Scaled אנטומי דגם הבריאה של נתונים הדמיה טומוגרפית ביו Associated תוויות עבור תת-פני השטח לאחר חריטה בלייזר (SSLE) של קריסטלים זכוכית
25 באפריל 2017
מתודולוגיה מתוארת במסמך לייצוג נתוני הדמיה אנטומי בתוך קריסטלים. אנו יוצרים מדורגים מודלים תלת מימדיים של נתונים הדמיה ביו לשימוש חריטה בלייזר בתת הקרקע (SSLE) זכוכית קריסטל. כלי זה מציע השלמה שימוש תצוגה חישובית או בתלת ממד מודלים מודפסים בשימוש בתוך הגדרות קליניות או חינוכיות.
המטרה הכוללת של מתודולוגיה זו היא להשתמש בחריטת לייזר תת-קרקעית, או SSLE, על גבישי זכוכית כדי להמחיש נתוני הדמיה טומוגרפית עם מבנים מסומנים. דגמי כף היד המתקבלים יכולים לשמש ככלי הוראה רב עוצמה. שיטה זו יוצרת מודלים חזקים וכף יד הנגזרים ממערכי CT רנטגן קליניים או פרה-קליניים המאפשרים חינוך של אוכלוסיות מטופלים או סטודנטים.
היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שתוויות הטקסט תלויות בתוך מדיום הזכוכית ומחוברות למבנה המשויך מבלי לחסום את הנוף של התצוגה האנטומית ברזולוציה גבוהה. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, מכיוון שקשה ללמוד את יצירת מפות פני השטח עם טקסט וסרגלי קנה מידה בגלל השלבים המרובים והדיוק הנדרשים לתצוגה מדויקת של המבנים. כדי להתחיל, המר את פרוסת תמונת ה-CT במערך נתונים של DICOM לפורמט הקובץ המתאים.
בתוכנת עיבוד התמונה, בחרו בפקודה 'טען DICOM' תחת קביעת התצוגה. לאחר מכן, שמור את מערך הנתונים בפורמט הקובץ NIfTI. כעת, ייבא את קבצי NIfTI לתוכנת הדמיה רפואית נפוצה המייצרת מפות פני שטח באמצעות פילוח אוטומטי.
עבור כלי פריסה תלת-ממדי, השתמשו בכלי הוספת נתונים. לאחר מכן, בחר את הכלי ליצירת מודלים בגווני אפור, והחלף את המפרט, צור ושנה את שם המודל החדש. לאחר מכן, הורד את ערכי הסף לכ-300 HU, או את פילוח העצם, ושמור את המודלים המתקבלים בגווני אפור כקבצי STL להמשך עיבוד נתונים.
לאחר מכן, ייבא את קבצי מפת פני השטח לתוכנת הכנת נתונים תלת מימדית. באמצעות Netfabb Studio Basic, בחר את מצב התיקון. לאחר מכן השתמש בחלק הבחירה ובכלי המחיקה כדי להסיר את כל המשטחים שאינם מייצגים את המבנה המבוקש.
לאחר מכן, השתמש בכלי הוספת משולש כדי לכסות חלקית את החורים במשטחים, ולאחר מכן השתמש בתסריט התיקון האוטומטי כדי לסגור לחלוטין את כל הפערים שנותרו. כעת מתפריט הפעולות, בחר את סקריפט תיקון הפרצופים המנוונים כדי לפתור את הקצוות חסרי שטח הפנים, ולאחר מכן השתמש בהחלת תיקון כדי לצאת ממצב תיקון ולשמור את השינויים. השלב הבא הוא להשתמש בכלי החיתוך כדי להסיר תכונות לא רצויות או להקטין את גודל הדגם.
מתפריט החיתוך של אזור ההקשר, ציין את המיקום של כל חיתוך בתוך מישור x-y-או z. לאחר מכן השתמש בכלי ביצוע החיתוך ובחר הגדרת חיתוך משולש כדי לסגור אוטומטית את כל החורים שנוצרו. למחיקת כל המשטחים הנובעים מהחיתוכים שאינם מייצגים את מבנה העניין, השתמש בחלק הבחירה ומחק כלים בו-זמנית.
