(57)【要約】  本開示は、３次元（３Ｄ）プリントシステムの品質管理評価を実行するためのシステムと方法を提供する。具体的には、本開示は３Ｄプリントシステムで用いるために設計されたファントムと、３Ｄプリントされたファントムを用いて実行される３Ｄプリントシステムのための品質管理方法を提供する。【選択図】図２
2018535856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）プリントシステムの品質管理評価を実行するための３Ｄファントムであって、 
平面を備えた少なくとも１つの表面を有する支持ベースと、
前記平面から突出した複数のポジ型特徴と、
前記支持ベースに埋め込まれた複数のネガ型特徴と、
を備え、
前記ポジ型特徴と前記ネガ型特徴が共同で、幾何学的オブジェクトと解剖学的オブジェクトを備えていることを特徴とする３Ｄファントム。
【請求項２】
前記複数のポジ型特徴が、血管樹構造と内耳の蝸牛構造の１つを備えていることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。
【請求項３】
前記複数のポジ型特徴が、円錐状の特徴を備えていることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。
【請求項４】
前記複数のポジ型特徴が、複数の異なる直径の円筒を備えていることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。
【請求項５】
前記複数のポジ型特徴が、半球突起、円錐突起、矩形突起、及び、六角形突起の少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。
【請求項６】
前記複数のネガ型特徴が、半球空洞、円錐空洞、矩形空洞、及び、六角形空洞の少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。  
【請求項７】
前記複数のネガ型特徴が、複数の線分セットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。
【請求項８】
前記複数の線分セットが、互いに対して異なる幾何学的向きに配置されていることを特徴とする請求項７に記載の３Ｄファントム。
【請求項９】
前記複数の線分セットが、略水平に配置された第一の線分セットと、略垂直に配置された第二の線分セットと、前記第一の線分セット及び前記第二の線分セットと直交するように配置された第三の線分セットとを備え、
前記第三の線分セットが前記第二の線分セットの深さ又は前記第一の線分セットの深さよりも大きな深さで前記ベース部に延びていることを特徴とする請求項７に記載の３Ｄファントム。
【請求項１０】
前記複数の線分セットのそれぞれが、複数の個別の線分をそれぞれ備えた複数の線分グループを備えていることを特徴とする請求項７に記載の３Ｄファントム。
【請求項１１】
前記ポジ型特徴の高さと前記ネガ型特徴の深さの少なくとも１つが、前記支持ベースの厚さと略等しいことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄファントム。
【請求項１２】
３Ｄプリントシステムの品質管理法であって、
スキャン装置で３Ｄ基準ファントムをスキャンすることで、前記３Ｄ参照ファントムの１つ以上のスキャン画像を作成し、
前記１つ以上のスキャン画像をモデリングソフトウエアに取り込み、
前記モデリングソフトウエアと通信する３Ｄプリンタ上で、プリントされた３Ｄファントムをプリントし、
前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、を比較し、
前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の前記寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の前記寸法との比較時に、前記３Ｄプリントシステムの幾何学的精度、解像度、及び形状忠実度の少なくとも１つを求めることを特徴とする品質管理法。
【請求項１３】
３Ｄ基準ファントムが複数の線対グループを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の品質管理法。
【請求項１４】
前記複数の線対グループが異なる寸法の隙間を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の品質管理法。
【請求項１５】
前記スキャン装置が、ＣＴスキャナ、マイクロＣＴスキャナ、光学的撮像装置、及びＸ線マシンの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１２に記載の品質管理法。
【請求項１６】
前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、を比較するステップが、前記プリントされた３Ｄファントムと前記３Ｄ基準ファントムを撮像するステップと、前記プリントされた３Ｄファントムと前記３Ｄ基準ファントムの差異を示す視覚地図を作成するステップを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の品質管理法。
【請求項１７】
前記撮像するステップの撮像装置が、ＣＴスキャナ、マイクロＣＴスキャナ、光学的撮像装置、又はＸ線マシンであることを特徴とする請求項１６に記載の品質管理法。
【請求項１８】
前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、を比較するステップが、前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、を手作業で測定するステップを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の品質管理法。
【請求項１９】
３Ｄプリントシステムを用いた患者固有のパーツの作成法であって、
スキャン装置で患者の身体の一部をスキャンすることで、前記患者の身体の一部の１つ以上の画像を作成し、
前記１つ以上の画像をモデリングソフトウエアに取り込み、
前記１つ以上の画像をセグメント化して画像のセグメント化セットを形成し、
前記画像のセグメント化セットから前記患者の身体の一部の３Ｄモデルを作成し、
３Ｄプリンタで、前記患者の身体の一部のプリントされた３Ｄモデルをプリントし、
前記患者の身体の一部のプリントされた３Ｄモデルを前記スキャン装置でスキャンすることで、前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像を作成し、
前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像を、前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルに記録し、
前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像と前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルの間の幾何学的差異を逐一基準で算出し、
