Scaled אנטומי דגם הבריאה של נתונים הדמיה טומוגרפית ביו Associated תוויות עבור תת-פני השטח לאחר חריטה בלייזר (SSLE) של קריסטלים זכוכית
April 25th, 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 לדמיית נתוני הדמיה אנטומית באמצעות חריטת לייזר תת-משטחית (SSLE) על גבי גבישים מזכוכית. הדגמים המתקבלים משמשים ככלי הוראה יעילים על ידי מתן מבנים מסומנים ללא חסימת הנוף של תצוגות אנטומיות ברזולוציה גבוהה.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- הדמיה ביו-רפואית
- דוגמנות תלת-ממדית
- כלי הוראה
רקע
- חריטת לייזר תת-משטחית מאפשרת חזותית של נתוני הדמיה טומוגרפית.
- דגמים ידניים שנוצרים מערכי הדמיה משפרים את החוויות החינוכיות.
- השיטה שומרת על בהירות על ידי השעיית תוויות טקסט בתוך המדיום הזכוכית.
- הדגמות ויזואליות הן חיוניות בגלל המורכבות של התהליך.
מטרת המחקר
- ליצור מודלים חזקים מנתוני הדמיה קליניים או פרה-קליניים.
- להקל על החינוך לאוכלוסיות חולים וסטודנטים.
- להדגים שיטה לייצוג אנטומי מדויק.
שיטות בשימוש
- המרת תמונות CT מפורמט DICOM לפורמט NIfTI.
- ייצור מפות משטח באמצעות תוכנת הדמיה רפואית.
- הכנה ותיקון מודלים תלת-ממדיים באמצעות תוכנת הכנת נתונים.
- חריטת מודלים עם תוויות אנטומיות ומוטות קנה מידה באמצעות תוכנת CAD.
תוצאות עיקריות
- יצירה מוצלחת של מודלים אנטומיים מסומנים לשימוש חינוכי.
- הוכחת היכולת לשנות מידות עבור מבנים שונים.
- הדגמה כיצד למקם תוויות ומוטות קנה מידה באופן יעיל.
- תיאור טכניקות להפחתת פנים ושיפור איכות החריטה.
מסקנות
- SSLE היא שיטה חזקה לדמיית נתוני הדמיה ביו-רפואית.
- תוויות טקסט יכולות לשפר את הערך החינוכי של המודלים.
- מבנים אנטומיים שונים יכולים להיות מיוצגים במדויק באמצעות טכניקה זו.
שאלות נפוצות
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.
