CC BY
14
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, Серия Г. Медицина, фармация и дентална медицина т. XIX. ISSN 1311-9427 юни 2016. Scientific works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series G. Medicine, Pharmacy and Dental medicine, Vol. XIX, ISSN 1311-9427 Medicine and Dental medicine June 2016.
СЪЗДАВАНЕ И ИЗСЛЕДВАНЕ НА ФИЗИЧНИ МОДЕЛИ НА ГЪРДА ЗА ЦЕЛИ НА РЕНТГЕНОВАТА ДИАГНОСТИКА
Данаил Иванов, Технически Университет - Варна Силвия Бончева, Медицински Университет - Варна Кристина Близнакова, Технически Университет - Варна
FEASIBILITY STUDY OF THE SUITABILITY OF SEVERAL LOW DENSITY MATERIALS FOR THE PRODUCTION OF X-RAY PHYSICAL BREAST PHANTOMS
Danail Ivanov, Technical University of Varna, Bulgaria Silviya Boncheva, Medical University of Varna, Bulgaria Kristina Bliznakova, Technical University of Varna, Bulgaria
Abstract
X-ray physical breast phantoms play a major and crucial role in X-ray medical imaging, particularly in mammography and tomosynthesis. In the case of one of newly X-ray breast modalities - so called phase contrast mammography, there is no suitable physical phantom to reflect the refractive properties of the real breast tissue.
The aim of this work is to perform producing and then scanning of different materials (for example animal fat, paraffin, soap, etc.), which represent the main breast components: adipose, glandular tissue and skin. Materials used for the external shape and the glandular tissue were epoxy resin, polymethyl methacrylate, while the adipose tissue was simulated with paraffin, soap and animal fat.
The Digital Mammography Helianthus System, made by Metaltronica, Italy, has been used for the purpose. The unit is based at The First Diagnostics & Consulting Center, Dobrich, Bulgaria.
The whole set of images collected are going to be used for the further study, whose main goal is to develop the promising method for better X-ray diagnostic imaging in mammography, i.e. X-ray phase contrast imaging of the breast.
Keywords: X-ray medical imaging, breast phantom, tomosynthesis, mammography
Увод
В образната рентгенова диагностика, физичните модели на гърда (фантоми) са от изключително важно значение, особено в мамографията и цифровата томосинтеза.
Едно от важните им приложения е използването им като инструмент за оценка и верификация на настоящите стандарта в ежедневната клинична практика при рентгеновите изображения на гърда. Ценността на тези фантоми се изразява във възможността за оценка на погълнатата доза и за оценка качеството на мамографското изображение.
В повечето случаи тези фантоми се изработват в прости геометрични форми, в зависимост от целта на използването им. Те са направени от хомогенен материал, служещ за база, в който са поставени обекти за изследване, имитиращи патологични находки. Обаче, поради хомогенността на материала, употребата на тези фантоми силно се ограничава до неголям брой измервания и процедури по контрол на качеството.
Друг аспект на важността на прилагането на моделите е използването им за проверка, оценка и изясняване на ролята и ползите от внедряването на съвременните рентгенови методи. Такива са томосинтеза на гърдата, компютърната томография, както и гръдната компютърна томография с дуална енергия, позволяващи скрининг на ракови образувания в най-ранен стадий. В този случай са небходими реалистични физични триизмерни фантоми, служещи за осъществяване на по-задълбочени изследвания върху: разпознаване на патологични находки, алгоритми за обработка на образи, алгоритми за реконструкции, оптимизации на параметрите при сканиране и др. Производството на такива фантоми, обаче, е свързано с немалко трудности, свързани с нивото на развитие на технологиите, подходящи материали, прецизността при създаването им, типа на софтуерния модел и т.н. Това обяснява и силно ограничения брой антропоморфни физични фантоми (както налични, така и в процес на създаване) за рентгеновата образна диагностика. Логична е сериозната нужда от по-нататъшни изследвания и технологични усъвършенствания.
При един от най-новите методи на образна диагностика на гърда, т.нар. контрастно-фазова мамография, все още не е разработен физичен модел, който максимално добре да отразява пречупвателните свойства на реална гръдна тъкан.
Една от главните цели на настоящия труд е именно създаването на физични модели на млечна жлеза с подходящи материали, характеризиращи се с плътности, максимално близки до тази на компонентите на гръдната тъкан.
