Development and evaluation of 3D-printed anthropomorphic phantoms for application in diagnostic and interventional X-ray imaging

Abstract

The fabrication of anthropomorphic phantoms using 3D-printing technologies is promising for quality assurance of X-ray applications for patient groups with body dimensions that are not adequately represented by conventional phantoms. In this thesis, printing materials for the fused-deposition-modelling technology are characterized for their tissue equivalence and different 3D-printed phantoms are developed. The printed phantoms are validated for application in diagnostic imaging in terms of image contrasts and dose distribution. Printed phantoms are equivalent to conventionally fabricated phantoms. The equivalent fetal dose determined from measurements on a 3D-printed phantom of a pregnant woman and Monte-Carlo simulations on a virtual body model with identical anatomy in the abdominal region validates the method also for the production of individualized phantoms. Thus, 3D-printed-phantoms are suitable for patient-specific dosimetry.

Die Herstellung von anthropomorphen Phantomen mittels 3D-Druck-Technologie ist vielversprechend für die Qualitätssicherung von Röntgenanwendung bei Patientengruppen, deren Körpermaße von konventionellen Phantomen nicht ausreichend repräsentiert werden. In dieser Arbeit werden Druck-Materialien für das Fused-Deposition-Modelling-Verfahren auf Ihre Gewebeäquivalenz charakterisiert und verschiedene 3D-Druck-Phantome entwickelt. Die hergestellten Phantome werden für diagnostische Röntgenanwendungen hinsichtlich des Bildkontrasts und der Dosisverteilung validiert. Gedruckte Phantome sind äquivalent zu konventionell hergestellten Phantomen. Die äquivalente fetale Dosis aus Messungen in einem 3D-gedruckten Phantom einer Schwangeren und Monte-Carlo-Simulationen an einem virtuellen Körpermodell mit identischer Anatomie im Abdomen validiert den Einsatz der Methode für die Herstellung von individualisierten Phantomen. Damit eignen sich 3D-Druck-Phantome für eine patientenspezifische Dosimetrie.