Радиотехника
RUEN
Радиотехника
RUEN
+7 (495) 625‑92‑41 info@radiotec.ru

Название статьи или книги, фамилия автора, DOI

Тканеимитирующие материалы тест-объектов артериальных сосудов для КТ-ангиографических исследований: обзор литературы

Ю.А. Васильев1, М.Р. Коденко2, О.В. Омелянская3, А.С. Борде4, Д.И. Абызова5, А.В. Гусева6, А.В. Самородов7, Л.Ю. Анопченко8, Р.В. Решетников9

научная статья УДК 611.13; 611.08 Страницы: 53-66 doi.org/10.18127/j15604136-202406-05

  1. 1,3,4,8,9 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно- практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы» (Москва, Россия)
  2. 2,6 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно- практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы» (Москва, Россия); Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
  3. 5,7 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
Ключевые слова: Тканеимитирующие материалытест-объект3D-печатьКТартериальные сосуды

Аннотация

Постановка проблемы. Использование тест-объектов позволяет существенно расширить круг задач в сфере совершенствования методов и инструментов КТ-ангиографии. При традиционном разделении хирургических и диагностических задач особое место занимают тест-объекты для симуляции сосудистых операций под контролем рентгена. В этом случае одинаково важны корректная визуализация тест-объекта и биологическое подобие физических характеристик материала, из которого он изготовлен. Систематизация публикаций данной направленности, несмотря на свою актуальность, в настоящее время слабо освящена в литературе.

Цель. Систематизировать данные о различных видах тканеимитирующих материалов, используемых для изготовления тест-объектов артериальных сосудов.

Результаты. Проведен отбор и анализ 30 релевантных публикаций из порядка 600 работ в предметной области. Систематизированы данные о назначении, видах имитируемых сосудов и биомеханическом подобии тканеимитирующих материалов тест-объектов. Одновременное воспроизведение рентгеновских и биомеханических характеристик артериальных сосудов возможно при использовании агар-глицероловых смесей, дополненных гереметизирующей полиуретановой мембраной; комбинации FullCure 930 и TangoPlus для ослабленной артериальной стенки, PVA-C при работе тест-объекта в области малых нагрузок, а также комбинацию армирующих нитей из TPU 95A пластика в силиконовом матриксе DragonSkin 30.

Практическая значимость. Результаты используются для работ в сфере материаловедения, а также физического моделирования артериальных сосудов.

Поступила
01.10.2024
Одобрена
28.10.2024
Принята
20.11.2024

Для цитирования

Васильев Ю.А., Коденко М.Р., Омелянская О.В., Борде А.С., Абызова Д.И., Гусева А.В., Самородов А.В., Анопченко Л.Ю., Решетников Р.В. Тканеимитирующие материалы тест-объектов артериальных сосудов для КТ-ангиографических исследований: обзор литературы // Биомедицинская радиоэлектроника. 2024. № 6. С. 53–66. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202406-05

