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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10172(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

환자의 의료 이미지를 실제 3D 모델(팬텀 모델)로 시각화하는 것은 교육부터 전임상 준비, 임상 연구에 이르기까지 의료 분야에서 많은 역할을 합니다. 그러나 현재의 팬텀 모델은 일반적으로 일반적이고, 비용이 많이 들고, 제작하는 데 시간이 많이 걸립니다. 따라서 의료 영상부터 환자별 팬텀 모델까지 비용 및 시간 효율적인 파이프라인이 필요합니다. 이 작업에서는 기성 수용성 수지와 저가형 데스크톱 3D 프린터를 사용하여 복잡한 3D 희생 주형을 만드는 방법을 제시합니다. 이를 통해 컴퓨터 단층 촬영 혈관 조영 영상(CTA)에서 투명 실리콘 고무(폴리디메틸실록산, PDMS)로 대뇌 동맥 트리의 일부를 실물 크기 팬텀 모델(\(10\times 6\times 4\) cm)로 재현할 수 있습니다. 모델을 자기공명영상(MRI)으로 분석해 환자 데이터와 비교했다. 결과는 동맥의 좋은 일치와 매끄러운 표면을 보여줍니다. 또한 1mm 채널과 날카로운 모서리를 재현하는 능력을 살펴봄으로써 우리의 방법을 평가합니다. 우리는 둥근 모양이 잘 재현되는 반면 날카로운 특징은 약간의 차이를 보이는 것을 발견했습니다. 우리의 방법은 총 노동 시간이 2시간 미만이고 제작 비용이 저렴하여 환자별 팬텀 모델을 제작할 수 있습니다.

의료 이미지에서 재현된 팬텀 모델은 맞춤 의학 분야에서 많은 잠재적인 역할을 가지고 있습니다. 환자의 내부 구조를 실제 크기의 3D 모델로 재현하는 것은 여러 가지 이유로 유익합니다. 첫째, 팬텀 모델은 의료 전문가가 수술 전에는 물론 교육 훈련에도 사용할 수 있습니다1,2,3,4. 둘째, 흐름 특성을 측정할 수 있는 현실적인 팬텀 모델은 질병 진단에 도움이 될 수 있으며 연구자들에게 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 평가하는 기술을 제공할 수 있습니다5,6. 팬텀 흐름 모델로 재현하는 데 도움이 되는 미세 구조화된 특징을 가진 복잡한 기하학의 한 예는 뇌 동맥입니다. 뇌동맥 트리를 환자별 모델로 재현하면 비정상적인 혈관 협착(협착증)으로 인한 혈압 영향을 시각화 및 탐색하고 임상 평가를 위한 현재 방법을 검증하는 데 도움이 될 수 있습니다7. 그러나 현재 의학에서 사용되는 팬텀 모델은 일반적으로 일반적이고, 비용이 많이 들고, 제작하는 데 시간이 많이 걸립니다8. 이러한 한계를 극복하고 환자별 모델을 제작하려면 의료 영상부터 3D 팬텀 모델까지 비용 및 시간 효율적인 파이프라인이 필요합니다.

의료 영상은 일상적인 임상 측정에서 쉽게 이용할 수 있는 동맥 혈관 조영술(혈관 영상)의 향상된 해상도를 통해 지난 수십 년 동안 빠르게 발전했습니다. 그러나 일상적인 절차의 일부로 이러한 혈관 조영술을 팬텀 모델로 전환하려면 효율적인 제작 방법이 필요합니다. 최근 3D 프린터 기술의 발전은 3D 모델을 만드는 새로운 방법을 제공합니다. 결과적으로 이제 팬텀 모델을 사내에서 신속하고 저렴한 비용으로 제조할 수 있습니다. 대부분의 3D 프린팅 기술은 압출 기반(예: FDM), 광조형(예: SLA) 또는 잉크젯 프린터(예: 폴리젯)9,10입니다. SLA 프린터는 일반적으로 고해상도, 우수한 표면 마감 및 저렴한 비용으로 인해 선호됩니다. 이 모든 것이 중요하지만 팬텀 모델은 생체 내 조건과 유사할 수도 있어야 하므로 재료를 고려해야 합니다. 폴리디메틸실록산(PDMS)이라는 실리콘 고무는 투명하고 불활성이며 무독성11,12 조정될 수 있는 탄력성을 갖기 때문에 팬텀 모델에 일반적으로 사용됩니다. 이는 생물학적 연구를 수행하거나 규정 준수(유연한) 요소를 통합하는 데 사용되는 흐름 모델에 이상적입니다. 그러나 PDMS는 시도 시 광학 선명도가 저하되므로 직접 3D 프린팅에 적합한 재료가 아닙니다. 따라서 높은 광학 선명도와 고해상도를 허용하기 위해 SLA 프린터를 사용하여 동맥 몰드를 제작하고 PDMS에 캐스팅하는 방법을 제안합니다.