RU2805587C1 - Method of manufacturing a spongeous phantom for ultrasonic research - Google Patents
Method of manufacturing a spongeous phantom for ultrasonic research Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805587C1 RU2805587C1 RU2022123387A RU2022123387A RU2805587C1 RU 2805587 C1 RU2805587 C1 RU 2805587C1 RU 2022123387 A RU2022123387 A RU 2022123387A RU 2022123387 A RU2022123387 A RU 2022123387A RU 2805587 C1 RU2805587 C1 RU 2805587C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phantom
- array
- model
- virtual model
- inclusion
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области биомедицинского моделирования, в частности - к изготовлению моделей для ультразвуковых исследований, и может использоваться в лабораториях ультразвуковой визуализации или на курсах повышения квалификации врачей ультразвуковой диагностики. Фантомы обладают известными характеристиками, потому могут быть использованы для обучения специалистов проведению ультразвуковой диагностики и создания новых диагностических методик и приборов.The invention relates to the field of biomedical modeling, in particular to the production of models for ultrasound research, and can be used in ultrasound imaging laboratories or in advanced training courses for ultrasound diagnostic doctors. Phantoms have known characteristics, so they can be used to train specialists in ultrasound diagnostics and create new diagnostic techniques and devices.
В настоящее время обучение врачей проводят по традиционной схеме «наставник-ученик», а объектами исследования являются люди. Для получения практических навыков требуется многократное проведение процедуры, это занимает много времени со стороны как обучаемого, так и наставника. При этом один наставник может обучать одновременно не более двух человек. Таким образом, данный метод обучения требует хорошо подготовленного персонала и длительного времени для выработки профессиональных навыков.Currently, doctors are trained according to the traditional “mentor-student” scheme, and the objects of research are people. To obtain practical skills, the procedure must be repeated multiple times; this takes a lot of time on the part of both the student and the mentor. In this case, one mentor can train no more than two people at the same time. Thus, this training method requires well-trained personnel and a long time to develop professional skills.
Для упрощения процесса обучения используют специальные модели, которые называются фантомами.To simplify the learning process, special models called phantoms are used.
Из уровня техники известен способ изготовления фантома [1], согласно которому в программе 3D моделирования готовят виртуальную модель фантома, затем печатают эту модель на 3D принтере, работающем по технологии PolyJet, позволяет одновременно печатать несколькими материалами, в результате получают пригодный к использованию фантом, в котором области повышенной эхогенности напечатаны из материала, отличного по своим акустическим свойствам от основного материала фантома.A method of manufacturing a phantom is known from the prior art [1], according to which a virtual model of the phantom is prepared in a 3D modeling program, then this model is printed on a 3D printer using PolyJet technology, which allows simultaneous printing with several materials, resulting in a usable phantom, in in which areas of increased echogenicity are printed from a material that differs in its acoustic properties from the main material of the phantom.
К недостаткам этого способа относятся:The disadvantages of this method include:
- дороговизну используемого оборудования, материалов и, следовательно, процесса изготовления;- the high cost of the equipment used, materials and, consequently, the manufacturing process;
- невозможность тренировать на таком фантоме навыки пункции и биопсии под контролем ультразвукового исследования, поскольку материал фантома непроницаем для иглы.- the impossibility of training on such a phantom the skills of puncture and biopsy under ultrasound control, since the phantom material is impenetrable to the needle.
Данный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.This method is accepted as the closest analogue of the claimed method.
Техническая задача заявленного изобретения состоит в создании губчатого фантома на основе стереолитографической 3D печати. Использование стереолитографической 3D печати обеспечивает высокую точность передачи размеров от виртуальной модели к напечатанному фантому, а присутствие губчатой структуры делает фантом пригодным не только для повышения навыков дифференциальной диагностики патологических образований, но и для развития и проверки навыков введения иглы под контролем ультразвуковой визуализации.The technical objective of the claimed invention is to create a sponge phantom based on stereolithographic 3D printing. The use of stereolithographic 3D printing ensures high accuracy of dimensional transfer from the virtual model to the printed phantom, and the presence of a spongy structure makes the phantom suitable not only for improving the skills of differential diagnosis of pathological formations, but also for developing and testing skills in needle insertion under ultrasound imaging control.