Список источников
  1. Filippou V., Tsoumpas C. Recent advances on the development of phantoms using 3D printing for imaging with CT, MRI, PET, SPECT, and ultrasound // Medical physics. 2018. Т. 45. № 9. С. e740–e760.
  2. McGarry C.K. et al. Tissue mimicking materials for imaging and therapy phantoms: a review // Physics in Medicine & Biology. 2020. Т. 65. № 23. С. 23TR01.
  3. Gelmini A.Y.P. et al. Virtual reality in interventional radiology education: a systematic review // Radiologia Brasileira. 2021. Т. 54. № 4. С. 254–260.
  4. Means K. et al. A Review of Virtual Reality in Radiology // Current Problems in Diagnostic Radiology. 2023.
  5. Elsayed M. et al. Virtual and augmented reality: potential applications in radiology // Acta Radiologica. 2020. Т. 61. № 9. С. 1258–1265.
  6. Zhou G. et al. Application of three-dimensional printing in interventional medicine // Journal of Interventional Medicine. 2020. Т. 3. № 1. С. 1–16.
  7. Mitsouras D. et al. Medical 3D printing for the radiologist // Radiographics. 2015. Т. 35. № 7. С. 1965–1988.
  8. Bastawrous S. et al. Principles of three-dimensional printing and clinical applications within the abdomen and pelvis // Abdominal Radiology. 2018. Т. 43. С. 2809–2822.
  9. Giannopoulos A. A. et al. Cardiothoracic applications of 3-dimensional printing // Journal of thoracic imaging. 2016. Т. 31. № 5. С. 253–272.
  10. Marro A., Bandukwala T., Mak W. Three-dimensional printing and medical imaging: a review of the methods and applications // Current problems in diagnostic radiology. 2016. Т. 45. № 1. С. 2–9.
  11. Bibb R., Winder J. A review of the issues surrounding three-dimensional computed tomography for medical modelling using rapid prototyping techniques // Radiography. 2010. Т. 16. № 1. С. 78–83.
  12. Giannopoulos A. A. et al. Applications of 3D printing in cardiovascular diseases // Nature Reviews Cardiology. 2016. Т. 13. № 12. С. 701–718.
  13. Патент № 2797398 C1 Российская Федерация, МПК G09B 23/28. способ изготовления фантома для ультразвуковых исследований: № 2022130330: заявл. 22.11.2022: опубл. 05.06.2023 / Д.В. Леонов, Н.С. Кульберг, А.А. Насибуллина [и др.]; заявитель Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы».
  14. Rickey D.W. et al. A wall-less vessel phantom for Doppler ultrasound studies // Ultrasound in medicine & biology. 1995. Т. 21. № 9. С. 1163–1176.
  15. Zhao Z. et al. Engineering functional and anthropomorphic models for surgical training in interventional radiology: A state-of-the-art review // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 2023. Т. 237. № 1. С. 3–17.
  16. Lorbeer R. et al. Reference values of vessel diameters, stenosis prevalence, and arterial variations of the lower limb arteries in a male population sample using contrast-enhanced MR angiography // PloS one. 2018. Т. 13. № 6. С. e0197559.
  17. Engelke K. et al. Quantitative analysis of skeletal muscle by computed tomography imaging – State of the art // Journal of orthopaedic translation. 2018. Т. 15. С. 91–103.
  18. Йодсодержащие контрастные препараты [Электронный ресурс]: Материал из Википедии – свободной энциклопедии: Версия 122065343, сохранённая в 13:15 UTC 4 мая 2022 / Авторы Википедии // Википедия, свободная энциклопедия. Электрон. дан. Сан-Франциско: Фонд Викимедиа, 2022.  Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/?curid=1547839&oldid=122065343
  19. Meess K.M. et al. 3D printed abdominal aortic aneurysm phantom for image guided surgical planning with a patient specific fenestrated endovascular graft system // Medical imaging 2017: imaging informatics for healthcare, research, and applications. SPIE. 2017. Т. 10138. С. 159–172.
  20. Ionita C.N. et al. Angiographic imaging evaluation of patient-specific bifurcation-aneurysm phantom treatment with pre-shaped, self-expanding, flow-diverting stents: feasibility study // Medical Imaging 2011: Biomedical Applications in Molecular, Structural, and Functional Imaging. – SPIE. 2011. Т. 7965. С. 384–392.
  21. Torres I.O., De Luccia N. A simulator for training in endovascular aneurysm repair: the use of three dimensional printers // European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 2017. Т. 54. № 2. С. 247–253.
  22. Kärkkäinen J.M. et al. Simulation of endovascular aortic repair using 3D printed abdominal aortic aneurysm model and fluid pump // CardioVascular and Interventional Radiology. 2019. Т. 42. С. 1627–1634.
  23. Cloutier G. et al. A multimodality vascular imaging phantom with fiducial markers visible in DSA, CTA, MRA, and ultrasound // Medical Physics. 2004. Т. 31. № 6. С. 1424–1433.
  24. Little C.D. et al. A patient-specific multi-modality abdominal aortic aneurysm imaging phantom // International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 2022. Т. 17. № 9. С. 1611–1617.
  25. King D. M. et al. Comparative imaging study in ultrasound, MRI, CT, and DSA using a multimodality renal artery phantom // Medical physics. 2011. Т. 38. № 2. С. 565–573.
  26. Ene F. et al. In vitro evaluation of the effects of intraluminal thrombus on abdominal aortic aneurysm wall dynamics // Medical engineering & physics. 2011. Т. 33. № 8. С. 957–966.
  27. Perrira N. et al. Experimental Investigation of Blood Mimicking Fluid Viscosity for Application in 3D-Printed Medical Simulator // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2022. Т. 2222. № 1. С. 012016.
  28. Швальб П.Г., Ухов Ю.И. Патология венозного возврата из нижних конечностей. 2009.
  29. Maximilian G. et al. Development and evaluation of 3d-printed cardiovascular phantoms for interventional planning and training. 2021.
