Scaled Anatomisches Modell Creation of Biomedical Imaging tomographische Daten und assoziierten Labels für spätere Teilfläche Laser-Gravur (ssle) von Glaskristall
April 25th, 2017
Eine Methodik wird hier zur Darstellung anatomischer Bildgebungsdaten innerhalb von Kristallen. Wir schaffen skalierten dreidimensionale Modelle der biomedizinischen Bilddaten zur Verwendung in Sub-Oberflächen Lasergravieren (ssle) aus Kristallglas. Dieses Tool bietet eine sinnvolle Ergänzung zu Rechen Anzeige oder dreidimensional gedruckten Modelle innerhalb der klinischen oder pädagogischen Einstellungen verwendet.
Das übergeordnete Ziel dieser Methodik ist es, die Lasergravur (SSLE) unter der Oberfläche auf Glaskristallen zu nutzen, um tomographische Bilddaten mit markierten Strukturen zu visualisieren. Die daraus resultierenden Handheld-Modelle können als leistungsstarkes Lehrmittel dienen. Mit dieser Methode werden robuste, tragbare Modelle erstellt, die aus klinischen oder präklinischen Röntgen-CT-Datensätzen abgeleitet wurden und die Ausbildung von Patienten oder Studenten erleichtern.
Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Textbeschriftungen innerhalb des Glasmediums aufgehängt und an der zugehörigen Struktur befestigt werden, ohne den Blick auf das hochauflösende anatomische Display zu behindern. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Generierung von Oberflächenkarten mit Text und Maßstabsleisten aufgrund der mehreren Schritte und der Präzision, die für eine genaue Darstellung der Strukturen erforderlich sind, schwer zu erlernen ist. Konvertieren Sie zunächst die CT-Bildscheibe in einem DICOM-Datensatz in das richtige Dateiformat.
Wählen Sie in der Bildbearbeitungssoftware unter der Ansichtseinstellung den Befehl DICOM laden. Speichern Sie dann das Dataset im NIfTI-Dateiformat. Importieren Sie nun die NIfTI-Dateien in ein gängiges medizinisches Bildgebungsprogramm, das Oberflächenkarten mithilfe automatisierter Segmentierung generiert.
Verwenden Sie für den 3D-Datenschnitt das Werkzeug Daten hinzufügen. Wählen Sie dann das Tool zur Erstellung von Graustufenmodellen aus, schalten Sie die Spezifikation um und erstellen Sie ein neues Modell, und benennen Sie es um. Senken Sie als Nächstes die Schwellenwerte auf ca. 300 HU bzw. die Segmentierung des Knochens und speichern Sie die resultierenden Graustufenmodelle als STL-Dateien für die weitere Datenverarbeitung.
Importieren Sie als Nächstes die Oberflächenkartendateien in eine 3D-Datenaufbereitungssoftware. Wählen Sie in Netfabb Studio Basic den Reparaturmodus aus. Verwenden Sie dann die Werkzeuge Bauteil auswählen und löschen, um alle Flächen zu entfernen, die nicht die gewünschte Struktur darstellen.
Verwenden Sie als Nächstes das Werkzeug Dreieck hinzufügen, um die Löcher in den Flächen teilweise abzudecken, und verwenden Sie dann das Skript für die automatische Reparatur, um die verbleibenden Lücken vollständig zu schließen. Wählen Sie nun im Aktionsmenü das Skript "Entartete Flächen reparieren" aus, um die Kanten mit fehlender Oberfläche zu beheben, und verwenden Sie dann "Reparatur anwenden", um den Reparaturmodus zu beenden und die Änderungen zu speichern. Der nächste Schritt besteht darin, das Schnittwerkzeug zu verwenden, um unerwünschte Merkmale zu entfernen oder die Größe des Modells zu reduzieren.
