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
April 25th, 2017
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.
El objetivo general de esta metodología es utilizar el grabado láser subsuperficial, o SSLE, en cristales de vidrio para visualizar datos de imágenes tomográficas con estructuras marcadas. Los modelos de mano resultantes pueden servir como una poderosa herramienta de enseñanza. Este método crea modelos robustos y portátiles derivados de conjuntos de datos clínicos o preclínicos de tomografías computarizadas que facilitan la educación de las poblaciones de pacientes o estudiantes.
La principal ventaja de esta técnica es que las etiquetas de texto están suspendidas dentro del soporte de vidrio y unidas a la estructura asociada sin obstruir la vista de la pantalla anatómica de alta resolución. La demostración visual de este método es fundamental, ya que la generación de mapas de superficie con texto y barras de escala es difícil de aprender debido a los múltiples pasos y la precisión necesarios para una visualización precisa de las estructuras. Para empezar, convierta el segmento de imagen CT en un conjunto de datos DICOM al formato de archivo adecuado.
En el software de procesamiento de imágenes, seleccione el comando load DICOM en la configuración de vista. A continuación, guarde el conjunto de datos en el formato de archivo NIfTI. Ahora, importe los archivos NIfTI a un programa de imágenes médicas común que genera mapas de superficie mediante la segmentación automatizada.
Para 3D Slicer, utilice la herramienta Agregar datos. A continuación, seleccione la herramienta Creador de modelos en escala de grises y alterne la especificación, cree y cambie el nombre del nuevo modelo. A continuación, reduzca los valores de umbral a aproximadamente 300 HU, o la segmentación del hueso, y guarde los modelos de escala de grises resultantes como archivos STL para su posterior procesamiento de datos.
A continuación, importe los archivos de mapas de superficie en un software de preparación de datos 3D. Con Netfabb Studio Basic, seleccione el modo de reparación. A continuación, utilice las herramientas de selección de pieza y eliminación para eliminar todas las superficies que no representen la estructura de interés.
A continuación, utilice la herramienta añadir triángulo para cubrir parcialmente los agujeros de las superficies y, a continuación, utilice el script de reparación automática para cerrar completamente los huecos restantes. Ahora, en el menú de acciones, seleccione el script de reparación de caras degeneradas para resolver los bordes que carecen de área de superficie y, a continuación, utilice aplicar reparación para salir del modo de reparación y guardar las modificaciones. El siguiente paso es utilizar la herramienta de corte para eliminar características no deseadas o reducir el tamaño del modelo.
En el menú de corte del área contextual, designe la ubicación de cada corte dentro del plano x-y-o z. A continuación, utilice la herramienta Ejecutar corte y seleccione la configuración de corte triangular para cerrar automáticamente todos los agujeros resultantes. Para eliminar todas las superficies resultantes de los cortes que no representan la estructura de interés, utilice las herramientas Seleccionar parte y Eliminar simultáneamente.
Por último, si no se va a utilizar una barra de escala, modifique las dimensiones de cada mapa de superficie utilizando la opción de escala. Por lo tanto, el modelo puede modificarse para que quepa dentro de un cubo de ocho centímetros, o un prisma rectangular de cinco centímetros por cinco centímetros por ocho centímetros. Ahora el archivo de datos se puede usar para el grabado de la capa subsuperficial para hacer un modelo sin etiquetas ni una barra de escala.
En primer lugar, genere archivos de datos de etiqueta para el archivo SSLE. Utilice software CAD con una plantilla de métricas. Abra un nuevo archivo y haga un boceto 2D en cualquier plano.
Utilice la herramienta de texto para producir etiquetas anatómicas mecanografiadas en una fuente Times New Roman de dos milímetros. Cuando haya terminado, seleccione la opción Finalizar boceto en el menú de salida de la barra de herramientas. Para extruir la fuente con la configuración predeterminada, elija la herramienta de extrusión en el menú crear y active la opción de texto 2D.
A continuación, produzca una línea de etiqueta para cada etiqueta. Comience con un nuevo archivo y elija la herramienta círculo de punto central en el menú de dibujo. A continuación, haz un círculo con un centro en el origen y define el diámetro del círculo como un milímetro utilizando la herramienta de cota en el menú de restricciones.
Extruya la columna a la longitud deseada, que oscila entre 10 y 50 milímetros. Las barras de escala se hacen de manera similar. Después de crear cada etiqueta de texto, cada línea de etiqueta y la barra de escala, guarde los datos como un archivo STL.
