Development of breast-like phantoms for the evaluation of 3D-Ultrasound Computed Tomography
by
413
IPE
Lecture to the master thesis from Chan Kwon on the Topic : Development of breast-like phantoms for the evaluation of 3D-Ultrasound Computed Tomography
The 3D Ultrasound Computed Tomography (3D-USCT) emerges as a novel imaging technique employed in the early detection of breast cancer. To validate the functionality of a new screening device and facilitate educational purposes, models, or so-called phantoms, are employed. The materials utilized for this purpose must adhere to device specifications, ensuring ease of reproducibility and durability over several months. The immutability within the examination chamber and a suitable support structure are also of paramount importance. This study aims to conceive, manufacture, and evaluate a breast phantom tailored to meet the requirements of 3D-USCT, addressing the current absence of such phantoms in the market.
Velocity measurements identified gelwax and gelwax with 8% paraffin by total weight (GW8P) as suitable materials. A casting mold was designed through Computer-Aided Design (CAD) and produced using heat-resistant filament with a 3D printer. Gelwax plates were created to adapt the impedance transition from water to air and simultaneously provide sound attenuation. This adaptation was verified and evaluated through USCT measurements. Additionally, water beads were chosen as inclusion materials, incorporated into the gelwax to enhance reflectivity on the reflection image.
Ultimately, a final phantom with a gelwax body was produced, alongside another phantom made of gelatin, previously introduced and tested. Certain structures and inclusions were successfully imaged in the reconstructed reflection, damping, and sound velocity recordings. The USCT allowed a comparative analysis of both Gelwax and Gelatin models. Cost-effective production is feasible for both Gelwax and Gelatin models, with the gelwax model demonstrating a minimum two-month durability without additional additives. While the resulting phantoms are suitable for USCT validation, further refinements are necessary.
Lecture language: English
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Vortrag zur Masterarbeit von Chan Kwon zum Thema: Entwicklung von brustähnlichen Phantomen zur Evaluierung der 3D-Ultraschall Computer Tomographie
Die 3D-Ultraschall-Computertomographie (3D-USCT) ist ein neuartiges Bildgebungsverfahren, die Ihre Anwendung zur Brustkrebsfrüherkennung findet. Um die Funktionalität eines neuen Screening-Gerätes zu validieren und für Lehrzwecke, werden Modelle oder sogenannte Phantome verwendet. Die hierfür eingesetzten Materialien müssen den Anforderungen an das Gerät entsprechen, sollten einfach reproduzierbar und über mehrere Monate haltbar sein. Eine Unlösbarkeit im Untersuchungsbecken und eine geeignete Halterung sind ebenfalls von hoher Bedeutung. Ziel der Arbeit ist es, da bisweilen kein Phantom auf dem Markt existiert, ein Brust-Phantom konzipieren, herzustellen und zu evaluieren, welches den Anforderungen an das 3D-USCT entspricht.
Anhand der Geschwindigkeitsmessungen haben sich Gelwachs und Gelwachs mit 8% Paraffin zum Gesamtgewicht als geeignete Materialien herausgestellt. Es wurde eine Gussform mittels Computer Aided Design (CAD) gestaltet und aus einem hitzebeständigen Filament mit einem 3D-Drucker hergestellt. Es wurden Gelwachsplatten angefertigt, die mit einer geringeren Schallimpedanz den Grenzübergang von Wasser zu Luft anpassen und gleichzeitig schalldämpfend wirken soll. Dies wurde in USCT-Messungen überprüft und evaluiert. Weiterhin wurden Wasserperlen als Inklusionsmaterial ausgewählt, welches, um weitere Reflexionen auf dem Reflexionsbild sichtbar zu machen, in das Gelwachs hineinverarbeitet wurde.
Schließlich wurde ein finales Phantom mit einem Körper aus Gelwachs produziert und ein weiteres Phantom aus Gelatine, welches aus einer vorigen Arbeit vorgestellt und getestet wurde. In den rekonstruierten Reflexions-, Dämpfungs- und Schallgeschwindigkeitsaufnahmen konnten gewisse Strukturen und Inklusionen abgebildet werden. im USCT konnten beide Modelle miteinander verglichen werden. Beide Modelle aus Gelwachs und Gelatine können kostengünstig hergestellt werden, wobei das Modell aus Gelwachs ohne weitere Zusätze über mindestens zwei Monate haltbar ist. Die hierbei entstandenen Phantome sind für die Validierung des USCTs geeignet, bedürfen noch einigen Verbesserungen.
Vortragssprache: Englisch