Master's Thesis

Preparation and characterization of comparison phantoms for measuring diffusion of iodine contrast agent into bone during computed tomography imaging

Final Thesis 3.78 MB

Author of thesis: Ing. Miriam Čavojská

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Přemysl Menčík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Veronika Odehnalová, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis deals with the preparation and characterization of model CT phantoms designed to simulate bone tissue and to study the behavior of iodine-based contrast agents in computed tomography imaging. The theoretical part summarizes the principles of CT imaging, the definition of phantoms, and current approaches to their production, including the use of additive manufacturing technologies. Special attention is given to iodine contrast agents and their influence on the CT signal.
The experimental part focuses on the preparation of materials based on a thermosetting resin with defined contents of calcium and iodine. In addition, thermoplastic materials based on PETG with calcium filler were also prepared. Based on these materials, model samples and 3D-printed phantoms were prepared and subsequently analyzed using CT imaging. The results indicate the successful preparation of homogeneous cast samples in terms of calcium and iodine distribution, confirming their suitability for the simulation of bone tissue and the study of contrast agents.

Keywords:

Iodine contrast agent, computed tomography, bones, phantom, 3D printing

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Používáte zkratku SLA 3D tisk, můžete ji objasnit? Jakým způsobem byly vytvořeny vzorky ve formě válečků? Zmiňujte, že byl přidán vápenec, ale potom diskutujete sedimentaci vápenatých iontů, můžete to prosím objasnit? Zabýval se touto problematikou někdo před Vámi? Navazovala jste na nějakou závěrečnou práci? Jak probíhá vyšetření na reálných pacientech? Co je používáno jako kontrastní látka? doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. Jak probíhal SLA 3D tisk? Z jakých důvodů byl zvolený tento typ 3D tisku? Je možné použít i jiné typy 3D tisku? V názvu závěrečné práce máte uvedenou přípravu fantomů pro měření difúze jodové látky, ale v práci se difúzi nakonec nevěnujete. Mohla byste zkusit navrhnout, jaké difuzní experimenty by mohly následovat? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Poznámka k textu závěrečné práce, konkrétně k seznamu zkratek – do seznamu zkratek nepatří chemické názvy. prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. Probíhalo promíchávání při SLA 3D tisku? Z čeho se skládá kost? V jaké formě je tam vápník? Z čeho by mohl být složený model kosti? Měřili jste kontrolní vzorky v jodovém roztoku? Studentka odpověděla na doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala velmi dobrou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala velmi dobré odborné znalosti a schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Food Science and Biotechnology

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Přemysl Menčík, Ph.D.

Studentka se ve své diplomové práci zabývá přípravou a charakterizací srovnávacích fantomů pro měření obsahu vápníku a interpenetrující jodové kontrastní látky v kostech pacienta pomocí počítačové tomografie. Práce probíhala v těsné spolupráci s výzkumnými tými z Fakulty elektrotechniky (FEKT) a Fakultní nemocnice v Bohunicích (FNB). Výzkumný úkol zahrnoval přípravu vzorkových fantomů, jejich měření ve FNB a jejich vyhodnocení na FEKT. Studentka se aktivně zabývala pouze první částí a pro zvládnutí celé problematiky bylo potřeba velmi aktivně využívat konzultací.
Studentka projevila aktivní přístup k návrhu a přípravě materiálu testovacích fantomových sad. Pomocí konzultaci s kolegy z FEKT vyvodila do své práce odpovídající závěry a i přes složitost vyhodnocovacího procesu prokázala adekvátní pochopení problematiky měření a vyhodnocení dat.
Z časových důvodů nebyl věnován zasloužený prostor přípravě 3D tištěných fantomů, které budou předmětem až dalších návazných prací.
S přistupem a aktivitou studentky jsem byl zcela spokojen a doporučuji ohodnocení práce stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Study and Processing of the Literature B
Use of Knowledge Gained from the Literature B
Quality of the Results B
Interpretation and Discussion of the Results B
Conclusions and Their Formulation A
Use of Consultations during the Preparation of the Thesis B
Overall Approach to the Assigned Tasks B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Veronika Odehnalová, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Miriam Čavojské se věnuje optimalizaci přípravy fantomů s obsahem vápníku a jódu a jejich charakterizací pomocí počítačové tomografie (CT).
Teoretická část je adekvátně dlouhá (17 stran), a obsahuje veškeré kapitoly relevantní k tématu práce. Vzhledem k množství kapitol jsou ale informace podány spíše povrchově, například stěžejní kapitola o fantomech, která je i jedním z cílů práce, by tak zasloužila více prostoru. V teoretické části se vyskytují nejasnosti a chyby, například tabulka 3.1 nemá zdroj a je možné, že chybí řádek pro rozsah HU 350-850; nesprávně uvedená vlnová délka laseru u SLA (395-405 nm); či nesrovnalosti v mechanických vlastnostech materiálů (tvrzení, že PEEK má nižší modul, a tak je podobný kortikoidní kosti).
Experimentální část popisuje materiály a metody využité pro práci. Obsahuje detailní popis přípravy odlévaných vzorků a všechny použité výpočty. Některé důležité informace však v textu chybí, například popis, jak byla navrhnuta forma na odlévání vzorků; vysvětlení, jak byly zvoleny koncentrace vápence a jódu; nebo informace o pryskyřici použité pro SLA tisk, protože takto text vede k závěru, že byla použita kombinace LG 700/HG 700.
Výsledková část na začátku velmi přehledně popisuje postup vývoje metody pro přípravu odlévaných vzorů pro CT analýzu. Odlévané vzorky s vápencem a jódem byly studovány z hlediska útlumu záření při CT měření a homogenity celého vzorku. SLA 3D tiskem byly dále připraveny i vzorky s vápníkem. CT analýzu připravených vzorků, o kterou se výsledková část opírá, neprováděla sama studentka, vyhodnocovala data poskytnutá kolegy z FEKT. Proto bych si představovala důkladnější rozbor výsledků, například porovnání výsledků s literaturou, nebo analýzu efektu kombinace vápníku a jódu v jednom vzorku, který byl uveden jako motivace práce. Na konci práce byl popsán experiment se zpracováním vápníku do termoplastové matrice, čímž byly naplněny všechny cíle práce.
I přes zmíněné nedostatky práce splnila zadané cíle a svým rozsahem odpovídá požadavku na diplomové práce, proto ji doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou C.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements B
Logical Structure of the Thesis B
Quality of the Results C
Interpretation and Discussion of the Results D
Use of Literature and Citations B
Language Quality A
Overall Formal Quality of the Thesis B
Conclusions and Their Formulation D
Topics for thesis defence:
  1. Jaký materiál byl použit pro SLA 3D tisk, jaké jsou jeho komponenty a chemické složení?
  2. O čem vypovídá aproximace používaná u výsledků konvenčního CT (např. graf 11.7 nebo 11.8) vypočtená ze vzorků s různým složením?
  3. Co by mohlo pomoci s problémem sedimentace vápníku při SLA tisku?
  4. Povedlo se rozlišit signál vápníku a jódu v rámci jednoho měření, jak bylo uvedeno v motivaci práce?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová