3D打印肺栓塞体模登上成像对比研究：SLS尼龙12一体成型，CT与PET均获高真实感评价

法国布雷斯特大学医院和西布列塔尼大学的研究人员开发出一款能模拟肺栓塞的3D打印肺部体模，用来对比计算机断层扫描与核医学成像。
该体模基于Formlabs的Fuse 1+选择性激光烧结（SLS）系统打印，目标是在CT和核医学扫描中提供一个可供测量对照的已知参考。
相关研究发表在《3D Printing in Medicine》（《3D打印医学》）上，题为《用于跨模态成像研究的肺栓塞3D打印模型》，由Pauline Tripet、Mathieu Pavoine、Pierre-Yves Le Roux、Samuel Guigo、Brieg Dissaux和David Bourhis开展；第一作者为布雷斯特大学医院急诊科的波利娜·特里佩（Pauline Tripet）。
一位放射科医生和两位核医学医生评价认为，该体模在双能计算机断层扫描的碘图、平面闪烁显像和正电子发射断层扫描下，图像都具有很高的真实感。

肺栓塞通常通过计算机断层血管造影确诊，而随访往往依赖核医学。
肺血管阻塞指数（PVOI）指没有血流灌注的肺组织占比，已经被确认为无诱因肺栓塞复发的独立预测因子，也可能帮助判断抗凝治疗要持续多久。
作者表示，目前还没有独立金标准，可用于比较各成像模态对这个指标的测量结果。
市售体模形状通用，并不适合用于肺栓塞建模；商用躯干模体可以模拟肺部成像，但通常只有简化、通用的肺形状，无法逼真地建模肺栓塞。
作者还表示，尚无市售模体支持把核医学与CT结合的研究。

研究团队先对京都科学正电子发射断层扫描与单光子发射计算机断层扫描（PET/SPECT）胸部体模中的健康肺部插件进行计算机断层扫描，并在MIM Software的图像处理程序里把它的轮廓与匿名化的肺部分割数据融合。
随后通过刚性配准与形变配准，把匿名化的肺部分割数据映射到该插件上。
左肺下叶上段被设定为栓塞区域，大约占肺体积的5%，这也是常用的肺血管阻塞指数阈值。
在Autodesk Fusion 360里添加的两个螺纹堵头（螺旋塞），让健康腔体与肺栓塞腔体能够分别填充造影剂或放射性示踪剂。
由于体模需要容纳放射性溶液，作者选择选择性激光烧结工艺，把嵌套腔体打印成一个整体式水密块体；研究人员认为，这种工艺适合在较大体积内部制造嵌套腔体，模型必须作为单一整体打印，才能对放射性溶液保持水密。
3D打印设备厂商Formlabs在Fuse 1+系统上完成了这件部件，层厚0.11毫米（0.110 mm），采用尼龙12，尺寸为14.3 × 24.1 × 10.4厘米，耗时17小时，并且通过了泄漏测试。
由于医院没有大幅面SLS打印机，这个部件在外部场地打印。

体模内部填充聚苯乙烯珠，用来模拟肺密度；作者表示，实测密度与真实肺一致，尤其是在使用4 mm珠时。
测试时，健康腔室会填充，栓塞段保持为空。
平面闪烁显像使用锝-99m，正电子发射断层扫描使用镓-68，同时由电动平台模拟呼吸运动；在核医学扫描中，模体放在与Anzai呼吸门控系统相连的运动平台上，用来模拟呼吸。
在盲读条件下，两名经验丰富的阅片者独立且采用盲法工作，把核医学图像上的肺血管阻塞指数估计为一个肺段，也就是大约5%，这个结果与模拟缺损一致。

打印肺的总容积比参考肺高5.04%，差异主要在外壁，外壁体积比原始插件大72%。
栓塞腔实测占内部容积的7.6%，设计值为5%。
另外，尼龙壁在计算机断层扫描上清晰可见，导致无法基于计算机断层扫描量化肺血管阻塞指数，因此未从CT图像计算PVOI。
模型只对一个肺段进行了建模；模拟呼吸沿单一轴进行，肺容积固定，一些扫描显示珠粒与示踪剂分布不均。

Formlabs免费提供了该体模的打印；作者估计，如果按市场价格付费，团队会在工程、技术人员和打印时间、尼龙粉末及运输上花费770欧元，研究给出的成本包括人工、打印、材料与运输费用，这个数字反映的是按市场价格估算的金额。
这个数字不包括打印机（25,700欧元）及其后处理单元（10,000欧元），外包让这些设备不再必要。

该模体旨在用于未来比较各成像方法如何测量灌注缺损的研究，也用于跨扫描仪检查、质量控制和扫描协议协调。
作者补充说，这个工作流程可适配其他器官，但每次都需要重新设计器官特异性特征。
该研究填补了肺栓塞成像物理参考物方面的空白；作者表示，他们未发现更早的报道涉及可填充3D打印肺模体，用于同时跨越CT和核医学的肺栓塞评估。
数字替代方案必须针对每种成像方法分别建模和验证，耗时数月。

3D打印公司Stratasys和西门子医疗从相关的出发点开始，推出了旨在增强CT成像的患者特异性3D打印模体，并指出放射学中当前使用的解剖模体缺乏详细诊断成像所需的复杂性。
与布雷斯特团队一样，他们利用3D打印超越通用模体；他们的模型为CT而构建，并以精确的射线不透性再现解剖结构。
布雷斯特模型则是一个中空外壳，填充对比剂或放射性示踪剂，因此可同时被CT和核医学读取。

在核医学成像方面，Tran-Gia、Susanne Schlögl和Michael Lassmann 3D打印了四种尺寸的肾脏模体。
这些肾脏模体防水且可重复填充，因此可重复用于设定SPECT或CT成像所需的放射性物质量；与布雷斯特肺模型一样，它们是用于放射性溶液的水密、可填充器官形状。
作者将该方法描述为一种有前景的原型制作技术，可用于SPECT/CT系统的几何特异性校准。
其目标是实现跨器官尺寸的校准，而布雷斯特模型旨在模拟灌注缺损以比较不同成像方法。
这两个例子都利用3D打印，围绕特定解剖结构或成像任务来塑造模体，这正是布雷斯特肺模型旨在为肺栓塞承担的角色。