Fantomová struktura - Phantom structure
Fantomové struktury jsou umělé struktury určené k emulaci vlastností lidského těla v záležitostech, jako je mimo jiné rozptyl světla a optika, elektrická vodivost a příjem zvukových vln. Fantomy byly použity experimentálně místo nebo jako doplněk k lidským subjektům k udržení konzistence, ověření spolehlivosti technologií nebo ke snížení nákladů na experimenty.[1] Byly také použity jako materiál pro výcvik techniků k provádění zobrazování.[2]
Optické přízraky
Uvádí se, že optické tkáňové fantomy nebo zobrazovací fantomy se používají převážně pro tři hlavní účely: ke kalibraci optických zařízení, záznamu základních referenčních měření a pro zobrazování lidského těla.[3] Fantomy optické tkáně mohou mít nepravidelný tvar částí těla.[4]
Kompozitní materiály
Optické fantomy mohou být vyrobeny z mnoha materiálů. Mezi ně patří mimo jiné:
- homogenizované mléko[3]
- nemléčná smetana[3]
- vosk[3]
- suspenze krve a kvasinek[3]
- ve vodě rozpustné barvivo (indický inkoust)[3]
- intralipid[3]
- latexové mikrokuličky[3]
- pevný epoxid[4][3]
- tekutý kaučuk[4]
- silikon[3]
- polyester[3]
- polyuretan[3]
Výpočtové přízraky
Výpočetní lidské fantomy mají mnoho využití, mimo jiné včetně biomedicínského zobrazování, výpočetního modelování a simulací, záření dozimetrie a plánování léčby.[5]
Fyziologické modely
Fantomová hlava
Při použití výzkumu zaměřeného a komerčně dostupného (COTS) EEG technologie vytvořené pro monitorování mozkové činnosti, vědci zjistili, že je nutné srovnávací čtení nervové elektrické aktivity.[1] Díky silné závislosti údajů EEG na mechanickém kontaktu je technologie citlivá na pohyb.[6] To a vysoká citlivost na podmínky prostředí mohou vést k šumu signálu. Bez výchozího stavu je těžké interpretovat, zda jsou abnormální klinická data výsledkem chybné technologie, nekonzistence nebo nesouladu pacientů, okolního hluku nebo nevysvětleného vědeckého principu.[1]
Fantomová hlava byla popsána vědci v roce 2015. Tato hlava byla vyvinuta na Výzkumná laboratoř americké armády.[1] Údajným záměrem pro konstrukci této fantomové hlavy bylo „přesně obnovit skutečnou a imaginární impedanci pokožky hlavy, obsahovat interní zářiče pro vytvoření dipólů a snadno se replikovat v různých laboratořích a výzkumných skupinách.“ [7]
Vědci použili inverzní 3D tištěnou formu, která byla reprodukována anonymizovaným obrazem MRI. Hlava sestávala z balistického gelu se složením, které obsahovalo sůl, aby vedlo elektřinu jako lidská tkáň.[8] Balistická želatina byla vybrána, protože vede elektřinu,[8] a zároveň má mechanické vlastnosti podobné živé tkáni.[9][10] Několik elektrických vodičů ve fantomové hlavě armády vedlo elektrický proud. K ověření správného umístění elektrod byl použit CT snímek.[8] Omezení tohoto přízraku spočívalo v tom, že materiál nebyl dostatečně odolný.[1][8] Chlazený gel se degradoval relativně rychle, přibližně o 0,3% každý den.[8]
Další hlášené modely byly vyrobeny z koulí naplněných solným roztokem.[11]
Fantomový pankreas
V roce 2013 bylo hlášeno podání patentu na fantomu prostaty. Prostata se skládala ze tří samostatných fantomových vrstev prostaty, perineální žlázy a kožní tkáně a byla vyvinuta pro studium rakoviny prostaty. brachyterapie. Vědci tvrdili, že přízrak emuluje zobrazovací a mechanické vlastnosti prostaty a okolních tkání.[12]
Fantomové ucho
V roce 2002 vědci navrhli ušní přízrak pro experimentální studie rychlosti absorpce zvuku buněčných emisí.[13]
Fantomová kůže
Bylo vyvinuto několik návrhů fantomové kůže pro různá použití, mimo jiné studium terapie kožních lézí, aplikace úzkopásmových a ultrapásmových mikrovln (jako detekce rakoviny prsu),[14] a zobrazování nehtů a podkladových tkání.[15]
Fantomová prsa
Ultrazvuk tkáň elastografie je metoda pro stanovení zdraví tkáně, protože byly zaznamenány patologické stavy zvyšující pružnost tkáně. V roce 2015 bylo hlášeno, že tkáňový fantom na bázi agaru je užitečný při kompresní elastografické diagnostice rakoviny prsu. Vědci replikovali klinický vzhled stavů, jako je fibroadenom a invazivní duktální karcinom ve fantomovém prsu, a porovnali elastografické a sonografické snímky.[2]
Kromě toho byl popsán recept na vytvoření částečně stlačitelného fantomového prsu pomocí tekutého kaučuku.[4]
Reference
- ^ A b C d E "'Phantom head 'může jednoho dne odstranit dohady z EEG monitorování ". www.army.mil. Citováno 2018-08-22.
