Name: Impresión 3D de Preclínica de rayos X de datos tomografía computarizada Establece (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Aprende a crear modelos anatómicos tridimensionales a partir de datos de tomografía computarizada de rayos X en preclínica mediante impresión 3D plástica. Este método permite visualizar estructuras óseas y tejidos blandos con gran detalle.

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Damos las gracias a la Nanovic Instituto de Estudios Europeos, el Programa de Honores de la familia Glynn, Notre Dame Integrated Facility Imaging (NDIIF) y Carestream Health para el apoyo financiero para este proyecto. La investigación sobre el desarrollo del cráneo del conejo con el apoyo de NSF BCS-1029149 a MJR.

1. Animales <ol><li> Por los resultados presentados a continuación, un macho Wistar Lobund-rata de diez meses de edad a partir de la Freimann Vida Centro de Ciencias de la Universidad de Notre Dame (Notre Dame, Indiana, EE.UU.). Un ex vivo New Zealand White Rabbit (Masculino, edad = 8 semanas) muestra cráneo, conservado en formol al 10%, se obtuvo del laboratorio del Prof. Mateo Ravosa de la Universidad de Notre Dame. </li><li> Para imágenes in vivo, la rata se anestesió por isofluorano (2,5% de tasa de flujo) con un sistema de mantenimiento a través de la nariz de cono. El animal fue colocado boca abajo en la cama rata estándar (M2M Imaging Inc., Cleveland, Ohio) suministrado con la estación Albira imagen. Las extremidades se coloca lateral del torso por un uniforme adquisición CT. </li><li> Después de la adquisición de imágenes se completó, la rata se retiró del cono de morro y devuelto a la jaula de recuperación hasta ambulatoria. </li><li> Para exploraciones del cráneo del conejo, la muestra se coloca en el lecho de rataen una bolsa de plástico sellada que contiene formalina. </li></ol> 2. Adquisición de imágenes y Reconstrucción <ol><li> En Vivo y adquisiciones Ex Vivo imágenes se realizaron con el sistema Albira CT (Carestream Molecular Imaging, Woodbridge, CT). El sistema fue configurado para analizar una cama de longitud 180 mm mediante la realización de tres barridos circulares (600 proyecciones por barrido), cada uno con un FOV 65 mm, que luego se cosen juntos durante la reconstrucción. La fuente de rayos X se fijó a una corriente de 400 μA y tensión de 45 kVp, y se utiliza un filtro de 0,5 mm de Al para endurecer la viga. Equivalente aproximado radiación profunda dosis de CT configuración era de 660 mSv y la dosis equivalente superficial era 1171 mSv. Estas dosis son más de 10-veces menor que el reportado valores de DL50. </li><li> Las imágenes se reconstruyen utilizando el FBP (proyección filtrada) a través del algoritmo Albira Suite 5.0 Reconstructor utilizando parámetros &quot;estándar&quot;. Estos adquisición combinada y la configuración de reconstrucción producir una final imagen con .125 voxels isotrópicos mm, considerada suficiente para el análisis de animal entero y la impresión en 3D de estructuras anatómicas. </li></ol> 3. Procesamiento de Datos <ol><li> Características esqueléticas de las tomografías computarizadas pueden ser impresos desde los datos en bruto sin segmentación. Sin embargo, la segmentación de los tejidos blandos se requiere antes de procesar los datos para la impresión en 3D. Aquí mostramos un ejemplo con el tejido pulmonar. <ol><li> MicroPET Abrir original (formato de datos para todas las modalidades del Sistema Albira Imaging) archivo </li><li> Dibujar un volumen de interés (VOI) alrededor del ratón de manera que todo el espacio externo se retira. </li><li> En &#39;Fuera Máscara seleccionado VOI&#39; ficha &#39;VOI Herramientas&#39; seleccionar y establecer el valor de enmascarar para -1.000 unidades Hounsfield (HU, escala radiodensidad para CT), lo que efectivamente se establezca el espacio exterior al valor de la densidad de CT aire. </li><li> Con todo el espacio exterior removida, bajo la pestaña &quot;Herramientas&quot;, seleccione &quot;External&quot;, luego haga clic en menú desplegableflecha y seleccione &#39;segmentación&#39; </li><li> Fije la gama de -550 a -200 y haga clic en &#39;Aceptar&#39;. </li><li> Si el archivo es muy grande, seleccione la pestaña &quot;Herramientas&quot;, seleccione &quot;Reducir&quot;, y ejecutar el programa </li><li> Guardar como un archivo Analizar </li></ol></li><li> Los datos deben convertirse primero a formato DICOM utilizando PMOD (PMOD Technologies LTD, Zurich, Suiza) software de análisis. <ol><li> Abra el procesamiento de imagen PMOD paquete de software. </li><li> A lo largo de la fila superior, seleccione la ficha Vista. </li><li> En la barra de herramientas inferior derecha, haga clic en la flecha hacia abajo de base de datos etiquetados bajo carga. </li><li> Seleccione MicroPET para los crudos datos de la TC, o para analizar el pulmón segmentado. </li><li> Seleccione el archivo correspondiente y haga clic en Agregar a Favoritos. </li><li> Haga clic en Abrir. </li><li> En la barra de herramientas inferior derecha, haga clic en el ascendenteflecha en Guardar. </li><li> Desde este menú, elija el tipo de archivo DICOM. </li><li> Asigne un nombre al archivo y seleccione Guardar. </li><li> Cerrar PMOD. </li></ol></li><li> DICOM de datos contiene valores volumétricos de densidad para cada voxel. Con el fin de imprimir estos datos, se debe procesar como una superficie contigua en lugar de un volumen. ImageJ v1.43u se utilizará para obtener representaciones de superficie para su posterior procesamiento. <ol><li> Abrir imagen ImageJ software de procesamiento de </li><li> Seleccione