Основа процесса изготовления фантома описана в прототипе и заключается в том, что в программе для 3D моделирования готовится виртуальная модель фантома, модель преобразуется в stl формат и направляется на 3D печать, печатается, обрабатывается с целью удаления с поверхности модели остатков жидкой смолы.The basis of the phantom manufacturing process is described in the prototype and lies in the fact that a virtual model of the phantom is prepared in a 3D modeling program, the model is converted into stl format and sent for 3D printing, printed, processed to remove liquid resin residues from the surface of the model.
Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения от ближайшего аналога являются:The essential distinguishing features of the proposed technical solution from the closest analogue are:
- использование губчатой структуры в качестве материала для имитации мягких тканей человека для обеспечения возможности введения иглы;- the use of a spongy structure as a material to simulate human soft tissue to enable needle insertion;
- возможность программирования губчатой структуры на этапе построения виртуальной модели, а именно, возможность управлять числом и диаметром струн, формирующих структуру фантома. Это важно, поскольку управление этими параметрами косвенно позволяет управлять затуханием ультразвука в фантоме;- the ability to program the sponge structure at the stage of constructing a virtual model, namely, the ability to control the number and diameter of the strings that form the structure of the phantom. This is important because controlling these parameters indirectly controls the attenuation of ultrasound in the phantom;
- использование LCD (Liquid Cristal Display) стереолитографии для 3D печати фантома для обеспечения высокой точности моделирования и относительно низкой стоимости печати;- use of LCD (Liquid Cristal Display) stereolithography for 3D printing of a phantom to ensure high modeling accuracy and relatively low printing cost;
- использование оболочек моделей включений с отверстиями для ввода иглы, выхода воздуха и попадания звукопроводящей жидкости.- use of inclusion model shells with holes for needle insertion, air outlet and sound-conducting liquid ingress.
На Фиг. 1 показан пример изображения продольного сечения губчатой структуры.In FIG. 1 shows an example of a longitudinal section of a sponge structure.
На Фиг. 2 показан пример изображения поперечного сечения губчатой структуры.In FIG. Figure 2 shows an example of a cross-sectional image of a sponge structure.
На Фиг. 3 представлена модель объемных заполненных включений, определяющая области фантома, которые будут замещены моделирующими кисты включениями.In FIG. Figure 3 shows a model of volumetric filled inclusions, defining the areas of the phantom that will be replaced by inclusions simulating cysts.
На Фиг. 4 показан пример виртуальной модели включения с отверстиями в стенке, используемой в проекте для моделирования кисты.In FIG. Figure 4 shows an example of a virtual inclusion model with holes in the wall, used in the project to simulate a cyst.
На Фиг. 5 представлена совокупность виртуальных моделей включений с отверстиями в стенках, размещенных в области фантома и крепящихся к основанию фантома при помощи поддержки.In FIG. Figure 5 shows a set of virtual models of inclusions with holes in the walls, placed in the phantom area and attached to the phantom base using support.
На Фиг. 6 и 7 показаны примеры слоев фантома в продольном и поперечном срезе, соответственно.In FIG. Figures 6 and 7 show examples of phantom layers in longitudinal and transverse sections, respectively.
На Фиг. 8 представлена фотография распечатанного на LCD 3D принтере фантома до снятия с платформы для печати.In FIG. Figure 8 shows a photograph of a phantom printed on an LCD 3D printer before being removed from the printing platform.
На Фиг. 9 показана фотография фантома, распечатанного на LCD 3D принтере, отмытого от остатков смолы, обработанного в ультрафиолетовой камере и готового к использованию.In FIG. Figure 9 shows a photograph of a phantom printed on an LCD 3D printer, washed from resin residues, processed in an ultraviolet camera and ready for use.
