Voxel Printing Anatomy: Design og fremstilling af realistiske, præsurgiske planlægningsmodeller gennem bitmapudskrivning

Summary

Denne metode demonstrerer en voxel-baseret 3D-udskrivningsarbejdsgang, der udskriver direkte fra medicinske billeder med nøjagtig rumlig troskab og rumlig / kontrastopløsning. Dette muliggør præcis, gradueret kontrol af materialefordelinger gennem morfologisk komplekse, graduerede materialer korreleret med radiotæthed uden tab eller ændring af data.

Abstract

De fleste anvendelser af 3-dimensionel (3D) udskrivning til præsurgisk planlægning har været begrænset til benede strukturer og enkle morfologiske beskrivelser af komplekse organer på grund af de grundlæggende begrænsninger i nøjagtighed, kvalitet og effektivitet i det nuværende modelleringsparadigme. Dette har stort set ignoreret det bløde væv, der er kritisk for de fleste kirurgiske specialiteter, hvor det indre af et objekt betyder noget, og anatomiske grænser gradvist overgår. Derfor nødvendiggør den biomedicinske industris behov for at replikere humant væv, der viser flere organisationsskalaer og varierende materialefordelinger, nye former for repræsentation.

Præsenteret her er en ny teknik til at skabe 3D-modeller direkte fra medicinske billeder, som er overlegen i rumlig og kontrastopløsning til nuværende 3D-modelleringsmetoder og indeholder tidligere uopnåelig rumlig troskab og blødt vævsdifferentiering. Også præsenteret er empiriske målinger af nye, additivt fremstillede kompositter, der spænder over spektret af materialestivheder set i blødt biologisk væv fra MR og CT. Disse unikke volumetriske design- og udskrivningsmetoder giver mulighed for deterministisk og kontinuerlig justering af materialets stivhed og farve. Denne kapacitet muliggør en helt ny anvendelse af additiv fremstilling til præsurgisk planlægning: mekanisk realisme. Som et naturligt supplement til eksisterende modeller, der giver udseendematchning, giver disse nye modeller også læger mulighed for at "føle" de rumligt varierende materialeegenskaber af en vævssimulator - en kritisk tilføjelse til et felt, hvor taktil fornemmelse spiller en nøglerolle.

Introduction

I øjeblikket studerer kirurger adskillige diskrete 2-dimensionelle (2D) billeddannelsesmetoder, der viser forskellige data til planlægning af operationer på 3D-patienter. Desuden er visning af disse data på en 2D-skærm ikke fuldt ud i stand til at kommunikere det fulde omfang af de indsamlede data. Efterhånden som antallet af billeddannelsesmetoder vokser, kræver evnen til at syntetisere flere data fra forskellige modaliteter, der udviser flere organisationsskalaer, nye former for digital og fysisk repræsentation for at kondensere og kuratere information for mere effektiv og effektiv kirurgisk planlægning.

3D-printede, patientspecifikke modeller er opstået som et nyt diagnostisk værktøj til kirurgisk planlægning, der har vist sig at reducere driftstiden og kirurgiske ^{komplikationer1}. Processen er imidlertid tidskrævende på grund af standard stereolitografi (STL) -metoden til 3D-udskrivning, som viser et synligt tab af data og gengiver trykte objekter som faste, homogene og isotrope materialer. Som følge heraf har 3D-print til kirurgisk planlægning været begrænset til benede strukturer og enkle morfologiske beskrivelser af komplekse ^organer2. Denne begrænsning er et resultat af et forældet produktionsparadigme styret af den industrielle revolutions produkter og behov, hvor fremstillede genstande beskrives fuldt ud af deres ydre ^grænser3. Den biomedicinske industris behov for at replikere humant væv, der viser flere organisationsskalaer og varierende materialefordelinger, nødvendiggør imidlertid nye repræsentationsformer, der repræsenterer variationerne på tværs af hele volumenet, som ændrer sig punkt for punkt.

For at løse dette problem blev der udviklet en 3D-visualiserings- og modelleringsteknik (figur 1) og kombineret med en ny, additiv fremstillingsproces, der muliggør større kontrol over blanding og aflejring af harpikser i ultrahøj opløsning. Denne metode, kaldet bitmapprint, replikerer menneskelig anatomi ved at 3D-printe direkte fra medicinske billeder på et niveau af rumlig troskab og rumlig / kontrastopløsning af avanceret billeddannelsesteknologi, der nærmer sig 15 μm. Dette muliggør den præcise og graduerede kontrol, der kræves for at replikere variationer i morfologisk komplekst blødt væv uden tab eller ændring af data fra diagnostiske kildebilleder.