Importar&gt; Archivo. </li><li> Seleccione Secuencia de imágenes. </li><li> Navegue hasta el archivo que contiene la recién creada DICOM y seleccionarlo. </li><li> Seleccione Plug-ins&gt; 3D&gt; 3D Viewer. </li><li> Dos ventanas aparecerá el visor 3D y aparecerá una ventana. </li><li> En la pantalla como en la ventana de cambio de volumen ADDa la superficie. </li><li> Cambie el valor predeterminado de umbral a 210. </li><li> Haga clic en Aceptar. </li><li> En la barra de menú Visor 3D, seleccione Archivo&gt; Exportar como superficies WaveFront&gt;. </li><li> Asigne un nombre al archivo y haga clic en Guardar. </li></ol></li><li> Dos programas, Meshlab v1.3.1 y Netfabb Studio Basic 4.9, al mismo tiempo permite eliminar cualquier exceso de malla, se unen las mallas desconectados, agujeros de reparación, y suavizar la malla final. Las principales diferencias entre estos dos programas son la herramienta establece a disposición del usuario, y algunos de la interfaz de control de navegación. Ambos son programas de software 3D de malla de edición, y su uso en conjunto proporciona el método más sencillo para editar el modelo. <img alt="Icono 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /> indica que estas acciones deben ser ejecutadas en Meshlab v1.3.1 <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /> indica que estas acciones deben ser ejecutadas en Netfabb Studio Basic 4.9 <ol><li> Para importar mallas en el software de edición: <ol><li> Abra Meshlab v1.3.1 <img alt="Icono 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> En la barra de menú Archivo seleccione Opciones&gt; Nuevo Proyecto vacío. </li><li> Selct Archivo&gt; Importar malla. </li><li> Seleccione el archivo y haga clic en Abrir. </li><li> Una vez que el archivo se haya cargado, aparecerá un cuadro de diálogo se abrirá. Mantener Unificar vértices duplicados seleccionados, pulse Aceptar. <ol><li> Abra Netfabb Studio Basic 4.9. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Arrastre el archivo deseado directamente en la pantalla Netfabb Estudio Básico. </li></ol></li></ol></li><li> Para eliminar malla no deseado de la superficie: <ol><li> En la barra de menú en Meshlab, seleccione Filtros&gt; Limpieza y Reparación&gt; Quitar Piezas aisladas (Diámetro WRT). <img alt="Icono 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Eliminar aisladas componentes conectados, cuyo diámetro es menor que la constante especificada. Introduzca un diámetro máximo para estos componentes y haga clic en Aplicar. </li><li> Poco a poco, aumentar el diámetro máximo para retirar piezas de grandes dimensiones. Haga clic en Aplicar después de cada modificación diámetro. </li></ol></li><li> Para unir piezas inconexas, los agujeros deben cortarse en las redes actuales a las ubicaciones deseadas de un nuevo bono, y un puente de malla must se construirá entre. <ol><li> Utilice la herramienta de selección, herramienta séptimo desde la izquierda en la barra de menú, para seleccionar las piezas de malla que se cortaron. <img alt="Icono 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Eliminar piezas seleccionadas de malla con el botón Eliminar Faces, la tercera herramienta desde la izquierda en la barra de menús. </li><li> En la barra de menú, seleccione Archivo&gt; Exportar como malla. </li><li> Asigne un nombre al archivo y cambiar el tipo de archivo STL. </li><li> Pulse Guardar. </li><li> Aparecerá un cuadro de diálogo con opciones de guardado aparecerá, pulse OK. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Arrastre el archivo nuevo en Netfabb. </li><li> En el menú superior, seleccione Reparar, La herramienta de cuarto desde la izquierda. </li><li> Seleccione la herramienta Añadir triángulos, décimo tercero desde la izquierda. </li><li> Haga clic en un borde abierto (que será de color amarillo) en un lado y luego en un borde abierto en la otra pieza. Crear puentes 5-10 a través de la brecha. </li><li> Seleccione el botón de reparación automática en la parte inferior derecha </li><li> Resalte Reparación predeterminado. </li><li> Haga clic en Ejecutar. </li><li> Pulse Cancelar después de la reparación se ha ejecutado. </li></ol> Opcional: Algunas triángulos creados pueden ser la orientación equivocada. Los pasos siguientes se pueden utilizar para reorientar estos triángulos. <ol><li> Seleccione el botón FLIP triángulos seleccionados. </li><li> Haga clic en cualquiera triángulos desorientados para girar todos los triángulos en la dirección correcta. </li></ol></li><li> Acráteres de reparación y agujeros, los agujeros enteras y cráteres se debe quitar y puentes deben ser construidos en cada lado de la malla. <ol><li> Haga clic en la herramienta Selección. <img alt="Icono 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Seleccione el cráter o agujero para ser llenado. </li><li> Haga clic en el botón Delete Faces. </li><li> En la barra de menú, seleccione Archivo&gt; Exportar como malla. </li><li> Asigne un nombre al archivo y cambiar el tipo de archivo STL. </li><li> Pulse Guardar. </li><li> Aparecerá un cuadro de diálogo con opciones de guardado aparecerá, pulse OK. </li><li> Arrastre el archivo nuevo en Netfabb. