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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14580(2022) 이 기사 인용

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적층 제조 및 3D 프린팅은 이미지 품질 최적화, 이미징 프로토콜 정의, 다양한 이미징 시스템 간의 이미지 품질 비교, 선량 측정 및 품질 관리를 위한 팬텀을 생성하기 위해 의료 이미징에서 널리 사용됩니다. 의인화 팬텀은 X선 감쇠 및 X선 스펙트럼에 대한 의존성과 관련하여 실제 환자의 조직과 대조를 모방합니다. 다른 X선 에너지와 함께 사용하거나 특정 절차에 대한 스펙트럼을 최적화하려면 감쇠의 에너지 의존성은 모방된 조직의 해당 에너지 의존성을 복제하거나 적어도 유사해야 합니다. 후자의 경우 재료의 Hounsfield 값을 정확하게 알아야 다양한 빔 에너지에 따라 대비와 노이즈 비율에 대한 대비를 수정할 수 있습니다. 연조직과 지방 조직을 포함한 신선한 소와 돼지 조직, 그리고 연해면골에서 피질골까지의 경조직을 서로 다른 에너지에서 스캔하고 하운스필드 단위(HU)로 감쇠 기준 값을 결정했습니다. 임의 밀도의 뼈와 지방 조직에 대한 kV에 대한 CT 번호 의존성을 설명하는 수학적 모델 방정식이 파생됩니다. 이러한 데이터는 적절한 팬텀 구성 요소를 선택하고, CT 값을 임의의 팬텀 재료와 비교하고, 조직과 에너지 의존성이 다른 재료로 구성된 팬텀에 대한 보정 계수를 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 다양한 적층 제조 및 3D 프린팅 재료에 대한 데이터를 사용하여 CT 번호와 에너지 의존성을 조직의 것과 비교했습니다. 탄산칼슘 분말을 함유한 두 개의 시판 인쇄 필라멘트는 모든 kV 값에서 높은 정확도로 뼈 조직을 모방합니다. 평균 지방 조직은 여러 기성 인쇄 폴리머로 복제될 수 있습니다. 적절한 인쇄 재료는 일반적으로 특히 연조직의 원하는 감쇠에 비해 너무 높은 밀도를 나타내기 때문에 언더필을 통해 제어된 밀도 감소는 조직 등가성을 향상시킬 수 있습니다.

관심 있는 특징이나 상호 작용과 관련하여 인체 또는 신체 부위의 모델로 정의되는 팬텀의 신체 조직을 모방하는 재료는 임상 시뮬레이션 및 생물 의학 연구1에서 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 팬텀은 의료용 초음파 영상, MRI, 핵의학 및 CT2, 유방 조영술3,4, 투사 영상 및 중재 방사선학, 방사선 요법5과 같은 모든 진단 및 치료 방사선학 양식에 적용됩니다. X선 영상 응용 분야에서 이러한 팬텀은 "관심 대상 신체 조직이나 기관의 흡수 및 산란으로 인한 방사선장의 변형을 시뮬레이션"합니다6.

제조 방법으로 3D 프린팅을 사용하는 적층 제조는 팬텀을 만드는 유연하고 비용 효율적인 방법을 나타내며 설계에 상당한 유연성을 제공합니다2,7,8. 이 기술은 해부학적 구조와 조직4, 구조 및 내부 질감9,10,11,12,13,14,15의 특성을 현실적이고 정확하게 표현할 수 있기 때문에 특히 유용합니다. 적층 제조와 3D 프린팅은 기하학적 팬텀과 슬래브 팬텀과 같은 단순한 테스트 대상과 팬텀에서 의인화 또는 최소한 반-의인화 팬텀으로 전환할 수 있는 길을 열었습니다. 이러한 높은 수준의 충실도는 기술적 이미지 품질 매개변수 테스트 및 최적화에서 진단 이미지 품질 평가로의 전환을 지원합니다9.

적층 제조 및 3D 프린팅의 설계 및 제조 잠재력을 활용하는 팬텀은 선량 결정5,16, 품질 관리, 시스템 특성화, 이미지 품질 측정 및 최적화10,14,17 또는 교육을 포함하여 의학 물리학의 광범위한 응용 분야를 위해 개발되었습니다. 목적. 정확한 개인 및 환자별 기능을 갖춘 팬텀을 제조하는 3D 프린팅 기능을 활용하는 다른 응용 프로그램으로는 수술 리허설 및 복잡한 수술 절차의 시각화가 있습니다. 이러한 팬텀에 사용되는 재료에 대한 요구 사항은 의도된 용도와 양식에 따라 다릅니다. 후자의 경우, 예를 들어 인쇄 재료의 햅틱이 가장 중요한 반면, 대부분의 이미징 응용 분야에서는 조직 등가 이미지 신호 및 대비를 초래하는 팬텀에 관심이 있습니다.