متعدد ألوان 3D طباعه الأورام المعقدة داخل الجمجمة في جراحه المخ والأعصاب

يصف البروتوكول تلفيق المطبوعات ثلاثية الابعاد الملونة بالبالكامل لنماذج الجمجمة التشريحية الخاصة بالمريض لاستخدامها في المحاكاة الجراحية. يتم شرح الخطوات الحاسمة للجمع بين طرائق التصوير المختلفة ، وتجزئه الصور ، واستخراج النماذج ثلاثية الابعاد ، وإنتاج المطبوعات.

والهدف من هذا الإجراء هو إظهار خطوات إنشاء نماذج تشريحية مطبوعة ثلاثية الأبعاد، وملونة بالكامل، وطقم تشريحي خاص بالمريض باستخدام بيانات من طرائق تصوير مختلفة. باستخدام مثال chondrosarcomas من قمة بترووس ، والعملية برمتها من الانصهار الصورة وتجزئة ، وتوليد نموذج 3D الظاهرية ، وتلفيق الطباعة 3D هي التي أظهرت. وعلاوة على ذلك، يتم وصف التلوين الحجمي لمطبوعات ثلاثية الأبعاد مناسبة للمحاكاة الجراحية.

تُظهر مجموعة متنوعة من طرائق التصوير، مثل التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي، جوانب مختلفة من الموقع الجراحي، مثل العظام والأنسجة الرخوة والورم والأوعية. توفر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية فريدة للجمع بين هذه الجوانب المختلفة في كائن واحد ومدمج وملموس في أبعاد الحجم الحقيقي التي يمكن دراستها واستخدامها لمحاكاة النهج الجراحي. خاصة بالنسبة للمحاكاة الجراحية ، من المهم إنتاج مطبوعات ثلاثية الأبعاد ليس فقط ملونة على السطح لتوفير تلوين حجمي متعمق لتصور الهياكل المتداخلة بوضوح داخل بعضها البعض ، مثل عبور وعاء دموي للورم.

يقدم هذا الفيديو دليل خطوة بخطوة لتصنيع نموذج تشريحي ملون بالكامل استنادًا إلى مثال chondrosarcoma من قمة بترووس. الخطوات الحاسمة في هذا الإجراء هي الانصهار وتجزئة بيانات التصوير الطبي ، يليها إنشاء نموذج سطحي ثلاثي الأبعاد افتراضي. وكخطوة ثالثة، يتم إعداد النموذج الافتراضي للطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة الألوان، بما في ذلك سير عمل معدل للسماح بالتلوين الحجمي لأجزاء محددة.

وأخيرا، يتم وصف الطباعة والمعالجة اللاحقة. من المهم استخدام بيانات التصوير بدقة مكانية عالية، على سبيل المثال، سمك شريحة ملليمتر واحد أو أقل. تم استخدام CT لتجزئة العظام.

تم استخدام صور MRI T1 المحسنة على النقيض من ذلك لتجزئة الهياكل الورمية والنياتية وصور TOF للسفن. قم بتنزيل ملفات DICOM على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، وفتح برنامج أميرة. قم باستيراد ملفات طرق التصوير المختلفة، ثم حدد مجلد بيانات التصوير.

انقر على صور CT، وربطها مع وحدة تقديم الصوت. اختر جهاز عرضي للحصول على عرض أكثر واقعية، وضبط منزلق نقل اللون لتصور العظام فقط. متابعة عن طريق استيراد تسلسلات الرنين المغناطيسي، وتوصيلها إلى وحدة تقديم وحدة التخزين أيضاً.

بما أن صور التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي لا تتداخل، فمن الضروري دمج بيانات التصوير المختلفة. لذلك، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات MRI، واختر حساب، تسجيل Affine. اختر المرجع، ثم قم بتوجيه المؤشر إلى CT. في خصائص وحدة التسجيل، اترك كل الإعدادات الافتراضية وانقر على مراكز المحاذاة، متبوعاً بالنقر فوق التسجيل.