前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像と前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルの間の算出した幾何学的差異が、所定の許容範囲内かどうかを求めることを特徴とする作成法。
【請求項２０】
前記スキャン装置が、ＣＴスキャナ、マイクロＣＴスキャナ、光学的撮像装置、及びＸ線マシンの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１９に記載の作成法。
【請求項２１】
前記患者の身体の一部の３Ｄモデルをプリントするステップが、前記プリントされた３Ｄモデルに患者識別情報を加えるステップを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の作成法。
【請求項２２】
前記３Ｄプリントされたモデルの一部を液体で洗浄するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１９に記載の作成法。
【請求項２３】
前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像と前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルの間の幾何学的差異を算出するステップが、前記画像のセグメント化セットに前記プリントされた３Ｄモデルのスキャン画像を重ね合わせることによって実行されることを特徴とする請求項１９に記載の作成法。
【請求項２４】
前記３Ｄプリントされたモデルの１つ以上の画像と前記モデリングソフトウエアの前記３Ｄモデルを比較し、前記画像を逐一基準で比較することによって、前記プリンタの精度をテストするステップを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の作成法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年１１月２９日付で出願された「３Ｄプリント用途における品質管理のためのシステムと方法」と題する米国仮出願第６２／２６０，５５４号の優先権を主張し、この出願全体は、引用によりここに組み込まれる。
【０００２】
（連邦支援研究に関する声明）
該当せず。
【０００３】
本開示は、全体的に３次元（３Ｄ）プリントに関し、より具体的には３Ｄプリンタの品質管理のためのシステムと方法に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
３Ｄプリント技術が発展してきたので、医療分野は、外科的計画、外科的指導や、新しい骨骨格や手の置き換えや臓器さえ含めた人体の一部の置き換えを対象として、解剖模型を組み上げるために３Ｄプリントを試し始めている。人体用途で実行可能にするために、プリントされたパーツは高い寸法精度を有する必要がある。他の製造装置と同様に、３Ｄプリンタは時間をかけて較正をやめることができ、パーツのプリントが要求された寸法仕様に合致しなくなる。３Ｄプリントプロセスは、複数のステップからなり、パーツの作成に影響する幾つかの有力なエラーの原因を有している。複雑なパーツのプリントには完成までに数時間を要するので、許容できないパーツの量を低減することが重要である。このように、品質管理（ＱＣ）が、一般的に３Ｄプリントに体系的に一貫した方法として適用されてこなかったが有益な概念である。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、３Ｄプリントシステムと３Ｄプリントプロセスにおける品質管理のためのシステムと方法を提供する。例えば、品質管理プロセスのための３Ｄプリントされたファントムと３Ｄプリントされたファントムを用いた方法を提供する。ファントムを用いることで、作業者は出力された３Ｄプリントパーツの幾何学的精度、解像度、及び形状忠実度を試験することができる。ここに記載の手順は、作業者にスキャン段階から最終３Ｄプリントパーツの検査まで３Ｄプリントプロセスにおける様々な点での起こりうるエラーの識別を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、本開示は３次元（３Ｄ）プリントシステムの品質管理評価を実行するための３Ｄファントムを提供する。このファントムはＸ線不透過性の材料で形成された支持ベースを備え、平面を含む少なくとも１つの表面を提供する。このファントムは前記平面から突出した複数のポジ型特徴と、ベース部に埋め込まれた複数のネガ型特徴とをさらに備えている。前記ポジ型特徴と前記ネガ型特徴が共同で、幾何学的オブジェクトと解剖学的オブジェクトを備えている。
【０００７】
別の態様では、本開示は３Ｄプリントシステムの品質管理法を提供する。この方法は、スキャン装置で３Ｄ基準ファントムをスキャンすることで、前記３Ｄ参照ファントムの１つ以上のスキャン画像を作成する。この方法はさらに、前記１つ以上のスキャン画像をモデリングソフトウエアに取り込み、このモデリングソフトウエア内で前記３Ｄ基準ファントムの３Ｄモデルを作成する。この方法はさらに、前記モデリングソフトウエアと通信する３Ｄプリンタ上で、プリントされた３Ｄファントムをプリントする。この方法はさらに、前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の寸法と、を比較し、前記プリントされた３Ｄファントムの少なくとも１つの幾何学的特徴の前記寸法と、前記３Ｄ基準ファントムの対応する少なくとも１つの幾何学的特徴の前記寸法との比較時に、前記３Ｄプリントシステムの幾何学的精度、解像度、及び形状忠実度の少なくとも１つを求める。
【０００８】
また別の態様では、本開示は３Ｄプリントシステムを用いた患者固有のパーツの作成法を提供する。この方法は、スキャン装置で患者の身体の一部をスキャンすることで、前記患者の身体の一部の１つ以上の画像を作成し、前記１つ以上の画像をモデリングソフトウエアに取り込む。この方法はさらに、前記１つ以上の画像をセグメント化して画像のセグメント化セットを形成し、前記画像のセグメント化セットから前記患者の身体の一部の３Ｄモデルを作成し、３Ｄプリンタで、前記患者の身体の一部のプリントされた３Ｄモデルをプリントする。この方法はさらに、前記患者の身体の一部のプリントされた３Ｄモデルを前記スキャン装置でスキャンすることで、前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像を作成し、前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像を、前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルに記録し、前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像と前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルの間の幾何学的差異を逐一基準で算出する。この方法はさらに、前記プリントされた３Ｄモデルの１つ以上の画像と前記モデリングソフトウエアの３Ｄモデルの間の算出した幾何学的差異が、所定の許容範囲内かどうかを求める。
