تحجيم نموذج تشريحي إنشاء الطبية الحيوية بيانات التصوير الشعاعي الطبقي والأفراد المرتبطين تسميات اللاحقة سطح الفرعي النقش بالليزر (SSLE) من بلورات الزجاج
April 25th, 2017
يوصف منهجية هنا لتمثيل البيانات التصوير التشريحية داخل البلورات. نحن خلق تحجيم نماذج ثلاثية الأبعاد من بيانات التصوير الطبية الحيوية لاستخدامها في الباطن السطحية الليزر النقش (SSLE) من الزجاج والكريستال. تقدم هذه الأداة عنصرا مكملا مفيدا لعرض الحسابية أو ثلاثة الأبعاد نماذج مطبوعة المستخدمة في المرافق الصحية أو التعليمية.
الهدف العام من هذه المنهجية هو استخدام النقش بالليزر تحت السطح ، أو SSLE ، على البلورات الزجاجية لتصور بيانات التصوير المقطعي مع الهياكل المصنفة. يمكن أن تكون النماذج المحمولة الناتجة بمثابة أداة تعليمية قوية. تنشئ هذه الطريقة نماذج قوية محمولة باليد مشتقة من مجموعات بيانات التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية السريرية أو قبل السريرية التي تسهل تعليم المرضى أو الطلاب.
الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن الملصقات النصية معلقة داخل الوسط الزجاجي وتعلق على الهيكل المرتبط دون إعاقة عرض الشاشة التشريحية عالية الدقة. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية ، حيث يصعب تعلم إنشاء خرائط سطحية مع أشرطة نصية ومقياس بسبب الخطوات المتعددة والدقة المطلوبة للعرض الدقيق للهياكل. للبدء ، قم بتحويل شريحة صورة CT في مجموعة بيانات DICOM إلى تنسيق الملف المناسب.
في برنامج معالجة الصور، حدد الأمر load DICOM ضمن إعداد العرض. ثم احفظ مجموعة البيانات بتنسيق ملف NIfTI. الآن ، قم باستيراد ملفات NIfTI إلى برنامج تصوير طبي شائع يقوم بإنشاء خرائط سطحية باستخدام التجزئة الآلية.
بالنسبة إلى 3D Slicer، استخدم أداة إضافة بيانات. بعد ذلك، حدد أداة صانع النموذج بتدرج الرمادي، وقم بتبديل المواصفات، وقم بإنشاء نموذج جديد وإعادة تسميته. بعد ذلك ، قم بخفض قيم العتبة إلى حوالي 300 HU ، أو تجزئة العظام ، واحفظ نماذج التدرج الرمادي الناتجة كملفات STL لمزيد من معالجة البيانات.
بعد ذلك ، قم باستيراد ملفات خريطة السطح إلى برنامج إعداد بيانات ثلاثي الأبعاد. باستخدام Netfabb Studio Basic ، حدد وضع الإصلاح. ثم استخدم أدوات تحديد الجزء والحذف لإزالة جميع الأسطح التي لا تمثل بنية الاهتمام.
بعد ذلك ، استخدم أداة إضافة مثلث لتغطية الثقوب الموجودة في الأسطح جزئيا ، ثم استخدم البرنامج النصي للإصلاح التلقائي لإغلاق أي فجوات متبقية تماما. الآن من قائمة الإجراءات ، حدد البرنامج النصي إصلاح الوجوه المتدهورة لحل الحواف التي تفتقر إلى مساحة السطح ، ثم استخدم تطبيق الإصلاح للخروج من وضع الإصلاح وحفظ التعديلات. الخطوة التالية هي استخدام أداة القص لإزالة الميزات غير المرغوب فيها أو تقليل حجم النموذج.
من القائمة المقطوعة لمنطقة السياق، حدد موقع كل قطع داخل المستوى xy أو z. ثم استخدم أداة تنفيذ القطع وحدد إعداد القطع المثلث لإغلاق جميع الثقوب الناتجة تلقائيا. لحذف جميع الأسطح الناتجة عن التخفيضات التي لا تمثل بنية الاهتمام ، استخدم جزء التحديد وأدوات الحذف في وقت واحد.
أخيرا ، إذا لم يتم استخدام شريط مقياس ، فقم بتعديل أبعاد كل خريطة سطح باستخدام خيار المقياس. وبالتالي يمكن تعديل النموذج ليناسب مكعبا يبلغ طوله ثمانية سنتيمترات ، أو خمسة سنتيمترات × خمسة سنتيمترات في منشور مستطيل يبلغ طوله ثمانية سنتيمترات. الآن يمكن استخدام ملف البيانات لنقش الطبقة السطحية لإنشاء نموذج بدون تسميات أو شريط مقياس.