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> En el menú superior, seleccione Reparar </st<html> rong&gt;, la herramienta de cuarto desde la izquierda. </li><li> Seleccione la herramienta Añadir triángulos, décimo tercero desde la izquierda. </li><li> Haga clic en un borde abierto (que será de color amarillo) en un lado y luego en un borde abierto en la otra pieza. Crear puentes 5-10 a través de la brecha. </li><li> Seleccione el botón de reparación automática en la parte inferior derecha </li><li> Resalte Reparación predeterminado. </li><li> Haga clic en Ejecutar. </li><li> Pulse Cancelar después de la reparación se ha ejecutado. </li></ol></li><li> Laplaciano suavizado, el algoritmo de suavizado en Meshlab, se utiliza para alisar el objeto al mismo tiempo conservar la integridad estructural del modelo. <ol><li> Navegue Filtros&gt; Suavizado&gt; Carenado y Deformación&gt; Laplaciano lisas.iles/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Seleccione un número de iteraciones de suavizado. Más iteraciones se traducirá en un modelo uniforme, pero cada iteración se degrada lentamente el volumen del modelo, lo cual puede resultar en piezas desconectados y los bordes afilados. 1-5 iteraciones se recomiendan. </li><li> Pulse Aceptar. </li><li> En la barra de menú, seleccione Archivo&gt; Exportar como malla. </li><li> Asigne un nombre al archivo y cambiar el tipo de archivo STL. </li><li> Pulse Guardar. </li><li> Aparecerá un cuadro de diálogo con opciones de guardado aparecerá, pulse OK. </li><li> Arrastre el archivo nuevo en Netfabb. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> En el menú superior, seleccione Servicios de reparación, la cuarta herramienta desde la izquierda. </li><li> Seleccione la herramienta Añadir triángulos, thirteenth desde la izquierda. </li><li> Haga clic en un borde abierto (que será de color amarillo) en un lado y luego en un borde abierto en la otra pieza. Crear puentes 5-10 a través de la brecha. </li><li> Seleccione el botón de reparación automática en la parte inferior derecha </li><li> Resalte Reparación predeterminado. </li><li> Haga clic en Ejecutar. </li><li> Pulse Cancelar después de la reparación se ha ejecutado. </li><li> En la barra de menú, seleccione Archivo&gt; Exportar como malla. </li><li> Asigne un nombre al archivo final y cambiar el tipo de archivo a STL. </li><li> Pulse Guardar. </li><li> Aparecerá un cuadro de diálogo con opciones de guardado aparecerá, pulse OK. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Impresión <ol><li> Impresión con el Makerbot <ol><li> Abra el archivo STL en ReplicatorG. ReplicadorG es un programa Makerbot Industrias utilizado para comunicarse con el Makerbot. </li><li> Haga clic en Escala desde el menú inferior derecha esquina y seleccione Completar el Espacio Crea! </li><li> Seleccione Rotar y haga clic Lay Flat. </li><li> Haga clic en Centro. </li><li> Para los modelos con detalles finos, seleccione llenar construir la plataforma para ampliar los modelos. </li><li> Desde el mismo menú, haga clic en Mover y seleccione Colocar en la plataforma. </li><li> Una vez que la orientación apropiada que se ha logrado, seleccione Generar Gcode desde la barra de menú superior. * Aparecerá una ventana con las opciones de impresión aparecerá. </li><li> Seleccione la extrusora que proporcionará el filamento para imprimir el objeto (izquierda o derecha). </li><li> Seleccione Usar Balsa / support. </li><li> Desde el menú desplegable titulado Nosotrosmaterial de apoyo e, seleccione Soporte completo. </li><li> Seleccione Generar Gcode. Un cuadro de pop-up que muestra el progreso de la Gcode aparecerá. </li><li> Una vez que el Gcode se ha completado, seleccione Generar presentar para su uso con la tarjeta SD. </li><li> Haga clic en Guardar. </li><li> Arrastre el archivo en una tarjeta SD. </li><li> Coloque la tarjeta SD en la Makerbot y utilizando el teclado seleccione Imprimir Makerbot de SD. </li><li> En Imprimir desde SD, seleccione el nombre del archivo deseado. El Makerbot automáticamente comenzará a warm-up para imprimir el objeto. </li></ol></li><li> Shapeways impresión <ol><li> Después de crear una cuenta gratuita con Shapeways, el archivo STL se pueden subir directamente a la página web Shapeways: <a href="http://www.shapeways.com/upload/" target="_blank">http://www.shapeways.com/upload/</a> </li><li> Haga clic en Cargar y seleccione la STLarchivo. </li><li> Seleccione un título para el archivo cargado. </li><li> Seleccione una unidad de medida en el menú desplegable. </li><li> Haga clic en Cargar modelo. </li><li> El archivo está listo para imprimir a través de Shapeways. Una vez que el archivo se cargará Shapeways se tome unos minutos para procesar el archivo para asegurarse de que realmente se puede imprimir. Usted será capaz de imprimir el modelo del &quot;mis modelos&quot; de la página después de unos diez minutos. </li><li> El &quot;blanco sólido flexible&quot; selección se utiliza para imprimir las estructuras esqueléticas, mientras que &quot;morado fuerte flexible&quot; fue utilizada para el tejido pulmonar. </li></ol></li><li> ProJet HD 3000 Impresión <ol><li> El archivo de STL también pueden ser impresos usando una solución de alta resolución tridimensional impresora como el 3000 ProJet HD (Springboard Engineering Solutions LLC, Innovación Park, Notre Dame, IN, EE.UU.). </li><li> El archivo de STL se carga en el software de los sistemas propietarios 3D para el diseño de la tarea en el platform. Esto requiere cambiar la orientación del modelo alrededor de minimizar el uso de cera de apoyo y el tiempo de impresión. Este archivo se guarda. </li><li> El trabajo se envía electrónicamente a la impresora. </li><li> Una plataforma de aluminio se carga en la impresora y el ProJet HD 3000 comienza a imprimir el objeto. </li><li> El modelo se retira entonces de la plataforma y se coloca en un horno a unos 73 ° C para fundir la cera el apoyo del modelo. </li><li> El objeto se elimina caliente y secado con una Kimwipe para quitar la cera superficie restante. </li></ol></li></ol>