【０００９】
本発明の上述の態様と他の態様と長所は、以下の説明で明らかになるであろう。説明では、ここでの一部を形成すると共に本発明の好ましい実施例を示す添付図面を参照する。このような実施例は本発明の全範囲を必ずしも表していないが、請求項を参照して、本発明の範囲が解釈される。
【００１０】
以下の詳細な説明を考慮すれば、本発明がより良く理解され、上述のもの以外の特徴、態様、及び長所が明らかになるであろう。このような詳細な説明は、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術の３Ｄプリントシステムの斜視図である。
【図２】本開示の１態様に従う３Ｄプリントシステムのためのファントムの図である。
【図３】本開示の１態様に従う３Ｄプリントシステムのための別のファントムの図である。
【図４】本開示の１態様に従うパーツを作成するために用いられる３Ｄプリントプロセスの各ステップの例を説明するフローチャートである。
【図５】本開示の１態様に従う基準ファントムを用いた３Ｄプリントシステムのための品質管理プロセスの各ステップの例を説明するフローチャートである。
【図６】本開示の１態様に従う臨床モデルに用いられる３Ｄプリントシステムのための品質管理プロセスの各ステップの例を説明するフローチャートである。
【図７Ａ】図３の基準ファントムの画像である。
【図７Ｂ】図７Ａの基準ファントムのプリントされたバージョンの画像である。
【図７Ｃ】図７Ａの基準ファントムと図７Ｂの基準ファントムのプリントされたバージョンとの間の幾何学的比較を示すグラフである。
【図８Ａ】人体構造の一部の３Ｄモデルの画像である。
【図８Ｂ】３Ｄプリントシステムを用いてプリントした図８Ａの人体構造の一部のプリントされたバージョンの画像である。
【図８Ｃ】図８Ａの人体構造の一部の３Ｄモデルと図８Ｂの人体構造の一部のプリントされたバージョンの間の幾何学的比較を示すグラフィックである。
【図９】関連したＣＴスキャンを用いた肝臓の患者固有の３Ｄプリントされたファントムの例を示す画像である。
【図１０】関連したＣＴスキャンを用いた肝臓の患者固有の３Ｄプリントされたファントムの例を示す画像であって、ヨード液がファントムの血管に設けられて、濃度が実際の患者の肝臓における濃度を模倣するように調整されている画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現在、３Ｄプリントされたパーツの品質管理法に対する技術的需要が存在する。例えば医療用途で寸法精度と形状忠実度が最重要なので、３Ｄプリントで作成されたパーツが厳密な要件を満たし、すべての寸法を許容範囲内にすることが必須である。患者を含むモデルに対し、モデルが患者の生体構造と病状を正確に表現することが決定的に重要である。３Ｄプリントされたパーツの作成に関連する莫大なコストと時間は、可能な限り使用できないパーツの作成を限定することを要求する。従って、ファントムと関連する３Ｄプリントシステムのための品質管理法を有することが望ましい。
【００１３】
図１に従来技術の３Ｄプリントシステムを示す。３Ｄプリントシステム１０は、例えば医療用途で用いられるパーツを作成するために用いることができる。３Ｄプリントシステム１０は、コンピュータ１４とプリンタ１８を備える。コンピュータ１４は一般的にデータをプリンタ１８と通信する３Ｄモデリングソフトウエアを備える。プリンタ１８はモデリングソフトウエアからのデータを受け取り、モデリングソフトウエアを用いてユーザーが設計したパーツ２２を作成する（即ち３Ｄプリントする）。
【００１４】
３Ｄプリンタの多くの異なる機種が医療用途で用いられるパーツの３Ｄプリントを得るために用いることができることを当業者は理解すべきである。多くの他の機種も同様に受け入れることができるが、医療用途で用いられるパーツの作成に適したこのような機種の1つがMakerBot Replicator II プリンタである。
【００１５】
また、数種類の３Ｄプリントプロセスをこれらのパーツを作成するために用いることができることを理解すべきである。用いることのできる３Ｄプリントプロセスの１つのタイプは、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）であるが、しかし、従来知られている他の３Ｄプリントプロセスだけでなく、例えばステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、laminated object manufacturing（ＬＯＭ）なども、医療用途で用いられる３Ｄプリントされたパーツの作成に用いることができる。
【００１６】
図２に３Ｄプリントシステムの品質管理を実行するために用いられる３Ｄファントム１００の１つの非限定的な例を示す。後述するように、３Ｄファントム１００は複数のポジ型（即ち、ファントムの表面から押し出された）及びネガ型（即ち、ファントムの表面から内向きに延びた）のトポグラフィカルな特徴を備え、例えばすべてファントム１００の共通表面又は複数表面から出ている。
【００１７】
具体的には、ファントム１００は支持ベース１０４を備える。支持ベース１０４は第一表面１０６から第二表面１０８まで厚さｔの矩形構造として図示されている。従って、４つの壁１０９、１１０、１１１、１１２が厚さｔに沿って第一表面１０６から第二表面１０８の間に延びている。複数の特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０が第一表面１０６に埋め込まれている。後述するように、第一表面１０６に埋め込まれたこれら複数の特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０は、ネガ型特徴である。
【００１８】
複数のポジ型特徴１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４も第三表面１６６に含まれ、第三表面１６６から突出している。第三表面１６６は様々な配置をとることができる。例えば、支持ベース１０４が第一表面１０６と第三表面１６６の両方を支持するのに十分に大きければ、第三表面１６６が第一表面１０６と共通平面を形成してもよい。また、第三表面１６６と関連するポジ型特徴１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は、第二表面１０８に取って代わることもできる。同様に、第三表面１６６と関連するポジ型特徴１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は、第一表面１０６に取って代わることもできる。第三表面１６６の具体的な位置にかかわらず、ポジ型特徴１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は、幾つかの構成では、厚さｔと略等しいポジ型特徴高さを形成する。しかし、ポジ型特徴の高さは特徴ごとに変化してもよく、厚さｔより大きくも小さくもできる。