На Фиг. 10 приведен пример сонограммы фантома.In FIG. Figure 10 shows an example of a phantom sonogram.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ изготовления фантома для ультразвуковых исследований. Согласно разработанному способу в программе 3D моделирования готовят виртуальную модель фантома и печатают эту модель на 3D принтере из материала, по акустическим свойствам моделирующего мягкие ткани. Виртуальная модель губчатого фантома состоит из множества струн. При подготовке виртуальной модели фантома задают ряд параметров, приведенных далее. Сам факт задания параметров обеспечивает возможность программирования губчатой структуры на этапе построения виртуальной модели. Задают радиус струны, в нашем примере равный 2,5 пикселя, что приблизительно равняется 78 мкм; задают число R вертикальных струн, в нашем примере равное 3600 струн; задают размеры фантома, для чего определяют высоту фантома Н, ширину фантома W и длину фантома L, в нашем примере равные 30 мм или 600 слоев (Н), 60 мм или 1920 пикселей (W и L), соотношение между размерами в мм и пикселями определяется характеристикой используемого в эксперименте принтера Phrozen Shuffle 4k; формируют массив из R элементов, содержащий координаты центров струн, причем центры струн распределяют случайным образом по равномерному закону в пределах заданных горизонтальных размеров фантома WxL; формируют матрицу размером, соответствующим размеру фантома WxL; заполняют эту матрицу нулями; изображают круги с центрами в центре струн и радиусами, равными радиусу струны; рассчитывают новые значения элементов массива, содержащего центры струн, причем новые значения задают случайным образом, но делают такими, чтоб смещение центра относительно предыдущего положения не превышало величину радиуса струны; повторяют формирование матрицы размеру фантома WxL, заполняют ее нулями, а затем изображают круги с центрами в новых значениях центров струн и радиусами, равными радиусу струны. Формирование новой матрицы, заполнение ее нулями и изображение кругов повторяют число раз, соответствующее высоту фантома Н. В результате получают массив изображений размером WxLxH, в нашем случае содержащий 600 горизонтальных изображений, на каждом из которых присутствует 3600 кругов радиусом 2,5 пикселя.To achieve the specified technical result, it is proposed to use the developed method for manufacturing a phantom for ultrasound research. According to the developed method, a virtual model of the phantom is prepared in a 3D modeling program and this model is printed on a 3D printer from a material that simulates soft tissues in terms of its acoustic properties. The virtual model of a sponge phantom consists of many strings. When preparing a virtual model of a phantom, a number of parameters are set, as follows. The very fact of setting parameters makes it possible to program the sponge structure at the stage of constructing a virtual model. Set the radius of the string, in our example equal to 2.5 pixels, which is approximately 78 microns; set the number R of vertical strings, in our example equal to 3600 strings; set the dimensions of the phantom, for which they determine the height of the phantom H, the width of the phantom W and the length of the phantom L, in our example equal to 30 mm or 600 layers (H), 60 mm or 1920 pixels (W and L), the ratio between the dimensions in mm and pixels determined by the characteristics of the Phrozen Shuffle 4k printer used in the experiment; an array of R elements is formed, containing the coordinates of the centers of the strings, and the centers of the strings are distributed randomly according to a uniform law within the given horizontal dimensions of the phantom WxL; form a matrix with a size corresponding to the size of the phantom WxL; fill this matrix with zeros; depict circles with centers in the center of the strings and radii equal to the radius of the string; new values of the elements of the array containing the centers of the strings are calculated, and the new values are set randomly, but made such that the displacement of the center relative to the previous position does not exceed the radius of the string; repeat the formation of a matrix with the size of the phantom WxL, fill it with zeros, and then draw circles with centers at the new values of the string centers and radii equal to the radius of the string. The formation of a new matrix, filling it with zeros and the image of circles is repeated a number of times corresponding to the height of the phantom H. As a result, an array of images of size WxLxH is obtained, in our case containing 600 horizontal images, each of which contains 3600 circles with a radius of 2.5 pixels.
