Фантомная структура

Фантомные структуры — это искусственные конструкции, предназначенные для имитации свойств человеческого тела в таких вопросах, как, помимо прочего, рассеяние света и оптика, электропроводность и прием звуковых волн. Фантомы использовались экспериментально вместо людей или в качестве дополнения к ним для обеспечения согласованности, проверки надежности технологий или сокращения затрат на эксперименты. ^{[ 1 ]} Они также использовались в качестве материала для обучения технических специалистов выполнению визуализации. ^{[ 2 ]}

Оптические фантомы

Сообщается, что оптические фантомы тканей или фантомы для визуализации используются в основном для трех основных целей: для калибровки оптических устройств, записи базовых эталонных измерений и для визуализации человеческого тела. ^{[ 3 ]} Фантомы оптических тканей могут иметь неправильную форму частей тела. ^{[ 4 ]}

Композитные материалы

Оптические фантомы могут быть изготовлены из различных материалов. К ним относятся, помимо прочего:

гомогенизированное молоко ^{[ 3 ]}
немолочные сливки ^{[ 3 ]}
что-нибудь ^{[ 3 ]}
кровь и дрожжевая суспензия ^{[ 3 ]}
водорастворимый краситель (тушь) ^{[ 3 ]}
интралипид ^{[ 3 ]}
латексные микросферы ^{[ 3 ]}
твердая эпоксидная смола ^{[ 4 ]}^{[ 3 ]}
жидкая резина ^{[ 4 ]}
силикон ^{[ 3 ]}
полиэстер ^{[ 3 ]}
полиуретан ^{[ 3 ]}

Вычислительные фантомы

Вычислительные человеческие фантомы имеют множество применений, включая, помимо прочего, компьютерное моделирование и моделирование биомедицинских изображений, радиационную дозиметрию и планирование лечения. ^{[ 5 ]}

Физиологические модели

Фантомная голова

Используя ориентированные на исследования и готовые к использованию коммерческие технологии ЭЭГ, созданные для мониторинга активности мозга, ученые установили необходимость эталонного измерения нейронной электрической активности. ^{[ 1 ]} Сильная зависимость показаний ЭЭГ от механического контакта делает технологию чувствительной к движению. ^{[ 6 ]} Это, а также высокая чувствительность к условиям окружающей среды может привести к помехам сигнала. Без исходных данных трудно понять, являются ли аномальные клинические данные результатом ошибочной технологии, несогласованности или несоблюдения пациентом требований, окружающего шума или необъяснимого научного принципа. ^{[ 1 ]}

Фантомная голова была описана исследователями в 2015 году. Эта голова была разработана в Исследовательской лаборатории армии США . ^{[ 1 ]} Сообщается, что цель разработки этой фантомной головы заключалась в том, чтобы «точно воссоздать реальный и воображаемый импеданс кожи головы, содержать внутренние эмиттеры для создания диполей и легко воспроизводиться в различных лабораториях и исследовательских группах». ^{[ 7 ]}

Ученые использовали обратную 3D-печатную форму, которая воспроизводила анонимное изображение МРТ. Голова состояла из баллистического геля, в состав которого входила соль, проводящая электричество, как человеческая ткань. ^{[ 8 ]} Желатин для баллистики был выбран потому, что он проводит электричество. ^{[ 8 ]} обладая при этом механическими свойствами, подобными живой ткани. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} По множеству электрических проводов в фантомной голове армии проходил электрический ток. КТ использовалась для проверки правильного размещения электродов. ^{[ 8 ]} Ограничением этого фантома было то, что материал был недостаточно прочным. ^{[ 1 ]}^{[ 8 ]} Охлажденный гель разлагался относительно быстро, примерно на 0,3% каждый день. ^{[ 8 ]}

Другие модели, о которых сообщалось, были сделаны из сфер, наполненных солевым раствором. ^{[ 11 ]}

Фантомная простата

В 2013 году сообщалось о подаче заявки на патент на фантом простаты. Простата состояла из трех отдельных фантомных слоев простаты, промежностной железы и кожной ткани и была разработана для изучения брахитерапии рака простаты . Ученые заявили, что фантом имитирует изображение и механические свойства простаты и окружающих тканей. ^{[ 12 ]}