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<li>Bradshaw, S., Bowyer, A., Haufe, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+intellectual+property+implications+of+low-cost+3D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22ScriptEd%22%5BJournal%5D)">The intellectual property implications of low-cost 3D printing.</a> ScriptEd. 7 (1), 5-31 (2010).</li>
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<li>Guillot, A., Champely, S., Batier, C., Thiriet, P., Collet, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+spatial+abilities%2C+mental+rotation+and+functional+anatomy+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Health+Sci.+Educ.+Theory+Pract%22%5BJournal%5D)">Relationship between spatial abilities, mental rotation and functional anatomy learning.</a> Adv. Health Sci. Educ. Theory Pract. 12, 491-507 (2007).</li>
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 <a target="_blank" href="http://store.makerbot.com/replicator.html">http://store.makerbot.com/replicator.html</a> (c2009-2013).</li>
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<li>Sheridan, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabricating+consent%3A+three-dimensional+objects+as+rhetorical+compositions%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+and+Composition%22%5BJournal%5D)">Fabricating consent: three-dimensional objects as rhetorical compositions.</a> Computers and Composition. 27, 249-265 (2010).</li>
<li>Windisch, G., Salaberger, D., Rosmarin, W., Kastner, J., Exner, G. U., Haldi-Brandle, V., Anderhuber, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Model+for+Clubfood+Based+on+Micro-CT%5BTitle%5D)+AND+%22Data.+J.+Anat%22%5BJournal%5D)">A Model for Clubfood Based on Micro-CT.</a> Data. J. Anat. 210, 761-766 (2007).</li>
</ol>