تم الآن دمج مجموعتي بيانات التصوير المختلفة. كرر هذه الخطوة لكافة مجموعات البيانات التصوير إضافية. تحقق من دقة المطابقة عن طريق إخفاء عروض وحدة التخزين وإضافة وحدة تقويم العظام إلى صور MR.

اختر Colorwash. ثم انقر على البيانات ، وربط هذا المنفذ مع CT عن طريق سحب الماوس على ذلك. ضبط لون المنزلق لتصور الهياكل العصبية فرضه على هياكل الجمجمة العظمية.

تحقق من وجود أي محاذاة من خلال تمرير شريط تمرير عامل الوزن والنظر إلى الحدود بين سطح الجمجمة والدماغ ، وكذلك البطينين. كرر هذا الإجراء على شرائح مختلفة وفي الاتجاهات التاجية والقوس. قم بإلغاء تنشيط رؤية وحدة تقويم العظام، وإعادة تنشيط عرض وحدة التخزين للتصوير المقطعي المحوسب. انتقل إلى بيانات CT، وابحث عن أقل قيمة في مجموعة البيانات هذه، في هذه الحالة، ناقص 2، 048.

بعد ذلك، إضافة وحدة تحرير وحدة نمطية وحدة التخزين، قم بتوصيل وحدة Volren مع بيانات الإخراج، وتعيين قيمة الحشو إلى ناقص 2، 048. انقر على قص داخل، ووضع علامة على المنطقة التي سيتم إزالتها في منفذ العرض 3D. ملاحظة، من المهم تجنب التداخل مع الأجزاء التي لا يُقصد إزالتها.

في هذا المثال، تمت إزالة أجزاء من عظم الفك السفلي وفقرات عنق الرحم العليا. بعد ذلك، سيتم تقسيم العظام المتبقية وتحويلها إلى شبكة سطحية. لذلك، انقر فوق محرر التجزئة، واختر تسلسل صورة CT المعدلة وإضافة مجموعة تسمية جديدة.

الآن اختر عتبة كخيار التجزئة. تعيين المنزلق السفلي إلى قيمة حوالي 250 في حالة CT. ضمان هياكل العظام رقيقة مثل العظام الصدغية أو المنطقة المدارية العليا ليتم اختيارها في المعاينة. خلاف ذلك، ضبط عتبة أقل، ولكن تجنب اختيار أي الأنسجة الرخوة.

بعد ذلك، انقر على تحديد. وأخيراً، إضافة التحديد إلى مجموعة التسمية. العودة إلى "عرض التجمع".

تم إنشاء مجموعة تسمية جديدة لـ CT. انقر بزر الماوس الأيمن واختر حساب، وسطح Gen، وتحقق من خيار الضغط، وانقر فوق تطبيق. وأخيراً، أضف وحدة Surface View، واضبط لون الشبكة التي تم إنشاؤها. إضافة الهياكل الأخرى ذات الصلة بتكرار الخطوات السابقة.

في حالة الورم ، تم استخدام تجزئة يدوية بدلاً من عملية العتبة. وهكذا، تم تقسيم الورم والعصب البصري والأوعية داخل الجمجمة وإضافته إلى النموذج. وأخيراً، قم بتصدير الشبكات التي تم إنشاؤها بالنقر بزر الماوس الأيمن على الشبكة والنقر على حفظ.

اختر STL كتنسيـّش ملف. افتح Netfabb، ثم قم باستيراد الشبكات التي تم إنشاؤها في الخطوات السابقة كأجزاء جديدة. تحقق من الإصلاح التلقائي، ثم انقر فوق استيراد.

حدد الجمجمة، وتقسيم قذائفها إلى أجزاء. هذا يفصل بين أي أشياء فضفاضة غير متصلة بعظم الجمجمة. حدد عظم الجمجمة، وتبديل الرؤية قبالة.