Protocol

BEMÆRK: 3D Slicer Medical Image Computing ^Software4 (se materialetabellen) blev brugt til det arbejde, der blev udført i afsnit 1 til 3.

1. Indtastning af data

1. Åbn den medicinske billedberegningssoftware, klik på knappen Filer og DICOM i rullemenuen, og vent på, at DICOM-browservinduet åbnes.
   1. Vælg Importér i vinduet DICOM-browser. Vent på, at pop op-vinduet Importer DICOM-filer fra biblioteket vises.
   2. Naviger til DICOM-filstakken , og klik på Importer knap.
   3. Sørg for, at den valgte stak DICOM-filer indlæses i DICOM-browseren. Sørg for, at dataene er udfyldt korrekt og matcher den ønskede undersøgelse i følgende kategorier: Patient, Undersøgelse, Serie og Forekomst.
      1. Klik på afkrydsningsfeltet Avanceret for at aktivere yderligere metadata. Vælg det ønskede serienummer, og klik på knappen Undersøg . Sørg for, at den ønskede sekvens ikke viser advarsler. Klik på afkrydsningsfeltet ud for den ønskede DICOM-datafil | Indlæs.
         BEMÆRK: Vælg billeder i højeste opløsning med den tyndeste skiveanskaffelse, da denne metode er i stand til at udskrive ved 15 μm og 27 μm skivetykkelse.
2. Når sekvensen er indlæst i softwaren til medicinsk billedberegning, skal du navigere til Moduler og vælge Volumengengivelsesmodul i rullemenuen for volumengengivelse.
   1. I modulet Volumengengivelse skal du vælge navnet på sekvensen i rullemenuen Lydstyrke for at aktivere billedstakken og oversætte dataene til en voxeliseret enhed. Sørg for, at navnet på det aktive modul svarer til den ønskede sekvens, der blev valgt i trin 1.1.3.1.
   2. Klik på eye ball ikon ved siden af rullemenuen Lydstyrke for at visualisere den valgte lydstyrke i 3D. Sørg for, at 3D-displayvinduet er åbent, og at en gråtone-3D-repræsentation er synlig.
   3. Klik derefter på pilen ud for Avanceret for at åbne Avancerede værktøjer. Vælg fanen Volumenegenskab for at åbne et sæt kontrolelementer til ændring af voxelmodellens farvekanal.
   4. Naviger til menuen Skalar Opacitetstilknytning . Venstreklik i feltet for at oprette punkter, hvor intensitetsværdier defineres af opacitet. Placer punkter langs denne skala for at visualisere anatomien af interesse.
      BEMÆRK: Punktets højre-venstre placering er korreleret med området for billedets intensitetsværdier, og op-ned-placeringen refererer til opaciteten.
   5. Naviger til menuen Skalarfarvetilknytning . Venstreklik i feltet for at oprette punkter og angive farver, der er korreleret med intensitetsværdier. Dobbeltklik i feltet for at åbne vinduet Vælg farve for at ændre farveoplysninger.

2. Manipulationer

BEMÆRK: Et maskeringstrin er påkrævet, hvis anatomien er tilstrækkelig kompleks, til det punkt, hvor omgivende væv og fremmede data er til stede efter ændringer af volumenegenskaberne.