W. Mateo Leevy es asesor de Carestream Molecular Imaging. Brian Stamile es un ingeniero de soporte técnico para las Industrias MakerBot.

CT de rayos X conjuntos de datos de la vida Lobund-rata Wistar y un ex vivo Nueva Zelanda cráneo conejo blanco se utilizaron para demostrar la viabilidad de la producción de objetos en 3D a partir de los datos preclínicos biológicos. Los modelos fueron generados utilizando tres fuentes distintas: 1) El popular Replicator Makerbot, 2) La tercera parte de la empresa Shapeways Inc, y 3) La alta calidad comercial ProJet HD 3000. Cada impresora es capaz de generar objetos que satisfacen el principio objetivo de la visualización de datos mejorada. Durante el proceso de impresión de los datos preclínicos CT, las ventajas y desventajas de cada método de impresión se determinaron y se resumen para el usuario final. El replicador de MakerBot es un barato ($ 1.750) solución mesa de trabajo que se puede acceder a prácticamente cualquier laboratorio en todo el mundo. Se puede imprimir en varios colores con entradas de bajo costo (un CT rata con pulmones que se utiliza alrededor de $ 3,50 en plástico). Sin embargo, la Makerbot está limitada por la resolución,y por lo tanto algunos modelos tendrán que ser ampliada para extrusión adecuada y la visualización de la estructura que se desea. Shapeways Inc. ofrece un destacado número de opciones en cuanto a color y material. Los modelos son de alta resolución, y robusto. Aunque sus precios son aproximadamente 10 veces más alta que la MakerBot sobre una base unitaria (un CT rata con pulmones era $ 41.61), un usuario puede ejecutar un número limitado de puestos de trabajo y evitar el costo inicial de la compra de una impresora. El plazo de ejecución de dos semanas a partir de Shapeways es un inconveniente menor. El ProJet HD 3000 proporcionan modelos excelentes en términos de resolución y la fuerza. Tuvimos la suerte de contratar la impresión de los objetos en el 3000 ProJet HD en Parque de Innovación de Notre Dame (alrededor de $ 30 por una rata CT con pulmones de mano de obra y materiales). Los usuarios pueden tener dificultades con el acceso a este tipo de equipos, ya que tienen un precio en el rango de $ 80.000, y es incómodo para la impresión con varios colores también. Dado que cada instrumento / fabricanteproporciona una métrica diferente para describir la resolución de impresión de objetos (nivel mínimo de detalle Shapeways = 0,2 mm, espesor mínimo de pared = 0,7 mm, grosor de corte 5 MakerBot = 0.2-0.3 mm con una boquilla de 0,4 mm, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 con una precisión de 0.025-0.05 mm), una evaluación cualitativa de resoluciones relativas entre cada sistema sugiere que ambos Shapeways y el sistema ProJet HD puede imprimir en gran detalle a escala, mientras que algunos de los objetos debe ser ampliada para el uso exitoso de el MakerBot. En conjunto, los tres métodos son el medio ambiente y proporcionar un medio conveniente para lograr la fácil producción de alto nivel de detalle pre-clínicos de rayos X modelos TC. Conclusión Poco a poco, la tecnología de impresión 3D se ha vuelto más accesible como los costos y la complejidad han sido minimizadas. 8, 9 Ahora, literalmente, cualquiera puede imprimir fotografías de alta resolución, los objetos tridimensionales de excavaciónarchivos Ital. Estos detallados objetos tridimensionales pueden ser herramientas útiles para los educadores e investigadores. Además, proporcionan un medio de comunicación visual que ayuda a lograr una comprensión más clara. 10 Por ejemplo, los investigadores médicos pueden usar muestras o modelos específicos del paciente para mejorar la comunicación y comprensión con sus colegas y pacientes. 11 Aunque la representación en las pantallas 2D tiene recorrido un largo camino, no hay absolutamente ningún sustituto para la experiencia visual y sensorial de la celebración de un objeto real que es capaz de ser celebrada, rotar, examinó y se movía alrededor. Un modelo se combina con una representación electrónica de datos es aún más potente, ya que permite a los investigadores examinar el objeto físico de las regiones de interés, y para encontrar las áreas en un modelo informático para el análisis cuantitativo. Con la recogida de datos adecuada, interpretación de superficie, y la edición de estereolitografía, es posible producir rápidamente relati detallada,Vely modelos de bajo costo de datos de rayos X TC. Aquí, proporcionamos un paso detallada, paso el método para la producción de un modelo tridimensional a partir de datos pre-clínicos de pequeños animales recogidos con una radiografía micro-CT. Adquirimos nuestra in vivo y ex vivo CT conjuntos de datos utilizando una estación de imagen Albira, y realiza el procesamiento posterior con PMOD, ImageJ, Meshlab y paquetes de software Netfabb. Finalmente, se proporcionan instrucciones detalladas para permitir la impresión tridimensional modelo con una gama de soluciones comerciales. En cada caso, el resultado final es un modelo que proporciona una única, de mano, manifestación física de los datos adquiridos en tomográficas que normalmente se limita a una pantalla de ordenador.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Programas necesarios <ol><li> Albira adquisición de imágenes </li><li> PMOD </li><li> ImageJ </li><li> Meshlab </li><li> Netfabb </li><li> ReplicatorG </li></ol></td></tr></tbody></table>

impresión 3d de preclínica de rayos x de datos tomografía computarizada establece

3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

La impresión tridimensional permite la producción de objetos muy detallados a través de un proceso conocido como la fabricación aditiva. Tradicionales, inyección de moldes métodos para crear modelos o partes tienen varias limitaciones, la más importante de las cuales es una dificultad en la fabricación de productos de alta complejidad en forma oportuna, costo-efectiva. 1 Sin embargo, las mejoras graduales en la tecnología de impresión en tres dimensiones han resultado en ambos instrumentos de gama alta y la economía que ahora están disponibles para la fácil producción de modelos personalizados. 2 Estas impresoras tienen la capacidad de extrusión de objetos de alta resolución con detalles suficientes para representar con precisión imágenes in vivo generados a partir de un preclínica escáner de rayos X CT . Con la recogida de datos adecuada, interpretación de superficie, y la edición de estereolitografía, ahora es posible y barato de producir rápidamente detalladas estructuras de tejidos blandos y óseos a partir de datos de rayos X de CT. Incluso en las primeras etapas de desarrolloción, los modelos anatómicos producidos por la apelación de la impresión en tres dimensiones a los educadores e investigadores que pueden utilizar la tecnología para mejorar el dominio de visualización. 3, 4 Los beneficios reales de este resultado del método de la experiencia tangible de un investigador puede tener con datos que no pueden ser expresadas adecuadamente a través de una pantalla de ordenador. La traducción de los datos preclínicos 3D a un objeto físico que es una copia exacta del objeto de la prueba es una poderosa herramienta para la visualización y la comunicación, especialmente en relación a la investigación de imágenes para los estudiantes, o los de otros campos. A continuación, se proporciona un método detallado para la impresión de los modelos de plástico de hueso y estructuras de los órganos derivados de CT de rayos X escanea utilizando un Albira sistema de rayos X CT en conjunto con PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb y ReplicatorG paquetes de software.

