную голову, она может ее собрать и начать тестирование. Фантом имеет множество приложений, включая тестирование, чтобы проверить, могут ли некоторые имплантаты на основе различных радиочастотных приборов, в момент проведения МРТ, обнаружить повышение температуры в разных тканях.
«При МРТ мощность от воздействия радио частиц превращается в тепло, что может иметь пагубные последствия для здоровья пациента, особенно при имплантации, если не контролируется сканером», объяснила Вуд. «С нашей фантомной головой мы можем проверить безопасность, поставив зонды внутри определенных областей головы и измерив силу эффекта», - сказал Ибрагим.
Ибрагим и Вуд надеются, что эта модель в конечном итоге будет развита на коммерческой основе и предоставит другим возможность проводить исследования, не полагаясь на испытания с людьми.
Реализуй свои мысли и идеи посредством 3D-печати с командой профессионалов!
Официальный сайт: http://spb.3dcrafter.ru/
Вконтакте: https://vk.com/3dcrafter