- ^ A b Manickam K, Reddy MR, Seshadri S, Raghavan B (říjen 2015). „Vývoj cvičného přízraku pro kompresní prsní elastografii - srovnání různých systémů elastografie a numerické simulace“. Journal of Medical Imaging. 2 (4): 047002. doi:10.1117 / 1.JMI.2.4.047002. PMC 4682573. PMID 26697511.
- ^ A b C d E F G h i j k l „Project: Optical Phantoms“. omlc.org. Citováno 2018-08-22.
- ^ A b C d „Laboratoř zobrazování migrace fotonů“. www.nmr.mgh.harvard.edu. Citováno 2018-08-22.
- ^ „6. mezinárodní workshop o výpočetních lidských přízrakech | 27. - 30. srpna 2017 v historickém Annapolisu, MD, USA“. www.cpworkshop.org. Citováno 2018-08-22.
- ^ Slipher GA, Hairston WD, Bradford JC, Bain ED, Mrozek RA (02.02.2018). „Vodivé silikonové elastomery plněné uhlíkovými nanovlákny jako měkká, suchá bioelektronická rozhraní“. PLOS ONE. 13 (2): e0189415. Bibcode:2018PLoSO..1389415S. doi:10.1371 / journal.pone.0189415. PMC 5800568. PMID 29408942.
- ^ Hairston WD, A Slipher G, B Yu A (2016-09-24). „Balistická želatina jako předpokládaný substrát pro fantomová zařízení EEG“. arXiv:1609.07691. Bibcode:2016arXiv160907691H. Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc) - ^ A b C d E „Výzkum EEG letních studentů se nadále vyvíjí v ARL | US Army Research Laboratory“. www.arl.army.mil. Citováno 2018-08-22.
- ^ Richler, D; Rittel, D (01.06.2014). „O zkoušení dynamických mechanických vlastností měkkých želatin“. Experimentální mechanika. 54 (5): 805–815. doi:10.1007 / s11340-014-9848-4.
- ^ Farrer AI, Odéen H, de Bever J, Coats B, Parker DL, Payne A, Christensen DA (2015-06-16). "Charakterizace a hodnocení želatinových fantomů napodobujících tkáně pro použití s MRgFUS". Journal of Therapeutic Ultrasound. 3: 9. doi:10.1186 / s40349-015-0030-r. PMC 4490606. PMID 26146557.
- ^ Collier, T. J .; Kynor, D. B .; Bieszczad, J .; Audette, W. E .; Kobylarz, E. J .; Diamond, S. G. (2012). "Vytvoření fantomu lidské hlavy pro testování zařízení a technik elektroencefalografie - IEEE Journals & Magazine". Transakce IEEE na biomedicínském inženýrství. 59 (9): 2628–34. doi:10.1109 / TBME.2012.2207434. PMID 22911537.
- ^ „Patent USA č. US 8 480 407 B2“ (vydaný 9. července 2013)
- ^ Gandhi OP, Kang G (2002). "Některé současné problémy a navrhovaný experimentální fantom pro testování souladu SAR celulárních telefonů na 835 a 1 900 MHz". Fyzika v medicíně a biologii. 47 (9): 1501–18. Bibcode:2002PMB .... 47.1501G. doi:10.1088/0031-9155/47/9/306. ISSN 0031-9155. PMID 12043816.
- ^ Lazebnik M, Madsen EL, Frank GR, Hagness SC (září 2005). „Fantomové materiály napodobující tkáně pro úzkopásmové a ultraširokopásmové mikrovlnné aplikace“. Fyzika v medicíně a biologii. 50 (18): 4245–58. Bibcode:2005PMB .... 50,4245L. doi:10.1088/0031-9155/50/18/001. PMID 16148391.
- ^ Tuchin VV, Bashkatov AN, Genina EA, Kochubey V, Lychagov V, Portnov SA, Trunina NA, Miller DR, Cho S (10.02.2011). "Model tkáně prstu a fantom kožní tkáně prokrvený". Dynamika a fluktuace v biomedicínské fotonice VIII. SPIE. 7898: 78980Z. Bibcode:2011SPIE.7898E..0ZT. doi:10.1117/12.881604.