<img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> Figura 1. 3D modelos impresos de los pulmones y las características del esqueleto de una rata conjunto X de tórax Tomografía de datos. Objetos se imprimieron utilizando una ProJet HD 3000 (izquierda), Shapeways Inc. (Centro) o un replicador de Makerbot (derecha). La barra de escala indica 2 cm. Tenga en cuenta que la barra de escala en el panel C es más pequeña que la de A y B, lo que refleja que en algunos casos la Makerbot debe imprimir un objeto ampliada, con vistas a los detalles de salida suficiente. La Figura 1 muestra los productos finales para los tres métodos de impresión de la misma, en la rata in vivo conjunto de datos CT. Los tres modelos se componen de una estructura recortada esquelético y los pulmones extraíbles que se imprimieron de forma independiente y reconstruido. El modelo de la izquierda es el resultado de la ProJet HD 3000 de alta resolución de la impresora, creado usando plástico acrílico transparente. El objeto en el centrofue producida usando una empresa de terceros, Shapeways Inc., en la que se imprimió la estructura ósea utilizando nylon 12 plástico blanco, mientras que las estructuras respiratorias fueron fabricados en púrpura. Estos dos primeros modelos fueron impresos a escala real, que mide aproximadamente 11 cm de longitud. El objeto de la derecha se hizo con el MakerBot. La estructura esquelética se imprimen utilizando colores naturales ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) de plástico y los pulmones con verde lima ABS. Debido a los límites de resolución de la MakerBot, este modelo no se podría imprimir a escala sin degradación de la estructura fina como la caja torácica. En cambio, el modelo fue aumentado según casi 2X usando el &quot;llenar construir espacio&quot; opción para obtener el detalle visual deseado, lo que resulta en un objeto de 21 cm de longitud. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> Figura 2. Modelos 3D impresos de un ex sku conejo vivoodos los datos establecido. Los objetos expuestos se imprimieron utilizando una ProJet HD 3000 (izquierda), Shapeways Inc. (Centro) y un replicador de Makerbot (derecha). La barra de escala representa 1 cm. La Figura 2 muestra los productos finales de cada método de impresión para el conejo ex vivo cráneo conjunto de datos CT. El modelo de la izquierda es el resultado de la ProJet HD 3000 de alta resolución de la impresora utilizando plástico acrílico translúcido. El modelo de centro fue impreso en plástico blanco nylon12 través de la impresión Shapeways. El objeto de la derecha fue impreso en plástico blanco con el MakerBot. Todos los tres objetos fueron impresos a escala y miden aproximadamente 8,5 cm de longitud. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> Figura 3. Modelos 3D impresos de una rata completo conjunto de rayos X CT datos. Objetos se imprimieron utilizando una ProJet HD 3000 (izquierda) y Shapeways Inc. (derecha). La escala bAr representa 1 cm. La Figura 3 representa los productos finales para dos métodos de impresión de un completo en vivo de datos CT establecidos de una rata. Ambos modelos se componen de una estructura completa esquelético (menos la cola) y los pulmones extraíbles. El modelo de la izquierda es la resultante de una impresora de alta resolución, la HD ProJet 3000, impreso con plástico acrílico transparente. El modelo de la derecha fue impreso con impresión Shapeways, con la estructura esquelética creado usando plástico blanco nylon12 y los pulmones, en violeta. Estos dos modelos fueron impresos a escala real, que mide aproximadamente 19 cm de longitud. Debido al intrincado detalle requerido, el esqueleto completo no podría ser impreso con el replicador de MakerBot. Durante la exploración de las técnicas de impresión tridimensionales, ciertas ventajas y desventajas se observaron y se resumen en la Tabla 1. <table border="1"><tbody><tr><td><strong&gt; Método de Impresión </td><td> Ventajas </td><td> Desventajas </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> Extremadamente rápido, la variedad de opciones de color, capaz de imprimir en dos colores, muy barato </td><td> El menor nivel de detalle. La eliminación de materiales de soporte es lenta (del orden de un par de horas). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> Variedad de opciones de color, variedad de materiales para imprimir, alto nivel de detalle, relativamente barato </td><td> Dos semanas tiempo para procesar y recibir una orden </td></tr><tr><td> ProJet HD 3000 </td><td> Cambio relativamente rápido, el más alto nivel de detalle, de alto rendimiento, fácil de quitar los materiales de apoyo (cera). </td><td> El más caro costo por adelantado, sólo una opción de color durante la práctica. </td></tr></tbody></table> Tabla 1. Comparaciónde las tecnologías de impresión 3D disponibles para imprimir CT conjuntos de datos.

Uso de extrusión de plástico moderno y tecnologías de impresión, es posible ahora producir rápida y económicamente los modelos físicos de datos de rayos X CT tomadas en un laboratorio. La impresión tridimensional de tomográfica de datos es una visualización de gran alcance, la investigación, y una herramienta educativa que ahora se puede acceder por la comunidad de imagenología preclínica.