Фантомное ухо

В 2002 году исследователи предложили ушной фантом для экспериментальных исследований уровня звукопоглощения клеточных излучений. ^{[ 13 ]}

Фантомная кожа

Было разработано несколько конструкций фантомной кожи для различных целей, включая, помимо прочего, изучение терапии поражений кожи, применение узкополосного и ультра-диапазона микроволн (например, обнаружение рака молочной железы), ^{[ 14 ]} и визуализация ногтей и подлежащих тканей. ^{[ 15 ]}

Фантомная грудь

Ультразвуковая тканей эластография – метод определения здоровья тканей, так как при патологиях отмечается повышение эластичности тканей. В 2015 году сообщалось, что тканеподобный фантом на основе агара может быть полезен для компрессионной эластографической диагностики рака молочной железы. Ученые воспроизвели клинические проявления таких состояний, как фиброаденома и инвазивная протоковая карцинома, в фантомной груди и сравнили эластографические и сонографические изображения. ^{[ 2 ]}

Кроме того, описан рецепт формирования полусжимаемой фантомной груди с помощью жидкой резины. ^{[ 4 ]}

Фантомная мышца

За прошедшие годы было разработано множество методов изготовления мышечных фантомов, и исследования продолжаются до сих пор. Тем не менее, в 2020 году исследователи разработали мышечные фантомы, которые могут имитировать опухоли или действовать как опухоли при визуализации молочной железы для выявления рака. ^{[ 16 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и « Однажды «фантомная голова» может избавить от догадок мониторинг ЭЭГ» . www.army.mil . Проверено 22 августа 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Маникам К., Редди М.Р., Сешадри С., Рагхаван Б. (октябрь 2015 г.). «Разработка тренировочного фантома для компрессионной эластографии молочной железы – сравнение различных систем эластографии и численное моделирование» . Журнал медицинской визуализации . 2 (4): 047002. doi : 10.1117/1.JMI.2.4.047002 . ПМЦ 4682573 . ПМИД 26697511 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л «Проект: Оптические фантомы» . omlc.org . Проверено 22 августа 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Лаборатория фотонной миграции» . www.nmr.mgh.harvard.edu . Проверено 22 августа 2018 г.
^ «6-й Международный семинар по вычислительным человеческим фантомам | 27–30 августа 2017 г. в историческом Аннаполисе, штат Мэриленд, США» . www.cpworkshop.org . Проверено 22 августа 2018 г.
^ Слайфер Г.А., Хейрстон В.Д., Брэдфорд Дж.К., Бейн Э.Д., Мрозек Р.А. (06 февраля 2018 г.). «Проводящие силиконовые эластомеры, наполненные углеродными нановолокнами, как мягкие сухие биоэлектронные интерфейсы» . ПЛОС ОДИН . 13 (2): e0189415. Бибкод : 2018PLoSO..1389415S . дои : 10.1371/journal.pone.0189415 . ПМК 5800568 . ПМИД 29408942 .
^ Хейрстон В.Д., А. Слайфер Г., Б. Ю. А. (24 сентября 2016 г.). «Баллистический желатин как предполагаемый субстрат для фантомных устройств ЭЭГ» . arXiv : 1609.07691 . Бибкод : 2016arXiv160907691H . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и «Летние студенческие исследования ЭЭГ продолжают развиваться в ARL | Исследовательской лаборатории армии США» . www.arl.army.mil . Проверено 22 августа 2018 г.
^ Рихлер, Д; Риттель, Д. (01.06.2014). «Об испытании динамических механических свойств мягких желатинов» . Экспериментальная механика . 54 (5): 805–815. дои : 10.1007/s11340-014-9848-4 . S2CID 54833737 .
