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Pixel-für-Pixel Analyse von CT-Scans für verbesserte 3D-Phantome

CT-Scan-Bilder eines menschlichen Gehirns / © Mikael Häggström/Abteilung für Radiologie, Universitätsklinikum Uppsala
Im Rahmen einer neuen Studie untersuchen Forscher eine neuartige Methode für den 3D-Druck von patientenspezifischen Organ-Modellen. Bei dieser Methode sollen medizinische Standard-DICOM-Bilder Pixel-für-Pixel analysiert werden, um auf Basis dessen ein druckfähiges 3D-Modell zu erstellen.

Dass vor allem 3D-Modelle im medizinischen Sektor immer mehr Zuspruch finden, zeigen uns beispielsweise Plastische Chirurgen der niederländischen Radboud University, welche 3D-Modelle als intraoperative Leitlinien bei Brustrekonstruktionen nutzen, oder auch eine neue GE Healthcare Software immer wieder aufs Neue.

Nun untersucht auch Nikiforos Okkalidis, ein Forscher an der Universität von Malta, neue Möglichkeiten zur Herstellung von 3D-gedruckten Phantomen. Phantome stellen eine Unterkategorie von medizinischen Modellen dar, welche zur Kontrolle der Qualität von diagnostischen Bildgebungsgeräten, der Ausbildung von Studenten sowie auch der Bestimmung einer Strahlendosis, die auf ein Organ zur Krebsbehandlung angewendet wird, dienen.

Im Rahmen seiner neuen Studie schlägt Okkalidis vor, Phantome auf Basis einer pixelgenauen Analyse von CT-Scan-Bildern zu erstellen, welche in weiterer Folge in 3D-Modelle umgewandelt werden sollen.

3D gedruckte Brustmammographie-Phantome
3D gedruckte Brustmammographie-Phantome / © Andreu Badal/die U. S. Food and Drug Administration

Diese Pixel-für-Pixel Bildanalyse soll die Hounsfield Units, sprich die Strahlungsdichte eines CT-Scans, ablesen. Mit dem Einsatz eines Algorithmus wird diese gemessene Strahlungsdichte mit der Fülldichte des zu druckenden Phantoms korreliert. Die Ergebnisse werden in weiterer Folge an einen 3D-Drucker überliefert und zeigen schlussendlich wie viel Material an jedem Punkt des Objekts extrudiert werden soll.

Durch die vorgeschlagene Pixel-für-Pixel Bildanalyse besteht somit “kein Bedarf an [einer] manuellen Konturierung und 3D-Modellierung der Organe eines Patienten.” Überdies wiesen die bisher 3D-gedruckten Phantome im Gegensatz zu Jenen, welche nicht mit diesem Algorithmus hergestellt wurde, einen größeren Dichteumfang auf. Auch zeigten die 3D-Phantome “deutlich eine signifikante Verbesserung sowohl visuell als auch bei den erreichten Phantomwerten”.

Ähnliche Ansätze verfolgten bereits das Mediated Matter Lab des MIT in Zusammenarbeit mit dem Wyss Institute for Biological Inspired Engineering der Harvard University. Im Rahmen dieser Kooperation wurde bereits ein patentierter Pixel-für-Pixel-Ansatz für die Verarbeitung und das Drucken von medizinischen 3D-Modellen erforscht.

Okkalidis Forschung wurde bereits unter dem Titel “Ein neuartiges 3D-Druckverfahren zur exakten Anatomie-Replikation in patientenspezifischen Phantomen” online im Medical Physics Journal publiziert.

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