Затем в полученную виртуальную модель мягких тканей, содержащую только вертикальные струны, добавляют горизонтальные струны, для чего сначала задают число Р горизонтальных струн; из полученного массива размером WxLxH считывают матрицу размером WxH, лежащую в основании виртуальной модели фантома, т.е. соответствующую минимальному значению L; формируют массив из Р элементов, в нашем примере равном 20, содержащий координаты центров струн, причем центры струн распределяют случайным образом по равномерному закону в пределах заданных вертикальных размеров фантома WxH. Изображают круги с центрами в новых центрах струн с радиусами, равными радиусу струны, после чего считывают матрицу размером WxH, следующую за ранее считанной, рассчитывают новые центры и изображают круги уже в новых центрах на только что считанном слое. После чего считывают следующую матрицы, рассчитывают новые центры кругов и изображают круги. Это повторяется для каждого вертикального изображения из массива WxLxH, в нашем примере содержащего 1920 вертикальных изображений. Причем новые значения центров кругов задают случайным образом, но делают такими, чтоб смещение центра относительно предыдущего положения не превышало величину радиуса струны. Пример горизонтального и вертикального изображений из массива WxLxH представлен на Фиг. 1 и 2, соответственно. Полученный массив WxLxH сохраняют в виде набора изображений. Полученный массив является виртуальной моделью губчатой структуры, моделирующей мягкие ткани губчатого фантома.Then, horizontal strings are added to the resulting virtual model of soft tissues, containing only vertical strings, for which the number P of horizontal strings is first set; from the resulting array of size WxLxH, a matrix of size WxH is read, which lies at the basis of the virtual model of the phantom, i.e. corresponding to the minimum value of L; form an array of P elements, in our example equal to 20, containing the coordinates of the string centers, and the string centers are randomly distributed according to a uniform law within the given vertical dimensions of the phantom WxH. They draw circles with centers in new centers of strings with radii equal to the radius of the string, after which they read a matrix of size WxH, following the previously read one, calculate new centers and draw circles at new centers on the layer just read. Then the next matrix is read, new centers of the circles are calculated and the circles are drawn. This is repeated for each vertical image in the WxLxH array, in our example containing 1920 vertical images. Moreover, new values of the centers of the circles are set randomly, but they are made such that the displacement of the center relative to the previous position does not exceed the radius of the string. An example of horizontal and vertical images from the WxLxH array is presented in Fig. 1 and 2, respectively. The resulting WxLxH array is saved as a set of images. The resulting array is a virtual model of a sponge structure that simulates the soft tissue of a sponge phantom.
Для укрепления конструкции и удобства использования фантом может содержать стенки, толщина которых в нашем примере равна 1 мм. Всего мы создали 5 стенок: четыре, располагающиеся по боковым сторонам фантома, и стенку дна.To strengthen the structure and ease of use, the phantom may contain walls, the thickness of which in our example is 1 mm. In total, we created 5 walls: four located on the sides of the phantom, and a bottom wall.
После построения виртуальной модели губчатой структуры получают набор изображений, соответствующих слоям губчатой структуры. В нашем примере такой набор изображений состоит из 600 слоев. Пример одного из слоев представлен на Фиг. 1.After constructing a virtual model of the sponge structure, a set of images corresponding to the layers of the sponge structure is obtained. In our example, such a set of images consists of 600 layers. An example of one of the layers is shown in Fig. 1.
Далее переходят к процессу моделирования заполненных объемных включений и включений с отверстиями в стенках, для этой цели используют программу для 3D моделирования. В нашем примере в качестве включений выбраны кисты идеализированной шарообразной формы. Для создания виртуальной модели включения использована программа КОМПАС-3D v20. Сначала создается шар произвольного диаметра, вредставляющий собой виртуальную модель объемного заполненного включения, диаметр задают произвольным, поскольку позже он будет изменяться в программе ChiTuBox. Далее в программе для 3D моделирования, например, в КОМПАС-3D v20, создаются сферы с различными диаметрами и различной толщиной стенки. В нашем примере были созданы сферы диаметрами 8, 7, 6, 5 и 4 мм, в их оболочке присутствуют сквозные отверстия диаметром от 0.9 до 1.2 мм, как показано на Фиг. 4. Эти сферы являются виртуальными моделями объемных полых включений. Отверстия необходимы для выхода смолы при печати, для попадания жидкости в модель кисты и для выхода из модели кисты воздуха. В созданном нами для демонстрации способа изготовления фантома образце были две группы сфер: в первой группе представлены сферы диаметром 8, 6 и 4 мм, они имеют толщину оболочки 0,4 мм, а другая группа состоит из сфер с различной толщиной оболочки для моделей каждого диаметра - это 0,4, 0,3, 0,2 и 0,1 мм для сфер диаметром 7, 6 и 5 мм.Next, they move on to the process of modeling filled volumetric inclusions and inclusions with holes in the walls; for this purpose, a 3D modeling program is used. In our example, idealized spherical cysts were chosen as inclusions. To create a virtual inclusion model, the KOMPAS-3D v20 program was used. First, a ball of arbitrary diameter is created, which represents a virtual model of a volumetric filled inclusion; the diameter is set arbitrary, since it will later be changed in the ChiTuBox program. Next, in a 3D modeling program, for example, KOMPAS-3D v20, spheres with different diameters and different wall thicknesses are created. In our example, spheres with diameters of 8, 7, 6, 5 and 4 mm were created; their shell contains through holes with a diameter of 0.9 to 1.2 mm, as shown in Fig. 4. These spheres are virtual models of volumetric hollow inclusions. The holes are necessary for the release of resin during printing, for fluid to enter the cyst model, and for air to exit the cyst model. In the sample we created to demonstrate the method of manufacturing a phantom, there were two groups of spheres: the first group contains spheres with a diameter of 8, 6 and 4 mm, they have a shell thickness of 0.4 mm, and the other group consists of spheres with different shell thicknesses for models of each diameter - these are 0.4, 0.3, 0.2 and 0.1 mm for spheres with a diameter of 7, 6 and 5 mm.
