Определения 11
Введение 13
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1. Медицинские фантомы 16
1.2. КТ - индексы. Индексы Хаунсфилда 18
1.2.1. Построение графического среза при КТ 19
1.2.2. Уровни плотности различных типов тканей 20
1.3. 3D - печать, технология наслойного наплавления 23
Глава 2. Поиск способа изготовления модифицированных материалов для создания филамента для BD-печати и печать образцов 27
2.1. Обзор материалов 27
2.1.1. Металлические порошки 27
2.1.2. PLA-пластик 27
2.2. Расчёт плотностей модифицированных материалов 28
2.3. Смешивание филамента при помощи экструдера прутка 30
2.4. Измельчение пластика до соизмеримых с порошком размеров 31
2.5. Нагрев пластика в муфельной печи с последующим добавлением
металлического порошка 33
2.6. Равномерный нагрев пластика с последующим добавлением
металлического порошка 38
2.7. Обзор BD-принтера и печать образцов из модифицированных
материалов 40
2.8. Исследование свойств образцов и материалов на томографе 41
Заключение и вывод 43
Используемые источники 44
Современную жизнь невозможно представить без ядерных технологий, которые плотно вошли во все индустриальные и сельскохозяйственные отрасли. Применение ядерных технологий стоит на первом месте в важнейших научных вопросах исследования вселенной. Создание атомного флота позволило изучать геологически-труднодоступные места. Но именно медицина - главный оплот применения ядерных технологий. С их помощью появилась возможность применять совершенно новые методы диагностики для лечения большого ряда заболеваний, что привело к созданию нового направления - ядерной медицины. Ядерная медицина использует более 50% годового производства радионуклидов - ядер, распадающихся с испусканием ионизирующего излучения, во всем мире.
Радиоактивные соединения, радионуклидная диагностика, радионуклидная и лучевая терапия, радиоизотопные методы диагностики:
• Однофотонная эмиссионная компьютерная томография,
• Позитронно - эмиссионная томография,
• Томографические методы, не использующие радионуклиды,
• Магнитно - резонансная терапия,
• Компьютерная томография.
А также использование ускорителей заряженных частиц для производства изотопов и проведения лучевой терапии - непосредственное использование ядерных технологий в медицине.
Для проведения безопасных испытаний, калибровки излучений, моделирования поведения излучения в веществе, чтобы не причинять вред здоровью, используют медицинские дозиметрические фантомы - это модели тела человека или животных, предназначенные для измерения поглощенных доз ионизирующего излучения.
Фантомы изготавливают из тканеэквивалентных материалов, которые по своим физико-химическим свойствам близки к имитируемой биологической ткани. Дозиметрические фантомы могут изготавливаться в форме имитируемого тела с раздельным моделированием внутренних органов. Но структуру внутренних органов возможно имитировать лишь с приближённой точностью, т.к. невозможно повторить строение костных тканей с учётом их толщин и плотностей. Так, для имитации костной ткани используется натуральный скелет, а легочная ткань моделируется из желатиновыми капсулами. В изготовленных данной технологией фантомах размещают, дозиметры, фотоплёнки или химические дозиметры и облучают их. Результаты облучения позволяют судить о распределении глубинных доз в облученном объекте и, к примеру, обеспечивают формирование терапии.
Моделирование анатомии человека - это одна, из наиболее быстро развивающихся областей ядерной медицины. При решении задач лучевой (и радио-нуклидной) диагностики и терапии необходима качественная дозиметрическая поддержка, но она испытывает трудности, в связи со следующими причинами:
• Большое число способов облучения;
• Применение смешанного излучения;
• Тело человека состоит из трёхмерных гетерогенных тканей и органов различной формы и плотности, что приводит к сложной структуре формирования необходимых доз, терапевтических, либо в органах и тканях;
• Высокие затраты на создание медицинских дозиметрических фантомов.
В рамках учебно-исследовательской работы были выполнены следующие задачи:
• Разработан способ получения модифицированных материалов с заданными индексами Хаунсфилда путём равномерного нагрева пластика с последующим добавлением в него примеси на пластографе Brabender Plastograph ES Plus;
• Разработан способ получения филамента для BD-печати из модифицированных материалов при помощи экструдера BFExtruder 1.4;
• Получены тестовые образцы из модифицированных материалов с заданными индексами Хаунсфилда на BD-принтере UP Plus 2;
• Исследованы свойства полученных материалов и образцов на томографе Siemens SOMATOM Emotion 16 slice;
В качестве примесей для создания материалов использовалась только медь, т.к. свинец и вольфрам химически несовместимы с пластиком, а алюминий при концентрациях более 20% разрушал химическую структуру получаемых материалов.
Индексы Хаунсфилда образцов и материалов, полученные на томографе с погрешностью -10% изменяются в диапазоне от -600HU до 1500 HU, в зависимости от количества примеси. Результаты сравнения полученных результатов с индексами Хаунсфилда человеческих органов, значения которых изменяются в диапазоне от -500 HU до 1000 HU, позволяют использовать и развивать данную технологию на практике для изготовления медицинских дозиметрических фантомов.
Технология изготовления образцов(в дальнейшем фантомов) позволяет проводить изготовление, как серийно, так и индивидуально в очень кратчайшие сроки с минимальными затратами.
