Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/88012
Title: The Design and Manufacturing of a Multimodal Phantom of a Life-size Mouse using Direct Digital Manufacturing Techniques
Other Titles: Design e Fabricação de um Fantoma Multimodal de um Ratinho em Tamanho Real com recurso a Técnicas de Fabricação Digital Direta
Authors: Saraiva, João Gabriel de Jesus Pereira
Orientador: Caramelo, Francisco José Santiago Fernandes Amado
Ferreira, Nuno David Sousa Chichorro Fonseca
Keywords: Fantoma Físico; Segmentação; Fabricação Aditiva; Imagiologia Multimodal; Moldes; Physical Phantom; Segmentation; Additive Manufacturing; Multimodal Imaging; Moulds
Issue Date: 20-Sep-2019
Serial title, monograph or event: The Design and Manufacturing of a Multimodal Phantom of a Life-size Mouse using Direct Digital Manufacturing Techniques
Place of publication or event: Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra, iCBR, e Centro para o Desenvolvimento Rápido e Sustentado de Produto (CDRSP), Instituto Politécnico de Leiria
Abstract: Fantomas são objetos usados em aparelhos de imagiologia médica, tais como CT, MRI, PET e Ultrassonografia, para calibração do Sistema, como para otimização das suas funções, como é o caso dos processos de reconstrução de imagem, com o objetivo de maximizar a sua performance. Um fantoma multimodal é aquele que pode ser usado para em mais do que 1 técnica de imagiologia médica. Existem 2 tipos de fantomas: os digitais e os físicos. O foco deste trabalho incidirá sobre estes últimos. Este será constituído por esqueleto, pele e pela maioria dos órgãos: cérebro, pulmões, coração, fígado, estômago, baço, rins, intestino grosso, intestino delgado, apêndice e bexiga. Este trabalho fará parte da nova geração de fantomas físicos multimodais (será usado em PET, CT e MRI). Este, do ponto de vista anatómico, será o mais realista possível, sendo produzido com recurso com técnicas de fabricação digital direta (DDM, na sigla em inglês). Esta, é uma família de tecnologias que permite a produção de objetos diretamente a partir de um ficheiro digital (ficheiro em formato STL), sem a necessidade de ferramentas complexas ou moldes. Estes são caracterizados por terem as estruturas anatómicas bem definidas e com boa resolução (mesmo as estruturas mais complexas), e doses de radiação aplicadas semelhantes às aplicadas em pequenos animais (ratinhos, neste caso). É ainda importante referir os diferentes métodos de criação do fantoma físico. O primeiro consiste na moldagem tradicional, que conduz a um design menos sofisticado, não incluindo estruturas realistas e, dessa forma, a avaliação do sistema de imagiologia. O segundo consiste no uso de prototipagem rápida, vulgarmente conhecido como impressão 3D, o qual permite a obtenção de estruturas mais complexas. De realçar ainda que, a impressão 3D pode ser usado tanto direta, como indiretamente. No primeiro tipo, o fantoma é impresso diretamente, enquanto no segundo, é impresso um molde (do objeto pretendido) e, de seguida, esse molde é preenchido no material pretendido. O fantoma físico usa materiais que mimetizam a função do tecido biológico. Para preparar um fantoma multimodal é necessário ter em conta que os materiais escolhidos têm de mimetizar mais do que 1 propriedade, tantas quanto as técnicas de imagiologia usadas.
Phantoms are devices used with medical imaging systems such as CT, MRI, PET and Ultrasonography to calibrate the system, optimize their operation and which can be utilized to explore different 3D image reconstruction processes to deliver the highest performance. A multimodal phantom provides contrast in two or more imaging technologies. There are two types of phantoms: the digital and physical phantoms. The latter is the focus of this work. The physical phantom of life-size mouse will contain the skeleton, the skin and majority of organs: brain, lungs, heart, liver, stomach, spleen, kidneys, large intestine, small intestine, appendix and bladder. This work will assist with the design and manufacture of the next generation of multimodal physical phantoms (it will be used in CT, PET and MRI). The mouse phantom will contain realistic anatomy and it will be produced by Direct Digital Manufacturing techniques (DDM). DDM is a family of technologies which enable objects to be produced directly from a digital definition without the need for complex tooling or moulds. These phantoms will have high resolution imaging capabilities and energies scaled to match the small animals geometries. It is also important to refer to the methods of creating a physical phantom. The first is the traditional mould approach which leads a less sophisticated design that does not contain any realistic structures and hence the evaluation of the imaging system becomes limited. The second approach which has developed more recently are the 3D-printed phantoms, with more complex structures. The 3-D printed technology can be achieved in 2 ways: directly, where the phantom is printed and, indirectly, where the casting mould is printed, and other biomaterials are used to build the phantom. The physical phantom will use materials that mimics the function of biological tissue. Preparing a multimodal phantom means that we need to identify those which can mimic more than one property, as many as medical imaging techniques used.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/88012
Rights: embargoedAccess
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