Далее созданные модели сохраняются в формате stl и импортируются в программу, которая преобразует stl в набор изображений для 3D печати. В нашем примере использовалась программа ChiTuBox. Она настраивается согласно параметрам принтера. Далее на рабочее поле программы помещают включения. Для удобства размещения включений мы ограничили область печати размерами фантома, а именно, площадь области печати была задана равной 60x60 мм, что соответствует размеру фантома. В нашем примере, представленном на Фиг. 3 и 5, первая группа кист занимает левую половину фантома и состоит из 12 включений - по четыре сферы каждого диаметра (8, 6 и 4 мм), расположенные на различной глубине фантома. Центр трех сфер первого ряда находится на глубине 11 мм, второго на глубине 15,5 мм, третьего - 20 мм, а четвертого - 24,5 мм. Вторую группу кист мы расположили в правой части фантома и также включили в нее 12 сфер диаметром 7, 6 и 5 мм - по четыре сферы каждого диаметра. Сферы равноудалены от верхней и нижней границ фантома относительно оси высоты. После расстановки включений выстраиваются поддержки, которые необходимы для обеспечения устойчивости моделей кист во время процесса печати и при эксплуатации фантома. После расстановки моделей и выстраивания поддержек производится нарезка модели на горизонтальные слои-изображения, сохраняемые в память компьютера. Далее, при создании рассматриваемого примера, на платформу помещают 24 шара в позиции, где прежде располагались включения. С помощью функции масштабирования доступной в программе ChiTuBox, изменяют размер шаров для получения необходимых диаметров - 8, 7, 6, 5 и 4 мм. Шары расставляют на платформе так, чтобы центры шаров совпадали с центрами сфер соответствующего диаметра, поддержки не удаляются. Полученная модель с поддержками и заполненными объемными включениями также нарезается на слои, и набор изображений сохраняется в виде архива. Расположение включений в нашем примере можно увидеть на Фиг. 3 и 5.Next, the created models are saved in stl format and imported into a program that converts stl into a set of images for 3D printing. In our example, we used the ChiTuBox program. It is configured according to the printer settings. Next, inclusions are placed on the program’s working field. For the convenience of placing inclusions, we limited the printing area to the size of the phantom, namely, the area of the printing area was set to 60x60 mm, which corresponds to the size of the phantom. In our example shown in FIG. 3 and 5, the first group of cysts occupies the left half of the phantom and consists of 12 inclusions - four spheres of each diameter (8, 6 and 4 mm), located at different depths of the phantom. The center of the three spheres of the first row is at a depth of 11 mm, the second at a depth of 15.5 mm, the third at 20 mm, and the fourth at 24.5 mm. We placed the second group of cysts on the right side of the phantom and also included 12 spheres with diameters of 7, 6 and 5 mm - four spheres of each diameter. The spheres are equidistant from the upper and lower boundaries of the phantom relative to the height axis. After placing the inclusions, supports are built that are necessary to ensure the stability of the cyst models during the printing process and during operation of the phantom. After arranging the models and building the supports, the model is cut into horizontal layers-images, saved in the computer memory. Next, when creating the example under consideration, 24 balls are placed on the platform in the positions where the inclusions were previously located. Using the scaling function available in the ChiTuBox program, the size of the balls is changed to obtain the required diameters - 8, 7, 6, 5 and 4 mm. The balls are placed on the platform so that the centers of the balls coincide with the centers of spheres of the corresponding diameter; the supports are not removed. The resulting model with supports and filled volumetric inclusions is also cut into layers, and the set of images is saved as an archive. The location of the inclusions in our example can be seen in Fig. 3 and 5.
