Д.В. Леонов1, О.В. Власова2, О.В. Омелянская3, Ю.А. Васильев4

1–4 Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы (Москва, Россия)
1 Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия)
1 Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» РАН (Москва, Россия)
1 strat89@mail.ru, 2 VlasovaOV10@zdrav.mos.ru, 3 OmelyanskayaOV@zdrav.mos.ru, 4 VasilevYA1@zdrav.mos.ru

Постановка проблемы. Фантомы печени играют важную роль в ультразвуковой визуализации, так как они используются для обучения и подготовки специалистов к работе с пациентами. Кроме того, они могут способствовать разработке новых методов ультразвуковой диагностики. Однако создание фантомов требует тщательного подбора материалов, которые должны максимально точно имитировать акустические свойства тканей печени человека.

Цель. Исследовать материалы, используемые для изготовления фантомов печени, и предоставить подробную информацию об их ультразвуковых характеристиках.

Результаты. Изучены основные публикации за последние десять лет, посвященные материалам для создания фантомов печени. Отмечено, что в качестве таких материалов чаще всего применяются агар-агар, желатин, силикон, полиуретан, поливинилхлорид, поливиниловый спирт. Установлено, что каждый из материалов обладает своими преимуществами и недостатками, о которых важно знать разработчикам фантомов.

Практическая значимость. Представленная информация о преимуществах и недостатках различных материалов позволяет выбирать наиболее подходящие материалы для конкретных задач, что способствует повышению качества обучения специалистов и совершенствованию методов ультразвуковой диагностики. Кроме того, исследование может стимулировать дальнейшие разработки в области создания более точных и функциональных фантомов печени.

Леонов Д.В., Власова О.В., Омелянская О.В., Васильев Ю.А. Материалы для имитации характеристик печени при ультразвуковой визуализации // Биомедицинская радиоэлектроника. 2025. T. 28. № 6. С. 83−90. DOI: https:// doi.org/10.18127/j15604136-202506-09