1. Naviger til Moduler , og vælg Segment Editor i rullemenuen. Sørg for, at værktøjslinjerne i Segmenteditor vises.
   1. Naviger til rullemenuen Segmentering , og vælg Opret ny segmentering som. Skriv et brugerdefineret navn til segmenteringen i pop op-vinduet Omdøb segmentering , og klik på OK.
   2. Naviger til rullemenuen Master Volume , og vælg den aktive lydstyrke, som har samme navn som volume rendering. Klik derefter på knappen Tilføj direkte under rullemenuen. Sørg for, at segmentcontaineren er oprettet i feltet nedenfor.
   3. Naviger til effektværktøjspanelet nedenfor, og vælg sakseværktøjet . Naviger til saksemenuen , og vælg Udfyld indeni, Fri form og Ubegrænset. Hold derefter markøren over 3D-vinduet, højreklik og hold nede, mens du tegner rundt i det område, der skal slettes. Sørg for, at der vises et farvet skår, der viser, hvad der er dækket. Gentag denne proces, indtil alle områder, der skal slettes, er dækket.
      BEMÆRK: Der er udvidelser, såsom Segment Editor Extra Effects, der kan downloades til den medicinske billedcomputersoftware, der indeholder værktøjer til oprettelse af denne segmentering.
   4. Vælg derefter værktøjet Maskevolumen i menuen Effekter . Markér Vælg inde for at slette alle billeddata, der er omfattet af segmentet. Rediger derefter fyldværdien til at være -1000, hvilket er lig med luft eller tomrum i Hounsfield-enhedsskalaen. Til sidst skal du trykke på Anvend og klikke på Eye Ball ved siden af Output Volume for at vise den nye maskerede lydstyrke.
      1. Naviger til Moduler , og vælg Lydstyrkegengivelse i rullemenuen. Klik på Øjekuglen ud for den aktive lydstyrke for at slå visualiseringen fra.
      2. Vælg derefter det nyoprettede maskerede volumen i rullemenuen. Klik på Eye Ball for at aktivere lydstyrken.
      3. Til sidst skal du navigere til menuen Input og åbne rullemenuen Egenskaber . Vælg den volumeneeligseligse, der blev oprettet i trin 1.2.5. Sørg for, at lydstyrken i 3D-visningen er maskeret og farvekodet.

3. Udskæring

BEMÆRK: Denne proces omgår den traditionelle 3D-udskrivningsmetode ved at sende udsnitsfilerne direkte til 3D-udskrivning i stedet for en STL-mesh-fil. I de følgende trin oprettes udsnit ud fra volumengengivelsen. Bitmap Generator-modulet er en specialbygget udvidelse. Dette kan downloades fra Extensions Manager.

1. Naviger til modulerne, vælg Slicerfab på rullelisten. Sørg for , at menuerne Udskrivningsparametre og Outputparametre er til stede.
   1. Under rullemenuen Printerparametre skal du sikre dig, at X-opløsningen er indstillet til 600 DPI , og at Y-opløsningen er indstillet til 300 DPI. Sørg for , at lagtykkelsen er indstillet til 27 μm.
   2. Åbn derefter menuen Outputparametre og rediger skalaen for den endelige model efter behov.
   3. Til sidst skal du vælge en filplacering, hvor de udsnit skal gemmes, og klikke på Generer.
      BEMÆRK: Dette trin kan tage flere minutter at gennemføre.

4. Dithering

BEMÆRK: Adobe Photoshop (se tabellen over materialer) blev brugt til det arbejde, der blev udført i afsnit 4.

1. Åbn billedredigeringssoftwaren , og klik på Filer, og vælg Åbn i rullemenuen. Naviger til det første billede af PNG-filstakken, der blev oprettet i det forrige trin, og klik på knappen Åbn .
2. Naviger til Vindue, og vælg Handlinger i rullemenuen. Klik på Ny handling i menuen Handlinger, angiv et brugerdefineret navn, og vælg OK. Sørg for, at handlingen registreres, ved at kontrollere, at knappen Optag er aktiv og rød.
   1. Når billedet er indlæst, skal du navigere til | | Indekseret farve. I vinduet Indeks skal du vælge i rullemenuen Lokal perceptuel og angive antallet af farver, der skal være 8.
   2. Vælg Brugerdefineret i menuen Tvungen. Klik på de to første firkanter, vent på, at vinduet Brugerdefineret farve vises, og vælg en brugerdefineret farvepalle. Vælg 100 % Magenta , og sørg for, at C, Y og K er indstillet til 0.
      1. Gentag denne proces, og sørg for, at der er to firkanter afsat til 100% C, Y og K.
   3. I menuen Indstillinger for Matte skal du vælge Brugerdefineret i rullemenuen. For Dither skal du vælge Diffusion og vælge 100 %for Beløb. Til sidst skal du klikke på OK.
   4. Naviger til Handling menuen og klik på den firkantede knap for at stoppe optagelsen. Luk det aktive vindue, og klik på Nej i pop op-vinduet Gem ændringer .
3. Naviger til | Automatiser | Parti. I pop op-vinduet Batch skal du navigere til rullemenuen Handling og vælge den handling, der blev oprettet i det forrige trin. Klik derefter på knappen Vælg under menuen Kilde, og naviger til mappen med billeder, der eksporteres i trin 3.1.3. Klik på knappen Vælg i menuen Destination, vælg en destinationsmappeplacering for de nye filer, og klik på OK.