Далее загружают в память и объединяют полученные наборы изображений таким образом, что в результате объединения в первом наборе изображений, содержащим виртуальную модель губчатой структуры, на месте шаров, представляющих собой виртуальные модели объемных заполненных включений (Фиг. 3), расставленных на платформе в ChiTuBox, оказываются пиксели, принимающие нулевые значения. Т.е. виртуальную модель объемного заполненного включения объединяют с массивом губчатой структуры размером WxLxH таким образом, что в ячейки массива губчатой структуры, соответствующие положению виртуальной модели объемного заполненного включения, записываются нулевые значения элементов матрицы, сохраняют полученный массив в виде набора изображений. Также в результате объединения на месте включений с поддержками (Фиг. 5) формируются изображения включений с поддержками, как показано на Фиг. 6 и 7. Так получают набор изображений, содержащих виртуальную модель губчатой структуры с включениями и поддержками. Полученный набор изображений (пример среза из набора представлен на Фиг. 6) сохраняется в виде архива формата zip, записывают в память 3D принтера и начинают печать методом стереолитографии. Предварительно 3D-принтер включают, заполняют фотополимерной смолой и калибруют.Next, the resulting sets of images are loaded into memory and combined in such a way that, as a result of combining in the first set of images containing a virtual model of the spongy structure, in place of the balls, which are virtual models of volumetric filled inclusions (Fig. 3), placed on the platform in ChiTuBox, there are pixels that take zero values. Those. the virtual model of the volumetric filled inclusion is combined with an array of sponge structure of size WxLxH in such a way that zero values of the matrix elements are written into the cells of the array of the sponge structure corresponding to the position of the virtual model of the volumetric filled inclusion, and the resulting array is stored as a set of images. Also, as a result of combining inclusions with supports in place (Fig. 5), images of inclusions with supports are formed, as shown in Fig. 6 and 7. This produces a set of images containing a virtual model of the sponge structure with inclusions and supports. The resulting set of images (an example of a slice from the set is shown in Fig. 6) is saved as a zip archive, written to the memory of the 3D printer, and printing begins using the stereolithography method. The 3D printer is first turned on, filled with photopolymer resin and calibrated.
После завершения процесса печати (Фиг. 8) модель обрабатывают согласно рекомендациям разработчика 3D-принтера и производителя смолы. Это нужна, чтобы избавиться от излишков смолы, оставшейся в губчатой структуре фантома. Для этого губчатый фантом помещают в контейнер, заполненный спиртом до полного растворения неполимеризованной смолы. В нашем случае модель обрабатывалась изопропиловым спиртом в течении 5 минут и на 1 минуту помещалась в ультрафиолетовую камеру Wanhao Boxman 1 для окончательной полимеризации смолы. После этой процедуры фантом выглядел так, как показано на Фиг. 9.Once the printing process is complete (Figure 8), the model is processed according to the recommendations of the 3D printer designer and resin manufacturer. This is necessary to get rid of excess resin remaining in the spongy structure of the phantom. To do this, the sponge phantom is placed in a container filled with alcohol until the unpolymerized resin is completely dissolved. In our case, the model was treated with isopropyl alcohol for 5 minutes and placed in a Wanhao Boxman 1 ultraviolet chamber for 1 minute for final polymerization of the resin. After this procedure, the phantom looked as shown in Fig. 9.
Для обеспечения контакта на время исследования ультразвуковым аппаратом фантом помещают в резервуар с водой или иным звукопроводящим веществом. При погружении важно избавиться от пузырьков воздуха, застрявших между струнами губки, иначе на сонограммах появятся светлые области на границе между жидкостью и воздухом, что значительно ухудшит качество изображения. Для этого воду или иное звукопроводящее вещество предварительно дегазируют.To ensure contact during the examination with an ultrasonic device, the phantom is placed in a reservoir with water or other sound-conducting substance. When diving, it is important to get rid of air bubbles stuck between the sponge strings, otherwise light areas will appear on the sonograms at the interface between the liquid and air, which will significantly degrade image quality. To do this, water or other sound-conducting substance is first degassed.
На сонограммах губчатого фантома, созданного описанным выше образом, наблюдаются неоднородная структура губки, имитирующей мягкую ткань, а также гипоэхогенные включения, моделирующие кисты (Фиг. 10). Можно отметить, что такая сонограмма характерна для мышечной ткани.Sonograms of a sponge phantom created in the manner described above show a heterogeneous sponge structure simulating soft tissue, as well as hypoechoic inclusions simulating cysts (Fig. 10). It can be noted that such a sonogram is characteristic of muscle tissue.
