Scaled Modello anatomico Creazione di Biomedical Imaging tomografica dei dati e associate etichette per la successiva sotto la superficie incisione laser (SSLE) di cristalli di vetro
April 25th, 2017
Una metodologia è descritta nella presente per rappresentare dati di imaging anatomiche all'interno cristalli. Creiamo scalato modelli tridimensionali di dati di imaging biomedico per l'uso in Sub-Surface Laser incisione (SSLE) di cristallo. Questo strumento offre un utile complemento alla visualizzazione computazionale o tridimensionalmente modelli stampati utilizzati all'interno di contesti clinici o educativi.
L'obiettivo generale di questa metodologia è quello di utilizzare l'incisione laser sotto la superficie, o SSLE, su cristalli di vetro per visualizzare i dati di imaging tomografico con strutture etichettate. I modelli portatili risultanti possono fungere da potente strumento didattico. Questo metodo crea modelli robusti e portatili derivati da set di dati TC a raggi X clinici o preclinici che facilitano l'educazione delle popolazioni di pazienti o studenti.
Il vantaggio principale di questa tecnica è che le etichette di testo sono sospese all'interno del supporto di vetro e attaccate alla struttura associata senza ostruire la vista del display anatomico ad alta risoluzione. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale, poiché la generazione di mappe di superficie con testo e barre di scala è difficile da apprendere a causa dei molteplici passaggi e della precisione necessari per una visualizzazione accurata delle strutture. Per iniziare, converti la sezione dell'immagine CT in un set di dati DICOM nel formato di file corretto.
Nel software di elaborazione delle immagini, selezionare il comando di caricamento DICOM nell'impostazione di visualizzazione. Quindi, salvare il set di dati nel formato di file NIfTI. A questo punto, è possibile importare i file NIfTI in un comune programma di imaging medico che genera mappe di superficie utilizzando la segmentazione automatizzata.
Per 3D Slicer, utilizzare lo strumento Aggiungi dati. Quindi, seleziona lo strumento di creazione di modelli in scala di grigi e attiva o disattiva la specifica, crea e rinomina il nuovo modello. Quindi, abbassare i valori di soglia a circa 300 HU, o la segmentazione dell'osso, e salvare i modelli in scala di grigi risultanti come file STL per un'ulteriore elaborazione dei dati.
Quindi, importa i file della mappa della superficie in un software di preparazione dei dati 3D. Utilizzando Netfabb Studio Basic, selezionare la modalità di riparazione. Utilizzate quindi gli strumenti Seleziona parte ed Elimina per rimuovere tutte le superfici che non rappresentano la struttura di interesse.
Quindi, utilizzare lo strumento Aggiungi triangolo per coprire parzialmente i fori nelle superfici, quindi utilizzare lo script di riparazione automatica per chiudere completamente gli spazi rimanenti. Ora dal menu delle azioni, selezionare lo script di riparazione delle facce degenerate per risolvere i bordi privi di superficie, quindi utilizzare applica riparazione per uscire dalla modalità di riparazione e salvare le modifiche. Il passaggio successivo consiste nell'utilizzare lo strumento di taglio per rimuovere le funzioni indesiderate o ridurre le dimensioni del modello.
Dal menu di taglio dell'area di contesto, designate la posizione di ciascun taglio all'interno del piano x-y o z. Quindi utilizzare lo strumento di esecuzione del taglio e selezionare l'impostazione di taglio triangolato per chiudere automaticamente tutti i fori risultanti. Per eliminare tutte le superfici risultanti dai tagli che non rappresentano la struttura di interesse, utilizzare contemporaneamente gli strumenti Seleziona parte ed Elimina .
Infine, se non si intende utilizzare una barra di scala, modificare le dimensioni di ciascuna mappa di superficie utilizzando l'opzione scala. Il modello può quindi essere modificato per adattarsi a un cubo di otto centimetri o a un prisma rettangolare di cinque centimetri per cinque centimetri per otto centimetri. Ora il file di dati può essere utilizzato per l'incisione dello strato sottostante per creare un modello senza etichette o barra di scala.
Produrre prima i file di dati dell'etichetta per il file SSLE. Utilizza un software CAD con un modello metrico. Apri un nuovo file e crea uno schizzo 2D su qualsiasi piano.
Usa lo strumento di testo per produrre etichette anatomiche digitate in un carattere Times New Roman di due millimetri. Al termine, selezionare l'opzione Termina schizzo nel menu di uscita della barra degli strumenti. Per estrudere il carattere utilizzando le impostazioni predefinite, scegliete lo strumento di estrusione dal menu Crea e attivate o disattivate l'opzione di testo 2D.
Quindi, produci una linea di etichette per ogni etichetta. Inizia con un nuovo file e scegli lo strumento cerchio del punto centrale nel menu di disegno. Quindi crea un cerchio con un centro all'origine e definisci il diametro del cerchio come un millimetro utilizzando lo strumento di quotatura nel menu dei vincoli.
