vestnikmephiВестник НИЯУ МИФИVestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta "MIFI"2304-487XNational Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/vestnik.2023.282FURJNQvestnikmephi-282Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКАTECHNICAL PHYSICSРАДИАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ФАНТОМА МЕЛКОГО ЛАБОРАТОРНОГО ЖИВОТНОГО, ИЗГОТОВЛЕННОГО МЕТОДАМИ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИRADIATION TESTING OF A SMALL LABORATORY ANIMAL PHANTOM CREATED BY FUSED FILAMENT FABRICATIONhttps://orcid.org/0000-0002-5187-9743ГригорьеваА. А.GrigorievaA. A.

Аспирант; ассистент

agrigorieva@tpu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7332-2540БулавскаяА. А.BulavskayaA. A.

к.ф.-м.н.   Старший преподаватель

bulavskaya@tpu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2271-2813БушминаЕ. А.BushminaE. A.

Аспирант; Стажер-исследователь

eab60@tpu.ruКуйвалайненВ. А.KuyvalaynenV. A.

Магистрант

vak97@tpu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7741-2810МилойчиковаИ. А.MiloichikovaI. A.

Медицинский физик Отделения Радиотерапии;  Доцент

miloichikova@tpu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3493-2319СтучебровС. Г.StuchebrovS. G.

к.ф.-м.н. Доцент

stuchebrov@tpu.ruНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университет; Научно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияNational Research Tomsk Polytechnic University; Cancer Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of ScienceRussian Federation202314122023125268275Copyright © Григорьева А.А., Булавская А.А., Бушмина Е.А., Куйвалайнен В.А., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г., 20232023Григорьева А.А., Булавская А.А., Бушмина Е.А., Куйвалайнен В.А., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г.Grigorieva A.A., Bulavskaya A.A., Bushmina E.A., Kuyvalaynen V.A., Miloichikova I.A., Stuchebrov S.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnikmephi.elpub.ru/jour/article/view/282

Для подтверждения новых радиотерапевтических методик лучевой терапии необходимо проводить большое количество исследований с применением ионизирующего излучения. Эти исследования зачастую осуществляются с помощью таких мелких лабораторных животных, как мыши и крысы, поэтому возникает вопрос об этических проблемах международного характера. В связи с этим актуальным является применение искусственных моделей животных, что позволит сократить количество используемых животных. В ранее проведенных исследованиях были изготовлены гомогенные монолитные тестовые объекты и проведены их дозиметрические испытания. Были определены параметры и материалы печати для наиболее точной имитации биологических тканей. В данном исследовании предлагается использовать методы трехмерного изготовления для разработки и изготовления гетерогенных объектов из различных материалов, что позволит создавать фантомы с высокой точностью за короткий срок. В работе был разработан и изготовлен дозиметрический фантом самца крысы. Были проведены его томографические и дозиметрические испытания. Была показана возможность изготовления дозиметрических фантомов мелких лабораторных животных методами трехмерной печати.

In order to validate new radiotherapeutic techniques, a large number of studies using ionizing radiation are required. Such studies are often carried out using small laboratory animals, such as mice and rats, that is cause the ethical questions of the international scientific community. In this regard, the application of artificial animal models is relevant. It is allow to reduce the number of animals used. In previous studies, homogeneous monolithic test objects were fabricated and dosimetric tests were performed. 3D-printing parameters and materials were determined for the most accurate imitation of biological tissues. This study proposes to use fused filament fabrication techniques for design and creation of heterogeneous objects from different materials, which will allow the fabrication of phantoms with high accuracy in a short period of time. In this work, the male rat dosimetric phantom was designed and created. Its tomographic and dosimetric tests were carried out. The possibility of manufacturing dosimetric phantoms of small laboratory animals by fused filament fabrication methods was shown