^ Фаррер А.И., Оден Х., де Бевер Дж., Коутс Б. , Паркер Д.Л., Пейн А., Кристенсен Д.А. (16 июня 2015 г.). «Характеристика и оценка желатиновых фантомов, имитирующих ткани, для использования с MRgFUS» . Журнал терапевтического ультразвука . 3 :9. doi : 10.1186/s40349-015-0030-y . ПМК 4490606 . ПМИД 26146557 .
^ Коллиер, Ти Джей; Кайнор, Д.Б.; Бещад, Дж.; Одетт, МЫ; Кобыларз, Э.Дж.; Даймонд, СГ (2012). «Создание фантома человеческой головы для тестирования оборудования и методов электроэнцефалографии - журналы и журналы IEEE». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 59 (9): 2628–34. дои : 10.1109/TBME.2012.2207434 . ПМИД 22911537 . S2CID 19579230 .
^ «Патент США № US 8,480,407 B2» (выдан 9 июля 2013 г.)
^ Ганди ОП, Кан Г (2002). «Некоторые представляют проблемы и предлагаемый экспериментальный фантом для тестирования сотовых телефонов на соответствие требованиям SAR на частотах 835 и 1900 МГц». Физика в медицине и биологии . 47 (9): 1501–18. Бибкод : 2002PMB....47.1501G . дои : 10.1088/0031-9155/47/9/306 . ISSN 0031-9155 . ПМИД 12043816 . S2CID 250871611 .
^ Лазебник М., Мэдсен Э.Л., Франк Г.Р., Хагнесс С.С. (сентябрь 2005 г.). «Фантомные материалы, имитирующие ткань, для узкополосных и сверхширокополосных микроволновых приложений» . Физика в медицине и биологии . 50 (18): 4245–58. Бибкод : 2005PMB....50.4245L . дои : 10.1088/0031-9155/50/18/001 . ПМИД 16148391 . S2CID 17931087 .
^ Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Е.А., Кочубей В., Лычагов В., Портнов С.А., Трунина Н.А., Миллер Д.Р., Чо С (10 февраля 2011 г.). «Модель ткани пальца и фантом ткани кожи, перфузируемой кровью». Динамика и флуктуации в биомедицинской фотонике VIII . 7898 . ШПАЙ: 78980Z. Бибкод : 2011SPIE.7898E..0ZT . дои : 10.1117/12.881604 . S2CID 31031331 .
^ Джозеф, Лайя; Асан, Нур Бадария; Эбрахимизаде, Джавад; Чежян, Арвинд Сельван; Перес, Маурисио Д.; Фойгт, Тимо; Августин, Робин (март 2020 г.). «Неинвазивное обнаружение опухолей на основе передачи с использованием антропоморфного фантома груди на частоте 2,45 ГГц» . 2020 14-я Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн (EuCAP) . Копенгаген, Дания: IEEE. стр. 1–5. дои : 10.23919/EuCAP48036.2020.9135953 . ISBN 978-88-31299-00-8 . S2CID 220474009 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и « Однажды «фантомная голова» может избавить от догадок мониторинг ЭЭГ» . www.army.mil . Проверено 22 августа 2018 г.

[ReferenceA-2] Перейти обратно: ^а ^б Маникам К., Редди М.Р., Сешадри С., Рагхаван Б. (октябрь 2015 г.). «Разработка тренировочного фантома для компрессионной эластографии молочной железы – сравнение различных систем эластографии и численное моделирование» . Журнал медицинской визуализации . 2 (4): 047002. doi : 10.1117/1.JMI.2.4.047002 . ПМЦ 4682573 . ПМИД 26697511 .

[:1-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л «Проект: Оптические фантомы» . omlc.org . Проверено 22 августа 2018 г.

[:2-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Лаборатория фотонной миграции» . www.nmr.mgh.harvard.edu . Проверено 22 августа 2018 г.

[5] «6-й Международный семинар по вычислительным человеческим фантомам | 27–30 августа 2017 г. в историческом Аннаполисе, штат Мэриленд, США» . www.cpworkshop.org . Проверено 22 августа 2018 г.