【００１９】
複数のネガ型特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０は、中空の半球１１６、中空の六角形１２０、中空の矩形１２４、中空の円錐１２８、又は複数の線分セット１３２、１３６、１４０を備える。複数の線分セット１３２、１３６、１４０は、互いに対して異なる幾何学的向きに配置される。１つの非限定的な例では、線分の３セットは３Ｄ空間の３つの直交方向に沿って配置され、即ち、線分の第一セット１３２は略水平に配置され、線分の第二セット１３６は略垂直に配置され、線分の第三セット１４０は、第一と第二セットを含む平面に直交する方向に沿って配置される。このような実施例では、線分の第三セット１４０は線分の第一セット１３２及び線分の第二セット１３６の深さよりも大きな深さを有する。しかし、当然のことながら、別の方向も同様に可能である。また、各線分のセット１３２、１３６、１４０はさらに複数の線分グループを備える。１つの非限定的な例では、特定の線分グループの各線分は、略等しい寸法を有する。加えて、又は代替的に、ネガ型特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０の深さは、支持ベース１０４の厚さｔよりわずかに小さいか又は等しく設計される。しかし、幾つかの実施例では、ネガ型特徴の深さは特徴ごとに変化し、又は特徴グループ間で変化する。例えば、線分の第一セット１３２の各線分は同様の深さを有し、一方で線分の第三セット１４０の各線分はより大きな深さを有する。
【００２０】
複数のポジ型特徴１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は、中実の半球１４４、中実の六角形１４８、中実の矩形１５２、中実の円錐１５６、異なる直径の複数の円筒１６０、円錐状特徴１６４、及びこれらの特徴の組み合わせ、又は３Ｄプリント可能な他の特徴を備える。異なる直径の複数の円筒１６０は、血管樹構造の形状で配置される。円錐状特徴１６４は、蝸牛構造の形状をとることができる。上述のように、ポジ型特徴１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４の高さは支持ベース１０４の厚さｔに合致するようにオプションで設計できる。
【００２１】
本開示の一態様によれば、ファントム１００はＸ線ベース又は他の画像診断技術で画像化することが容易な材料で構成される。例えば、ファントム１００の表面１０６、１０８上の特徴のトポグラフィが例えば蛍光透視法やコンピュータ断層撮影法のようなＸ線ベースの画像診断技術で識別できるように、Ｘ線を減衰するように選択されたＸ線不透過性の材料でファントム１００が構成される。別の実施例では、ファントムは例えば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、又はポリカーボネートのような様々な異なるポリマーから作成される。このようなポリマー材料は、軟組織と類似のｘ線減衰を提供できるので、人体パーツのスキャンをより良くシミュレーションできる。ファントムが画像化プロセスで十分なコントラストを提供でき、ファントムの構造が多くの異なる画像化プロセスで容易に視覚化できるように、ファントムの材料は選択されるべきである。
【００２２】
図２の特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は品質管理評価のために設計されている。特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４とそれらの関連する寸法は、例えば図１に示すような３Ｄプリントシステムの異なる観点のテストのために選択される。３Ｄプリントされたパーツの正確性、精度、及び形状忠実度が、患者の安全のためと最適な患者のケアのために重要であり、ファントム１００の特徴はこれらの品質を検査するために選択され、受け入れられない測定値が観測された時に３Ｄプリントシステムの適切な調整が実施されるようになっている。特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は実施上の考慮に基づいて選択され、容易に測定可能な対象であって、寸法が小さく（従って製造時間と製造コストを低減する）洗浄が容易な特徴であることを優先している。
【００２３】
ある非限定的な例では、特徴１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４４、１４８、１５２、１５６、１６０、１６４は幾何学的オブジェクトと解剖学的オブジェクトを備える。ファントムに組み込まれる幾何学的オブジェクトの例は、線分１３２、１３６、１４０、半球１１６，１４４、円錐１２８、１５６、立方体１２４，１５２を他のこのような幾何学的オブジェクトと共に備えるが、これらに限定されない。ファントム設計に組み込まれる解剖学的オブジェクトの例は、血管樹構造１６０又は蝸牛構造１６４を備えるがこれらに限定されない。
【００２４】
ファントム１００に組み込むために選択される特徴は寸法を様々にすることができ、それらは３Ｄプリントシステム１０の正確性と精度の異なるレベルをテストする。１つの構成では、支持ベース１０４は幾つかの寸法のポジ型及びネガ型の半球１１６、１４４と異なる寸法の線分１３２、１３６、１４０の複数のセットを備える。線分は一体でグループ化され、グループ内の各線分は同じ寸法であるが、線分の各グループは他の線分のグループに対して幅又は向きがユニークである。
【００２５】
幾つかの実施例では、上述のようにファントム１００はポジ型とネガ型の両方の特徴を備える。ポジ型特徴の数と向きは、複数のネガ型特徴のミラーにすることができ、例えばファントム１００は４つのポジ型半球形状と４つのネガ型半球形状を有する。ファントム上の形状の向きは中心線に対して対称で、支持ベース１０４を２つの均等な表面に分割している。
【００２６】
プリントされた特徴の迅速な品質的測定を提供するために、多くの異なるテストを用いることができる。幾つかの非限定的な例では、ファントムテストオブジェクトをプリントされたファントム１００と反対向きで成形することができる。従って、テストオブジェクトはファントム１００と同じポジ型及びネガ型特徴を有するが、プリントされたファントム１００のポジ型特徴が、テストオブジェクトのネガ型特徴と位置合わせされ、ネガ型特徴に収容されるようになっている。同様に、テストオブジェクトのポジ型特徴がファントム１００のネガ型特徴と位置合わせされ、ネガ型特徴に収容されるようになっている。このような場合、品質的測定を迅速に行うことができて、もしオブジェクトがファントム表面と合致しないそして面一で接触しない場合に、ファントム１００が許容範囲外であると迅速に決定できる。このような実施例では、ファントムテストオブジェクトはｇｏ／ＮＧゲージのように機能する。
【００２７】