לבסוף, אם לא ייעשה שימוש בסרגל קנה מידה, שנה את הממדים של כל מפת משטח באמצעות אפשרות קנה המידה. לפיכך ניתן לשנות את המודל כך שיתאים לקובייה של שמונה סנטימטרים, או חמישה סנטימטרים על חמישה סנטימטרים על שמונה סנטימטרים. כעת ניתן להשתמש בקובץ הנתונים לחריטת השכבה התת-קרקעית ליצירת מודל ללא תוויות או סרגל קנה מידה.
ראשית הפק קבצי נתוני תוויות עבור קובץ SSLE. השתמש בתוכנת CAD עם תבנית מדד. פתח קובץ חדש וצור סקיצה דו-ממדית בכל מישור.
השתמש בכלי הטקסט כדי להפיק תוויות אנטומיות מוקלדות בגופן Times New Roman בגודל שני מילימטרים. בסיום, בחר באפשרות סיום הסקיצה בתפריט היציאה של סרגל הכלים. כדי להבליט את הגופן באמצעות הגדרות ברירת המחדל, בחר בכלי extrude מתפריט Create והחלף את האפשרות של טקסט דו-ממדי.
לאחר מכן, צור שורת תווית אחת עבור כל תווית. התחל עם קובץ חדש ובחר בכלי העיגול של נקודת המרכז תחת תפריט הציור. לאחר מכן צור עיגול עם מרכז במקור, והגדר את קוטר העיגול כמילימטר אחד באמצעות כלי הממד בתפריט האילוץ.
הוצא את העמוד לאורך הרצוי, שנע בין 10 ל -50 מילימטרים. מוטות קנה מידה מיוצרים בצורה דומה. לאחר יצירת כל תווית טקסט, כל שורת תווית וסרגל קנה המידה, שמור את הנתונים כקובץ STL.
יש צורך בשורת תווית ייחודית עבור כל תווית טקסט. לאחר מכן, למודל SSLE, ייבא את כל תוויות הטקסט, קווי התווית הגליליים וסרגל קנה המידה. השתמש בתוכנה להכנת נתונים תלת-ממדיים המסוגלת לשמור את המכלול כקובץ STL יחיד.
לאחר מכן, השתמש בכלי הזזת חלק כדי למקם את תוויות הטקסט ליד האנטומיה המשויכת. בתהליך זה, השתמש בכלי סיבוב החלק כדי לכוון את התוויות כך שכולן יפנו לאותו כיוון. לאחר מכן השתמש באותם כלים כדי למקם את קווי התוויות כך שהם יחברו את התוויות למבנה המשויך במודל.
לפי הצורך, ניתן להקטין את קווי התווית על ידי מעבר למצב תיקון ובחירת משולשים נבחרים והסרת משולשים נבחרים. כעת מקם את סרגל קנה המידה בצורה דומה. אם נוצרו שלושה מוטות, אחד לכל ציר, מקם אותם בהתאם.
לאחר שהכל ממוקם, בחר את כל החלקים וייצא את הנתונים כקובץ STL יחיד. טכניקות להפחתה נוספת של פנים ותהליך חריטה מתוארות בפרוטוקול הטקסט. חריטת לייזר תת-קרקעית של גבישי זכוכית היא אמצעי עמוק להמחשת סוגים רבים של נתוני הדמיה טומוגרפית ביו-רפואית.
מכיוון שהמידות משתנות לפני החריטה, ניתן לייצג מבנים בגדלים שונים באמצעות חריטת לייזר. ניתן ליישם את פסי הסולם בשני אופנים. הם יכולים להתפרש על צידי המבנה, וזה אידיאלי למבנים מורחבים כמו ליבת העצם.
האפשרות השנייה היא ששלושה צירי סרגל קנה מידה יתכנסו בפינה. זה מתאים ביותר לקנה מידה או למבנים מופחתים. מאפיין מרכזי של חריטה תת-קרקעית הוא היכולת לצרף תוויות טקסט לפי הצורך לתכונות אנטומיות.