1. Asrani S.K., Devarbhavi H., Eaton J. and Kamath P.S. Burden of liver diseases in the world // J Hepatol. 2019. 70. 151–171.
2. Xiao J., Wang F., Yuan Y., Gao J., Xiao L., Yan C., Guo F., Zhong J., Che Z., Li W., Lan T., Tacke F., Shah V.H., Li C., Wang H., Dong E. Epidemiology of liver diseases: global disease burden and forecasted research trends // Science China Life Sciences. 2025. 68(2). 541–557.
3. Devarbhavi H., Asrani S.K., Arab J.P., Nartey Y.A., Pose E., Kamath P.S. Global burden of liver disease: 2023 update // J Hepatol. 2023. 79. 516–537.
4. Singal A.K., Mathurin P. Diagnosis and treatment of alcohol-associated liver disease: a review // Jama. 2021. 326(2). 165–176.
5. Ferraioli G., Barr R.G., Berzigotti A., Sporea I., Wong V.W.S., Reiberger T., Karlas T., Thiele M., Cardoso A.C., Ayonride O.T., Castera L., Dietrich C.F., Iijima H., Lee D.H., Kemp W., Oliveira C.P., Sarin S.K. WFUMB guideline/guidance on liver multiparametric ultrasound: Part 1. Update to 2018 guidelines on liver ultrasound elastography. Ultrasound in medicine & biology. 2024.
6. Chazot N., Romero J.C., Peters T.M., Rankin A. & Chen E.C. Development of a multi-modal liver phantom with flow for the validation and training of focal ablation procedures. In Medical Imaging 2022: Image-Guided Procedures, Robotic Interventions, and Modeling. 2022. V. 12034. P. 648–656.
7. Васильев Ю.А. и др. Использование фантомов в процессе обучения ультразвуковой диагностике: Учеб. пособие. М.: Издательские решения. 2025. 84 с.
8. Насибуллина А.А., Лейченко Д.В., Суслина Л.А., Леонов Д.В. Обучающие фантомы для ультразвуковой диагностики // Виртуальные технологии в медицине. 2022;(3):252–254.
9. Васильев Ю.А., Омелянская О.В., Насибуллина А.А., Леонов Д.В., Булгакова Ю.В., Ахмедзянова Д.А., Шумская Ю.Ф., Решетников Р.В. Антропоморфные фантомы молочной железы для лучевой диагностики: научный обзор // Digital Diag­nostics. 2023. Т. 4. № 4. С. 569–592.
10. Valls-Esteve A., Tejo-Otero A., Lustig-Gainza P., Buj-Corral I., Fenollosa-Artés F., Rubio-Palau J., de la Torre I.B.-M., Munuera J., Fondevila C., Krauel L. Patient-specific 3D printed soft models for liver surgical planning and hands-on training. Gels. 2023. 9(4), 339.
11. Nopper H., Schendel O., Karayagiz F., Freitas U., Lück T., Stadie T., Lampe M., Reinschluessel A., Doering T., Salzman D., Weyhe D. Advanced training scenarios for liver surgery with realistic interactive 3D-printed phantoms. Transactions on Additive Manufactu­ring Meets Medicine. 2021. 3(1), 502–502.
12. Осипов Л.В., Кульберг Н.С., Леонов Д.В., Морозов С.П. Трехмерное ультразвуковое исследование: особенности визуализации объемных данных // Медицинская техника. 2020. № 2 (320). С. 51–55.
13. Осипов Л.В., Кульберг Н.С., Леонов Д.В., Морозов С.П. Трехмерное ультразвуковое исследование: технологии, тенденции развития // Медицинская техника. 2018. № 3 (309). С. 39–43.
14. Carson P.L., Russ M.K., Pinter S.Z., Dekker S. Simple but rigorous procedure for ultrasound quality assurance. Medical Physics. 2025.
15. Pacioni A., Carbone M., Freschi C., Viglialoro R., Ferrari V., Ferrari M. Patient-specific ultrasound liver phantom: materials and fabrication method. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2015 Jul; 10(7):1065–75. doi: 10.1007/s11548-014-1120-y
16. Nenadic I.Z., Qiang B., Urban M.W., Zhao H., Sanchez W., Greenleaf J.F., Chen S. Attenuation measuring ultrasound shearwave elastography and in vivo application in post-transplant liver patients // Phys Med Biol. 2017 Jan 21;62(2):484–500. doi: 10.1088/1361-6560/aa4f6f
17. Rethy A., Sæternes J.O., Halgunset J., Mårvik R., Hofstad E.F., Sánchez-Margallo J.A., Langø T. Anthropomorphic liver phantom with flow for multimodal image-guided liver therapy research and training. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2018 Jan;13(1):61–72. doi: 10.1007/s11548-017-1669-3
18. Ehrbar S., Jöhl A., Kühni M., Meboldt M., Ozkan Elsen E., Tanner C., Goksel O., Klöck S., Unkelbach J., Guckenberger M., Tanadini-Lang S. ELPHA: Dynamically deformable liver phantom for real-time motion-adaptive radiotherapy treatments // Med Phys. 2019 Feb;46(2):839–850. doi: 10.1002/mp.13359
19. de Jong T.L., Moelker A., Dankelman J., van den Dobbelsteen J.J. Designing and validating a PVA liver phantom with respiratory motion for needle-based interventions. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2019 Dec;14(12):2177–2186. doi: 10.1007/s11548-019-02029-6
20. Lv S., Long Y., Su Z., Zheng R., Li K., Zhou H., Qiu C., Yin T., Xu E. Investigating the Accuracy of Ultrasound-Ultrasound Fusion Imaging for Evaluating the Ablation Effect via Special Phantom-Simulated Liver Tumors. Ultrasound Med Biol. 2019 Nov;45(11):3067–3074. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2019.07.415