迅速な観察のための他の方策も測定プロセスでの時間節約のために用いることができる。例えば円錐、球、六角形、等のポジ型特徴は、支持ベースの個別のネガ型特徴をテストするために作成できる。例えば、複数の球をプリントするか又は射出成形して、ファントム１００のネガ型特徴にフィットする適切な寸法であると測定して確認する。ひとたびファントム１００をプリントすると、複数の球は次に例えば半球１４４のような複数の半球のネガ型特徴の上に置く。もし球が対応するネガ型半球１４４に適切にフィットしない場合、作業者はファントム１００が３Ｄプリントされたパーツを作成するための必要な基準に合致していないことを迅速に観察でき、３Ｄプリントシステムを調整することができる。加えて、これらのパーツのフィットの不正確さが、プリントプロセスやマシン自体にエラーが存在することを確認する。
【００２８】
ファントムの長期安定性も上述の方法で評価できる。プリント時の測定値と他の所定期間経過後の測定値の比較が、時間と共にパーツがどのように変化するかのデータを提供する。任意の時間でのオブジェクト寸法の追加の物理的測定を、高解像度ＣＴイメージング又はファントムの寸法を精密な機械式測径器を用いて物理的に測定することによって得ることができる。
【００２９】
図３を参照して、３Ｄプリント品質管理に用いられる別のファントム２００を提供する。ファントム２００の外周２０２は、矩形ボックスの外周に類似しているが、当然のことながら、ファントム２００の外周２０２には多くの幾何学的形状が適切である。図２のファントム１００と類似の使用のために設計されているが、このファントム２００は多くのネガ型特徴を備える。ファントム２００は線分２０４の幾つかのグループ２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４、２２６を備え、各グループは選択された数の線分からなる。本発明の１つの非限定的な例では、ファントム２００は線分２０４の１１グループを備え、各グループは５つの個別の線分２０４を備える。線分２０６〜２２６の１つのグループの各線分は等しい寸法で、線分の各グループは他の線分のグループ２０６〜２２６からユニークな寸法を有する。幾つかの非限定的な例では、各グループ内の線分２０４の寸法は異なる寸法を形成する（例えば、１つのグループ内の線分２０４の寸法はファントム２００の左から右に順により小さくなる。）グループ２０６〜２２６内で、１つのグループの各線分は、他の線分と等間隔に間を開けている。図３の線分２０６〜２２６の各グループは垂直方向を向いているが、本開示のファントム２００の設計では交互に方向を変えることができることも理解すべきである。同様に、ファントム２００はネガ型特徴のみを有するものとして説明してきたが、これらの特徴間の材料はポジ型特徴として機能でき、従ってファントムはポジ型とネガ型の両方の特徴を備えることができることを理解すべきである。加えて、必要に応じて、ファントム２００はファントム１００を参照して説明したような多くの他のポジ型特徴を含むこともできる。
【００３０】
加えて、図３のファントム２００は３Ｄプリンタで作成されたものではないことに留意すべきである。図３のファントム２００は基準ファントムで、基準オブジェクトとして要求される、必要な表面仕上げと寸法精度を有するオブジェクトを作成可能な射出成形又は他のプロセスによって作成される。しかし、ファントム２００の幾何学形状は、３Ｄプリンタがファントム上に存在する特徴を作成可能であるように設計される。
【００３１】
両方のファントム１００、２００は、モデルを作成するために用いられる材料の経時的安定性のみならず、環境要因（温度、圧力、湿度）に応じた材料安定性を評価する能力を提供する。幾つかの場合には、固定周期（即ち、毎月又は季節ごと）にモデル又はその変形をプリントし、オブジェクトの物理的測定又は画像のコンピュータ解析を含めたより洗練された方法で、ファントムのルーチンテストを実行することの両方が有利である。これらの測定からのデータは記録され解析されて、プリントされた材料の長期的安定性と、モデルの精度にどの要因が影響を与えるかに関する情報を提供する。データは、３ｄプリンタが較正又はメンテナンスを必要としているかどうかの情報も提供する。
【００３２】
図４を参照して、フローチャートは医療用途の３Ｄプリントプロセス３００を示す。プロセス（ステップ３００）のフローチャートの一番上のレベルは、アイテムをスキャンしてオブジェクトの画像を作成する（ステップ３０４）プロセスを備える。これらの画像は次にオプションでセグメント化される（ステップ３０８）。画像のセグメント化後に、それらはモデリングソフトウエアに取り込まれ、そこでそれらは次に所望のパーツの３Ｄモデルに復元される。モデルの復元化後に、この情報は３Ｄプリンタに転送され、そこでパーツが出力される（ステップ３１２）。
【００３３】
このプロセス３００はシステム全体の品質管理を実行するためにも同様に用いることができる。３Ｄプリントプロセス全体の全体精度の評価のために、図２、図３と同様の３ｄ基準ファントムを、高解像度スキャンが可能な例えばＣＴスキャナや他のイメージングシステムを用いて画像化する。当然のことながら、図２、図３に開示されたものに加えて他のファントムもシステムで用いることができる。次に３Ｄ基準ファントムはスキャニングシステムでスキャンされる（ステップ３０４）。これらの画像は次にセグメント化され（ステップ３０８）、次にモデリングソフトウエアに取り込まれ、そこでセグメント化された画像はファントムの３Ｄモデルに復元される。３Ｄ基準ファントムの３Ｄモデルは次に３Ｄプリンタに転送され、そこで３Ｄ基準ファントムのモデルがプリントされる（ステップ３１２）。プリントプロセスの完了後、３Ｄプリントされたファントムと３Ｄ基準ファントムの特徴が、手作業で（即ち、測径器又は分度器を用いて）又は、マイクロＣＴ、ＣＴ、Ｘ線写真、又は光学的イメージング装置のような高解像度イメージング装置で測定され、Materialise社の3-Maticのようなプログラムを用いて各スキャンを比較する。次にオリジナルモデルとスキャンしたモデルの間の距離を逐一基準（point by point basis）で算出して、測定基準（measurement agreement）に基づいてカラーコード化して、所望の寸法から最も逸脱したパーツの領域を容易に識別できるようにする。この解析はパーツの距離分布に関する統計情報、例えばパーツの寸法の最小値、最大値、平均値、標準偏差なども出力する。測定基準に基づいて、ユーザーはシステムが許容できるパーツを作成できるように適切に較正されているかどうかを判断できる。開示されたプロセスの幾つかの実施例を実行するために、特定の基準に有利に従って、複数のユーザーが参加することが考えられる。外科医又は内科医は、彼らの臨床的必要性に関する直接的な知識を与え、モデルのエンドユーザーとしての立場からモデルを発注する。モデルに向けられる与えられた診断に関する疑問のための光学的画像研究の決定に関し、専門知識を有する放射線科医の解釈もこのプロセスに含まれる。画像物理学と技術を理解した医学物理学者は、試験が正しく実施されたことを保証でき、スキャンと復元技術を最適化できる。技術者とエンジニアは画像化とセグメント化とモデルのプリントを実行する。すべてのスキャンと復元技術は関連する３Ｄモデリングソフトウエアの要求に合致するように最適化される。この目的に用いられるすべての画像化装置は、米国放射線医学会（ＡＣＲ）又は他の認定機関によって公認され、認定機関と法令の要求に合致するように定期的にテストされる。画像はＦＤＡが認可したソフトウエア（例えばMaterialise社のMimics）によってセグメント化され、セグメント化とモデル化のプロセスは経験を積んだ技術者や放射線科医によって実行される。３Ｄプリンタの年１回のメンテナンスはプリンタ製造業者の提携する技術者によって実行される。最後に、プリンタに対して定期的なメンテナンスが実行される。各パーツを組み立てた後、３Ｄプリンタのヘッドとワイパーはクリーニングされ、ヘッドが詰まっていないことを確認するためにパターン��ストが時々実行されて、最後にＵＶランプがシステムを較正するために時々用いられる。