أولا ، قم بإنتاج ملفات بيانات التسمية لملف SSLE. استخدم برنامج CAD مع قالب مقاييس. افتح ملفا جديدا وقم بعمل رسم 2D في أي طائرة.
استخدم أداة النص لإنتاج تسميات تشريحية مكتوبة بخط Times New Roman بملليمترين. عند الانتهاء ، حدد خيار إنهاء الرسم في قائمة الخروج من شريط الأدوات. لبثق الخط باستخدام الإعدادات الافتراضية، اختر أداة البثق من قائمة الإنشاء، وقم بتبديل خيار النص ثنائي الأبعاد.
بعد ذلك ، قم بإنتاج سطر تسمية واحد لكل ملصق. ابدأ بملف جديد ، واختر أداة دائرة النقطة المركزية ضمن قائمة الرسم. ثم قم بعمل دائرة مع مركز في الأصل ، وحدد قطر الدائرة كمليمتر واحد باستخدام أداة الأبعاد في قائمة القيود.
بثق العمود إلى الطول المطلوب ، والذي يتراوح من 10 إلى 50 ملم. تصنع قضبان المقياس بطريقة مماثلة. بعد إنشاء كل تسمية نصية وكل سطر تسمية وشريط المقياس، احفظ البيانات كملف STL.
هناك حاجة إلى سطر تسمية فريد لكل تسمية نصية. بعد ذلك ، في نموذج SSLE ، قم باستيراد جميع التسميات النصية وخطوط التسمية الأسطوانية وشريط المقياس. استخدم برنامج إعداد البيانات ثلاثي الأبعاد القادر على حفظ التجميع كملف STL واحد.
بعد ذلك ، استخدم أداة نقل الجزء لوضع تسميات النص بالقرب من التشريح المرتبط. في هذه العملية ، استخدم أداة تدوير الجزء لتوجيه الملصقات بحيث تواجه جميعها نفس الاتجاه. ثم استخدم نفس الأدوات لوضع خطوط التسمية بحيث تربط التسميات بالبنية المقترنة في النموذج.
حسب الحاجة ، يمكن تصغير خطوط الملصقات بالانتقال إلى وضع الإصلاح واختيار المثلثات المحددة وإزالة المثلثات المحددة. الآن ضع شريط المقياس بطريقة مماثلة. إذا تم عمل ثلاثة أشرطة ، واحدة لكل محور ، ضعها وفقا لذلك.
بعد وضع كل شيء ، حدد جميع الأجزاء وقم بتصدير البيانات كملف STL واحد. يتم وصف تقنيات التقليل الإضافي للوجوه وعملية النقش في بروتوكول النص. يعد النقش بالليزر تحت السطح للبلورات الزجاجية وسيلة عميقة لتصور أنواع عديدة من بيانات التصوير المقطعي الطبي الحيوي.
نظرا لأن الأبعاد يتم تعديلها قبل النقش ، يمكن تمثيل الهياكل ذات الأحجام المختلفة من خلال النقش بالليزر. يمكن تنفيذ أشرطة المقياس بطريقتين. يمكن أن تمتد على جانبي الهيكل ، وهو مثالي للهياكل المتوسعة مثل قلب العظام.
الخيار الآخر هو أن تتقارب ثلاثة محاور لشريط المقياس في الزاوية. هذا هو الأنسب لتوسيع نطاق الهياكل أو تخفيضها. الميزة الرئيسية للنقش تحت السطح هي القدرة على إرفاق تسميات نصية حسب الحاجة بالميزات التشريحية.
هنا ، تم وضع النص على مستويين لتباعد الملصقات والحفاظ على رؤية واضحة للتشريح. يمكن محاذاة الملصقات الخاصة بالعظام والهياكل الأخرى التي يمكن رؤيتها بوضوح من جانب واحد على طول مستوى واحد فقط. باتباع هذا الإجراء ، يمكن تحويل أي مجموعة بيانات ثلاثية الأبعاد تقريبا إلى تنسيق يمكن تصنيفه بشكل مناسب للعرض العلمي في وسط بلوري زجاجي محمول باليد.
نظرة عامة
تصف هذه المقالة منهجية لتصوير بيانات التصوير التشريحي من خلال الحفر بالليزر تحت السطحي (SSLE) على بلورات زجاجية. تعمل النماذج الناتجة كأدوات تعليمية فعالة من خلال توفير هياكل مميزة دون إعاقة رؤية الشاشات التشريحية عالية الدقة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- التصوير الطبي الحيوي
- النمذجة ثلاثية الأبعاد
- الأدوات التعليمية
الخلفية
- يسمح الحفر بالليزر تحت السطحي بتصوير بيانات التصوير المقطعي.
