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3D资讯
首页 > 资讯中心Wood开发出用(yòng)于磁共振研究的3D打印逼真幻像头
发布时间：2020-07-17
浏览人次：891次
模體(tǐ)是数字和物(wù)理(lǐ)模型，代表某些特定人體(tǐ)解剖學(xué)的特征。物(wù)理(lǐ)體(tǐ)模可(kě)用(yòng)于测试各种医學(xué)诊断成像工具和无線(xiàn)通信应用(yòng)。 Sossena Wood是匹兹堡大學(xué)的生物(wù)工程博士候选人，他(tā)在斯旺森工程學(xué)院开发了一种用(yòng)于磁共振研究的3D打印逼真幻像头。
虽然電(diàn)磁数值模拟已经成為(wèi)理(lǐ)解和分(fēn)析電(diàn)磁场与生物(wù)组织相互作用(yòng)的共同资源，但在过去的几年中，实验模型正日益成為(wèi)一种有(yǒu)用(yòng)的资源。
“在RF研究设施中，我们使用(yòng)全身7特斯拉磁共振成像仪（7T MRI），这是世界上最强大的临床人體(tǐ)MRI设备之一，”副教授Tamer Ibrahim说道。 7T超高场技术是一种强大的工具，但不幸的是，这种类型的成像会带来一些挫折。
“随着你从低到高的场地移动，产生的图像变得不那么均匀，局部加热变得更加普遍，”易卜拉欣解释说。他(tā)设想在他(tā)的实验室中设计一个3D打印的幻像头，以与独特设计的超高场技术一起使用(yòng)。
“我们希望通过提供一种更安全的方式来测试成像，从而开发出一种拟人化的幻像头，以帮助我们更好地理(lǐ)解这些问题。我们在测试人體(tǐ)受试者的新(xīn)方案之前，使用(yòng)该设备分(fēn)析，评估和校准MRI系统和仪器。 “
研究人员目前正在使用(yòng)数值模拟来研究電(diàn)磁场（EM）对不同频率的生物(wù)组织的影响。伍德说：“EM数值模拟在分(fēn)析这些相互作用(yòng)时已成為(wèi)一种标准，我们希望创建一个类似于人體(tǐ)模型的模型，用(yòng)于验证EM建模，从而為(wèi)测试提供更真实的环境。”
物(wù)理(lǐ)和逼真的头部幻像作為(wèi)人體(tǐ)头部的数字3D设计文(wén)件开始。 Wood开始使用(yòng)健康男性的3T MRI数据集，她通过分(fēn)割进行了特征化，并将其分(fēn)成八个组织隔室，这一特征使她的模型与其他(tā)基本幻像头區(qū)别开来。头部模型隔室由八组分(fēn)类的组织组成：脑，脑干，眼睛，气腔，小(xiǎo)脑，脑脊液（CSF），肌肉，其余體(tǐ)积是脂肪，骨骼和皮肤的组合。根据Wood的说法，这些隔间通过充当场地的“减速带”来帮助提高图像的准确性。
使用(yòng)3D打印设计和制作拟人异构头部模型的一般工作流程。
使用(yòng)3D CAD软件Geomagic Studios，每个隔间设计用(yòng)于随时间保留所需组织的混合物(wù)。下一步是打印原型。幻影模型分(fēn)為(wèi)五个单独的部分(fēn)打印，以手动移除3D打印出来的内部结构支撑。 “我们使用(yòng)DSMSomos®开发的塑料作為(wèi)我们的打印材料，因為(wèi)它使我们能(néng)够制造出与人體(tǐ)具有(yǒu)相似导電(diàn)性的耐用(yòng)且细致的部件，”Wood说。 “為(wèi)了帮助模型进一步模拟真实环境，我们在原型上创建了填充端口，我们可(kě)以在这里存放类似于各种组织类型的流體(tǐ)。”
现在伍德有(yǒu)一个完全3D打印的拟人化幻像头，她能(néng)够组装它并开始测试。體(tǐ)模具有(yǒu)许多(duō)应用(yòng)，包括测试以查看某些植入物(wù)是否能(néng)够进入MRI内部或基于各种RF仪器检测不同组织中的温度升高。
“通过磁共振成像，射频暴露的能(néng)量转化為(wèi)患者组织的热量，这可(kě)能(néng)对患者的健康产生不利影响，特别是对于未经扫描仪监测的植入物(wù)，”Wood解释说。 “通过我们的幻象头，我们可(kě)以通过将探头放在头部的某些區(qū)域并测量其效果来测试我们成像的安全性，”Ibrahim说。
Ibrahim和Wood希望这种模型最终能(néng)够在商(shāng)业上发展，并為(wèi)其他(tā)人提供在不依赖人體(tǐ)测试的情况下进行研究的能(néng)力
虽然電(diàn)磁数值模拟已经成為(wèi)理(lǐ)解和分(fēn)析電(diàn)磁场与生物(wù)组织相互作用(yòng)的共同资源，但在过去的几年中，实验模型正日益成為(wèi)一种有(yǒu)用(yòng)的资源。
“在RF研究设施中，我们使用(yòng)全身7特斯拉磁共振成像仪（7T MRI），这是世界上最强大的临床人體(tǐ)MRI设备之一，”副教授Tamer Ibrahim说道。 7T超高场技术是一种强大的工具，但不幸的是，这种类型的成像会带来一些挫折。
“随着你从低到高的场地移动，产生的图像变得不那么均匀，局部加热变得更加普遍，”易卜拉欣解释说。他(tā)设想在他(tā)的实验室中设计一个3D打印的幻像头，以与独特设计的超高场技术一起使用(yòng)。
“我们希望通过提供一种更安全的方式来测试成像，从而开发出一种拟人化的幻像头，以帮助我们更好地理(lǐ)解这些问题。我们在测试人體(tǐ)受试者的新(xīn)方案之前，使用(yòng)该设备分(fēn)析，评估和校准MRI系统和仪器。 “
研究人员目前正在使用(yòng)数值模拟来研究電(diàn)磁场（EM）对不同频率的生物(wù)组织的影响。伍德说：“EM数值模拟在分(fēn)析这些相互作用(yòng)时已成為(wèi)一种标准，我们希望创建一个类似于人體(tǐ)模型的模型，用(yòng)于验证EM建模，从而為(wèi)测试提供更真实的环境。”
物(wù)理(lǐ)和逼真的头部幻像作為(wèi)人體(tǐ)头部的数字3D设计文(wén)件开始。 Wood开始使用(yòng)健康男性的3T MRI数据集，她通过分(fēn)割进行了特征化，并将其分(fēn)成八个组织隔室，这一特征使她的模型与其他(tā)基本幻像头區(qū)别开来。头部模型隔室由八组分(fēn)类的组织组成：脑，脑干，眼睛，气腔，小(xiǎo)脑，脑脊液（CSF），肌肉，其余體(tǐ)积是脂肪，骨骼和皮肤的组合。根据Wood的说法，这些隔间通过充当场地的“减速带”来帮助提高图像的准确性。
使用(yòng)3D打印设计和制作拟人异构头部模型的一般工作流程。
使用(yòng)3D CAD软件Geomagic Studios，每个隔间设计用(yòng)于随时间保留所需组织的混合物(wù)。下一步是打印原型。幻影模型分(fēn)為(wèi)五个单独的部分(fēn)打印，以手动移除3D打印出来的内部结构支撑。 “我们使用(yòng)DSMSomos®开发的塑料作為(wèi)我们的打印材料，因為(wèi)它使我们能(néng)够制造出与人體(tǐ)具有(yǒu)相似导電(diàn)性的耐用(yòng)且细致的部件，”Wood说。 “為(wèi)了帮助模型进一步模拟真实环境，我们在原型上创建了填充端口，我们可(kě)以在这里存放类似于各种组织类型的流體(tǐ)。”
现在伍德有(yǒu)一个完全3D打印的拟人化幻像头，她能(néng)够组装它并开始测试。體(tǐ)模具有(yǒu)许多(duō)应用(yòng)，包括测试以查看某些植入物(wù)是否能(néng)够进入MRI内部或基于各种RF仪器检测不同组织中的温度升高。
“通过磁共振成像，射频暴露的能(néng)量转化為(wèi)患者组织的热量，这可(kě)能(néng)对患者的健康产生不利影响，特别是对于未经扫描仪监测的植入物(wù)，”Wood解释说。 “通过我们的幻象头，我们可(kě)以通过将探头放在头部的某些區(qū)域并测量其效果来测试我们成像的安全性，”Ibrahim说。
Ibrahim和Wood希望这种模型最终能(néng)够在商(shāng)业上发展，并為(wèi)其他(tā)人提供在不依赖人體(tǐ)测试的情况下进行研究的能(néng)力