21. Ahmad M.S., Suardi N., Shukri A., Nik Ab Razak NNA, Oglat A.A., Makhamrah O., Mohammad H. Dynamic Hepatocellular Carcinoma Model Within a Liver Phantom for Multimodality Imaging. Eur J Radiol Open. 2020 Sep 3;7:100257. doi: 10.1016/j.ejro.2020.100257
22. Al-Zogbi L., Bock B., Schaffer S., Fleiter T., Krieger A. A 3-D-Printed Patient-Specific Ultrasound Phantom for FAST Scan. Ultrasound Med Biol. 2021 Mar;47(3):820–832. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2020.11.004
23. Tan X., Li D., Jeong M., Yu T., Ma Z., Afat S., Grund K.E., Qiu T. Soft Liver Phantom with a Hollow Biliary System. Ann Biomed Eng. 2021 Sep;49(9):2139–2149. doi: 10.1007/s10439-021-02726-x
24. Morr A.S., Herthum H., Schrank F., Görner S., Anders M.S., Lerchbaumer M., Müller H.P., Fischer T., Jenderka K.V., Han­
    sen H.H.G., Janmey P.A., Braun J., Sack I., Tzschätzsch H. Liquid-Liver Phantom: Mimicking the Viscoelastic Dispersion of Human Liver for Ultrasound- and MRI-Based Elastography. Invest Radiol. 2022 Aug 1;57(8):502–509. doi: 10.1097/RLI.0000000000000862
25. Antoniou A., Evripidou N., Georgiou L., Chrysanthou A., Ioannides C., Damianou C. Tumor phantom model for MRI-guided focused ultrasound ablation studies. Med Phys. 2023 Oct;50(10):5956–5968. doi: 10.1002/mp.16480
26. Leonov D.V. Development of a liver phantom for training in the diagnosis of metastases and ultrasound-guided insertion of intratissue ablation electrodes. Biomed Eng. 2024. 58, 93–96. https://doi.org/10.1007/s10527-024-10373-4
27. Elisei R.C., Graur F., Szold A., Melzer A., Moldovan S.C., Motrescu M., Moiş E., Popa C., Pîsla D., Vaida C., Tudor T., Coţe A., Al-Hajjar N. Gelatin-based liver phantoms for Training purposes: a cookbook Approach. Journal of Clinical Medicine. 2024. 13(12), 3440.
28. Seitzinger M., Gnatzy F., Kern S., Steinhausen R., Klammer J., Schlosser T., Blank V., Karlas T. Development, evaluation, and overview of standardized training phantoms for abdominal ultrasound-guided interventions. Ultraschall Med. 2024 Apr;45(2):176–183. English. doi: 10.1055/a-2242-7074
29. Elisei R.C., Graur F., Melzer A., Moldovan S.C., Tiu C., Popa C., Mois E., Pisla D., Vaida C., Ştefănescu H., Coţe A., Al-Hajjar N. Liver Phantoms Cast in 3D-Printed Mold for Image-Guided Procedures. Diagnostics. 2024. 14(14), 1521.
30. Jawli A., Nabi G., Huang Z. A Polyvinyl Alcohol (PVA)-Based Phantom for Prostate Cancer Detection Using Multiparametric
    Ultrasound: A Validation Study. Bioengineering. 2024. 11(11), 1052.
31. Ferraioli G., Berzigotti A., Barr R.G., Choi B.I., Cui X.W., Dong Y., Gilja O.H., Lee J.Y., Lee D.H., Moriyasu F., Piscaglia F., Sugimoto K., Wong G.L.-H., Wong V.W.-S., Dietrich C.F. Quantification of liver fat content with ultrasound: a WFUMB position paper. Ultrasound in medicine & biology. 2024. 47(10), 2803-2820.
32. Leonov D., Nasibullina A., Grebennikova V., Vlasova O., Bulgakova Y., Belyakova E., Shestakova D., Costa- Júnior J.F.S., Omelianskaya O., Vasilev Y. Design and evaluation of an anthropomorphic neck phantom for improved ultrasound diagnostics of thyroid gland tumors. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 2024. 19(8), 1637–1645.
33. Leonov D., Venidiktova D., Costa-Júnior J.F.S., Nasibullina A., Tarasova O., Pashinceva K., Vetsheva N., Bulgakova J., Kulberg N., Borsukov A., Saikia M.J. Development of an anatomical breast phantom from polyvinyl chloride plastisol with lesions of various shape, elasticity and echogenicity for teaching ultrasound examination. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 2024. 19(1), 151–161.
34. Патент РФ 2797398. Способ изготовления фантома для ультразвуковых исследований / Д.В. Леонов, Н.С. Кульберг, А.А. Насибуллина, А.И. Громов, Д.Ю. Венедиктова, О.К. Тарасова, К.С. Пашинцева, Н.Н. Ветшева. Заявл. 22.11.2022; опубл. 05.06.2023.
35. McGarry C.K., Grattan L.J., Ivory A.M., Leek F., Liney G.P., Liu Y., Miloro P., Rai R., Robinson A.J., Zeqiri B., Clark C.H. Tissue mimicking materials for imaging and therapy phantoms: a review. Physics in Medicine & Biology. 2020. 65(23), 23TR01.
36. Gilligan L.A., Trout A.T., Bennett P., Dillman J.R. Repeatability and Agreement of Shear Wave Speed Measurements in Phantoms and Human Livers Across 6 Ultrasound 2-Dimensional Shear Wave Elastography Systems. Invest Radiol. 2020 Apr;55(4):191–199. doi: 10.1097/RLI.0000000000000627
37. Pozowski P., Bilski M., Bedrylo M., Sitny P., Zaleska-Dorobisz U. Modern ultrasound techniques for diagnosing liver steatosis and fibrosis: A systematic review with a focus on biopsy comparison. World Journal of Hepatology. 2025. 17(2), 100033.