Фантомная структура - Phantom structure

Фантомные конструкции представляют собой искусственные структуры, разработанные для имитации свойств человеческого тела в таких областях, как, помимо прочего, рассеяние света и оптика, электропроводность и прием звуковых волн. Фантомы использовались экспериментально вместо людей или в качестве дополнения к ним для поддержания согласованности, проверки надежности технологий или снижения затрат на эксперименты.[1] Они также использовались в качестве материала для обучения технических специалистов работе с изображениями.[2]

Оптические фантомы

Основная статья: Фантом изображения

Фантомы оптических тканей, или фантомы формирования изображений, как сообщается, в основном используются для трех основных целей: для калибровки оптических устройств, записи исходных эталонных измерений и для получения изображений человеческого тела.[3] Фантомы из оптических тканей могут иметь неправильную форму частей тела.[4]

Композитные материалы

Оптические фантомы могут быть изготовлены из различных материалов. К ним относятся, но не ограничиваются:

  • гомогенизированное молоко[3]
  • немолочные сливки[3]
  • воск[3]
  • суспензия крови и дрожжей[3]
  • водорастворимый краситель (тушь)[3]
  • интралипид[3]
  • латексные микросферы[3]
  • твердый эпоксидная смола[4][3]
  • жидкий каучук[4]
  • силикон[3]
  • полиэстер[3]
  • полиуретан[3]

Вычислительные фантомы

Основная статья: Вычислительный фантом человека

Вычислительные человеческие фантомы имеют множество применений, включая, помимо прочего, компьютерное моделирование и симуляцию биомедицинской визуализации, излучение дозиметрия, и планирование лечения.[5]

Физиологические модели

Призрачная голова

При использовании ориентированного на исследования и коммерческого использования (COTS) ЭЭГ Благодаря технологиям, созданным для мониторинга активности мозга, ученые установили необходимость эталонного считывания электрической активности нейронов.[1] Сильная зависимость показаний ЭЭГ от механического контакта делает технологию чувствительной к движению.[6] Это, а также высокая чувствительность к условиям окружающей среды могут привести к шуму сигнала. Без исходных данных трудно интерпретировать, являются ли отклонения от нормы клиническими данными результатом неисправной технологии, несогласованности или несоблюдения требований пациента, окружающего шума или необъяснимого научного принципа.[1]

Фантомная голова была описана исследователями в 2015 году. Эта голова была разработана в Исследовательская лаборатория армии США.[1] Сообщается, что эта фантомная голова была сконструирована с целью «точно воссоздать реальный и воображаемый импеданс кожи головы, содержать внутренние излучатели для создания диполей и легко воспроизводиться в различных лабораториях и исследовательских группах». [7]

Ученые использовали обратную трехмерную печатную форму, которая воспроизводила анонимное МРТ-изображение. Голова состояла из баллистического геля, в состав которого входила соль, чтобы проводить электричество, как человеческие ткани.[8] Баллистический желатин был выбран потому, что он проводит электричество,[8] а также обладает механическими свойствами, подобными живой ткани.[9][10] Множество электрических проводов внутри фантомной головы армии несли электрический ток. Компьютерная томография использовалась для проверки правильного размещения электродов.[8] Ограничения этого фантома заключались в том, что материал был недостаточно прочным.[1][8] Охлажденный гель разлагался относительно быстро, примерно на 0,3% каждый день.[8]

Другие описанные модели были сделаны из сфер, заполненных солевым раствором.[11]

Фантом поджелудочной железы

В 2013 году поступило сообщение о подаче патента на фантом простаты. Простата состоит из трех отдельных фантомных слоев простаты, промежности и кожной ткани и разработана для изучения рака простаты. брахитерапия. Ученые утверждали, что фантом имитирует визуализацию и механические свойства простаты и окружающих тканей.[12]

Призрачное ухо

В 2002 году исследователи предложили ушной фантом для экспериментальных исследований уровня поглощения звука клеточными выбросами.[13]

Фантомная кожа

Было разработано несколько конструкций фантомной кожи для различных целей, включая, помимо прочего, изучение терапии поражений кожи, применение узкополосных и сверхполосных микроволн (например, обнаружение рака груди),[14] и визуализация ногтей и подлежащих тканей.[15]

Фантомная грудь

УЗИ ткань эластография - это метод определения здоровья тканей, поскольку были отмечены патологии, повышающие эластичность тканей. В 2015 году сообщалось, что тканеподобный фантом на основе агара может быть полезен при компрессионной эластографической диагностике рака груди. Ученые воспроизвели клинические проявления таких состояний, как фиброаденома и инвазивная протоковая карцинома в фантомной груди, и сравнили эластографические и сонографические изображения.[2]

