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Direkteinstieg für Wissenschaftler

Phantome aus dem 3D-Drucker

Neue Prozessanlage ermöglicht die additive Fertigung von Referenzobjekten mit eingebetteten Nanopartikeln

PTB-News 2.2023
02.05.2023
Besonders interessant für

medizinische Bildgebung

Referenzmaterialien

additive Fertigung (3D-Druck)

In der PTB wurde ein System für die Synthese harzbasierter Nanokomposite entwickelt. Es gewährleistet die definierte und reproduzierbare Einstellung der gewünschten Materialzusammensetzung für den 3D-Druck medizinischer Phantome.

Das Hand-Phantom (rechts) fluoresziert bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge. Es wird von der PTB für die Weiterentwicklung medizinischer Messverfahren eingesetzt, die mithilfe solcher Fluoreszenzen etwa Rheumaherde aufdecken helfen. Das Mausphantom mit magnetischem Gefäßsystem (links) hilft Medizinern bei der Planung von Experimenten in der Magnetpartikelbildgebung.

Medizinische und technische Modelle mit definierten Eigenschaften, sogenannte Phantome, sind in der medizinischen Bildgebung unerlässlich. In Forschungs- und Entwicklungsprojekten dienen sie als vertrauenswürdige Bezugssysteme, um neue Anwendungen zu testen oder Verfahren zu optimieren. Phantome werden auch eingesetzt, um die Einsatzfähigkeit von Bildgebungssystemen zu überprüfen, und stärken so das Vertrauen in Messergebnisse.

Im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren bietet der 3D-Druck die Möglichkeit, nahezu ohne Einschränkungen realitätsnahe und patientenspezifische Objekte zu erzeugen. Um diese Objekte als medizinische Phantome nutzbar zu machen, muss das Material je nach Bildgebungsverfahren spezifische physikalische Eigenschaften aufweisen. Hierzu können Nanopartikel in definierten Mengen dem 3D-Druckmaterial vor der Verarbeitung zugeführt werden.

Die Herausforderungen bei der Herstellung solcher Nanokomposite sind jedoch groß, insbesondere was die gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel betrifft. Die PTB hat ein System für die reproduzierbare Synthese harzbasierter Nanokomposite entwickelt und zum Patent angemeldet: ConELiA (Continuous Energetic Liquid Agitation System). Es gewährleistet eine definierte und reproduzierbare Einstellung der gewünschten Materialzusammensetzung. Die Homogenisierung findet in einer speziellen Ultraschall-Durchflusszelle statt, während zusätzliche Sensoren eine direkte Überwachung des Prozesses während der Herstellung erlauben. Das System kann eigenständig oder in Verbindung mit harzbasierten 3D-Druck-Anlagen verwendet werden und wird im Rahmen des B-smart Labs (Berlin Scientific Manufacturing for Research and Technology Laboratory) einem breiten Anwenderkreis zur Verfügung gestellt.

Im Rahmen eines Technologietransferprojektes wurde das Verfahren bereits zur Herstellung von langzeitstabilen homogenen Prüfkörpern aus magnetischen Referenzmaterialien eingesetzt. Diese Prüfkörper sind für die Anwendungsentwicklung in der Magnetpartikelbildgebung und für die Harmonisierung magnetischer Messtechnik von großer Bedeutung. Weiterhin soll mit der neuen Prozesstechnik die Herstellung von gewebeäquivalenten Phantomen für die Fluoreszenzbildgebung ermöglicht werden.

Ansprechpartner:

Norbert Löwa
Fachbereich 8.2, Biosignale
Telefon: (030) 3481-7736
Opens local program for sending emailnorbert.loewa(at)ptb.de

 

Wissenschaftliche Veröffentlichung

N. Löwa, R. Hoffmann, D. Gutkelch, O. Kosch, S. Dutz, F. Wiekhorst: A multi-purpose phantom kit for magnetic particle imaging. Current Directions in Biomedical Engineering 7, 319–322 (2021)