辐射仿真中国人体物理模型的快速成型技术研究

Thanks to the characteristics of excellent tissue-equivalent and realistic anatomy of human body, there exist significant opportunities for anthropomorphic phantom application in radiation protection, radio-diagnosis and radiotherapy. However, the traditional mould-casting manufacture technology has shown a limited capability for catching up the recent development of human computational model, because of its shortcomings of time-consuming process, high cost, custom production difficulty, etc. Recently, three-dimensional (3D) printing technologies have opened up the possibility of customization of human physical phantom, thus provide a chance to realize the long-term dream in radiation dosimetry, i.e., the integrated production from human computational model to physical phantom. This project is intended to establish a new 3D-printing fabrication technology for anthropomorphic phantom, based on Chinese human voxel phantoms. It consists of several research elements as follows: the development of new TPU-based radiation tissue-equivalent materials for 3D-printing, transform method from human voxel model to the 3D-printing data set, and the 3D-printing phantom production technique. Meanwhile, it will also conduct a feasibility research on the radioactive organ manufacture and the integrated 3D-printing technics with multiple tissue-equivalent materials. It might be a meaningful effort for providing a novel approach to enable the automated manufacture of customized radiation dosimetry phantoms using commercial 3D-printers and provide an advanced tool for radiation dosimetry research.

辐射仿真人体物理模型因其优异的辐射组织等效性和形态仿真性，近年来在辐射防护、放射诊断治疗等领域等得到了越来越多的应用。目前传统的模具浇注方法，存在制作难度大、成本高、难于个体化定制等缺陷，无法满足近年人体数字模型的快速发展及其剂量验证需求。当前3D打印技术的发展，为物理模型数字化快速定制提供了契机，进而可能实现剂量学领域的长期梦想，即人体数字模型与物理模型制造的一体化衔接。本项目拟从新型辐射组织等效材料、3D打印用人体数字模型、快速成型工艺等三个方面，开展辐射仿真中国人体物理模型的快速成型技术研究。开发可用于3D打印的软组织、骨等热塑性辐射组织等效材料，建立人体数字模型与3D打印模型的数据转换方法，掌握辐射仿真人体物理模型快速成型制造方法，并进行含放射源器官的快速成型和多种组织材料一次整体成型的可行性初步研究。为辐射仿真人体物理模型的快速定制奠定技术基础，为剂量学研究提供先进实验验证手段。

人体物理模型是电离辐射剂量学的基础性研究工具，在剂量评估中发挥着无可替代的作用，其中仿真人体物理模型是近年来电离辐射剂量学物理模型的研究重点。但辐射仿真人体物理模型发展至今基本还是采用浇注成型的方法，该方法有工艺复杂，周期长，成本高，质量控制难度大，无法定制等缺点。因此开发一种快速，简便，低成本的制作辐射仿真人体物理模型方法是非常必要的。快速成型技术由于其快速、高精度、高度集成、个性化生产等特征，十分适合于仿真人体物理模型的制作。.本项目从新型辐射组织等效材料、3D打印用人体数字模型、快速成型工艺等三个方面，开展了辐射仿真中国人体物理模型的快速成型技术研究。开发了可用于3D打印的软组织、骨等热塑性辐射组织等效材料，建立了人体数字模型与3D打印模型的数据转换方法，掌握了辐射仿真人体物理模型快速成型制造方法，并进行了含放射源器官的快速成型和多种组织材料一次整体成型的可行性初步研究。为辐射仿真人体物理模型的快速定制奠定了技术基础，为剂量学研究提供了先进实验验证手段。