Legen Sie im Menü "Schnitt" des Kontextbereichs die Position jedes Schnitts innerhalb der X-, Y- oder Z-Ebene fest. Verwenden Sie dann das Werkzeug "Schnitt ausführen" und wählen Sie die Einstellung "Triangulierter Schnitt", um alle resultierenden Löcher automatisch zu schließen. Um alle Flächen zu löschen, die aus den Schnitten resultieren, die nicht die gewünschte Struktur darstellen, verwenden Sie gleichzeitig die Werkzeuge Teil auswählen und löschen.
Wenn keine Maßstabsleiste verwendet werden soll, ändern Sie die Abmessungen der einzelnen Oberflächenkarten mit der Option Maßstab. Das Modell kann so modifiziert werden, dass es in ein acht Zentimeter großes Würfel oder ein fünf mal fünf Zentimeter mal acht Zentimeter großes rechteckiges Prisma passt. Nun kann die Datendatei für die Gravur der Untergrundschicht verwendet werden, um ein Modell ohne Beschriftungen oder Maßstabsleiste zu erstellen.
Erstellen Sie zunächst Etikettendatendateien für die SSLE-Datei. Verwenden Sie CAD-Software mit einer Metrikvorlage. Öffnen Sie eine neue Datei, und erstellen Sie eine 2D-Skizze in einer beliebigen Ebene.
Verwenden Sie das Textwerkzeug, um maschinengeschriebene anatomische Beschriftungen in einer zwei Millimeter großen Schriftart Times New Roman zu erstellen. Wenn Sie fertig sind, wählen Sie die Option Skizze fertig im Exit-Menü der Symbolleiste. Um die Schriftart mit den Standardeinstellungen zu extrudieren, wählen Sie das Extrudierungswerkzeug aus dem Menü "Erstellen" und schalten Sie die Option "2D-Text" um.
Erstellen Sie als Nächstes eine Etikettenzeile für jedes Etikett. Beginnen Sie mit einer neuen Datei und wählen Sie im Menü "Zeichnen" das Werkzeug "Mittelpunkt Kreis" aus. Erstellen Sie dann einen Kreis mit einem Mittelpunkt am Ursprung und definieren Sie den Durchmesser des Kreises mit dem Bemaßungswerkzeug im Abhängigkeitsmenü auf einen Millimeter.
Extrudieren Sie die Säule auf eine gewünschte Länge von 10 bis 50 Millimetern. Maßstabsleisten werden auf ähnliche Weise hergestellt. Nachdem Sie jede Textbeschriftung, jede Beschriftungszeile und die Maßstabsleiste erstellt haben, speichern Sie die Daten als STL-Datei.
Für jede Textbeschriftung wird eine eindeutige Beschriftungszeile benötigt. Importieren Sie dann alle Textbeschriftungen, zylindrischen Beschriftungslinien und die Maßstabsleiste in das SSLE-Modell. Verwenden Sie eine 3D-Datenaufbereitungssoftware, mit der die Assemblage als einzelne STL-Datei gespeichert werden kann.
Verwenden Sie als Nächstes das Werkzeug "Teil verschieben", um die Textbeschriftungen in der Nähe der zugehörigen Anatomie zu positionieren. Verwenden Sie dabei das Werkzeug Teil drehen, um die Beschriftungen so auszurichten, dass sie alle in die gleiche Richtung zeigen. Verwenden Sie dann die gleichen Werkzeuge, um die Beschriftungslinien so zu positionieren, dass sie die Beschriftungen mit der zugehörigen Struktur im Modell verbinden.
Bei Bedarf können die Beschriftungslinien verkleinert werden, indem Sie in den Reparaturmodus wechseln und Dreiecke auswählen und ausgewählte Dreiecke entfernen auswählen. Positionieren Sie nun die Maßstabsleiste auf ähnliche Weise. Wenn drei Stäbe hergestellt wurden, einen für jede Achse, positionieren Sie sie entsprechend.
