磁気共鳴イメージングのためのシリコーン油とピーナッツ油を用いた患者特異的3Dプリント乳房ファントムの開発

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Quant Imaging Med Surg.2020 Jun;10(6):1237-1248. qims-10-06-1237. doi: 10.21037/qims-20-251.

磁気共鳴イメージングのためのシリコーン油とピーナッツ油を用いた患者特異的3Dプリント乳房ファントムの開発

Development of patient-specific 3D-printed breast phantom using silicone and peanut oils for magnetic resonance imaging.

Rooa Sindi
Yin How Wong
Chai Hong Yeong
Zhonghua Sun

PMID: 32550133 PMCID: PMC7276357. DOI: 10.21037/qims-20-251.

抄録

背景:

医療用途での3Dプリンティングの報告が増えているにもかかわらず、乳房イメージングにおける3Dプリンティングの使用は限られており、したがって、パーソナライズされた3Dプリンティング乳房モデルは、乳房密度の定量的な評価のための乳房磁気共鳴イメージング（MRI）を利用する上での現在の制限を克服するための新しいアプローチになる可能性があります。本研究の目的は、患者固有の3Dプリント乳房ファントムを開発し、線維腺組織と脂肪組織のMRイメージング特性をシミュレートするための最も適切な材料を特定することである。

Background: Despite increasing reports of 3D printing in medical applications, the use of 3D printing in breast imaging is limited, thus, personalized 3D-printed breast model could be a novel approach to overcome current limitations in utilizing breast magnetic resonance imaging (MRI) for quantitative assessment of breast density. The aim of this study is to develop a patient-specific 3D-printed breast phantom and to identify the most appropriate materials for simulating the MR imaging characteristics of fibroglandular and adipose tissues.

方法:

中空皮膚および線維腺領域シェルの構築のための３Ｄプリンティング技術を用いて、患者固有の３Ｄプリンティング乳房モデルを生成した。次いで、選択された5つの材料（アガロースゲル、魚油の有無、シリコーンゴム、シリコーンオイル、およびピーナッツオイル）のT1緩和時間を3T MRI装置で測定し、線維腺組織および脂肪組織のMRイメージング特性を表すのに適切なものを決定した。結果を、対応する組織のT1緩和時間の基準値と比較した。それぞれ1,324.42±167.63および449.27±26.09 msであった。最後に、それぞれの組織のT1緩和時間と一致する材料を用いて、3Dプリントされた中空乳房シェルを充填した。

Methods: A patient-specific 3D-printed breast model was generated using 3D-printing techniques for the construction of the hollow skin and fibroglandular region shells. Then, the T1 relaxation times of the five selected materials (agarose gel, silicone rubber with/without fish oil, silicone oil, and peanut oil) were measured on a 3T MRI system to determine the appropriate ones to represent the MR imaging characteristics of fibroglandular and adipose tissues. Results were then compared to the reference values of T1 relaxation times of the corresponding tissues: 1,324.42±167.63 and 449.27±26.09 ms, respectively. Finally, the materials that matched the T1 relaxation times of the respective tissues were used to fill the 3D-printed hollow breast shells.

研究成果:

シリコーン油とピーナッツ油は、それぞれ1,515.8±105.5msと405.4±15.1msであるこれら2つの組織のT1緩和時間とイメージング特性に密接に似ていることがわかった。また、0.5～2.5wt%の濃度の異なるアガロースゲルは、最も長いT1緩和時間を有することがわかった。

Results: The silicone and peanut oils were found to closely resemble the T1 relaxation times and imaging characteristics of these two tissues, which are 1,515.8±105.5 and 405.4±15.1 ms, respectively. The agarose gel with different concentrations, ranging from 0.5 to 2.5 wt%, was found to have the longest T1 relaxation times.

結論:

線維腺組織と脂肪組織のMRイメージング特性をシミュレートするために、シリコーンとピーナッツオイルを使用して、患者固有の3Dプリント乳房ファントムを設計し、構築することに成功しました。このファントムは、乳房密度の定量的評価のための異なるMR乳房イメージングプロトコルを調査するために使用することができます。

Conclusions: A patient-specific 3D-printed breast phantom was successfully designed and constructed using silicone and peanut oils to simulate the MR imaging characteristics of fibroglandular and adipose tissues. The phantom can be used to investigate different MR breast imaging protocols for the quantitative assessment of breast density.