Материали и методи
Материалите, използвани в настоящия труд, са описани в Таблица 1. Формата на гърдата и жлезистото дърво са принтирани от смола или плексиглас (ABS, PLA), докато за мастна тъкан са използвани: парафин, глицерол, желатин, домашен сапун и животинска мас (вж. Табл. 1).
Материали Външна форма
Глицерол, сфери от сива смола Компресирана гърда - PLA
Глицерол, неправилни обеми от щюзрачна смала Компресирана гърда - PLA
Вода, нфери отснаа смола Компресирана гърда - PLA
Вода, неправионио°еми ао прозрачна СМОЛа Комгфесщтана гърда - бя ла с мола
Животинска мас, сфери от сива смола Кемл. есирана гърда - ^ABS
Животснлаа мас Компресирана гърда - прозрачна смоеа
Парафин Кемзр^а^с^^се^ гърда - прозрачна смоеа
Желатин Кемзр^а^с^^се^ ларда - сива смола
Домашен сапун Кемлаесирана гърда - прозрачна смоеа
Боб на зърна, Животинска мас Сеесеъпаасеидао-различна дебелина -прозранаа емтмо
Нафталин, Животинска мас CиccахIIaлoaрднo-ннaлíе^нa дебелина -прозраааш емтно
Портокал (на парченца), Животинска мае CиccахIIcmaвидрa-paзcедаa дебелина -прозраааш емтмо
Сварени яйчени брлтъно (на парче нца), Животинска мао Със стъпгаговвдно-различна дебелина -оcюlхнана ееора
Таблица 1. Материалите и външна форма, ионоловани в настоящия труд.
За дисе з;шълнтт фермитас раздирае митериали (ФигЛ), нбаче,е нео£^ходимо първо
|да се създадат софтуерни модели на млечна жлеза, I конто впоследствие да се принтират. Генерирането 1на тези модели се осъществява чрез софтуерното (приложение BreastSimulator (Bliznakova, 2012). I Принтирането им - чрез два 3D принтера, I използващи стереолитографски метод и моделиране |чрез отлагане на разтопен материал.
Софтуерното приложение BreastSimulator е
Фиг.1 Фхзхчмхоо модели в завършен ^£^еетол^ет^моир^)^ддрл.Танюмач1^;^1-с-^;^)^аване на 3D вид модел риаърдата в компресирано и некомпресирано
състояние^ае^лиране на ренегенови ]и^ографски образ^гакго и виз^оичиране i^^j^eзз^одатите от eoi^iemncre.BjjaMpiMaT на еотол е получава триизмерен мвдод на иcмIIaмеиpaннгдедa, койтомодъс е обработее ли темов начин, че се порчено BD маее.г, аидоркдщ аомо оанченита и^<^][^.лииеа^неинтотоз^а^1^]^о.
Алгоритъмът на създаване на физичен модел е ясно представен в схемата на Фиг.2.
Компютърен 3D CAD Обработка 3D Допьлнигелна
модел модел на м одела протон ста фане обработка
Фиг.2. Основнн етапн в разработването на физични фантоми на млечна жлеза.
—
Фиг.З. Изображения на физични фантоми.
Резултати
След запълване на принтираните 3D форми с изброените в Таблица 1 материали, се получават физични модели, които бяха облъчени с дигитална рентгенова техника за мамографски изследвания, модел „ Helianthus", произведен от фирма Metaltronica SPA, Италия, базирана в ДКЦ-1, гр. Добрич. Фигура 3 показва някои изображения на 3D принтираните фантоми.
Заключение
Пълният набор от рентгенови образи ще бъде анализиран в детайли с цел създаване на фантомзафазово-контрастнамамография.
Благодарности
Настоящото изследване бе подкрепено от проект MaXIMA Three dimensional breast cancer Models for X-ray IMAging research - MaXIMA project from the H2020-TWINN-2015 (ProjectNumber:692097)
Екипът ни изказва сърдечна благодарност на медицинския екип - д-р Блага Николова и рентгенов лаборант Мирена Куртева към Диагностичен рентгенов кабинет с рентгенова уредбазамамографскиизследвания,модел „Helianthus", Metaltronica SPA,Италия,ДКЦ-1, гр. Добрич, завсеотдайнатаподкрепа приоблъчваненафизичнитемодели.
Литература
1. Bliznakova K, Sechopoulos I, Buliev I, Pallikarakis N, 2012, BreastSimulator: A software platform for breast x-ray imaging research. Journal of Biomedical Graphics and Computing, 2(1), pp. 1-14