5. Voxel-udskrivning

BEMÆRK: Stratasys ^GrabCAD5 blev brugt til det arbejde, der blev afsluttet i afsnit 5.

1. Åbn udskrivningssoftwaren, klik på Apps og start Voxel Print Utility i rullemenuen.
   1. Angiv præfikset for PNG-filstakken i tekstfeltet Udsnitsfilers præfiks . Klik derefter på knappen Vælg , og naviger til den mappe, hvor PNG-filstakken er placeret, og klik på OK.
   2. Under Udsnitsområde skal du sikre dig, at det første udsnit og antallet af udsnit stemmer overens med antallet af filer i den oprettede mappe.
   3. Under Udskæringsparametre skal du sikre dig, at tykkelsen i skiver (mm) svarer til de indstillinger, der er angivet i trin 3.1.1.1, og udsnitsbredden (pixels) og Udsnitshøjden (pixels) stemmer overens med PNG-filernes bredde og højde.
   4. Under Baggrundsfarve skal du sikre dig, at baggrunden matcher baggrundsfarven, indstillet til ikke at udskrive. Når du er færdig, skal du klikke på knappen Næste .
2. På siden Værktøjer under Materialetilknytning skal du vælge det materiale i rullemenuen, der skal knyttes til den tilknyttede farve, der stammer fra PNG-filerne. Gentag denne proces for hver farve i menuen. Klik derefter på Afslut | OK i popup-vinduet Info Gcvf oprettelse lykkedes.
3. Klik på Filer på værtscomputerens udskrivningssoftware | Importer fil fra rullemenuen. Naviger til Gcvf-filen, og klik på Indlæs. Vælg Udskriv på hovedskærmen.

Representative Results

Et positivt resultat, som vist i figur 2 og figur 3, vil være en direkte oversættelse af volumengengivelsen som defineret i trin 1.2.5 eller 2.1.1.4. Den endelige model skal visuelt matche volumengengivelsen i størrelse, form og farve. Langs denne proces er der adskillige trin, hvor der kan opstå en fejl, som vil påvirke en eller flere af de egenskaber, der er anført ovenfor.

Problemer i forbindelse med den ensartede skalering, som vist i figur 4, af de udskrevne modeller kan være et resultat af billedbehandlingen, computerens hardware og/eller standardsoftwareindstillingerne. Hospitaler bruger en række forskellige teknikker til at producere og gengive billeder fra en række mulige scannere. Da denne metode fungerer direkte fra kildebillederne, som kan eksponere metadata, der ikke typisk bruges, er det vigtigt at være fortrolig med nuancerne i billedbehandlingsarbejdsgangen. Skalaproblemer kan opstå, når 'transformation' bages ind i metadataene, som kunstigt kan justere laghøjde og rotation.

Skaleringsproblemer kan også være et resultat af computerskærmens størrelse. Nogle versioner af Slicerfab er indstillet til at skære lydstyrkegengivelsen og gemme den resulterende PNG på størrelsen på den aktive skærm. I disse versioner af Slicerfab vil billeder, der er større end skærmen, blive afskåret. Endelig har forskellige opdateringer i Photoshop resulteret i skaleringsproblemer, når opdateringerne ændrer standardindstillingerne til billedimportopløsningen. Når standarden er indstillet til andet end 600 DPI, opretholder billederne ikke den samme skala af billeder, der produceres af den medicinske billedcomputersoftware. De vil resultere i forvrængninger af X-Y-dimensionen, mens z-højden på modellen forbliver korrekt.

Problemer relateret til uregelmæssige former og uventede geometrier kan resultere, når du arbejder med opacitet i den medicinske billedcomputersoftware. Fanen Volumenegenskaber indeholder muligheden for at ændre både farve- og opacitetskanaler. Når opacitetskanalen er sat til under 50%, producerer gengivelsesalgoritmerne visualiseringer, der er vanskelige for brugeren at opfatte, især omgivende komplekse strukturer. Dette kan resultere i, at yderligere data analyseres i processen og kan føre til, at uønskede data 3D-udskrives.