Impresión 3D de Preclínica de rayos X de datos tomografía computarizada Establece

Three-dimensional printing allows for the production of highly detailed objects through a process known as additive manufacturing.  Traditional, ...

El objetivo general de este procedimiento es crear modelos anatómicos de conjuntos de datos de tomografía computarizada (TC) preclínicos mediante tecnología de impresión plástica 3D. Esto se logra primero colocando una rata o un ratón en una estación de imagen y escaneando en modo de tomografía computarizada de rayos X. A continuación, los datos se reconstruyen y formatean para su entrada en un dispositivo comercial de impresión 3D.En el paso final, la impresora extruye un modelo físico complejo de datos de tejidos óseos o blandos en plástico. En última instancia, la tecnología de impresión 3D se utiliza para sacar los datos de la pantalla del ordenador y colocarlos en la palma de la mano. Tuve por primera vez la idea de este método cuando trabajaba con conjuntos de datos de tomografía computarizada de rayos X en el laboratorio, y tomé conocimiento de la tecnología de impresión 3D en mis clases de ingeniería aquí en Notre Dame.La principal ventaja de esta técnica frente a otros métodos existentes, como el moldeo por inyección de plástico, es que la impresión 3D permite la creación de modelos extremadamente complejos que de otro modo no sería posible producir. Aunque este método puede utilizarse para imprimir datos tridimensionales de estructuras esqueléticas, también puede aplicarse a sistemas de tejidos blandos, como los pulmones, obteniendo un producto final como este. Todas las imágenes in vivo y ex vivo realizadas para esta demostración del protocolo se obtuvieron mediante el sistema de tomografía computarizada de rayos X Albea; las imágenes se reconstruyeron utilizando el algoritmo de proyección inversa filtrada mediante Albea Suite 5.0. Para las imágenes in vivo mostradas en este protocolo, se escaneó un rata macho de cepa low bun con estrella de 10 meses de edad mientras estaba completamente anestetizado con ISO fluorina para la obtención de imágenes ex vivo.Se escaneó una muestra de cráneo de conejo blanco de Nueva Zelanda conservada en formalina al 10 %. Estas combinadas configuraciones de adquisición y reconstrucción producen una imagen final con vóxeles isotrópicos de 0,125 milímetros, lo cual se considera suficiente para el análisis de animales completos y la impresión 3D de estructuras anatómicas. Téngase en cuenta que las características esqueléticas provenientes de las tomografías computarizadas pueden imprimirse directamente a partir de los datos brutos sin necesidad de realizar segmentación.Sin embargo, se requiere la segmentación de los tejidos blandos antes de procesar estos datos para la impresión 3D. A continuación, se puede observar un ejemplo con tejido pulmonar. Luego, los datos deben convertirse de micro PET al formato DICOM. Mediante el software de análisis PMOD, los datos DICOM contienen valores de densidad volumétrica para cada vóxel.Luego, para preparar los datos DICOM para la impresión, los datos deben procesarse como una superficie continua en lugar de una imagen volumétrica; el software J versión 1.43 U puede utilizarse para obtener representaciones de superficie para su posterior procesamiento. Finalmente, dos programas, MeshLab versión 1.31 y Netfabb Studio Basic 4.9, pueden usarse simultáneamente para eliminar mallas excesivas, unir mallas desconectadas, reparar huecos y luego suavizar la malla final. Las diferencias principales entre estos dos programas son los conjuntos de herramientas disponibles para el usuario y algunos aspectos del control de navegación de la interfaz.Ambos son programas de software para la edición de mallas 3D, y usarlos juntos proporciona el enfoque más sencillo para editar el modelo. Asegúrese de guardar el archivo en formato STL al usar MeshLab. Para imprimir el modelo de TC utilizando la MakerBot, comience abriendo el archivo STL generado en pasos anteriores en el software Replicator G.Replicator G es un programa de Maker Bot Industries utilizado para comunicarse con la impresora en la esquina inferior derecha del menú del software. Haga clic en la opción de escala y luego seleccione llenar el espacio de construcción. A continuación, seleccione rotar y luego haga clic en colocar plano.Luego, haga clic en centro para modelos con detalles finos. También seleccione la opción rellenar la plataforma de construcción para escalar el modelo. A continuación, desde el mismo menú, haga clic en mover y luego seleccione colocar en la plataforma.Una vez que se haya logrado la orientación adecuada, seleccione generar código G desde la barra de menú superior. Aparecerá en pantalla una ventana con opciones de impresión. A continuación, seleccione el extrusor que suministrará el filamento para imprimir el objeto, ya sea el izquierdo o el derecho.Además, marque la casilla. Utilice el soporte de balsa en el menú desplegable titulado Usar material de soporte. Asegúrese de seleccionar la opción de soporte completo.A continuación, seleccione generar código G. Aparecerá un cuadro emergente que muestra el progreso del código G. Una vez completado el código G, seleccione construir para archivo para su uso con una tarjeta SD y guarde el archivo generado en este paso en una tarjeta de memoria SD. Para la transferencia, inserte esta tarjeta SD en la máquina maker bot.Luego, utilice el teclado del Maker Bot para seleccionar imprimir desde la tarjeta SD y seleccione el nombre del archivo deseado. En este momento, el Maker Bot comenzará automáticamente a calentarse para imprimir el objeto. Aquí podemos ver un video con lapso de tiempo del Maker Bot imprimiendo el modelo 3D a partir de un conjunto de datos de tomografía computarizada para realizar la impresión.Utilizando el servicio en línea de Shapeways, comience creando una cuenta gratuita en el sitio web de Shapeways. Luego, se puede cargar directamente el archivo STL previamente generado. Seleccione un título para el archivo cargado.A continuación, seleccione una unidad de medida en el menú desplegable que aparece. Ahora seleccione cargar modelo. Una vez cargado el archivo, el sitio web tardará unos minutos en procesarlo para asegurar que se pueda imprimir.El modelo estará disponible para imprimir en la página Mis Modelos después de aproximadamente 10 minutos. En la escena de ejemplo aquí mostrada, se utilizó la selección blanca fuerte y flexible para imprimir las estructuras esqueléticas y la selección púrpura fuerte y flexible para imprimir el tejido pulmonar. El archivo STL también puede imprimirse utilizando una impresora tridimensional comercial de alta resolución, como la Projet HD 3000.Para utilizar este sistema, primero es necesario cargar el archivo STL al formato propietario del sistema 3D para distribuir el trabajo sobre la plataforma. Esto requiere cambiar la orientación del modelo para minimizar tanto el uso de soporte de cera como el tiempo de impresión. Guarde este archivo y envíelo electrónicamente a la impresora, luego cargue una plataforma de aluminio en la impresora.El proyecto HD 3000 comenzará entonces a imprimir el objeto tridimensional como se muestra aquí. Una vez impreso, retire el modelo de la plataforma y colóquelo en un horno a aproximadamente 73 grados Celsius. Esto fundirá la cera de soporte del modelo.Finalmente, retire cuidadosamente el objeto del horno mientras aún esté caliente y límpielo con una toallita Kim. Esto eliminará cualquier cera residual de la superficie del objeto. Aquí podemos ver los productos finales de tres métodos de impresión del mismo conjunto de datos de TC de rata in vivo.Los tres modelos constan de una estructura esquelética recortada y pulmones extraíbles, que se imprimieron de forma independiente y luego se ensamblaron. El modelo que se observa aquí es el resultado de la impresora de alta resolución proje HD 3000, creada utilizando plástico acrílico translúcido. Aunque este objeto se produjo mediante una empresa externa, Shapeways Incorporated, en la cual la estructura esquelética se imprimió en plástico blanco de nailon 12, mientras que las estructuras respiratorias se fabricaron en color púrpura, estos modelos se imprimieron a escala, midiendo aproximadamente 11 centímetros de largo.Este objeto fue fabricado utilizando la MakerBot debido a los límites de resolución de la MakerBot. Este modelo fue ampliado, resultando en un objeto de 21 centímetros de longitud. Aquí observamos los productos finales de cada método de impresión para el conjunto de datos de TC de cráneo de conejo ex vivo.Los tres objetos se imprimieron a escala y miden aproximadamente 8,5 centímetros de longitud, y aquí vemos los productos finales de dos métodos de impresión. Un conjunto completo de datos de TC in vivo de la rata. Ambos modelos consisten en una estructura esquelética completa, sin incluir la cola, y pulmones extraíbles.Estos dos modelos se imprimieron a escala real. Tenga en cuenta que, debido al detalle intrincado requerido, no fue posible imprimir el esqueleto completo con la MakerBot Replicator. Después de ver este video, debería tener una comprensión sólida de cómo utilizar la tecnología de impresión 3D para crear modelos anatómicos complejos derivados de conjuntos de datos de tomografía computarizada por rayos X.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Biology

