Tissue-Mimicking Phantom Generation and Imaging with Optical and Acoustic Characterization


Creative Commons License

Koçdemir İ., Aktaş F.

1st International Conference on Innovative Academic Studies, Konya, Turkey, 10 - 13 September 2022, vol.1, pp.463-467

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • Volume: 1
  • City: Konya
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.463-467

Abstract

Ultrasonic imaging is used effectively in medicine, biomedical and industrial fields. Since they can mimic the soft tissues of living things, phantoms are frequently utilized in ultrasonography research in biomedicine. Ultrasonic imaging phantom is used as a tissue-like material to better understand the light propagation in tissue in studies that are difficult to do on human tissue ethically in the development of new technologies.  There are many phantom studies in the literature that mimic human tissue. In these studies, liquid phantoms, which are easy to construct and characterize, have been preferred. Although they are easy to prepare and procure, the most significant disadvantages of liquid phantoms are that they have a short shelf life, deteriorate quickly, and they cannot be designed as layered phantoms with different optical properties. The use of solid phantoms, which are more durable, and long-lasting, optical properties do not change over time, have different optical properties and shapes, and can be designed with multiple layers, becomes more effective and efficient. This study, it is aimed to design, manufacture and validate a long-lasting solid phantom that is durable and optically stable. Ultrasonic imaging phantom was obtained after the prepared solution was poured and frozen on the molds, which were printed using a three-dimensional (3D) printer.  After the design, the optical properties of the solid phantom have been determined. The fabricated tissue-like targeted phantoms were visualized on the ultrasonography device and their optical and acoustic parameters were calculated. As a result of both the images and the data received, it has been revealed that the phantom is successful and problem-free.

Ultrasonik görüntüleme tıp, biyomedikal ve endüstriyel alanlarda etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Canlılara ait yumuşak dokuların benzetimini yapabilmelerinden dolayı dokuları taklit edebilen fantomlar biyomedikal alanındaki ultrasonografi araştırmalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Ultrasonik görüntüleme fantomu, yeni teknolojilerin geliştirilmesinde etik olarak insan dokusu üzerinde yapılması zor olan çalışmalarda dokudaki ışık yayılımının daha iyi anlaşılması için doku benzeri malzeme olarak kullanılmaktadır. Literatürde, insan dokusunu taklit eden birçok fantom çalışması bulunmaktadır. Bunlar içerisinde yapımı ve karakterizasyonu kolay olan sıvı fantomlar daha çok tercih edilmektedir. Hazırlanması ve temini kolay olmasına rağmen, raf ömrünün kısa olmaları, çabuk bozulmaları ve ayıca farklı optik özelliklerde katman yapılı fantomlar tasarımlanamaması en büyük dezavantajlarıdır. Daha dayanıklı, uzun ömürlü, optik özellikleri zamanla değişmeyen, farklı optik özelliklere ve şekillere sahip, çoklu katmanların tasarımlanabildiği katı fantomların kullanımı daha etkili ve verimli olmaktadır. Bu çalışmada, dayanıklı, optik özellikleri kararlı olan uzun ömürlü katı bir fantom tasarımlamak, üretmek ve fantomun geçerli kılınması amaçlanmıştır. Üç boyutlu (3B) yazıcı kullanılarak baskısı alınan kalıplara, hazırlanan çözelti dökülüp dondurulduktan sonra ultrasonik görüntüleme fantomu elde edilmiştir. Tasarımdan sonra katı fantomun optik özellikleri belirlenmiştir. İmal edilen doku benzeri hedefli fantomlar ultrasonografi cihazında görüntülenmiş ve optik ve akustik parametreleri hesaplanmıştır. Hem görüntü olarak hem de alınan veriler sonucunda fantomun sorunsuz ve başarılı olduğu ortaya konmuştur.