При изготовлении фантома используется 3D печать высокого разрешения, что позволяет придавать включениям фантома необходимые формы, моделировать кисты, опухоли, вносить иные интересующие патологии, такие как аневризмы кровеносных сосудов, тромбы, бляшки и т.д. Печать осуществляется методом стереолитографии с использованием фотополимерных смолы, а именно, в наших экспериментах использовалась смола Standard Blend фирмы Fun-to-Do. Напечатанные этим методом стенки включений являются прозрачными для ультразвука. После печати фантом промывают изопропиловым спиртом для снятия незастывшей смолы и помещают в ультрафиолетовую камеру, где окончательной полимеризации, после чего фантом готов к использованию.When manufacturing a phantom, high-resolution 3D printing is used, which allows you to give the phantom inclusions the necessary shapes, simulate cysts, tumors, introduce other pathologies of interest, such as aneurysms of blood vessels, blood clots, plaques, etc. Printing is carried out using stereolithography using photopolymer resins, namely, Standard Blend resin from Fun-to-Do was used in our experiments. The inclusion walls printed by this method are transparent to ultrasound. After printing, the phantom is washed with isopropyl alcohol to remove uncured resin and placed in an ultraviolet chamber for final polymerization, after which the phantom is ready for use.
Фантом может содержать объекты для развития и проверки навыков введения иглы под контролем ультразвуковой визуализации и использоваться для повышения и контроля этих навыков, например, кисты. Эти объекты могут быть получены из томографических данных, а именно, на основе компьютерной или магниторезонансной томографии, причем для получения данных для построения модели кровеносных сосудов предпочтительно использовать ангиографический режим. Губчатая структура фантома по своей характерной сонограмме ближе всего к мышечным тканям. Также фантом может использоваться для тренировки у врачей ультразвуковой диагностики навыков выявления характерных анатомических особенностей, например, развития сосудистого русла.The phantom can contain objects to develop and test needle insertion skills under ultrasound imaging guidance and be used to enhance and monitor these skills, such as cysts. These objects can be obtained from tomographic data, namely, based on computed tomography or magnetic resonance imaging, and it is preferable to use the angiographic mode to obtain data for constructing a blood vessel model. The spongy structure of the phantom in its characteristic sonogram is closest to muscle tissue. The phantom can also be used to train ultrasound diagnostic doctors to identify characteristic anatomical features, for example, the development of the vascular bed.
Для осуществления способа можно использовать стереолитографические принтеры, причем в нашем примере использовался LCD принтер, печатающий фотополимерной смолой, полимеризующейся под действием ультрафиолетового излучения.To implement the method, you can use stereolithographic printers, and in our example we used an LCD printer that prints with a photopolymer resin that polymerizes under the influence of ultraviolet radiation.
Фантомы, созданные согласно заявленному способу, могут быть откалиброваны так, что пользователю будут известны точные положения и размеры всех содержащихся в фантоме образований. Откалиброванные таким образом фантомы и информация о положениях и размерах могут быть использованы для оценки уровня квалификации врачей ультразвуковой диагностики.Phantoms created according to the claimed method can be calibrated so that the user knows the exact positions and sizes of all formations contained in the phantom. Phantoms calibrated in this way and information about positions and sizes can be used to assess the skill level of ultrasound technicians.
Работа с моделью обеспечит развитие навыков:Working with the model will ensure the development of skills:
- зрительно-моторной координации, необходимой для введения биопсийной иглы или пункции кровеносных сосудов под контролем ультразвуковой визуализации;- hand-eye coordination required to insert a biopsy needle or puncture blood vessels under ultrasound guidance;
- распознания проявления различных анатомических особенностей развития по изображению на экране ультразвукового сканера;- recognition of the manifestations of various anatomical features of development from the image on the screen of an ultrasound scanner;
- правильной постановки и координации руки с датчиком по ориентирам на экране ультразвукового прибора.- correct positioning and coordination of the hand with the sensor according to the landmarks on the screen of the ultrasound device.