- تعزز النماذج المحمولة المشتقة من مجموعات بيانات التصوير التجارب التعليمية.
- تحافظ الطريقة على الوضوح عن طريق تعليق تسميات النص داخل الوسط الزجاجي.
- العروض المرئية حاسمة نظرًا لتعقيد العملية.
هدف الدراسة
- لإنشاء نماذج قوية من بيانات التصوير الإكلينيكي أو ما قبل السريري.
- تسهيل التعليم للسكان من المرضى والطلاب.
- لعرض طريقة لتمثيل تشريحي دقيق.
الطرق المستخدمة
- تحويل صور الأشعة المقطعية من DICOM إلى تنسيق NIfTI.
- توليد خرائط السطح باستخدام برامج التصوير الطبي.
- إعداد وإصلاح النماذج ثلاثية الأبعاد باستخدام برامج إعداد البيانات.
- نقش النماذج بالتسميات التشريحية وأشرطة المقاييس باستخدام برامج CAD.
النتائج الرئيسية
- نجاحًا في إنشاء نماذج تشريحية مميزة للاستخدام التعليمي.
- اثبت القدرة على تعديل الأبعاد لمختلف الهياكل.
- أظهر كيفية تحديد موضع التسميات وأشرطة المقاييس بشكل فعال.
- حدد تقنيات لتقليل الوجوه وتحسين جودة النقش.
الاستنتاجات
- SSLE هي طريقة قوية لتصوير بيانات التصوير الطبي الحيوي.
- يمكن أن تعزز تسميات النص القيمة التعليمية للنماذج.
- يمكن تمثيل العديد من الهياكل التشريحية بدقة من خلال هذه التقنية.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
This method enables the creation of physical, labeled anatomical models from tomographic imaging data, supporting target validation and mechanistic de-risking in preclinical research. By providing tangible, high-resolution representations of biological structures, it enhances hypothesis testing and pathway clarification in early discovery. The approach offers a scalable, reproducible platform for visualizing complex anatomies, improving translational continuity and reducing ambiguity in target engagement studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Supports interrogation of therapeutic hypotheses through physical visualization of anatomical targets and associated structures.
- Operational Value: Enables functional target validation by clarifying spatial relationships between labeled structures and disease-relevant anatomy.
- Predictive Value: Enhances confidence in target selection by reducing mechanistic ambiguity via tangible, label-integrated models.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, reproducible biological replicas that serve as reference systems for assay development and compound screening.
- Quantitative Output: Enables precise spatial measurements and scale bar integration, supporting accurate dose-response and localization analyses.
- Platform Reuse: Facilitates enterprise-wide sharing of validated anatomical models across discovery teams, improving workflow consistency.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Generates clinically and preclinically relevant anatomical replicas from CT datasets, aligning with translational biomarker strategies.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery and preclinical validation by providing consistent, labeled models for cross-functional review.
- Risk-Adjusted Decisions: Supports go/no-go assessments by improving anatomical interpretability in mechanism-of-action and safety studies.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target hypothesis generation through lead identification and preclinical validation, enabling physical model-based assessment at key inflection points.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing and pathway clarification by converting imaging data into tangible, label-enabled anatomical representations.
- Screening: Delivers reproducible, high-resolution models with scale bars that support standardized compound screening and target engagement assays.
- Analytics: Provides quantitative spatial outputs and labeled substructures that enable comparative analysis across experimental conditions.
- Translational Research: Ensures continuity from imaging to preclinical use by preserving anatomical fidelity and label alignment in glass crystal format.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, shareable capability for generating standardized anatomical models across sites and projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing anatomical ambiguity through physical, labeled model visualization.
- Operational Value: Delivers standardization and reproducibility via standardized file formats (DICOM, NIfTI, STL) and repeatable engraving workflows.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early de-risking of targets through enhanced anatomical understanding.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing clear, tangible models for cross-functional target assessment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biomedical image processing, 3D modeling, and CAD software for label and scale bar generation.
- Depends on access to image processing tools (e.g., 3D Slicer), model repair software (e.g., Netfabb), and SSLE engraving equipment.
- Necessitates cross-team standardization of file formats and labeling conventions to ensure model consistency across users.
- Involves adaptation considerations when applying the method to varying anatomical scales and tissue types from diverse imaging modalities.
- Includes practical limitations related to model size constraints, engraving resolution thresholds, and the need for manual post-processing to remove non-relevant surfaces.
