3D-tulostetun fantomin suunnittelu ja testaus sydämen ultraäänikuvauksessa
Koivikko, Anastasia (2017)
2017
Sähkötekniikka
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-06-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705161407
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705161407
Tiivistelmä
Työn tavoitteena oli tutkia kolmiulotteisen (3D) tulostuksen sopivuutta ultraäänikuvauksen (UÄ) fantomien valmistukseen. Työssä 3D-tulostettiin sydämen malli polylaktidista (PLA). Anatomisen fantomin ei olisi tarkoitus korvata kudosta mallintavilla fantomeilla tehtäviä laadunvalvontamittauksia. Anatomista mallia voitaisiin sen sijaan käyttää lisänä niiden laitteiden laadunvalvonnassa, jotka eivät sijaitse radiologisessa yksikössä. Mallilla yksiköiden henkilökunnat voisivat tarkistaa laitteiden spesifejä mittausominaisuuksia.
Aineistona käytettiin Mikkelin keskussairaalassa otettua tietokonetomografiakuvauksen (TT) kuvapakkaa. Kuvapakka on otettu sydämen alueelta sydämen ollessa diastolisessa vaiheessa. TT-leikkeistä muodostettiin 3D-malli avoimen lähdekoodin ohjelmalla 3D Slicer 4. Malli tulostettiin 3D-tulostimella ja puhdistettiin tukirakenteista ja kiinnikkeistä käyttöä varten. Valmis fantomi punnittiin ja mitattiin. Tämän jälkeen se asetettiin vesiastiaan ultraäänellä tehtäviä tilavuusmittauksia varten. Sydämen vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänikuvauksessa kolmesta eri suunnasta: sydämen kärjestä, oikean kammion päältä ja valtimon malliin jättämästä aukosta. Mallin vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänen lisäksi myös täyttämällä se vedellä ja mittaamalla poiskaadetun veden tilavuus. Lopuksi mallista otettiin TT-kuva, josta laskettiin mallin vasemman kammion tilavuus ultraäänikuvauksessa käytetyllä laskentakaavalla. Tilavuusmittausten tuloksia vertailtiin keskenään ja aineistona käytetyn TT-kuvapakan arvoihin tilavuudesta.
Referenssinä käytetty sydämen vasemman kammion diastolinen tilavuus oli 118 ml. Lähimmäksi tätä tilavuutta päästiin, kun tilavuus mitattiin veden avulla (ka 95 ml) ja mallista otetusta TT-kuvasta (ka 91 ml). Ultraäänellä tehtyjen tilavuusmittausten tulokset vaihtelivat paljon keskenään. Suurin tulos saatiin valtimon aukosta mitattuna (ka 72 ml) ja pienin sydämen kärjestä mitattuna (43 ml), oikean kammion päältä mitattuna tilavuus oli 65 ml.
3D-tulostuksessa sydämen vasemman kammion tilavuus muuttui. Nähdään myös, että fantomi ei sovellu sellaisenaan ultraäänilaitteiden mittaustarkkuuden testauksen. 3D-tulostus on kuitenkin nopea ja muunneltavissa oleva tekniikka valmistaa erilaisia malleja. Tekniikka voi sopia myös laadunvalvontafantomien valmistukseen. Tämä fantomi olisi sopivampi laadunvalvontaan, jos sen kammion pinta olisi tasaisempi tai se valmistettaisiin eri materiaalista.
Aineistona käytettiin Mikkelin keskussairaalassa otettua tietokonetomografiakuvauksen (TT) kuvapakkaa. Kuvapakka on otettu sydämen alueelta sydämen ollessa diastolisessa vaiheessa. TT-leikkeistä muodostettiin 3D-malli avoimen lähdekoodin ohjelmalla 3D Slicer 4. Malli tulostettiin 3D-tulostimella ja puhdistettiin tukirakenteista ja kiinnikkeistä käyttöä varten. Valmis fantomi punnittiin ja mitattiin. Tämän jälkeen se asetettiin vesiastiaan ultraäänellä tehtäviä tilavuusmittauksia varten. Sydämen vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänikuvauksessa kolmesta eri suunnasta: sydämen kärjestä, oikean kammion päältä ja valtimon malliin jättämästä aukosta. Mallin vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänen lisäksi myös täyttämällä se vedellä ja mittaamalla poiskaadetun veden tilavuus. Lopuksi mallista otettiin TT-kuva, josta laskettiin mallin vasemman kammion tilavuus ultraäänikuvauksessa käytetyllä laskentakaavalla. Tilavuusmittausten tuloksia vertailtiin keskenään ja aineistona käytetyn TT-kuvapakan arvoihin tilavuudesta.
Referenssinä käytetty sydämen vasemman kammion diastolinen tilavuus oli 118 ml. Lähimmäksi tätä tilavuutta päästiin, kun tilavuus mitattiin veden avulla (ka 95 ml) ja mallista otetusta TT-kuvasta (ka 91 ml). Ultraäänellä tehtyjen tilavuusmittausten tulokset vaihtelivat paljon keskenään. Suurin tulos saatiin valtimon aukosta mitattuna (ka 72 ml) ja pienin sydämen kärjestä mitattuna (43 ml), oikean kammion päältä mitattuna tilavuus oli 65 ml.
3D-tulostuksessa sydämen vasemman kammion tilavuus muuttui. Nähdään myös, että fantomi ei sovellu sellaisenaan ultraäänilaitteiden mittaustarkkuuden testauksen. 3D-tulostus on kuitenkin nopea ja muunneltavissa oleva tekniikka valmistaa erilaisia malleja. Tekniikka voi sopia myös laadunvalvontafantomien valmistukseen. Tämä fantomi olisi sopivampi laadunvalvontaan, jos sen kammion pinta olisi tasaisempi tai se valmistettaisiin eri materiaalista.