כאן, הטקסט הוצב בשני מישורים כדי לרווח את התוויות ולשמור על תצוגה ברורה של האנטומיה. עצמות ומבנים אחרים שניתן לראות בבירור מצד אחד יכולים להיות מיושרים לאורך מישור אחד בלבד. בעקבות הליך זה, ניתן להמיר כמעט כל מערך נתונים תלת מימדי לפורמט שניתן לתייג כראוי לתצוגה מדעית במדיום גביש זכוכית אולטרה-טהור כף יד.
סקירה כללית
מאמר זה מתאר מתודולוגיה להדמיה של נתוני דימות אנטומי באמצעות חריטה לייזר תת-שכבתית (SSLE) על גבי גבישי זכוכית. המודלים שהתקבלו משמשים ככלי הוראה יעילים על ידי אספקת מבנים מתויגים מבלי לחסום את השקיפות של תצוגות אנטומיות ברזולוציה גבוהה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- דימות ביו-רפואי
- מידול תלת-ממדי
- כלים חינוכיים
רקע
- חריטה בלייזר מתחת לפני השטח מאפשרת ויזואליזציה של נתוני דימות טומוגרפי.
- מודלים נישאי-יד המופקים ממאגרי נתונים של דימות משפרים את החוויות הלימודיות.
- השיטה שומרת על בהירות על ידי השעיית תוויות טקסט בתוך תוכה של הזכוכית.
- הדגמות חזותיות הן קריטיות בשל מורכבות התהליך.
מטרת המחקר
- ליצירת מודלים חסונים מנתוני דימות קליניים או פרה-קליניים.
- לקדם את ההשכלה עבור אוכלוסיות מטופלים וסטודנטים.
- להדגים שיטה לייצוג אנטומי מדויק.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- המרת תמונות CT מפורמט DICOM לפורמט NIfTI.
- יצירת מפות פני שטח באמצעות תוכנה לדימות רפואי.
- הכנה ותיקון של מודלים תלת-ממדיים באמצעות תוכנה להכנת נתונים.
- חריטת תוויות אנטומיות וסרגי קנה מידה על המודלים באמצעות תוכנת CAD.
תוצאות עיקריות
- יצירה מוצלחת של מודלים אנטומיים מתויגים לשימוש חינוכי.
- הדגמה של היכולת לשנות ממדים עבור מבנים שונים.
- הצגה של הדרך למיקום יעיל של תוויות וסרג-קנה מידה.
- פירוט של טכניקות להפחתת פאות ושיפור איכות החריטה.
מסקנות
- SSLE היא שיטה עוצמתית להדמיה של נתוני דימות ביו-רפואי.
- תוויות טקסט יכולות להגביר את הערך הלימודי של המודלים.
- ניתן לייצג במדויק מבנים אנטומיים שונים באמצעות טכניקה זו.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית להנהלה
שיטה זו מאפשרת יצירת מודלים אנטומיים פיזיים ומסומנים מנתוני דימות טומוגרפי, התומכים בתיקוף מטרות ובצמצום סיכונים מכניסטיים במחקר פרה-קליני. באמצעות אספקת ייצוגים מוחשיים ברזולוציה גבוהה של מבנים ביולוגיים, היא משפרת את בדיקת ההשערות ואת הבהרת המסלולים בשלבי הגילוי המוקדמים. הגישה מציעה פלטפורמה ניתנת להרחבה ולשחזור להדמיה של אנטומיות מורכבות, ובכך משפרת את הרצף התרגומי ומפחיתה עמימות במחקרי מעורבות מטרה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: תומך בבדיקה של היפותזות טיפוליות באמצעות ויזואליזציה פיזית של מטרות אנטומיות ומבנים נלווים.
- ערך תפעולי: מאפשר תיקוף פונקציונלי של המטרה על ידי הבהרת מערכות היחסים המרחביות בין מבנים מסומנים לאנטומיה הרלוונטית למחלה.