الآن حدد جميع الأجزاء الأخرى، وحذفها. كرر هذه الخطوة لكافة الكائنات الأخرى. لاحظ، في بعض المناطق، مثل الورم داخل قمة البتروس من الجمجمة، هندسة كلا الجسمين تتقاطع مع بعضها البعض.

لتجنب أخطاء الطباعة، من الضروري إزالة مثل هذه التقاطعات. لذلك، حدد كائنين المتقاطعة، وانقر فوق عمليات منطقية. نقل الكائن إلى أن يطرح من الآخر إلى الجانب الأحمر من القائمة، وانقر على تطبيق.

الآن يتم فصل الكائنين بشكل واضح ، والتي يجب التحقق من قبل القذف رؤيتها. من خلال تكرار هذه الخطوات ، يتم فصل الورم وكذلك الشريان داخل الورم بوضوح عن بعضهما البعض. في حالة الشريان الباسيلار، هناك حاجة إلى دعامات إضافية لمنع الكائن من أن يكون جزءا فضفاضة بعد الطباعة.

إضافة كائن جديد، في هذه الحالة، اسطوانة، وضبط أبعاده والتقسيمات الفرعية حسب الحاجة. ضع الاسطوانة لتتقاطع تماما مع الجمجمة و هندسة الوعاء. الآن تنفيذ العملية المنطقية مرة أخرى لطرح الأجزاء داخل العظام والأوعية الدموية.

كرر هذه الخطوة لإضافة المزيد من الدعم عند الحاجة. للسماح بالتلوين الحجمي لأجزاء معينة ، من الضروري إنشاء ليس فقط قذيفة سطحية واحدة ولكن العديد من الأصداف الفرعية داخل الكائن. حدد الورم، وتوليد قذيفة جديدة منه.

تعيين سمك قذيفة من 3 ملليمتر في وضع الإزاحة الداخلية مع دقة 15 ملليمتر وتطبيق. وهذا يولد قذيفة الداخلية مع مسافة 3 ملليمتر إلى السطح الأصلي. حدد الغلاف الخارجي، ثم إنشاء قذيفة جديدة منه.

حدد سمك قذيفة من 25 ملليمتر في وضع الجوف مع دقة 15 ملليمتر. أيضاً، حدد خانة الاختيار إزالة الجزء الأصلي. وهذا يولد مساحة 05 ملليمتر بين قذيفتين متجاورتين.

بتكرار هذه الخطوات، يتم إنشاء عدة قذائف داخلية مع سمك ثابت وإزاحات ثابتة. فمن المستحسن استخدام سمك قذيفة من 35 إلى 25 ملليمتر، فضلا عن تعويض من 1 إلى 05 ملليمتر لتحقيق تلوين الحجمي السلس. كرر هذه الخطوات مع جميع الكائنات الأخرى، مثل الأوعية الدموية.

في الخطوة الأخيرة، لون الطباعة لكل كائن يجب تعيين. لذلك، حدد جزءًا ليتم تلوينه. انقر نقراً مزدوجاً فوق نسيج وشبكة الألوان، واختر لونًا.

انقر على أيقونة "الطلاء على الأصداف"، متبوعاً بالنقر على النموذج المعروض في مركز الشاشة. وأخيراً، قم بتطبيق التغييرات، وتأكد من تأكيد مربع الحوار إزالة الجزء القديم. كرر هذه الخطوات مع كافة الكائنات الأخرى والقذائف، على التوالي.

وأخيراً، قم بتصدير جميع الكائنات التي سيتم طباعتها، بما في ذلك الدعامات والأصداف الداخلية، ثم تصديرها كملفات فردية. تأكد من اختيار تنسيق VRML لأن تنسيق STL غير قادر على نقل معلومات اللون. افتح برنامج الطباعة ثلاثي الأبعاد الخاص بالنظام ثلاثي الأبعاد، ثم قم باستيراد ملفات VRML التي تم إنشاؤها في الخطوة السابقة.