Кроме того, сообщалось о рецепте формирования полусжимаемой фантомной груди из жидкой резины.[4]

использованная литература

  1. ^ а б c d е "'"Фантомная голова" однажды может избавить вас от догадок при мониторинге ЭЭГ ". www.army.mil. Получено 2018-08-22.
  2. ^ а б Маникам К., Редди М.Р., Сешадри С., Рагхаван Б. (октябрь 2015 г.). «Разработка тренировочного фантома для компрессионной эластографии груди - сравнение различных систем эластографии и численное моделирование». Журнал медицинской визуализации. 2 (4): 047002. Дои:10.1117 / 1.JMI.2.4.047002. ЧВК  4682573. PMID  26697511.
  3. ^ а б c d е ж г час я j k л «Проект: Оптические фантомы». omlc.org. Получено 2018-08-22.
  4. ^ а б c d «Лаборатория фотонной миграции». www.nmr.mgh.harvard.edu. Получено 2018-08-22.
  5. ^ "6-й Международный семинар по вычислительным фантомам человека | 27-30 августа 2017 г. в историческом городе Аннаполис, штат Мэриленд, США". www.cpworkshop.org. Получено 2018-08-22.
  6. ^ Слайфер Г.А., Хейрстон В.Д., Брэдфорд Дж.С., Бейн Э.Д., Мрозек Р.А. (06.02.2018). «Проводящие силиконовые эластомеры, наполненные углеродным нановолокном, в качестве мягких, сухих биоэлектронных интерфейсов». PLOS ONE. 13 (2): e0189415. Bibcode:2018PLoSO..1389415S. Дои:10.1371 / journal.pone.0189415. ЧВК  5800568. PMID  29408942.
  7. ^ Хейрстон У.Д., А Slipher G, Б Ю А (2016-09-24). «Баллистический желатин как предполагаемый субстрат для фантомных устройств ЭЭГ». arXiv:1609.07691. Bibcode:2016arXiv160907691H. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  8. ^ а б c d е «Летние студенческие исследования ЭЭГ продолжают развиваться в ARL | Исследовательской лаборатории армии США». www.arl.army.mil. Получено 2018-08-22.
  9. ^ Richler, D; Риттель, Д. (2014-06-01). «Об испытании динамических механических свойств мягких желатинов». Экспериментальная механика. 54 (5): 805–815. Дои:10.1007 / s11340-014-9848-4.
  10. ^ Фаррер AI, Odéen H, de Bever J, Coats B, Parker DL, Payne A, Christensen DA (16.06.2015). «Характеристика и оценка желатиновых фантомов, имитирующих ткань, для использования с MRgFUS». Журнал терапевтического ультразвука. 3: 9. Дои:10.1186 / s40349-015-0030-у. ЧВК  4490606. PMID  26146557.
  11. ^ Collier, T. J .; Kynor, D. B .; Bieszczad, J .; Audette, W. E .; Kobylarz, E.J .; Даймонд, С. Г. (2012). «Создание фантома головы человека для тестирования оборудования и методов электроэнцефалографии - журналы и журнал IEEE». IEEE Transactions по биомедицинской инженерии. 59 (9): 2628–34. Дои:10.1109 / TBME.2012.2207434. PMID  22911537.
  12. ^ «Патент США № US 8,480,407 B2» (выдан 9 июля 2013 г.)
  13. ^ Ганди OP, Кан Г (2002). «Некоторые представляют проблемы и предлагается экспериментальный фантом для проверки соответствия SAR сотовых телефонов на частотах 835 и 1900 МГц». Физика в медицине и биологии. 47 (9): 1501–18. Bibcode:2002PMB .... 47.1501G. Дои:10.1088/0031-9155/47/9/306. ISSN  0031-9155. PMID  12043816.
  14. ^ Лазебник М., Мадсен Э.Л., Франк Г.Р., Хагнесс СК (сентябрь 2005 г.). «Имитирующие ткань фантомные материалы для узкополосных и сверхширокополосных микроволновых приложений». Физика в медицине и биологии. 50 (18): 4245–58. Bibcode:2005ПМБ .... 50.4245л. Дои:10.1088/0031-9155/50/18/001. PMID  16148391.
  15. ^ Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Е.А., Кочубей В., Лычагов В., Портнов С.А., Трунина Н.А., Миллер Д.Р., Чо С. (2011-02-10). «Модель ткани пальца и фантом ткани кожи, перфузированной кровью». Динамика и колебания в биомедицинской фотонике VIII. ШПИОН. 7898: 78980Z. Bibcode:2011SPIE.7898E..0ZT. Дои:10.1117/12.881604.