дозиметриядозиметрический фантом3D-печатьметод послойного наплавленияпленочные дозиметрыдозное распределениекомпьютерная томографиягамма-аппаратdosimetrydosimetric phantom3D printingfused filament fabrication methoddosimetry filmdose distributioncomputed tomographygamma machineРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 23-79-01232)The work was carried out with financial support from a grant from the Russian Science Foundation (project no. 23-79-01232).ReferencesКаприн А.Д, Старинский В.В., Шахазадова А.О. Злокачественные новообразования в 2019 г. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена, филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2020. 252 с.Kaprin A.D., Starinskij V.V., Shahazadova A.O. Zlokachestvennye novoobrazovaniya v 2019 godu [Malignant neoplasms in 2019]. M.: MNIOI im. P.A. Gercena, filial FGBU «NMIC radiologii» Minzdrava Rossii Publ., 2020. 252 p.Gerber D.E., Chan T.A. Recent advances in radiation therapy // American family physician, 2008. Vol. 78. №. 11. Pp. 1254–1262.Gerber D.E., Chan T.A. Recent advances in radiation therapy. American family physician, 2008. Vol. 78. No. 11. Pp. 1254–1262.DeWerd L.A. The phantoms of medical and health physics. Berlin: Springer, 2014. 290 p.DeWerd L.A. The phantoms of medical and health physics. Berlin: Springer, 2014. 290 p.Mouse Phantom. Pre-clinical CT Phantoms. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.leedstestobjects.com/index.php/phantom/mousephantom/ (дата обращения: 19.06.2023).Mouse Phantom. Pre-clinical CT Phantoms. Available at: https://www.leedstestobjects.com/index. php/phantom/mousephantom/ (accessed 19.06.2023).Tillner F., Thute P., Löck S., Dietrich A., Fur-sov A., Haase R., Enghardt W. Precise image-guided irradiation of small animals: a flexible non-profit platform // Physics in Medicine & Biology, 2016. Vol. 61. № 8. P. 3084.Tillner F., Thute P., Löck S., Dietrich A., Fur-sov A., Haase R., Enghardt W. Precise image-guided irradiation of small animals: a flexible non-profit platform. Physics in Medicine & Biology, 2016. Vol. 61. No. 8. P. 3084.Canessa E. Fonda, C., Zennaro M., Deadline N. Low-cost 3D printing for science, education and sustainable development // Low-Cost 3D Printing, 2013. Vol. 11. № 1.Canessa E. Fonda C., Zennaro M., Deadline N. Low-cost 3D printing for science, education and sustainable development. Low-Cost 3D Printing, 2013. Vol. 11. No. 1.Stuchebrov S.G. Bulavskaya, A.A., Cherepennikov Y.M., Grigorieva A.A., Miloichikova I.A. Development of the patient-specific phantom of the human arm part using 3D printing // Radiotherapy and Oncology, 2021. Vol. 161. Pp. 1309–1310.Stuchebrov S.G. Bulavskaya, A.A., Cherepennikov Y.M., Grigorieva A.A., Miloichikova I.A. Development of the patient-specific phantom of the human arm part using 3D printing. Radiotherapy and Oncology, 2021. Vol. 161. Pp. 1309–1310.Bulavskaya A., Cherepennikov Y., Gavrikov B., Grigorieva A., Grigoriev E., Miloichikova I., Stucheb-rov S. Applicability of poly (styrene–butadiene–styrene) for three-dimensional printing of tissue-equivalent samples // 3D Printing and Additive Manufacturing, 2022. Vol. 9. № 5. С. 399–404.Bulavskaya A., Cherepennikov Y., Gavrikov B., Grigorieva A., Grigoriev E., Miloichikova I., Stucheb-rov S. Applicability of poly (styrene–butadiene–styrene) for three-dimensional printing of tissue-equivalent samples. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2022. Vol. 9. No.5. Pp. 399–404.3D Slicer image computing platform [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.slicer.org/ (дата обращения: 05.07.2023).3D Slicer image computing platform. Available at: https://www.slicer.org/ (accessed 05.07.2023).Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л. Анатомия крысы (лабораторные животные). СПб.: Лань, 2001. 159 с.Nozdrachev A.D., Polyakov E.L. Anatomiya krysy (laboratornye zhivotnye) [Anatomy of a rat (laboratory animals)]. Saint Petersburg: Lan' Publ, 2001. 