Desenvolvimento de um paciente

Jun 03, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3941 (2023) Citar este artigo

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A validação da precisão do software de quantificação em imagens de tomografia computadorizada (TC) é muito desafiadora. Portanto, propusemos um simulador de tomografia computadorizada que representa com precisão estruturas anatômicas específicas do paciente e integra aleatoriamente várias lesões, incluindo padrões semelhantes a doenças e lesões de vários formatos e tamanhos, usando fundição de silicone e impressão tridimensional (3D). Seis nódulos de vários formatos e tamanhos foram adicionados aleatoriamente aos pulmões modelados do paciente para avaliar a precisão do software de quantificação. Utilizando materiais de silicone, foram realizadas intensidades de TC adequadas às lesões e ao parênquima pulmonar, e seus valores em unidade Hounsfield (HU) foram avaliados na tomografia computadorizada do simulador. Como resultado, com base na tomografia computadorizada do modelo fantasma de imagem, os valores medidos de HU para o parênquima pulmonar normal, cada nódulo, fibrose e lesões enfisematosas estavam dentro do valor alvo. O erro de medição entre o modelo de estereolitografia e os fantomas de impressão 3D foi de 0,2 ± 0,18 mm. Em conclusão, o uso de impressão 3D e fundição de silicone permitiu a aplicação e avaliação do simulador de imagem de TC proposto para a validação da precisão do software de quantificação em imagens de TC, que poderia ser aplicado à quantificação baseada em TC e ao desenvolvimento de biomarcadores de imagem .

O uso da tomografia computadorizada (TC) quantitativa para diagnóstico de doenças pulmonares vem se expandindo a cada dia, sendo aplicada em diversas doenças pulmonares. Em particular, as pesquisas relacionadas às doenças pulmonares aumentaram devido ao surto da doença coronavírus-2019, e a maioria dos estudos é realizada utilizando imagens de tomografia computadorizada1,2,3.

A verificação da correção de intensidade e medição quantitativa das imagens de TC é um tema muito importante. Embora vários tipos de simuladores de tomografia computadorizada tenham sido desenvolvidos no passado, o desenvolvimento de simuladores de tomografia computadorizada de tórax específicos para pacientes e doenças tem limitações. No entanto, muitos estudos concentraram-se na fabricação de simuladores de imagens de TC para calibrar a intensidade da imagem de TC e validar a precisão do software de medição quantitativa. Em particular, a impressão tridimensional (3D) específica do paciente e da doença é possível em comparação com as tecnologias de processamento existentes, e designs complexos podem ser prototipados rapidamente. A impressão 3D pode aplicar diversos modelos na assistência médica, como para educação e guia cirúrgico4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Muitos estudos também conduziram a fabricação de fantasmas para quantificação de imagens14,15. Hong et al. desenvolveram um fantasma de imagem pulmonar específico para uma doença usando impressão 3D16. Shin et al. usaram impressão 3D para desenvolver um simulador pulmonar reprodutível e deformável com vias aéreas impressas em 3D17. Hazelaar et al. produziram um simulador para avaliar a qualidade da imagem baseada em raios X e a técnica de verificação de posição para radioterapia que é muito semelhante ao paciente real18. Kairn et al. desenvolveram um fantasma usando um material compatível com tecido com uma única impressora 3D19. Filippou et al. criou um fantasma avançado usando diversas imagens médicas20. Embora vários tipos de simuladores específicos de pacientes e doenças tenham sido desenvolvidos, o desenvolvimento de um simulador de imagem padrão que possa determinar a precisão da medição de cada simulador de imagem permanece um desafio.

As intensidades da TC de tórax refletem vários objetos anatômicos, incluindo vias aéreas, parênquima pulmonar, gorduras, tecidos moles e ossos. Além disso, lesões com diferentes padrões podem se desenvolver no parênquima pulmonar. No entanto, a TC quantitativa depende de fatores como protocolos de imagem, parâmetros de reconstrução, movimento do paciente e artefatos tomográficos, exceto intensidades tomográficas. Portanto, a confiabilidade da TC de tórax quantitativa deve ser avaliada usando o modelo de imagem específico do paciente e da doença. Este estudo teve como objetivo fabricar um simulador de tomografia computadorizada de tórax que reflita a intensidade da tomografia computadorizada de várias lesões pulmonares usando tecnologia de impressão 3D e fundição de silicone e avaliar sua precisão de quantificação.