Problemer relateret til farve kan skyldes softwaregrafik og brugerfejl i både billedredigeringssoftware og udskrivningssoftware. Den medicinske billedcomputersoftware har adskillige valg til justering af volumengengivelsen. Selvom den aktuelle version af Slicerfab har hardkodede gengivelsesindstillinger, kan der stadig foretages ændringer. Aktivering af lys- og skyggeindstillinger samt GPU-gengivelsesindstillinger kan give uventede og uoprettelige resultater. Endelig kan ditheringstrinnene, der starter ved trin 4.1.2.3, påvirke farven baseret på mulighederne for farvesyntese, som bestemmes af antallet og de relative koncentrationer af de tilgængelige basismaterialer i printeren.

Den 'lokale perceptuelle' ditheringalgoritme forsøger at producere en visuel tilnærmelse af kildefarven fra de tilgængelige farver, der er defineret i 'farvevælgeren'. Ændring af antallet og farven på basismaterialerne vil ændre den resulterende nuance og farvenøjagtighed af den udskrevne model. Hvis klar anvendes som basismateriale, som vist i figur 5, resulterer problemer omkring overflade- og undergrundslysspredning gennem den trykte model ofte i utro farveoversættelser fra den digitale gengivelse til den trykte ^model6.

Figur 1: Flowdiagram. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 2: Voxel digital til fysisk dithering af farve. (A) et tværsnit af en hjertemodel vises ved at dividere anatomiens densitetsområder i 2, 4 og 10 farver. (B) Der kaldes en udvidelse af en del af hver model, der viser de enkelte pixels, som vil blive behandlet til dråber af materialer i 3D-udskrivningsprocessen. (C) Her vises tværsnitsmodeller med 3D-print ved hjælp af voxel-teknikken, der viser oversættelsen fra et billede til modellen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 3: Voxel repræsentative resultater. To modeller, der viser repræsentative resultater af en vellykket metode. (A) En tværsnitsnyremodel af en voksen med klarcellekarcinom. Tumoren på højre side er blevet fjernet for at vise grænsefladen mellem nyre og tumor. Dette gør det muligt for en kirurg en bedre forståelse af tumorens morfologi og dens forhold til kritiske elementer, der skal undgås. B) En sektionsopdelt hjertemodel, der viser variationen i vævstætheden. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 4: Voxel-skalaproblem. To billeder af den samme model, der viser resultatet af et skaleringsproblem. (A) Tværsnitsbillede af nyren. X-Y-opløsningen vises proportionalt, men er 50 % af det tilsigtede produkts (B) profilvisning af nyren. X-opløsningen forbliver nøjagtig fra kildedataene og resulterer i en model, der ser ud til at være strakt i X-retningen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 5: Potentielle problemer. To billeder af to forskellige modeller viser problemerne omkring klarheden i at arbejde med gennemsigtige materialer. (A) Denne model viser resultatet af lukkede hulrum i modellen, der er blevet fyldt med et »støttemateriale« af printeren. I denne model blev hulrummene med vilje skabt for at skabe en variation i optiske egenskaber. (B) Denne model viser åbne hulrum, der løber dybt ind i modellen. Hulrummene er snoede, hvilket gør standard efterbehandlingsteknikker, der polerer overfladen, umulige. Den resulterende optiske forvrængning har gjort modellen ubrugelig til kliniske anvendelser. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 6: Voxel-behandlingsarbejdsgang og sammenligning af billedkvalitet. Fra input DICOM-dataene oprettes (A) en maske for at isolere interesseområdet og rekonstruere det til en 3D-volumengengivelse, (B), hvorfra et histogram analyseres for at analysere intervallerne af intensitetsværdier. Formkanalen for den voxelbaserede volumengengivelse aktiveres for at visualisere formen af den resulterende maskerede DICOM. Materialekanalen for den voxelbaserede volumengengivelse ændres gennem opslagstabeller, der knytter farve til de angivne intensitetsområder (C). Volumengengivelsen udskæres som PNG-filer i fuld farve til de nødvendige begrænsninger og opløsning på printeren (D). Hver PNG-skive er dithered i de materialebeskrivelser, der er nødvendige for at fremstille de medicinske data. (E) De resulterende farvekomposit-PNG'er sendes til printeren. (F) En visualisering af et datasæt i høj opløsning sammenlignet med et datasæt med lav opløsning (G) ved hjælp af den samme teknik til at demonstrere behovet for kildedata af højeste kvalitet. Klik her for at se en større version af denne figur.