[6] Слайфер Г.А., Хейрстон В.Д., Брэдфорд Дж.К., Бейн Э.Д., Мрозек Р.А. (06 февраля 2018 г.). «Проводящие силиконовые эластомеры, наполненные углеродными нановолокнами, как мягкие сухие биоэлектронные интерфейсы» . ПЛОС ОДИН . 13 (2): e0189415. Бибкод : 2018PLoSO..1389415S . дои : 10.1371/journal.pone.0189415 . ПМК 5800568 . ПМИД 29408942 .

[7] Хейрстон В.Д., А. Слайфер Г., Б. Ю. А. (24 сентября 2016 г.). «Баллистический желатин как предполагаемый субстрат для фантомных устройств ЭЭГ» . arXiv : 1609.07691 . Бибкод : 2016arXiv160907691H . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[:3-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и «Летние студенческие исследования ЭЭГ продолжают развиваться в ARL | Исследовательской лаборатории армии США» . www.arl.army.mil . Проверено 22 августа 2018 г.

[9] Рихлер, Д; Риттель, Д. (01.06.2014). «Об испытании динамических механических свойств мягких желатинов» . Экспериментальная механика . 54 (5): 805–815. дои : 10.1007/s11340-014-9848-4 . S2CID 54833737 .

[10] Фаррер А.И., Оден Х., де Бевер Дж., Коутс Б. , Паркер Д.Л., Пейн А., Кристенсен Д.А. (16 июня 2015 г.). «Характеристика и оценка желатиновых фантомов, имитирующих ткани, для использования с MRgFUS» . Журнал терапевтического ультразвука . 3 :9. doi : 10.1186/s40349-015-0030-y . ПМК 4490606 . ПМИД 26146557 .

[11] Коллиер, Ти Джей; Кайнор, Д.Б.; Бещад, Дж.; Одетт, МЫ; Кобыларз, Э.Дж.; Даймонд, СГ (2012). «Создание фантома человеческой головы для тестирования оборудования и методов электроэнцефалографии - журналы и журналы IEEE». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 59 (9): 2628–34. дои : 10.1109/TBME.2012.2207434 . ПМИД 22911537 . S2CID 19579230 .

[12] «Патент США № US 8,480,407 B2» (выдан 9 июля 2013 г.)

[13] Ганди ОП, Кан Г (2002). «Некоторые представляют проблемы и предлагаемый экспериментальный фантом для тестирования сотовых телефонов на соответствие требованиям SAR на частотах 835 и 1900 МГц». Физика в медицине и биологии . 47 (9): 1501–18. Бибкод : 2002PMB....47.1501G . дои : 10.1088/0031-9155/47/9/306 . ISSN 0031-9155 . ПМИД 12043816 . S2CID 250871611 .

[14] Лазебник М., Мэдсен Э.Л., Франк Г.Р., Хагнесс С.С. (сентябрь 2005 г.). «Фантомные материалы, имитирующие ткань, для узкополосных и сверхширокополосных микроволновых приложений» . Физика в медицине и биологии . 50 (18): 4245–58. Бибкод : 2005PMB....50.4245L . дои : 10.1088/0031-9155/50/18/001 . ПМИД 16148391 . S2CID 17931087 .

[15] Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Е.А., Кочубей В., Лычагов В., Портнов С.А., Трунина Н.А., Миллер Д.Р., Чо С (10 февраля 2011 г.). «Модель ткани пальца и фантом ткани кожи, перфузируемой кровью». Динамика и флуктуации в биомедицинской фотонике VIII . 7898 . ШПАЙ: 78980Z. Бибкод : 2011SPIE.7898E..0ZT . дои : 10.1117/12.881604 . S2CID 31031331 .

[16] Джозеф, Лайя; Асан, Нур Бадария; Эбрахимизаде, Джавад; Чежян, Арвинд Сельван; Перес, Маурисио Д.; Фойгт, Тимо; Августин, Робин (март 2020 г.). «Неинвазивное обнаружение опухолей на основе передачи с использованием антропоморфного фантома груди на частоте 2,45 ГГц» . 2020 14-я Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн (EuCAP) . Копенгаген, Дания: IEEE. стр. 1–5. дои : 10.23919/EuCAP48036.2020.9135953 . ISBN 978-88-31299-00-8 . S2CID 220474009 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]