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보급형 3D프린터를 이용한 인체 모형 뼈 팬텀 제작의 기초연구: Femur 대상으로 적층형 출력 방식 이용

A Fundamental Study on the Fabrication of Human Model Bone Phantom using an Entry-Level 3D Printer: using FDM Method for the Femur Model

한국방사선학회논문지 2020년 14권 5호 p.651 ~ 660
남궁은재, 김도희, 김소희, 박세은, 정다빈, 박상협, 허영철,
소속 상세정보
남궁은재 ( Namkung Eun-Jae ) - Eulji University Department of Radiological Science
김도희 ( Kim Do-Hee ) - Eulji University Department of Radiological Science
김소희 ( Kim So-Hui ) - Eulji University Department of Radiological Science
박세은 ( Park Se-Eun ) - Eulji University Department of Radiological Science
정다빈 ( Jung Da-Bin ) - Eulji University The Graduate School Department of Radiological Science
박상협 ( Park Sang-Hyub ) - Asan Medical Center Department of Radiology
허영철 ( Heo Yeong-Cheol ) - Eulji University Department of Radiological Science

Abstract

본 연구에서는 보급형 3D 프린터를 이용하여 인체 Femur와 유사한 HU 값을 가진 팬텀을 제작하여 기존 돼지 뼈를 대체할 수 있는지 분석하고자 하였다. 인체 Femur의 HU 값을 알아보기 위해 연령별 총 372명의 데이터를 분석하였다. 보급형 3D 프린터를 이용하여 PLA-Cu 20%를 이용하여 인체 뼈 모형 팬텀을 제작하여 CT 검사하였다. 돼지 뼈는 생후 6개월 된 돼지로 도축된 지 2일이 지난 뼈를 이용하였다. 검사결과 내부 채움 80%로 제작한 3D 프린팅 팬텀이 인체의 모든 데이터와 유사한 값이 나타났고(p<0.05) 돼지뼈와는 차이가 있었다(p>0.05). 또한 연령대별 Femur의 HU 값의 경우 연령대가 증가할수록 HU의 값은 줄어드는 것으로 확인 되었다(p<0.05). 3D 프린팅과 HU 값은 적층 높이에 대해서는 약한 음의 상관성을 확인 하였지만 내부 채움에서는 182.13±1.290으로 강한 양의 상관성(R2=0.996)을 확인하였다(p<0.05). 결론적으로 3D 프린팅을 이용한 인체 모형 팬텀이 기존 돼지뼈 팬텀에 비해 인체와 유사한 정도의 HU 값을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었으며 이에 본 연구가 3D 프린터를 이용한 인체 모형 팬텀의 제작에 기초자료를 제공할 수 있을 것이라 사료된다.

The purpose of this study was to create a phantom with a HU value similar to that of the human Femur using a 3D printer to replace the existing pig bone. A total of 372 people were analyzed to determine the HU value of human Femur. Using a 3D printer, a human bone model phantom was fabricated using PLA-Cu 20% and subjected to CT examination. Pig bones were 6 months old pigs, and bones 2 days after slaughter were used. As a result of the examination, the 3D printing phantom made with 80% of the internal filling showed a similar value to all data of the human body (p<0.05), and there was a difference from the pig bone (p>0.05). In addition, in the case of the HU value of Femur by age group, it was confirmed that the value of HU decreased as the age group increased (p<0.05). 3D printing and HU values ??confirmed a weak negative correlation with respect to the stacking height, but confirmed a strong positive correlation (R2 = 0.996) with 182.13±1.290 in the inner filling (p<0.05). In conclusion, it was confirmed that the human body model phantom using 3D printing can exhibit a similar level of HU value to the human body compared to the existing pig bone phantom, and this study will provide basic data for the production of a human body model phantom using a 3D printer.

키워드

CT phantom; 3D printer; human bone model phantom

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