Nachdem alles positioniert wurde, wählen Sie alle Teile aus und exportieren Sie die Daten als eine einzige STL-Datei. Die Techniken zur zusätzlichen Verkleinerung der Flächen und des Gravurprozesses sind im Textprotokoll beschrieben. Die Lasergravur von Glaskristallen unter der Oberfläche ist ein tiefgreifendes Mittel zur Visualisierung zahlreicher Arten von biomedizinischen tomographischen Bildgebungsdaten.
Da die Abmessungen vor der Gravur verändert werden, können Strukturen unterschiedlicher Größe durch die Lasergravur dargestellt werden. Die Maßstabsleisten können auf zwei Arten implementiert werden. Sie können die Seiten der Struktur überspannen, was ideal für erweiterte Strukturen wie den Knochenkern ist.
Die andere Option besteht darin, dass drei Achsen der Maßstabsleiste an einer Ecke zusammenlaufen. Dies eignet sich am besten für zu skalierende oder verkleinerte Strukturen. Das Hauptmerkmal der Untergrundgravur ist die Möglichkeit, Textbeschriftungen nach Bedarf an anatomischen Merkmalen anzubringen.
Hier wurde der Text auf zwei Ebenen platziert, um die Beschriftungen zu verteilen und eine klare Sicht auf die Anatomie zu erhalten. Bei Bones und anderen Strukturen, die von einer Seite aus deutlich sichtbar sind, können die Beschriftungen nur auf einer Ebene ausgerichtet werden. Nach diesem Verfahren kann praktisch jeder dreidimensionale Datensatz in ein Format konvertiert werden, das für die wissenschaftliche Darstellung in einem tragbaren, hochreinen Glaskristallmedium geeignet beschriftet werden kann.
Übersicht
Dieser Artikel beschreibt eine Methodik zur Visualisierung anatomischer Bildgebungsdaten durch oberflächennahe Lasergravur (SSLE) auf Glaskristallen. Die resultierenden Modelle dienen als effektive Lehrmittel, indem sie beschriftete Strukturen bereitstellen, ohne den Blick auf hochauflösende anatomische Darstellungen zu behindern.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Biomedische Bildgebung
- 3D-Modellierung
- Bildungswerkzeuge
Hintergrund
- Die oberflächennahe Lasergravur ermöglicht die Visualisierung tomographischer Bildgebungsdaten.
- Handmodelle, die von Bildgebungsdatensätzen abgeleitet sind, verbessern die Bildungserfahrungen.
- Die Methode bewahrt die Klarheit durch das Suspendieren von Textbeschriftungen innerhalb des Glasmediums.
- Visuelle Demonstrationen sind aufgrund der Komplexität des Prozesses entscheidend.
Zweck der Studie
- Robuste Modelle aus klinischen oder präklinischen Bildgebungsdaten zu erstellen.
- Die Bildung für Patienten- und Studentenpopulationen zu erleichtern.
- Eine Methode für eine genaue anatomische Darstellung zu demonstrieren.
Verwendete Methoden
- CT-Bilder von DICOM in NIfTI-Format umwandeln.
- Oberflächenkarten mit medizinischer Bildgebungssoftware erzeugen.
- 3D-Modelle mit Datenvorbereitungssoftware vorbereiten und reparieren.
- Modelle mit anatomischen Beschriftungen und Maßstäben mit CAD-Software gravieren.
Hauptergebnisse
- Erfolgreich beschriftete anatomische Modelle für Bildungszwecke erstellt.
- Die Fähigkeit demonstriert, Dimensionen für verschiedene Strukturen zu modifizieren.
- Gezeigt, wie Beschriftungen und Maßstäbe effektiv positioniert werden.
- Techniken zur Reduzierung von Flächen und zur Verbesserung der Gravierqualität beschrieben.
Schlussfolgerungen
- SSLE ist eine leistungsstarke Methode zur Visualisierung biomedizinischer Bildgebungsdaten.
- Textbeschriftungen können den pädagogischen Wert der Modelle erhöhen.
- Verschiedene anatomische Strukturen können durch diese Technik genau dargestellt werden.
Häufig gestellte Fragen
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.