Хотя настоящее изобретение описано на примере конкретных вариантов его осуществления, для специалистов будут ясны возможности многочисленных модификаций данного изобретения, не выходящие за границы объема его правовой охраны, определяемого прилагаемой формулой.Although the present invention has been described in terms of specific embodiments, it will be clear to those skilled in the art that numerous modifications of this invention can be made without exceeding the scope of its legal protection as defined by the appended claims.
Источники информацииInformation sources
1. Jacquet JR, Ossant F, Levassort F, Gregoire JM. 3-D-Printed Phantom Fabricated by Photopolymer Jetting Technology for High-Frequency Ultrasound Imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2018 Jun; 65 (6): 1048-1055. doi: 10.1109/TUFFC.2018.28235451. Jacquet JR, Ossant F, Levassort F, Gregoire JM. 3-D-Printed Phantom Fabricated by Photopolymer Jetting Technology for High-Frequency Ultrasound Imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2018 Jun; 65 (6): 1048-1055. doi: 10.1109/TUFFC.2018.2823545
Claims (33)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2805587C1 true RU2805587C1 (en) | 2023-10-19 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011032840A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Bimodal organ phantom and associated production method |
| RU2459273C2 (en) * | 2006-12-21 | 2012-08-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Anatomically and functionally accurate phantom soft tissues and method of formation thereof |
| RU2787293C1 (en) * | 2022-06-06 | 2023-01-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method for manufacturing medical products from plastic using sla technology with gradient illumination |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459273C2 (en) * | 2006-12-21 | 2012-08-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Anatomically and functionally accurate phantom soft tissues and method of formation thereof |
| WO2011032840A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Bimodal organ phantom and associated production method |
| RU2787293C1 (en) * | 2022-06-06 | 2023-01-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method for manufacturing medical products from plastic using sla technology with gradient illumination |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Jacquet JR, Ossant F, Levassort F, Gregoire JM. 3-D-Printed Phantom Fabricated by Photopolymer Jetting Technology for High-Frequency Ultrasound Imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2018 Jun; 65 (6): 1048-1055. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10083632B2 (en) | Patient specific anatomic kidney phatnom | |
| US7583367B2 (en) | Catheter surgery simulation | |
| WO2009010898A2 (en) | Phantom for ultrasound guided needle insertion and method for making the phantom | |
| US20070148626A1 (en) | Three-dimensional model | |
| US20040009459A1 (en) | Simulation system for medical procedures | |
| CN107452266A (en) | The method and model of modeling | |
| JP2010513977A (en) | Anatomically and functionally accurate soft tissue phantom and method for producing the same | |
| JP2012503501A (en) | Simulation of medical image diagnosis | |
| US20230386363A1 (en) | Patient-specific cardiovascular simulation device | |
| Rethy et al. | Anthropomorphic liver phantom with flow for multimodal image-guided liver therapy research and training | |
| CN109820594A (en) | A method of production heart part 3D printing model is guided using ultrasonic wave initial data | |
| RU2691524C1 (en) | Simulator for developing skills of performing kidney surgeries | |
| JP2021525157A (en) | Manufacturing method using echo source replica and additional manufacturing system | |
| Yi et al. | Development and evaluation of a craniocerebral model with tactile-realistic feature and intracranial pressure for neurosurgical training | |
| CN109196570A (en) | Assessment executes the method and assessment tool of the people of medical procedure or the performance of robot | |
| RU2805587C1 (en) | Method of manufacturing a spongeous phantom for ultrasonic research | |
| WO2017074176A1 (en) | Bio-model comprising a fluid system and method of manufacturing a bio-model comprising a fluid system | |
| Doyle et al. | Development and preliminary evaluation of an anthropomorphic trans-rectal ultrasound prostate brachytherapy training phantom | |
| Nhan et al. | Creating low-cost phantoms for needle manipulation training in interventional radiology procedures | |
| Cheung et al. | Magnetic resonance imaging properties of multimodality anthropomorphic silicone rubber phantoms for validating surgical robots and image guided therapy systems | |
| Chen et al. | An anthropomorphic polyvinyl alcohol triple-modality brain phantom based on Colin27 | |
| RU2797398C1 (en) | Method of manufacturing phantom for ultrasonic research | |
| JP3415179B2 (en) | 3D model creation device | |
| Chen | Designing Customized 3D Printed Models for Surgical Planning in Repair of Congenital Heart Defects | |
| Young et al. | A low-cost PVC-based dual-modality kidney phantom |