Discussion

Den nuværende repræsentative ramme, som flertallet, hvis ikke alle, af digitale modelleringsværktøjer anvender i dag, resulterer i ^{STL-filformatet8}. Ikke desto mindre har den specifikke karakter af dette paradigme vist sig utilstrækkelig, når man forsøger at udtrykke den granulære eller hierarkiske struktur af mere komplekse, naturlige materialer. Med ankomsten af nyere additive fremstillingsteknikker såsom multimateriale 3D-udskrivning kan der produceres højt tunede og stærkt optimerede objekter, som viser gradvise materialeovergange i hele deres volumen. Dette papir antyder, at en voxel- eller bitmapbaseret proces er mere velegnet til komplekse materialerepræsentationer og giver en teknik til oversættelse af radiodensitet og morfologisk kompleksitet fra radiologiske billeder. Fordelene ved denne arbejdsgang inkluderer i) en præcis, gradueret kontrol over materialefordelingen i flere skalaer inden for et 3D-trykt volumen og ii) kraften til at øge eksisterende 2D-billedbehandlingsteknikker på 3D-voxelfelter og producere nye kreative veje inden for design og teknik af objekter, hvis æstetiske kvaliteter og materialeorganisation er stærkt moduleret, så de passer til deres strukturelle ydeevne.

Hvert trin i denne proces er afgørende for at opnå et nøjagtigt endeligt 3D-print, og der er ikke meget plads til fejl. Undervejs er der mange punkter, hvor der kræves ekstra opmærksomhed, og der skal udføres kontrol for at sikre nøjagtighed. For det første har valg af de rigtige billeder til denne metode en direkte indvirkning på den endelige 3D-printede model, som vist i figur 6F,G. Denne metode søger at opretholde renheden af kildebillederne; eventuelle ændringer for at forbedre opløsningen eller glatte konturer kan introducere eller eliminere data. Det endelige produkt i denne metode er kun så godt som inputdataene. Denne metode muliggør dråbeopløsning på 15 μm og 27 μm lagtykkelse. Derfor er det vigtigt at arbejde tæt sammen med en radiolog for at finde billeder i højeste opløsning med det tyndeste udsnitsantal.

For det andet kræver de modelredigeringstrin, der er beskrevet i protokoltrinnene 1.1, 2 og figur 6A , brugerinput for at maskere og ændre opslagstabellerne for at udtrække og gengive det ønskede resultat. På grund af det høje opløsningsniveau kan flere skalaer af en anatomisk struktur redigeres. En grundig forståelse af medicinske billeddatastrukturer og deres relation til biologisk væv er afgørende for at udtrække de ønskede data. Opmærksomhed under dette trin kan give mulighed for højt indstillede modeller, der replikerer flere organisationsskalaer i biologisk væv.

For det tredje bestemmer ditheringstrinnet beskrevet i protokoltrin 4, hvordan materialer vil blive gradueret fra kildefarverne. Det er vigtigt at sikre, at kildefarverne relaterer til farverne i printeren. Hvis farverne i printeren ikke stemmer overens med farverne i ditheringstrinnet, kan der forekomme uventede variationer i farven i den endelige model. Derudover vil mange ditheringsteknikker give en række resultater. Det er afgørende, at dette undersøges nøje for at sikre, at ingen data går tabt, og at de relevante oplysninger vises sammenhængende.

Vi leverer nogle fejlfindingsløsninger på de problemer, der er defineret i de repræsentative resultater. For det første er spørgsmål relateret til skala generelt relateret til en transformation bagt ind i de medicinske billedmetadata modtaget fra en radiologisk afdeling. Dette problem kan rettes i den medicinske billedcomputersoftware ved at slette alle disse arvede 'Transformationer'. Det første trin er at åbne menuen Transformation og vælge Slet aktiv transformation i rullemenuen. Gentag denne proces for alle arvelige transformationer; dette skal straks rette op på problemet.