159 p.Autodesk Fusion 360 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.autodesk.com/products/ fusion-360/overview?term=1- YEAR&tab=subscription (дата обращения: 05.07.2023).Autodesk Fusion 360. Available at: https:// www.autodesk.com/products/fusion-360/overview?term =1- YEAR&tab=subscription (accessed 05.07.2023).GAFCHROMIC EBT3 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://gafchromic.ru/docs/EBT-3.pdf. (дата обращения: 05.07.2023).Gafchromic (EBT2, EBT3, HD-810 et al.). Available at: https://gafchromic.ru/catalog.php (accessed 05.07.2023).Marroquin E.Y.L., Herrera Gonzalez J.A., Camacho Lopez M.A., Barajas J.E.V., García‐Gar-duño O.A. Evaluation of the uncertainty in an EBT3 film dosimetry system utilizing net optical density // Journal of applied clinical medical physics, 2016. Vol. 17. № 5. Pp. 466–481.Marroquin E.Y.L., Herrera Gonzalez J.A., Camacho Lopez M.A., Barajas J.E.V., García‐Gar-duño O.A. Evaluation of the uncertainty in an EBT3 film dosimetry system utilizing net optical density . Journal of applied clinical medical physics, 2016. Vol. 17. No. 5. Pp. 466–481.RadiAnt DICOM Viewer [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.radiantviewer. com/ru/ (дата обращения: 05.07.2023).RadiAnt DICOM Viewer. Available at: https:// www.radiantviewer.com/ru/ (accessed: 05.07.2023).DenOtter T.D., Schubert J. Hounsfield Unit. StatPearls Publishing LLC, Treasure Island (FL), 2019.DenOtter T.D., Schubert J. Hounsfield Unit. StatPearls Publishing LLC, Treasure Island (FL), 2019.Grigorieva A.A., Bulavskaya A.A., Miloichiko-va I.A., Cherepennikov Y.M., Stuchebrov S.G. Determination of the test-samples electron density via dual energy computer tomography // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021. Vol. 1843. № 1. P. 012021.Grigorieva A.A. Bulavskaya A.A., Miloichikova I.A., Cherepennikov Y.M., Stuchebrov S.G. Determination of the test-samples electron density via dual energy computer tomography. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021. Vol. 1843. No. 1. Pp. 012021.Miloichikova I., Bulavskaya A., Cherepennikov Y., Gargioni E., Grigorieva A., Stuchebrov S., Weg¬ner M. Development of a digital three-dimensional rodent model for production of small laboratory animal phantoms // European journal of nuclear medicine and molecular imaging, 2021. Vol. 48. P. S577.Miloichikova I., Bulavskaya A., Cherepennikov Y., Gargioni E., Grigorieva A., Stuchebrov S., Weg¬ner M. Development of a digital three-dimensional rodent model for production of small laboratory animal phantoms European journal of nuclear medicine and molecular imaging, 2021. Vol. 48. P. S577.Stuchebrov S.G., Bulavskaya A.A., Cherepennikov Y.M., Grigorieva A.A., Miloichikova I.A., Gar¬gioni E. Making a copy of conventional anthropomorphic phantom section by 3D printing // European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 2020. Vol. 47. Pp. 313–314.Stuchebrov S.G., Bulavskaya A.A., Cherepennikov Y.M., Grigorieva A.A., Miloichikova I.A., Gar¬gioni E. Making a copy of conventional anthropomorphic phantom section by 3D printing. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 2020. Vol. 47. Pp. 313–314.Original Prusa I3 MK3 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://educube.ru/products/3d-printer-original-prusa-i3-mk3-sobrannyy/ (дата обращения: 05.07.2023).Original Prusa I3 MK3. Available at: https://educube.ru/products/3d-printer-original-prusa-i3-mk3-sobrannyy/ (accessed: 05.07.2023).Siemens Somatom Emotion 6. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://radio-med.ru/makers/ kt/4-sreznyie-kt/kompyuternyy-tomograf-siemens-soma¬tom-emotion-6/ (дата обращения: 05.07.2023).Siemens Somatom Emotion 6. Available at: https://radio-med.ru/makers/kt/4-sreznyie-kt/kompyute¬rnyy-tomograf-siemens-somatom-emotion-6/ (accessed: 05.07.2023).Theratron Equinox 80 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.theratronics.ca/product_ equinox.html. (дата обращения: 05.07.2023).Theratron Equinox 80. Available at: http://www.theratronics.ca/product_equinox.html (accessed: 05.07.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.