【００３４】
上述の各ステップは３Ｄプリントプロセスの何らかのエラーを除外するのに役立つものの、上述の品質管理評価を例えば週１回の頻度で定期的に実行することを推奨する。加えて、システムに何らかのメジャーなアップグレードがあった後には、そのアップグレードがソフトウエアに関するものであろうと又はシステムの何らかのコンポーネントのハードウエアに関するものであろうと、テストが実施される。
【００３５】
これも当然のことながら、品質管理評価は個別のコンポーネントに対して実行される。例えば、品質管理評価はまさにプリントプロセスに向けて実行される。このようなシナリオでは、画像をスキャンするステップ３０４と画像のセグメント化と処理のステップ３０８は完全に省略できる。代わりにCAD設計で３Ｄモデルが作成される。次にステップ３１２でこの３Ｄモデルが３Ｄプリンタで３Ｄプリントされる。次にこの３Ｄプリントされたパーツが上述と同様の方法で測定され、３Ｄモデルの測定値と比較される。測定間の合致は、プリントプロセスが個別でどの程度正確かのフィードバックを提供し、ユーザーにプロセス３００のまさにプリントフェーズで調整が必要であるか通知する。
【００３６】
図５を参照して、３Ｄプリントプロセス３００の各個別のステップでの潜在的エラーを識別し除去するために用いることのできる品質管理プロセス４００の幾つかのステップの例を実行するためのフローチャートを提供する。そうすることによって、許容できないパーツの作成を排除するのに役立つ。このプロセスは図２、３を参照して説明したファントム１００、２００のような３Ｄ基準ファントムを用いて実行される。
【００３７】
本開示の医療用途の３Ｄプリントされたパーツの品質管理法の幾つかの実施例では、３Ｄ基準ファントムはスキャン装置の下でスキャンされる（ステップ４０４）。許容できるスキャン装置の１つがＣＴスキャナである。撮像技術がシステムの作成する３Ｄプリントされたパーツに影響を与えることを理解すべきであって、従って３Ｄ基準ファントムをスキャンするための撮像技術は、患者をスキャンする為に用いられる種類の装置に基づいて選択すべきである。ファントムと患者のスキャンの両方に共通のスキャン技術を採用することで、撮像システムは好ましい品質管理プロセスに含めることができる。骨のスキャンの為に構成されたシステム（高解像度カーネルを使用）を用いると、身体の撮像のために設計されたシステム（低解像度カーネルを使用）より高解像度の画像が作成されるが、もし身体の撮像方針が患者をスキャンするために用いられるなら、基準ファントムは身体の撮像のために設計されたシステムでスキャンするべきである。
【００３８】
スキャン装置から得られた画像は、次にセグメント化され、処理され、モデリングソフトウエアに取り込まれる。３Ｄ基準ファントムのモデルはモデリングソフトウエア内において作成される（ステップ４０８）。繰り返しになるが、多くの異なる種類のモデリングソフトウエアが３Ｄモデル作成タスクを実行する為に許容でき、例えばUGS NX 8.0やMimics、又は3-Maticが含まれる。また、セグメント化と処理の方法がモデルの解像度に影響を与える場合があり、ラッピング無しで実行されたセグメント化は、非常に高い水準の幾何学的精度と解像度をファントムのより小さなアイテムに対して実現した。過度のラッピングは、様々な特徴の解剖学的寸法の詳細の損失と、不正確な表現を生じさせる。
【００３９】
次に３Ｄモデルからの情報は３Ｄプリンタに転送され、そこで基準ファントムの３Ｄモデルがプリントされる（ステップ４１２）。このパーツのプリントを実行するためにMakerBot Replicator IIプリンタを含む３Ｄプリンタの多くの異なるモデルを用いることができる。同様に、ＳＬＳを含む異なる３Ｄプリントプロセスが基準ファントムの３Ｄモデルをプリントするために用いることができる。スキャンされた身体の一部と類似の減衰品質を有するポリマー材料を用いることができる。例えば、ポリマー材料にはポリエチレン、ポリカーボネート、又は他の３Ｄプリント可能なポリマーが含まれる。このようなポリマー材料は、軟組織と類似のＸ線減衰を提供し、人体パーツのスキャンをより良好にシミュレートできる。ファントムの材料は、画像処理において十分なコントラストを提供し、多数の異なる画像処理によってファントムの構造が容易に視覚化できるように選択するべきである。
【００４０】
ひとたび３Ｄモデルが３Ｄプリンタによってプリントされると、測径器又は他の測定技術が用いられて３Ｄプリントされた基準ファントムとオリジナルの３Ｄ基準ファントムの両方の各特徴を測定する（ステップ４１６）。測定値は次に評価される（ステップ４１８）。これら２つのオブジェクトの測定値の合致が、システム全体が適切に較正されており、医療用途に利用するために許容できるパーツを作成するために用いることができることを示す。もしオブジェクト間の合致がパーツの所定の許容範囲外だった場合、システムは医療用途で用いることのできる何らかのパーツを作成する前に調整される（ステップ４２０）。
【００４１】
高品質のパーツがシステムによって出力されていることをさらに確認するために、追加の検査が実施される。３Ｄ基準ファントムと基準ファントムの３Ｄプリントされたモデルが次に高解像度撮像装置の下でスキャンされる（ステップ４２４）。繰り返しになるが、画質と撮像技術は与えられたパーツの所望の幾何学的精度と空間分解能に基づいて選択できる。
【００４２】
３Ｄ基準ファントムと基準ファントムの３Ｄプリントされたモデルのスキャン画像が次に３Ｄプリントされた基準ファントムの作成に用いられた３Ｄモデルに記録される（ステップ４２８）。これらの画像をモデルに重ね合わせることで、プロセスの幾つかの異なる領域でエラーが存在するかを決定するための貴重なデータを提供する。
【００４３】
記録された画像とセグメント化されたモデルの間の差異が次に算出される（ステップ４３２）。このデータセットを用いて、オリジナルの３Ｄ基準ファントムと、基準ファントムのスキャンした画像に基づいて作成された３Ｄ基準ファントムのモデルと、の間の差異が識別できる。この差異の評価は手作業で実行されるか、又は自動化プロセスを用いてオリジナルの３Ｄ基準ファントムと３Ｄ基準ファントムのモデルが画像化され評価される。同様に、パーツ間の差異を算出するために、ユーザーの評価とソフトウエアの評価の組み合わせを用いてもよい。
【００４４】