Biología

Hemos utilizado sincrotrón de rayos X de tomografía en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) de forma no invasiva producir conjuntos de datos 3D tomográfica con un píxel de resolución de 0.7μm. El uso de software volumen renderizado, lo que permite la reconstrucción de las estructuras internas en su estado natural, sin los artefactos producidos por el corte histológico.

No invasivo en 3D de visualización con la Sub-micron resolución mediante sincrotrón de rayos X de la tomografía

No destructivos visualización de volumen sólo se puede lograr por medio de técnicas tomográficas, de los cuales el más eficiente es la tomografía de rayos X micro computarizada (TC).

3D de alta resolución de imagen de Ex-Vivo Muestras Biológicas por Micro CT

Una metodología se describe en el presente documento para la representación de datos de imágenes anatómicas dentro de los cristales. Escalamos creamos modelos tridimensionales de datos de imágenes biomédicas para su uso en la subsuperficie de grabado láser (SSLE) de vidrio de cristal. Esta herramienta ofrece un complemento útil a la visualización computacional o tridimensionalmente modelos impresos utilizados en entornos clínicos o educativos.

Scaled anatómico modelo de creación de datos de imágenes tomográficas Biomédica y Asociados etiquetas para su posterior debajo de la superficie de grabado láser (SSLE) de cristales de vidrio

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