基于熔融沉积成型技术的三种乳腺体模制备方法在放射影像学中的评估与应用价值

本研究针对低成本3D打印技术在放射影像体模制备中的技术瓶颈，通过对比PLA单材料变密度挤出、ABS-ASA/HIPS-ASA双材料全填充三种熔融沉积成型（FFF）方案，系统评估了乳腺体模的CT值（HU）匹配度、功率谱指数β（1.39-2.72）及组织纹理仿真效果。结果表明PLA方案在腺体组织HU模拟（42HU@80kV）表现优异，ABS材料对脂肪组织（-152HU）再现性良好，为个性化医学影像体模开发提供了重要技术参考。

　　

在医学影像领域，精准的放射学体模对于设备校准、算法优化和临床培训具有不可替代的作用。然而传统体模制作面临成本高昂、组织等效性差等挑战，尤其是乳腺这类具有复杂解剖结构的器官。熔融沉积成型（Fused Filament Fabrication, FFF）作为最具成本效益的3D打印技术之一，其制备的体模能否满足临床CT成像需求，成为亟待解决的科学问题。

PHENOMENO欧盟项目组的研究人员开展了一项开创性研究，系统比较了三种FFF技术方案制备乳腺体模的性能差异。研究团队从患者MRI数据出发，通过组织分割构建数字体模，分别采用：1）PLA单材料变挤出量技术；2）ABS-ASA双材料全填充；3）HIPS-ASA双材料全填充三种方案制备物理体模，并在70-120kV多能级CT扫描下评估其性能。这项发表在《Physica Medica》的研究，为低成本制造高保真医学影像体模提供了重要技术路线图。

关键技术方法包括：基于T1加权MRI（0.7×0.7×0.8mm³体素）的乳腺组织分割技术；Multoo MT2-B（PLA）、Bambu Lab X1-Carbon（ABS-ASA）和Raise3D Pro3 Plus（HIPS-ASA）三套FFF打印系统；临床CT设备的HU值测量（512×512矩阵，1mm层厚）；功率谱分析（50×50像素ROI）和双盲放射科医师主观评估体系。

【结果与讨论】
3.1 CT值对比分析
PLA变密度方案在腺体组织模拟中表现最优（42HU@80kV），与临床数据偏差<5%。ABS材料成功再现脂肪组织HU梯度（-109至-68HU@70-120kV），但HIPS因打印缺陷导致HU值异常偏低（-222至-198HU）。值得注意的是，ASA材料在模拟腺体组织时出现系统性偏差，提示需要开发新型替代材料如PETG。

3.2 特征参数评估
所有体模的功率谱指数β（1.39-2.72）均落入临床乳腺CT范围（1.86±0.38）。其中PB1的β值（2.53±0.30@80kV）最接近真实组织，其分形维度（2.73±0.08）也符合低密度乳腺特征。双材料体模出现的层间伪影（图5b）提示需要优化喷嘴温度和挤出参数。

3.3 HU直方图特征
PLA体模的HU分布峰值（-152HU）与数字体模设定值完美吻合，而HIPS体模因打印缺陷出现异常宽峰（图7）。特别值得注意的是，ABS-ASA方案的HU值随kV升高呈线性增长，这种能量依赖性恰与真实脂肪组织特性一致。

3.4 主观评价
两位放射科医师对PLA方案评分最高（83.33%），特别肯定其对导管结构的再现性。但所有方案在肿瘤边缘锐度（PB2）和皮肤层厚度（PB3）方面仍需改进，这主要与组织分割时的平滑算法有关。

这项研究揭示了FFF技术在医学体模制造中的巨大潜力与现存挑战。虽然PLA单材料方案在HU匹配度上表现优异，但长达7天的打印周期制约其临床应用。双材料方案虽然缩短了打印时间（3-5天），但ASA和HIPS的材料特性仍需优化。研究提出的β指数和分形维度评估体系，为体模性能量化建立了新标准。未来研究应聚焦于：开发专用生物相容性材料、优化双喷头同步打印工艺、建立多模态影像兼容的体模体系。这些突破将推动3D打印体模从实验室走向临床实践，最终实现个性化精准医疗的愿景。