Материал RadioMatrix от Stratasys: новая эра в обучении медицинской визуализации
Компания Stratasys объявила о полном коммерческом запуске в США своего радиопрозрачного материала для 3D-печати — RadioMatrix. Это событие может кардинально изменить подход к обучению медицинской визуализации, предоставив больницам и исследователям доступ к реалистичным, воспроизводимым анатомическим моделям. Эти модели видны на рентгеновских снимках и компьютерных томограммах так же, как настоящие человеческие ткани.
RadioMatrix — это фотополимер, созданный для полиджетных 3D-принтеров Stratasys, в частности для систем J750 и J850 Digital Anatomy. Эти принтеры уже используются для печати моделей мягких тканей, костей и сосудистых структур для хирургического планирования и образования. Теперь, с материалом RadioMatrix, они могут создавать модели, которые ведут себя как реальная анатомия при сканировании. По сути, один и тот же принтер может имитировать не только тактильные ощущения от органа, но и его рентгенологическую картину.
Ключевая особенность RadioMatrix — контроль. Пользователи могут «настраивать» радиоплотность печатных деталей, чтобы соответствовать кости, серому веществу мозга, жиру, венам или любой другой структуре, которую ожидает увидеть радиолог. Это означает, что больница может напечатать целый орган с разными участками, точно соответствующими плотностям, встречающимся у реальных пациентов.
Что такое шкала Хаунсфилда и почему это важно?
Чтобы понять значимость этого прорыва, нужно обратиться к шкале Хаунсфилда (HU). Компьютерные томографы измеряют плотность ткани именно по этой шкале. Кость на снимках выглядит яркой, потому что имеет высокое значение HU, а жир — более тёмным из-за низкого значения. Материал, реалистично выглядящий на скане, должен попадать в правильный диапазон HU.
Ранние совместные работы Stratasys и Siemens Healthineers показывают, что RadioMatrix может соответствовать этим значениям с невероятной точностью. По данным компании, в некоторых тестах отклонения составляли всего одну единицу HU. Это означает, что сканеру практически невозможно отличить напечатанную модель от реальной человеческой ткани. Такая точность редко встречается среди синтетических фантомов и является главным преимуществом RadioMatrix.
Сравнение изображения пациента и фантома. Изображение предоставлено Stratasys.
Обучение радиологов без использования кадаверов
Десятилетиями образование в области радиологии сильно зависело от кадаверов и так называемых «базовых фантомных блоков» из пластика или геля. Однако у обоих подходов есть серьёзные ограничения. Кадаверы реалистичны, но слишком дороги, редки и сопряжены с этическими вопросами. Традиционные фантомы более доступны, но не ведут себя как человеческая ткань. Их также нельзя кастомизировать под конкретную патологию или производить партиями для стандартизированного обучения.
Многофункциональный грудной фантом N1 Lungman. Изображение предоставлено Kyoto Kagaku.
Более того, готовые фантомы и модели торса для обучения визуализации могут стоить тысячи долларов. Специализированные торсионные системы с подвижными частями или повышенной сложностью от таких брендов, как Kyoto Kagaku, могут стоить 45 000 долларов и более. В то же время традиционный кадавер в США обычно обходится в сумму от 2000 до 5000 долларов, не включая дополнительные расходы на хранение, консервацию, лабораторное пространство и утилизацию. Всё это объясняет, почему многоразовые радиопрозрачные 3D-модели, такие как RadioMatrix, могут привлечь интерес программ, у которых уже есть оборудование для 3D-печати.
Статическая модель фантома головы взрослого мужчины. Изображение предоставлено Anatomy Warehouse.
RadioMatrix предлагает иной подход. Например, отделение радиологии может напечатать одну и ту же артерию, опухоль или сосудистую структуру множество раз. Студенты могут тренироваться на моделях с одинаковой целевой областью и сложностью. Исследователи могут проводить контролируемые тесты, не дожидаясь донорского материала и не полагаясь на универсальные фантомы, не соответствующие клинической реальности.
Материал уже используется в Великобритании. Там 3D-печатные модели церебральной ангиографии помогают обучать врачей процедурам под контролем визуализации. Эти ранние тесты показывают, как напечатанная радиопрозрачная анатомия может сделать обучение более последовательным и повторяемым, особенно для процедур, требующих навигации по крошечным сосудам.
В США медицинских школ и центров визуализации гораздо больше, чем лабораторий с кадаверами. Многие небольшие программы получают лишь несколько часов работы с общими донорскими телами или полагаются на старые тренировочные фантомы, которые не выглядят реалистично на современных КТ-сканерах. RadioMatrix даёт таким учреждениям альтернативу.
Влияние на тестирование медицинских устройств
Потенциал материала распространяется и на тестирование устройств. Компании, испытывающие новые катетеры, имплантаты или инструменты для визуализации, часто неделями ждут возможности работы с кадавером, и получаемая анатомия может сильно различаться. С RadioMatrix они могут напечатать точную необходимую анатомию и проводить тесты так часто, как нужно. В итоге это означает более быстрые циклы разработки и меньше задержек в ожидании донорского материала.
Применения материала RadioMatrix. Изображение предоставлено Stratasys.
Stratasys заявляет, что цель — не только улучшить образование, но и усилить валидацию алгоритмов визуализации. Комбинируя печать Digital Anatomy с точной радиоплотностью, исследователи могут создавать реалистичные наборы данных фантомов для ИИ и программного обеспечения визуализации — наборы данных, которые выглядят идентично от скана к скану. Достичь этого с кадаверами или традиционными фантомами практически невозможно.
«Обеспечение полной доступности RadioMatrix в США — это важный шаг в предоставлении передового образования и обучения в области визуализации, — сказал Эрез Бен Зви, вице-президент Stratasys по здравоохранению. — Давая радиологам и производителям устройств возможность печатать сверхреалистичные, настраиваемые и рентгенологически точные модели, мы помогаем заменить традиционные фантомные решения и зависимость от кадаверов на кастомизируемые, повторяемые и масштабируемые альтернативы».
Теперь, когда RadioMatrix доступен в США, больницы и исследователи могут внедрять его в свои рабочие процессы обучения и тестирования. Более того, его влияние станет очевиднее по мере того, как всё больше учреждений начнут его использовать.