اختيار ملليمترات كوحدة. تحقق من الاحتفاظ بال موضع، وطبق على كافة الملفات. وتعيين نوع المواد إلى ZP151.

الآن ضع النموذج ثلاثي الأبعاد في حجم الطباعة عن طريق ضبط موضعه ودورانه. في حالة نموذج الجمجمة، تأكد من أن الفتحة تواجه صعودا. انتقل إلى الإعداد، وحدد ZP151 كنوع مادة، وقم بتعيين سمك الطبقة إلى 1 ملليمتر.

تحقق من تعويض التسييل، وتأكد. بعد ذلك، انقر فوق "إنشاء"، ثم اترك كافة الإعدادات كما هو محدد مسبقاً. وأخيراً، تحقق من حالة الطابعة، وانقر على طباعة.

بعد الانتهاء من الطباعة، فك النموذج عن طريق إزالة مسحوق فضفاضة بعناية مع مكنسة كهربائية. من المهم عدم الاتصال مباشرة النموذج مع أنبوب الشفط لمنع الهياكل رقيقة من تفكك. قم بإزالة النموذج، وانظفه عن طريق تطبيق الهواء المضغوط بعناية، بالإضافة إلى تنظيفه بفرشاة ناعمة.

في هذه الحالة، النموذج لا يزال هشا جدا. لزيادة الاستقرار وحالة اللون، وضع النموذج داخل حوض بلاستيكية، والتسلل إليه مع حل تصلب. يجب إزالة حل الفائض مع الهواء المضغوط للحفاظ على جميع التفاصيل السطحية الحفاظ عليها.

السماح للشيف نموذج لعدة ساعات حتى يجف تماما. تم إنشاء مختلف مطبوعات 3D متعددة الألوان من المرضى الذين يعانون من chondrosarcoma. تسمح تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة الألوان بدمج جوانب تشريحية مختلفة مثل بنيات الأنسجة العظمية واللينة، كل منها مشتق من طرائق تصوير مختلفة، يتم دمجها في كائن واحد.

في إعداد المحاكاة الجراحية ، أظهرت المواد الجصية للطباعة متعددة الألوان خصائص تشبه العظام ويمكن حفرها وتقطع بسهولة. كما توفر هذه التقنية إمكانية تلوين البنية الداخلية للكائن، مثل الشريان السباتي الداخلي الذي يمر عبر الورم. عن طريق إزالة طبقات من الورم مع الحفر، يتم الكشف عن الشريان الأحمر أثناء المحاكاة الجراحية.

لإثبات دقة هذه التقنية، تم مسح النماذج ثلاثية الأبعاد ضوئيًا في الطبوغراف المحوسب. تم فرض النماذج التي تم إنشاؤها للطباعة على هذه الفحوصات. تم إنشاء تعيين الانحراف، وتم تحديد الدقة في 50 نقطة سطحية تم اختيارها عشوائيًا.

إن انحراف متوسط 21 ميكرون يوضح مدى توافق الطباعة ثلاثية الأبعاد مقارنة بالبيانات الأصلية. وقد تبين كيفية الجمع بين مختلف طرائق التصوير السريري في واحدة متعددة الألوان 3D الطباعة. وعلاوة على ذلك، تم عرض تعديل سير العمل القياسي للطباعة ثلاثية الأبعاد للسماح بإنتاج نماذج ملونة بحجمية.

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدقة المتداخلة للمطبوعات ثلاثية الأبعاد مقارنة ببيانات التصوير الأصلية دقة عالية. في الختام ، تسمح هذه النماذج الملونة بالكامل بالمحاكاة الجراحية للحالات حتى المعقدة والتشريحية ، مثل الأورام القائمة على الجمجمة ، والتي تم عرضها في سلسلة من دراسات الحالة.