Drukowanie precyzyjnego i trwałego fantomu do imitowania ludzkich narządów

Kontekst

Instytut Symulacji Wieloskalowej (MSS) powstał w 2009 roku i jako część Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biologicznej (CBI) Uniwersytetu im. Fryderyka Aleksandra (FAU) wnosi swój wkład w dydaktyczne i badawcze programy wydziału. Uzupełnia on CBI w istotnym obszarze wieloskalowych numerycznych technik symulacji – główną tematykę badań instytutu.

Innym centralnym punktem jest eksperymentalne badanie dynamiki granulatów. Na kursach dr Patrica Müllera około stu uczniów każdego roku uczy się różnych procesów drukowania 3D. Wiedza ta jest praktycznie utrwalana na stażu. Tutaj studenci mogą realizować swoje własne pomysły. Projekty badawcze są regularnie finansowane z funduszy stron trzecich lub ze współpracy z przemysłem czy sektorem publicznym. MSS prowadzi również współpracę badawczą z partnerami z dziedziny obrazowania medycznego.

Jedno z badań koncentruje się na fantomach imitujących wygląd mózgu typowego pacjenta w określonych warunkach obrazowania medycznego, według opisu poniżej.

Problem

Emisyjna tomografia pojedynczych fotonów (SPECT) to metoda obrazowania medycyny nuklearnej, która mierzy rozprzestrzenienie wcześniej podanej substancji radioaktywnej u pacjenta.

Pomiar jest niedoskonały z powodu ograniczeń fizycznych, zwłaszcza w zakresie rozdzielczości przestrzennej. Wiele podejść badawczych dąży do ulepszenia tej kwestii, ale ostatecznie każda metoda wymaga walidacji, co zazwyczaj jest realizowane za pomocą pomiarów fantomowych. Tradycyjne fantomy cechowały się prostą geometrią (np. kule) i dlatego były tylko ograniczoną reprezentacją do pozyskania pacjenta. W rezultacie zaprojektowano fantomy imitujące pacjenta, przedstawiające ludzki mózg. Geometria fantomu zawierała wiele nawisów wymagających struktur podporowych. W pierwszym podejściu fantom został wydrukowany w oparciu o technologię FDM (Fused Deposition Modeling) z podwójną ekstruzją. Stwierdzono jednak, że rozdzielczość przestrzenna wydruku i solidność podwójnej ekstruzji były zbyt niskie.

Rozwiązanie

Ponieważ instytut (MSS) chciał swobodnie drukować w przestrzeni bez konieczności podpierania nawisów, zdecydował się na proces SLS. Po zbadaniu rynku rozwiązaniem okazał się zakup drukarki Sinterit. Lisa Pro pozwala instytutowi drukować precyzyjne i trwałe fantomy imitujące ludzkie narządy. Ponadto wysoka rozdzielczość przestrzenna jest dobrze dopasowana do delikatnych struktur takich fantomów.

Proces SLS poprawił jakość i niezawodność druku w stosunku do wcześniej wykorzystywanej metody FDM i przełożył się na bardzo szczegółowe wydruki. Fantom ludzkiego mózgu został wydrukowany w dwóch połówkach po to, aby pozostały proszek można było łatwo usunąć z niewidocznych obszarów. Następnie połówki zostały sklejone.

Przy rzeczywistych pomiarach fantom trzeba wypełnić radioaktywnym płynem. Aby umożliwić wypełnienie zewnętrzną powłokę pokryto żywicą epoksydową. Natomiast w celu ominięcia procesu pokrywania wydruków żywicą, Walter Pucheanu zacznie drukować modele z polipropylenu – proszku, który nie wchłania płynów.

Jakość druku Lisa Pro jest imponująca.

Odwiedź stronę internetową naszego klienta:

www.mss.cbi.fau.de/en