評価の個別の実施とは無関係に、オリジナルの３Ｄ基準ファントムと３ｄ基準ファントムのモデルの評価は、３Ｄプリントプロセスのモデリングフェーズで何らかのエラーが存在したか、どの程度存在したかを識別し、又はパーツのプリントによってエラーが生じたかどうかを識別する。３Ｄモデルと３Ｄプリントされたパーツの差異はデータを分離して、エラーが具体的にまさにモデリングプロセスに関連したものか又はまさにプリントプロセスに関連したものかを観察できる。最後に、３Ｄ基準ファントムと基準ファントムの３Ｄプリントされたモデルとの画像の比較が、プロセス４００に関連した全体的なエラーのチェックに用いることができる。逐一基準で算出して、システム全体に関連した最終的なエラーを計算できる。
【００４５】
これらの測定値は次に所望の許容範囲と比較される（ステップ４３４）。もしパーツが３Ｄプリントプロセスの各フェーズに関連した許容範囲に合致すれば、図６に示すように臨床用データセットの作成が開始される（ステップ４３８）。もし所定の許容範囲の外側の値が観察されたら、プリンタシステムはこれらの不備を補償するように調整する必要があり（ステップ４３６）、そしてテスト４００を開始する必要がある。
【００４６】
図６を参照して、臨床用データセットの３Ｄプリントの為の品質管理法５００を示す。１つの非限定的な例では、作成されたパーツは放射状の尺骨セットを備える。プロセスは所望の臨床用データセットをスキャンすること（ステップ５０４）で開始され、例えばＣＴスキャナやＭＲＩのようなスキャン装置を用いて対象の組織を有する患者の３Ｄ容積型画像（volumetric images）を得る。入力画像データの品質は最終モデルの品質に直接影響するので、例えば空間解像度や信号対雑音比のような画像化基準は、合理的に入手できる最良の画像を形成するように選択される。画質管理全体が、解剖学的モデリングに重要な役割を果たし、高品質画像を形成できる撮像技術が好ましい。
【００４７】
すべての撮像システムに対し、画質に直接影響する多数のスキャンパラメータと復元パラメータがある。従って、スキャニングプロトコルは３Ｄモデリングの要求に合致するように最適化すべきである。例えば、血管構造の許容できるモデルを得るために、コントラスト促進の動脈フェーズと静脈フェーズを分離するようにボーラス投与のタイミングが調整される。低い管電圧（kV）が血管樹のヨード造影剤による強調を増すために用いられる。スライス厚さと復元カーネルも同様に画質において重要な役割を果たす。厚くスライスした画像は、プリントされたモデル上に不連続の、階段の吹き抜け状の境界を形成する。再構築カーネルは、用途に基づいてバランスをとることが必要な画像解像度と画像ノイズの両方に影響を与える。一時的な骨のモデルのような細部を備えたモデルに対し、例えばシャープなカーネルは最良の空間分解能を得るためにより適している。例えば肝臓の障害のような低コントラストのオブジェクトを有する大きな寸法のモデルに対し、スムーズなカーネルが画像ノイズを制御するためにより適している。
【００４８】
最終モデルの精度を向上させるモデリングのプロセスを補助するために、異なる撮像技術を採用することができる。通常のＣＴ画像では、骨とヨード液で強調された血管の両方が高いＣＴナンバを有し、明るく見える。従って、骨と血管を切り離すのはチャレンジである。このような場合に、減衰係数のエネルギー依存性を用いたデュアルエネルギーＣＴが、これら２つの材料を容易に差別化できる。この場合、骨を除去しつつヨード液で強調された血管を残す、骨除去プロセスが実施できる。金属アーチファクトが画質に影響を与える場合、類似の撮像技術が採用される。
【００４９】
特定の身体パーツにされたスキャンは次にオプションでセグメント化され、例えばUGS NX 8.0、 Mimics、又は 3-Maticのようなモデリングソフトウエアに取り込まれ、そこでプリントに適した３Ｄモデルに復元される（ステップ５０８）。３Ｄモデルの精度が臨床用データセットを表現していることを保証するために、臨床用データセットのオリジナルスキャンをセグメント化されたモデルに重ね合わせる（ステップ５１２）。これらの画像とモデルを用いて、３Ｄモデルとスキャンの一致度が、３平面すべてで評価され、プロセスが繰り返されるか又はモデルが調整されて、この２つの間の最適の一致度が得られる。
【００５０】
セグメント化されたモデルとオリジナルの臨床用データセットのスキャンの間の合致が確認されると、３Ｄモデルはスレレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイルとして出力され、プリンタに送られ、例えばMakerBot Replicator II Printerのような３Ｄプリンタ上でプリントされる（ステップ５１６）。再び、例えばＳＬＳのような多数の異なるプリントプロセスが所望の臨床用データセットのパーツをプリントするために用いられる。プリント後、詰まりを防ぐためにプリンタヘッドとワイパーはクリーニングされる。同様にＵＶランプ較正も定期的に実施されて、パーツが適切にプリンタで作成されることを確認する。プリンタのための任意の追加のルーチンメンテナンスが、必要に応じて実施される。例えば毎３５００プリント時間のように一定期間経過後、技術者によって予防保全も実施される。磨耗した板やチューブは置き換えられ、徹底した工場レベルの較正とテストが実施されて、プリンタが最適に機能することを保証する。
【００５１】
モデルのプリント後、支持材料を取り除くためにクリーニングが実行される。クリーニングの仕方がまずいと画質に影響を与えるので、モデルの構造体を除去することなく、すべての残存物質が除去されていることを保証するために注意が必要である。残存物質は多数の異なる方法で除去できる。幾つかの実施例では、最終パーツに水又はアルコールベースの溶液をスプレーすることで、パーツをクリーニングする。モデルが意図したものであるかダブルチェックするために、目視検査が実施される。例えば血管モデルのような空洞を含むモデルに対しては、残存物質が除去されたことを保証するために特別の注意が必要である。ＣＴスキャンは容易に血管の内部構造を明らかにするので、内側に残存支持材料が残っているかどうかがわかる。加えて、材料特性をチェックすることができる。幾つかの例では、異なる材料が異なる画質を生み出す。１つの実験では、２つの異なる材料（堅いものと柔らかいもの）を用いてプリントした同じ気管モデルは、血管の異なる内腔を示した。もしモデルが長期間保持された場合、材料の完全性（integrity）はモデルに対し重要な役割を果たす。本開示の方法で作成された幾つかのモデルでは、一年以上棚に放置したモデルには、ひび割れや変形が発生した。従って、もしモデルを作成後長期間使用する場合、モデルの完全性を再チェックするべきである。
【００５２】
次に臨床用データセットの３Ｄプリントされたモデルは、高解像度スキャナを用いてスキャンされる（ステップ５２０）。３Ｄプリントされたモデルのスキャンは次に３Ｄモデリングソフトウエア内の臨床用データセットの３Ｄモデルとして記録される。これらの画像を用いて、３Ｄプリントされた臨床用データセットと臨床用データセットの３Ｄモデルとの間の差異が、逐一基準で算出される（ステップ５２８）。プリントされたパーツが所望の医療用途に対して受け入れられるか決定するために、これらの測定値が次に許容範囲と比較される（ステップ５３０）。もし測定値が所定の許容値の外側だったら、パーツは廃棄され（ステップ５３６）、又は臨床用データセットの所望の仕様に合致するように適切に調整される。もしパーツが許容されるなら、パーツは意図した目的のために用いられる（ステップ５３２）。
