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模體是數(shù)字和物理模型，代表某些特定人體解剖學(xué)的特征。物理體模可用于測試各種醫(yī)學(xué)診斷成像工具和無線通信應(yīng)用。 Sossena Wood是匹茲堡大學(xué)的生物工程博士候選人，他在斯旺森工程學(xué)院開發(fā)了一種用于磁共振研究的3D打印逼真幻像頭。

雖然電磁數(shù)值模擬已經(jīng)成為理解和分析電磁場與生物組織相互作用的共同資源，但在過去的幾年中，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼找娉蔀橐环N有用的資源。

“在RF研究設(shè)施中，我們使用全身7特斯拉磁共振成像儀（7T MRI），這是世界上最強(qiáng)大的臨床人體MRI設(shè)備之一，”副教授Tamer Ibrahim說道。 7T超高場技術(shù)是一種強(qiáng)大的工具，但不幸的是，這種類型的成像會帶來一些挫折。

“隨著你從低到高的場地移動，產(chǎn)生的圖像變得不那么均勻，局部加熱變得更加普遍，”易卜拉欣解釋說。他設(shè)想在他的實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)一個(gè)3D打印的幻像頭，以與獨(dú)特設(shè)計(jì)的超高場技術(shù)一起使用。

“我們希望通過提供一種更安全的方式來測試成像，從而開發(fā)出一種擬人化的幻像頭，以幫助我們更好地理解這些問題。我們在測試人體受試者的新方案之前，使用該設(shè)備分析，評估和校準(zhǔn)MRI系統(tǒng)和儀器。 “

研究人員目前正在使用數(shù)值模擬來研究電磁場（EM）對不同頻率的生物組織的影響。伍德說：“EM數(shù)值模擬在分析這些相互作用時(shí)已成為一種標(biāo)準(zhǔn)，我們希望創(chuàng)建一個(gè)類似于人體模型的模型，用于驗(yàn)證EM建模，從而為測試提供更真實(shí)的環(huán)境。”

物理和逼真的頭部幻像作為人體頭部的數(shù)字3D設(shè)計(jì)文件開始。 Wood開始使用健康男性的3T MRI數(shù)據(jù)集，她通過分割進(jìn)行了特征化，并將其分成八個(gè)組織隔室，這一特征使她的模型與其他基本幻像頭區(qū)別開來。頭部模型隔室由八組分類的組織組成：腦，腦干，眼睛，氣腔，小腦，腦脊液（CSF），肌肉，其余體積是脂肪，骨骼和皮膚的組合。根據(jù)Wood的說法，這些隔間通過充當(dāng)場地的“減速帶”來幫助提高圖像的準(zhǔn)確性。

使用3D打印設(shè)計(jì)和制作擬人異構(gòu)頭部模型的一般工作流程。

使用3D CAD軟件Geomagic Studios，每個(gè)隔間設(shè)計(jì)用于隨時(shí)間保留所需組織的混合物。下一步是打印原型。幻影模型分為五個(gè)單獨(dú)的部分打印，以手動移除3D打印出來的內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐。 “我們使用DSMSomos?開發(fā)的塑料作為我們的打印材料，因?yàn)樗刮覀兡軌蛑圃斐雠c人體具有相似導(dǎo)電性的耐用且細(xì)致的部件，”Wood說。 “為了幫助模型進(jìn)一步模擬真實(shí)環(huán)境，我們在原型上創(chuàng)建了填充端口，我們可以在這里存放類似于各種組織類型的流體。”

現(xiàn)在伍德有一個(gè)完全3D打印的擬人化幻像頭，她能夠組裝它并開始測試。體模具有許多應(yīng)用，包括測試以查看某些植入物是否能夠進(jìn)入MRI內(nèi)部或基于各種RF儀器檢測不同組織中的溫度升高。

“通過磁共振成像，射頻暴露的能量轉(zhuǎn)化為患者組織的熱量，這可能對患者的健康產(chǎn)生不利影響，特別是對于未經(jīng)掃描儀監(jiān)測的植入物，”Wood解釋說。 “通過我們的幻象頭，我們可以通過將探頭放在頭部的某些區(qū)域并測量其效果來測試我們成像的安全性，”Ibrahim說。

Ibrahim和Wood希望這種模型最終能夠在商業(yè)上發(fā)展，并為其他人提供在不依賴人體測試的情況下進(jìn)行研究的能力。