3D Druck für Phantomdesign
Bildgebungsphantome sind unverzichtbare Hilfsmittel für die Entwicklung, Validierung und Qualitätssicherung medizinischer Bildgebungssysteme und Bildverarbeitungsverfahren. Fortschritte in der additiven Fertigung (3D-Druck) eröffnen neue Möglichkeiten zur Herstellung individuell anpassbarer Phantome mit komplexen Geometrien, anatomisch realistischen Strukturen und anwendungsspezifischen Merkmalen, die mit konventionellen Fertigungsmethoden nur schwer zu realisieren sind. Diese Möglichkeiten sind insbesondere für die Bewertung moderner Computertomographiesysteme (CT) und KI-basierter Bildrekonstruktions- und Bildverbesserungsverfahren von Bedeutung.
Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten stehen der Entwurf, die Entwicklung und die Herstellung 3D-gedruckter Phantome für medizinische Bildgebungsanwendungen. Dazu gehören die Überführung digitaler anatomischer Modelle in physische Testobjekte, die Auswahl und Charakterisierung geeigneter Druckmaterialien sowie die Optimierung der Druckparameter im Hinblick auf die erforderliche geometrische Genauigkeit und die bildgebungsrelevanten Materialeigenschaften. Besonderes Augenmerk liegt auf der Nachbildung gewebetypischer Röntgenabschwächungseigenschaften, anatomischer Strukturen und relevanter pathologischer Merkmale, um eine systematische Bewertung der Bildqualität zu ermöglichen.
Ein wesentliches Ziel ist die Entwicklung anpassbarer Phantome mit bekannter Ground Truth, die zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit und der Grenzen verschiedener Bildgebungssysteme und Rekonstruktionsalgorithmen eingesetzt werden können. Mithilfe dieser Phantome lassen sich unter anderem die räumliche Auflösung, die Rauscheigenschaften, die Kontrastdetektierbarkeit und die Erhaltung anatomischer Details bewerten. Dies ist insbesondere für die Untersuchung subtiler Strukturen relevant, die durch KI-basierte Bildverarbeitung verändert, verdeckt oder künstlich verstärkt werden können.
Die entwickelten Phantome werden anhand von Bildgebungsexperimenten sowie durch den Vergleich der digitalen Entwurfsmodelle mit den gefertigten Geometrien und den resultierenden CT-Bildern evaluiert. Dadurch sollen die Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Eignung verschiedener 3D-Druckverfahren für die medizinische Bildgebungs- und Qualitätssicherung untersucht werden. Langfristig zielt die Forschung darauf ab, flexible, kosteneffiziente und realitätsnahe Phantomlösungen zu entwickeln, die eine zuverlässigere Bewertung der Bildqualität ermöglichen, die Validierung neuer Bildgebungstechnologien unterstützen und das Vertrauen in deren sicheren klinischen Einsatz stärken.