【００５３】
図７Ａ〜７Ｃを参照して、３Ｄ基準ファントムとこの３Ｄ基準ファントムの３Ｄプリントされたモデルの比較を提供する。図７Ａに射出成形又は他のプロセスで作成した３Ｄ基準ファントム７００を示す。図４の方法を用いて３Ｄ基準ファントム７００は高解像度撮像装置によってスキャンされた。スキャンから得られた画像を用いて、３Ｄ基準ファントムの３Ｄモデルが作成された。この３Ｄモデルを用いて、図７Ｂに示す３Ｄプリントされたモデル７０２が３Ｄプリンタによってプリントされた。測径器を用いて、線分グループの寸法の測定値を比較して図７Ｃにマップ化し、プリントプロセス全体の品質を求めた。測定値の一致又は不一致は、撮像技術（復元カーネル）と処理技術（ラッピングwrapping）のモデル精度に与える影響を実証できる。
【００５４】
図８Ａ〜８Ｃを参照して、臨床用データセットの比較を提供する。図６の方法に従って、身体の所望の部分をスキャンできるスキャン装置でオリジナルの患者のスキャンを行った。画像は次にセグメント化されて３Ｄモデリングソフトウエアに取り込まれ、そこで画像は３Ｄモデル８００に復元された。患者のスキャンと３Ｄモデルの間の一致は全３平面でチェックされた。図８Ａに臨床用データセットの最終３Ｄモデルを表現した３Ｄモデル８００を示し、このモデルは３Ｄプリンタへ送られ、そこでプリントされた。臨床用データセットのプリントされた３Ｄモデル８０２は、高解像度スキャン装置でスキャンされ、それを図８Ｂに示す。この装置の画像はモデリングソフトウエアに転送され、そこで３Ｄプリントされた臨床用データセットのスキャンが、３Ｄモデル８００の寸法と比較された。図８Ｃに示すように次に２つのデータセットが比較され、アイテム間の測定値の差異が逐一基準で求められた。
【００５５】
図９を参照して、患者固有の減衰量を補正した肝臓ファントム９００を作成し、関連するファントムのＣＴ画像９０２を提供する。患者をＣＴスキャナで繰り返しスキャンすることは、放射線量の基準に準拠しておらず費用対効果も良くないので、適切な寸法を有する患者固有の３Ｄプリントされたファントム９００は医療用途で有用なツールとして働く。３Ｄプリントされた患者固有のファントム９００は、難しい治療のための準備に用いることができ、手術（task）を実施する前に外科医が寸法的に正確なアイテムで練習することを可能にする。
【００５６】
パーツが作成された後、解剖モデルの物理学的測定が実施される。幾つかの例では、ランドマーク間の距離が測径器を用いて測定され、角度が分度器を用いて測定される。しかし、これらの測定は時には限定的であり、モデルの検証を補助するために撮像技術を用いることがより適切である。付加的エラーを避けるため、プリントされたモデルは高分解能画像診断技術を用いてスキャンされる。画像はモデリングソフトウエアに取り込まれ、セグメント化され、バーチャルモデルが作成される。次にモデルは患者の画像からセグメント化されたモデルに記録される。記録後、２つの画像の一致度が解析される。オリジナルのモデルとスキャンしたモデルの間の距離は逐一基準で算出され、最大の一致点と不一致点が容易に識別できるようにカラーコード化される。
【００５７】
柔軟性のあるモデルとして作成されたファントムに対し、測定フェーズは実行するのが困難である。ひとたびモデルが作り上げられると、それらは変形する。スキャン中にモデルが元の位置を維持することを確実にするために、幾つかの支持構造を組み立てることが有用である。モデルを元の位置に組み立てる際には、患者のところで行われる。このように、本方法はまだ用いることができる。
【００５８】
３Ｄプリントされたモデルが適切に用いられ識別可能であることを確実にするために、各３Ｄプリントされた解剖学的モデルには、追跡を可能にするためのユニークな識別子を付すことができる。幾つかの例では、識別子の一部が患者の姓又はクリニック番号になっている。加えて、他の識別子が左右の手足又は鏡像骨格に印を付けるために必要である。すべてのラベルはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを介して解剖学的モデルの上に刻み込まれる。
【００５９】
図１０を参照して、患者固有の減衰量補正をした肝臓ファントム１０００が、中空導管として作成されて、関連するＣＴスキャン１００２と一緒に示す。様々な濃度のヨード液を用いて、ファントム１０００は血管を強調した（vessel enhancement）異なるレベルを模倣するために用いることができる。ファントムが関係する特定の患者に存在する血管を強調したレベルをファントム１０００を用いて模倣することで、診断を犠牲にすることなく最も少ない放射線量を測定に用いることができる。患者への放射線量の低減は患者の安全性を促進しながら、医療関係者が特定の患者に対する治療プログラムを立案することを可能にする。
【００６０】
患者固有の３Ｄプリントされたファントム作成の追加の用途は、変調電子放射線療法で用いられる患者固有のボーラス（bolus）の作成を含む。３Ｄプリントされたボーラスを用いて、医療関係者は放射線療法、特に陽子線治療、強度変調放射線治療（IMRT）、放射線外科手術等に用いる必要な放射線量を求めることができる。適切な被曝量を求めることで、患者を潜在的に過度の有害な放射線を体験することから救い、治療コストを低減しつつ患者の安全性を促進する。
【００６１】
患者固有の３Ｄファントムの使用は、例えば陽子線治療、強度変調放射線治療（IMRT）、放射線外科手術等の、ファントムに高精度を要求する治療に対する品質保証ツールとしても用いることができる。ファントムの使用は、患者を害する危険を冒さずにシステムがオブジェクトに複数回の治療を実施することを可能にする。３Ｄプリントされた患者固有のファントムの使用は、患者を害する危険を冒さずに医療関係者が複雑な治療を実施することを可能にする。そうすることで、患者の安全性がさらに促進され、医療関係者はより多くの経験を積み、所望の治療を実施するために装置が適切に較正されているかの確認もできる。
【００６２】
このように、本発明はプリントプロセスの各フェーズでパーツをチェックする方法を開示し、そうすることで、３Ｄプリントシステムによって許容できるパーツが作成されたことを確認できる。
【００６３】
このように、特定の実施例や例と関連させて本発明を説明してきたが、本発明はそのように限定される必要はなく、多数の他の実施例、例、用途、変形、やそれらから派生したものが、ここに添付の請求項によって包含されることを意図している。あたかも各特許や文献がここに個別に組み込まれたかのように、ここに引用した各特許や文献の開示全体が参照されることによって組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2018535856.tif 000018
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