For det andet er spørgsmål relateret til geometri generelt relateret til aktivering af opacitetskanalen i protokoltrin 1.2.4. Når opacitetskanalen er sat til under 50%, producerer gengivelsesalgoritmerne visualiseringer, som er vanskelige for brugeren at opfatte, især omgivende komplekse strukturer. Løsningen på dette problem er at indstille opacitetskanalen til 100% og dermed skabe en solid farve, der kan defineres som et 'klart' materiale i protokoltrin 5.

For det tredje er problemer i forbindelse med udskæring i Slicerfab-programmet ofte et resultat af, at flere 'volumener' og interesseområdets værktøj (ROI) indlæses i den medicinske billedberegningssoftware. Hvis der indlæses flere 'Diskenheder', skal du vælge de fremmede diskenheder i rullemenuen Lydstyrke i modulet Volumengengivelse , så den er aktiv. Vælg derefter Slet aktuel lydstyrke i den samme rullemenu. Gentag dette trin for at se et ekstra investeringsafkast, der muligvis er oprettet. Når en 'Volume' og en 'ROI' er til stede, skal Slicerfab fungere uden behov for genstart.

Generelt er alle begrænsninger i denne protokol relateret til hardware og relateret materialetilgængelighed. De nuværende 3D-printere, der anvendes i denne metode, er begrænset til 15 μm X-Y og 25 μm Z højdeopløsning. Denne begrænsning er relevant, når du arbejder med billeddata med ultrahøj opløsning, såsom Micro CT, hvor billedopløsningen kan nærme sig 5 mm og ville få denne metode til at introducere ^fejl7. Denne printer er også begrænset til at udskrive 7 basismaterialer ad gangen, hvilket kan begrænse rækkevidden af tilgængelige farver.

Blanding på dråbeniveau forekommer, hvilket giver mulighed for potentialet for 25.000.000 mulige farvekombinationer, der kan skabes ved co-deposition. Den nøjagtige mekanisme for materialeblanding på dråbeniveau før UV-hærdning er imidlertid ikke velkendt. Desuden kræver det trykte materiale betydelig efterbehandling, hvilket fører til visuelle artefakter med indvendige hulrum og svært tilgængelige funktioner. Derfor er det afgørende at evaluere geometrien inden fremstillingen for at sikre den ønskede visuelle klarhed, når indvendige hulrum og kompleks geometri ikke tillader efterbehandling.

Tredimensionel udskrivning bruges i øjeblikket til at fremstille modeller til kirurgisk planlægning, implantation og operativ navigation, hvilket forbedrer patientplejen under kirurgiske procedurer og på tværs af ^{hospitalsmiljøet9,10}. Den nuværende vedtagelse af 3D-printede modeller til præsurgisk planlægning har imidlertid været langsom, blandt andet på grund af det begrænsede udvalg af applikationer, der er tilgængelige med den nuværende STL-metode til 3D-print. Denne metode giver et tab i data og synlige unøjagtigheder sammenlignet med kildedatasættet, stærkt begrænsede kompleksitetsniveauer i forhold til ægte anatomisk morfologi og volumetriske gradienter af de oprindelige data, der ikke kan reproduceres.

Selvom 3D-udskrivning af morfologiske data alene har vist sig at være vellykkede, er anvendelsesområdet med denne metode begrænset til benede applikationer og enkle geometriske repræsentationer af komplekse anatomiske træk. I denne proces går værdifulde volumetriske data tabt, hvilket kompromitterer konsistensen og integriteten af kildedata. Omvendt undgår denne metode til at udtrække materialesammensætningen af den 3D-trykte model uden afvigelse fra medicinske billeder disse problemer. Denne metode kan gengive medicinske billeder med større nøjagtighed med kendte fordele ved kirurgiske procedurer, hvor morfologisk nøjagtighed er kritisk. Protokollen i dette papir beskriver den taktile visualisering af medicinske data gennem submillimeteropløsning, multimateriale, 3D-voxeludskrivning. Inkorporeringen af bløde harpikser med durometre i et område, der svarer til humant væv, kan forventeligt gøre det muligt at genskabe radiologisk scannet blødt væv, der skal anvendes med taktile planlægningsmetoder under kirurgisk forberedelse.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Slicer Image Computing Platform	Slicer.org	Version 4.10.2–4.11.2
GrabCAD	Stratasys	1.35
J750 Polyjet 3D Printer	Stratasys
Photoshop	Adobe	2021