- ערך ניבוי: מגביר את הביטחון בבחירת המטרה על ידי הפחתת עמימות מכנית באמצעות מודלים מוחשיים המשלבים סימון.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות לבדיקה: מייצרת רפליקות ביולוגיות סטנדרטיות וניתנות לשחזור המשמשות כמערכות ייחוס לפיתוח בדיקות ולסריקת תרכובות.
- פלט כמותי: מאפשרת מדידות מרחביות מדויקות ושילוב של סרגל קנה מידה, ובכך תומכת בניתוחי מיקום ותגובה למנה מדויקים.
- שימוש חוזר בפלטפורמה: מקלה על שיתוף מודלים אנטומיים מאומתים בין צוותי גילוי ברחבי הארגון, ובכך משפרת את עקביות זרימת העבודה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: מייצר רפליקות אנטומיות רלוונטיות מבחינה קלינית ופרה-קלינית מתוך מערכי נתונים של CT, בהלימה לאסטרטגיות של ביומרקרים תרגומיים.
- המשכיות פרה-קלינית: מגשר בין שלב הגילוי לאישור פרה-קליני באמצעות אספקת מודלים עקביים ומסומנים לבדיקה רב-תפקודית.
- החלטות מותאמות סיכון: תומך בהערכות go/no-go על ידי שיפור הפרושנות האנטומית במחקרי מנגנון פעולה ובטיחות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל משלב יצירת השערות ראשוניות על מטרות ועד לזיהוי מובילים (leads) ותיקוף פרה-קליני, ומאפשרת הערכה מבוססת מודלים פיזיים בנקודות השתבנייה מרכזיות.
- ביולוגיית גילוי: מסייעת בבדיקת השערות ובהבהרת מסלולים על ידי המרת נתוני דימות לייצוגים אנטומיים מוחשיים עם סימונים.
- סינון (Screening): מספקת מודלים בעלי רזולוציה גבוהה הניתנים לשחזור, עם סרגי מידה התומכים בסינון תרכובות סטנדרטי ובבדיקות מעורבות מטרה (target engagement).
- אנליטיקה: מספקת פלטים מרחביים כמותיים ותת-מבנים מסומנים המאפשרים ניתוח השוואתי בין תנאים ניסיוניים.
- מחקר תרגומי: מבטיחה רציפות מהדימות לשימוש פרה-קליני על ידי שימור הדיוק האנטומי והתאמת הסימונים בפורמט של קריסטל זכוכית.
- שימוש חוזר בארגון: מקריאה יכולת ניתנת לשימוש חוזר ולשיתוף ליצירת מודלים אנטומיים סטנדרטיים בין אתרים ופרויקטים שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף המטרה על ידי הפחתת עמימות אנטומית באמצעות ויזואליזציה של מודל פיזי מסומן.
- ערך תפעולי: מספק סטנדרטיזציה ויכולת שחזור באמצעות פורמטים סטנדרטיים של קבצים (DICOM, NIfTI, STL) ותהליכי חריטה הניתנים לחזרה.
- ערך אסטרטגי: משפר את יעילות ההון על ידי מתן אפשרות להפחתת סיכונים מוקדמת של מטרות באמצעות הבנה אנטומית משופרת.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים על ידי אספקת מודלים מוחשיים וברורים להערכת מטרות רב-תפקודית.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בעיבוד תמונות ביו-רפואיות, מידול תלת-ממדי ותוכנות CAD להפקת תוויות וסרגי קנה מידה.
- תלוי בגישה לכלי עיבוד תמונה (למשל 3D Slicer), תוכנות לתיקון מודלים (למשל Netfabb) וציוד חריטה ב-SSLE.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פורמטי קבצים ומוסכמות תיוג כדי להבטיח עקביות של המודלים בין משתמשים שונים.
- כולל שיקולי התאמה בעת יישום השיטה על קני מידה אנטומיים וסוגי רקמות שונים ממגוון שיטות דימות.
- כולל מגבלות מעשיות הקשורות למגבלות גודל המודל, ספי רזולוציית חריטה והצורך בעיבוד ידני לאחר החריטה להסרת משטחים שאינם רלוונטיים.