Se necesita una línea de etiqueta única para cada etiqueta de texto. A continuación, en el modelo SSLE, importe todas las etiquetas de texto, las líneas de etiqueta cilíndricas y la barra de escala. Utilice un software de preparación de datos 3D capaz de guardar el ensamblaje como un solo archivo STL.
A continuación, utilice la herramienta mover parte para colocar las etiquetas de texto cerca de la anatomía asociada. En este proceso, utilice la herramienta Rotar parte para orientar las etiquetas de modo que todas miren en la misma dirección. A continuación, utilice las mismas herramientas para colocar las líneas de etiqueta de modo que las conecten a la estructura asociada en el modelo.
Según sea necesario, las líneas de la etiqueta se pueden hacer más pequeñas yendo al modo de reparación y eligiendo seleccionar triángulos y eliminar triángulos seleccionados. Ahora coloque la barra de escala de manera similar. Si se hicieron tres barras, una para cada eje, colóquelas en consecuencia.
Una vez que se haya colocado todo, seleccione todas las partes y exporte los datos como un solo archivo STL. Las técnicas para la reducción adicional de rostros y el proceso de grabado se describen en el protocolo de texto. El grabado láser subsuperficial de cristales de vidrio es un medio profundo para visualizar numerosos tipos de datos de imágenes tomográficas biomédicas.
Dado que las dimensiones se modifican antes del grabado, se pueden representar estructuras de varios tamaños a través del grabado láser. Las barras de escala se pueden implementar de dos maneras. Pueden abarcar los lados de la estructura, lo que es ideal para estructuras dilatadas como el núcleo óseo.
La otra opción es que tres ejes de barra de escala converjan en una esquina. Esto es más adecuado para estructuras a escala o reducidas. La característica clave del grabado subsuperficial es la capacidad de adjuntar etiquetas de texto según sea necesario a las características anatómicas.
Aquí, el texto se colocó en dos planos para espaciar las etiquetas y mantener una visión clara de la anatomía. Los huesos y otras estructuras que se pueden ver claramente desde un lado pueden tener sus etiquetas alineadas a lo largo de un solo plano. Siguiendo este procedimiento, prácticamente cualquier conjunto de datos tridimensionales se puede convertir a un formato que pueda etiquetarse adecuadamente para su visualización científica en un medio portátil de cristal de vidrio ultrapuro.
Visión general
Este artículo describe una metodología para visualizar datos de imágenes anatómicas mediante grabado láser subsuperficial (SSLE) en cristales de vidrio. Los modelos resultantes sirven como herramientas de enseñanza efectivas al proporcionar estructuras etiquetadas sin obstruir la vista de las pantallas anatómicas de alta resolución.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Imágenes biomédicas
- Modelado 3D
- Herramientas educativas
Antecedentes
- El grabado láser subsuperficial permite la visualización de datos de imágenes tomográficas.
- Los modelos portátiles derivados de conjuntos de datos de imágenes mejoran las experiencias educativas.
- El método mantiene la claridad al suspender etiquetas de texto dentro del medio de vidrio.
- Las demostraciones visuales son cruciales debido a la complejidad del proceso.
Propósito del estudio
- Crear modelos robustos a partir de datos de imágenes clínicas o preclinicas.
- Facilitar la educación para poblaciones de pacientes y estudiantes.
- Demostrar un método para la representación anatómica precisa.
Métodos utilizados
- Convertir imágenes de TC de DICOM a formato NIfTI.
- Generar mapas de superficie usando software de imágenes médicas.
- Preparar y reparar modelos 3D usando software de preparación de datos.
- Grabar modelos con etiquetas anatómicas y barras de escala usando software CAD.
Resultados principales
- Se crearon con éxito modelos anatómicos etiquetados para uso educativo.
- Se demostró la capacidad de modificar dimensiones para varias estructuras.
- Se mostró cómo posicionar etiquetas y barras de escala de manera efectiva.
- Se describieron técnicas para reducir caras y mejorar la calidad del grabado.
Conclusiones
- SSLE es un método poderoso para visualizar datos de imágenes biomédicas.
- Las etiquetas de texto pueden mejorar el valor educativo de los modelos.
- Varias estructuras anatómicas pueden representarse con precisión a través de esta técnica.
Preguntas frecuentes
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.