  30. Parthasarathy J. et al. Assessment of transfer of morphological characteristics of Anomalous Aortic Origin of a Coronary Artery from imaging to patient specific 3D Printed models: A feasibility study // Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2021. Т. 201. С. 105947.
  31. He Z. et al. Anthropomorphic and biomechanical mockup for abdominal aortic aneurysm // Medical Engineering & Physics. 2020. Т. 77. С. 60–68.
  32. Kodenko M.R., Guseva A.V. Hydraulic circuit for pulse flow simulation in the tissue-mimicking aortic phantom // Digital Diagnostics. 2023. Т. 4. № 1S. С. 35–36.
  33. Stepniak K. et al. Novel 3D printing technology for CT phantom coronary arteries with high geometrical accuracy for biomedical imaging applications // Bioprinting. 2020. Т. 18. С. e00074.
  34. Kaschwich M. et al. Feasibility of an endovascular training and research environment with exchangeable patient specific 3D printed vascular anatomy: Simulator with exchangeable patient-specific 3D-printed vascular anatomy for endovascular training and research // Annals of Anatomy-Anatomischer Anzeiger. 2020. Т. 231. С. 151519.
  35. Lalka S.G. et al. Phantom for calibration of preoperative imaging modalities in endoluminal stent-graft repair of aortic aneurysms // Journal of vascular and interventional radiology. 1998. Т. 9. № 5. С. 799–807.
  36. Allard L. et al. A multimodality vascular imaging phantom of an abdominal aortic aneurysm with a visible thrombus // Medical Physics. 2013. Т. 40. № 6. Part 1. С. 063701.
  37. Kwon J., Ock J., Kim N. Mimicking the mechanical properties of aortic tissue with pattern-embedded 3D printing for a realistic phantom // Materials. 2020. Т. 13. № 21. С. 5042.
  38. Stefanov F. et al. Innovative Design and Manufacturing Techniques for Patient Specific Abdominal Aortic Aneurysm Flexible Benchtop Models // Summer Bioengineering Conference. – American Society of Mechanical Engineers, 2013. Т. 55607. С. V01AT04A022.
  39. Wang K. et al. Controlling the mechanical behavior of dual-material 3D printed meta-materials for patient-specific tissue-mimicking phantoms // Materials & Design. 2016. Т. 90. С. 704–712.
  40. Valverde I. et al. 3 D printed models for planning endovascular stenting in transverse aortic arch hypoplasia // Catheterization and Cardiovascular Interventions. 2015. Т. 85. № 6. С. 1006–1012.
  41. Ho D., Squelch A., Sun Z. Modelling of aortic aneurysm and aortic dissection through 3D printing // Journal of medical radiation sciences. 2017. Т. 64. № 1. С. 10–17.
  42. van Hamersvelt R.W. et al. Contrast agent concentration optimization in CTA using low tube voltage and dual-energy CT in multiple vendors: a phantom study // The international journal of cardiovascular imaging. 2018. Т. 34. С. 1265–1275.
  43. Richards T. et al. Quantification of uncertainty in the assessment of coronary plaque in CCTA through a dynamic cardiac phantom and 3D-printed plaque model // Journal of Medical Imaging. – 2018. Т. 5. № 1. С. 013501–013501.
  44. Toepker M. et al. Stenosis quantification of coronary arteries in coronary vessel phantoms with second-generation dual-source CT: influence of measurement parameters and limitations // American Journal of Roentgenology. 2013. Т. 201. № 2. С. W227–W234.
  45. Mørup S.D. et al. Design of a 3D printed coronary artery model for CT optimization // Radiography. 2022. Т. 28. № 2. С. 426–432.
  46. Ionita C.N. et al. Challenges and limitations of patient-specific vascular phantom fabrication using 3D Polyjet printing // Proceedings of SPIE--the International Society for Optical Engineering. NIH Public Access, 2014. Т. 9038. С. 90380M.14:05
  47. Frölich A.M.J. et al. 3D printing of intracranial aneurysms using fused deposition modeling offers highly accurate replications // American journal of neuroradiology. 2016. Т. 37. № 1. С. 120–124.
  48. Legnani E. et al. Additive fabrication of a vascular 3D phantom for stereotactic radiosurgery of arteriovenous malformations // 3D Printing and Additive Manufacturing. 2021. Т. 8. № 4. С. 217–226.
  49. Allard L. et al. Multimodality vascular imaging phantoms: A new material for the fabrication of realistic 3D vessel geometries // Medical physics. 2009. Т. 36. № 8. С. 3758–3763.
  50. Jin K.N. et al. Dual-energy computed tomography angiography: virtual calcified plaque subtraction in a vascular phantom // Acta radiologica open. 2017. Т. 6. № 7. С. 2058460117717765.
  51. Kaufmann R. et al. Vascular 3D printing with a novel biological tissue mimicking resin for patient-specific procedure simulations in interventional radiology: A feasibility study // Journal of Digital Imaging. 2022. Т. 35. № 1. С. 9–20.
  52. De Backer P. et al. Point-of-care 3D printing: a low-cost approach to teaching carotid artery stenting // 3D Printing in Medicine. 2021. Т. 7. С. 1–7.
  53. Hamedani B. A. et al. Three‐dimensional printing CT‐derived objects with controllable radiopacity // Journal of applied clinical medical physics. 2018. Т. 19. № 2. С. 317–328.
  54. Коденко М.Р., Архангельский А.Н., Самородов А.В., Решетников Р.В. Система имитационного моделирования пульсового потока в крупных сосудах для ангиографических исследований // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26. № 5. С. 85–95. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202305-09
+7 (495) 621‑48‑37 +7 (495) 625‑92‑41 info@radiotec.ru
Доставка и оплата Для авторов Об издательстве Прайс-лист Политика обработки персональных данных
© 1937–2026 ООО Издательство «Радиотехника»