Estrudere la colonna alla lunghezza desiderata, compresa tra 10 e 50 millimetri. Le barre della scala sono realizzate in modo simile. Dopo aver creato ogni etichetta di testo, ogni riga di etichetta e la barra di scala, salva i dati come file STL.
Per ogni etichetta di testo è necessaria una riga di etichetta univoca. Quindi, nel modello SSLE, importare tutte le etichette di testo, le linee delle etichette cilindriche e la barra della scala. Utilizzare un software di preparazione dati 3D in grado di salvare l'assemblaggio come un singolo file STL.
Quindi, utilizzare lo strumento Sposta parte per posizionare le etichette di testo vicino all'anatomia associata. In questo processo, utilizzare lo strumento di rotazione della parte per orientare le etichette in modo che siano tutte rivolte nella stessa direzione. Quindi utilizzare gli stessi strumenti per posizionare le linee di etichetta in modo che colleghino le etichette alla struttura associata nel modello.
Se necessario, le linee dell'etichetta possono essere rimpicciolite andando alla modalità di riparazione e scegliendo Seleziona triangoli e Rimuovi triangoli selezionati. Ora posiziona la barra della scala in modo simile. Se sono state realizzate tre barre, una per ogni asse, posizionarle di conseguenza.
Dopo che tutto è stato posizionato, selezionare tutte le parti ed esportare i dati come un unico file STL. Le tecniche per la riduzione aggiuntiva dei volti e il processo di incisione sono descritte nel protocollo del testo. L'incisione laser sotto la superficie di cristalli di vetro è un mezzo profondo per visualizzare numerosi tipi di dati di imaging tomografico biomedico.
Poiché le dimensioni vengono modificate prima dell'incisione, strutture di varie dimensioni possono essere rappresentate attraverso l'incisione laser. Le barre della scala possono essere implementate in due modi. Possono estendersi sui lati della struttura, il che è ideale per strutture dilatate come il nucleo osseo.
L'altra opzione è che tre assi della barra della scala convergano in un angolo. Questo è più adatto per strutture in scala o ridotte. La caratteristica principale dell'incisione sotto la superficie è la capacità di attaccare etichette di testo secondo necessità alle caratteristiche anatomiche.
Qui, il testo è stato posizionato su due piani per distanziare le etichette e mantenere una visione chiara dell'anatomia. Le ossa e le altre strutture che possono essere chiaramente visualizzate da un lato possono avere le etichette allineate lungo un solo piano. Seguendo questa procedura, praticamente qualsiasi set di dati tridimensionale può essere convertito in un formato che può essere adeguatamente etichettato per la visualizzazione scientifica in un supporto portatile in cristallo di vetro ultrapuro.
Panoramica
Questo articolo descrive una metodologia per visualizzare i dati di imaging anatomico attraverso l'incisione laser sotto superfici (SSLE) su cristalli di vetro. I modelli risultanti servono come efficaci strumenti didattici fornendo strutture etichettate senza ostruire la vista delle visualizzazioni anatomiche ad alta risoluzione.
Componenti principali dello studio
Area della scienza
- Imaging biomedico
- Modellazione 3D
- Strumenti educativi
Sfondo
- L'incisione laser sotto superfici permette la visualizzazione dei dati di imaging tomografico.
- I modelli manuali derivati dai set di dati di imaging migliorano le esperienze educative.
- Il metodo mantiene la chiarezza sospendendo le etichette di testo all'interno del mezzo di vetro.
- Le dimostrazioni visive sono cruciali a causa della complessità del processo.
Scopo dello studio
- Creare modelli robusti da dati di imaging clinici o preclinici.
- Facilitare l'educazione per le popolazioni di pazienti e studenti.
- Dimostrare un metodo per una rappresentazione anatomica accurata.
Metodi utilizzati
- Convertire immagini TC da DICOM a formato NIfTI.
- Genera mappe di superficie utilizzando software di imaging medico.
- Preparare e riparare modelli 3D utilizzando software di preparazione dati.
- Incidere modelli con etichette anatomiche e barre di scala utilizzando software CAD.
Risultati principali
- Creati con successo modelli anatomici etichettati per uso didattico.
- Dimostrato la capacità di modificare le dimensioni per varie strutture.
- Mostrato come posizionare etichette e barre di scala in modo efficace.
- Delineato tecniche per ridurre le facce e migliorare la qualità dell'incisione.
Conclusioni
- SSLE è un metodo potente per visualizzare i dati di imaging biomedico.
- Le etichette di testo possono migliorare il valore educativo dei modelli.
- Varie strutture anatomiche possono essere rappresentate accuratamente attraverso questa tecnica.
Domande frequenti
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.
