Name: ボクセル印刷の解剖学:ビットマップ印刷による現実的な手術前計画モデルの設計と製造 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 36 s
Description: 学ぶボクセルベース3D印刷による医療画像からの高精度軟組織モデル製造法。放射線科医との連携で手術前計画の正確性を向上させ、複雑な軟組織構造を忠実に再現する技術を習得できます。

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AB Nexusとコロラド州が、手術前計画のためのボクセル印刷に関する科学的研究を寛大に支援してくれたことに感謝します。我々は、この研究で使用されたデータセットを提供してくれたL. Browne、N. Stence、およびS. Sheridanに感謝する。この研究は、AB Nexus GrantとState of Colorado Advanced Industries Grantから資金提供を受けた。

注:3Dスライサー医用画像コンピューティングソフトウェア4 ( 材料表を参照)は、セクション1から3で完了した作業に使用されました。
1. データ入力
<ol><li>医用画像コンピューティングソフトウェアを開き、ドロップダウンメニューから[ ファイル ]ボタンと DICOM をクリックし、 DICOMブラウザ ウィンドウが開くのを待ちます。<ol>
<li>「DICOM ブラウザー」ウィンドウで、「インポート」を選択します。「ディレクトリーからの DICOM ファイルのインポート」ポップアップ・ウィンドウが表示されるまで待ちます。</li>
		<li>DICOM ファイル・スタックに移動し、「インポート」ボタンをクリックします。</li>
		<li>選択した DICOM ファイルのスタックが DICOM ブラウザーにロードされていることを確認します。データが正しく入力され、次のカテゴリ(患者、研究、系列、およびインスタンス)の目的の研究と一致していることを確認します。<ol>
<li>「 詳細」 チェック・ボックスをクリックして、追加のメタデータをアクティブ化します。目的の シリーズ番号 を選択し、[ 検査] ボタンをクリックします。目的のシーケンスに警告が表示されていないことを確認します。目的の DICOMデータ ・ファイルの横にあるチェック・ボックスをクリック| 読み込みます。 メモ: この方法は 15 μm および 27 μm のスライス厚で印刷できるため、最も薄いスライス取得で最高解像度の画像を選択します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>ボリュームレンダリングの場合、シーケンスが医用画像コンピューティングソフトウェアにロードされたら、[モジュール ] に移動し、ドロップダウンメニューから [ボリュームレンダリングモジュール ]を選択します。<ol>
<li>ボリュームレンダリングモジュールで、「ボリューム 」 ドロップダウンメニューからシーケンスの名前を選択して、イメージスタックをアクティブにし、データをボクセル化された ボリューム に変換します。アクティブなモジュールの名前が、ステップ 1.1.3.1 で選択した目的のシーケンスと一致していることを確認します。</li>
		<li>「ボリューム」ドロップダウンの横にある 「アイボール」 アイコンをクリックして、選択した ボリューム を 3D で視覚化します。3D 表示ウィンドウが開いていて、グレースケールの 3D 表示が表示されていることを確認します。</li>
		<li>次に、[詳細 設定 ]の横にある矢印をクリックして、[ 詳細ツール]を開きます。「 ボリュームプロパティ」 タブを選択して、ボクセルモデルのカラーチャンネルを変更するためのコントロールのセットを開きます。</li>
		<li>「スカラー不透明度マッピング」メニューに移動します。フィールド内を左クリックして、強度値が不透明度で定義されるポイントを作成します。このスケールに沿ってポイントを配置して、目的の解剖学を視覚化します。 メモ: ポイントの左右の位置はイメージの強度値の範囲に関連付けられ、上下の位置は不透明度を示します。</li>
		<li>スカラーマッピングメニューに移動します。フィールド内を左クリックしてポイントを作成し、強度値に相関する色を指定します。フィールド内をダブルクリックして「色の選択」ウィンドウを開き、色情報を変更します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 操作
注:解剖学が十分に複雑で、 ボリュームプロパティの変更後に周囲の組織や無関係なデータが存在する点まで、マスキングステップが必要です。
<ol><li>「 モジュール」 に移動し、ドロップダウンメニューから 「セグメントエディタ」 を選択します。 セグメントエディタの ツールバーが表示されていることを確認します。<ol>
<li>[セ グメンテーション] ドロップダウンに移動し、[ 新しいセグメンテーションの作成] を選択します。「セグメンテーション名の変更」ポップアップ ウィンドウからセグメンテーション のカスタム名を入力し、「 OK」をクリックします。</li>
		<li>[マスターボリューム]ドロップダウンに移動し、ボリュームレンダリングと同じ名前のアクティブなボリュームを選択します。次に、ドロップダウンのすぐ下にある[追加]ボタンをクリックします。セグメントコンテナが下のフィールドに作成されていることを確認します。</li>
		<li>下のエフェクトツールパネルに移動し、はさみツールを選択します。はさみメニューに移動し、[内部に入力]、[自由形式]、[無制限] を選択します。次に、3Dウィンドウにカーソルを合わせ、右クリックしたまま、消去する領域の周りを描画します。色付きの帯が表示され、カバーされているものが示されていることを確認します。削除するすべての領域がカバーされるまで、このプロセスを繰り返します。 メモ: セグメントエディタのエクストラエフェクトなどの拡張機能は、医用画像コンピューティングソフトウェアにダウンロードでき、このセグメンテーションを作成するためのツールが含まれています。</li>
		<li>次に、エフェクトメニューからボリュームのマスクツールを選択します。[内部を選択]をオンにして、セグメントでカバーされているすべての画像データを削除します。次に、塗りつぶし値を -1000 に変更します。これは、ハウンズフィールドの単位スケールで空気または空隙に等しくなります。最後に、[適用]を押して[出力ボリューム]の横にある[アイボール]をクリックして、マスクされた新しいボリュームを表示します。<ol>
<li>[モジュール]に移動し、ドロップダウンメニューから[ボリュームレンダリング]を選択します。アクティブなボリュームの横にある [アイ ボール] をクリックして、ビジュアライゼーションをオフにします。</li>
			<li>次に、ドロップダウンメニューから、新しく作成した マスクされたボリュームを選択します。 アイボール をクリックしてボリュームをアクティブにします。</li>
			<li>最後に、[入力] メニューに移動し、[プロパティ] ドロップダウン メニューを開きます。手順 1.2.5 で作成したボリュームプロパティを選択します。3D ビューのボリュームがマスクされ、色分けされていることを確認します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. スライス
メモ: このプロセスは、スライスファイルを STL メッシュファイルではなく 3D 印刷に直接送信することで、従来の 3D 印刷方法をバイパスします。次の手順では、ボリュームレンダリングからスライスが作成されます。 ビットマップジェネレータ モジュールは、カスタムビルドの拡張機能です。これは拡張機能 マネージャーからダウンロードできます。
<ol><li>モジュールに移動し、ドロップダウンから Slicerfab を選択します。「印刷パラメーター」メニューと「出力パラメーター」メニューがあることを確認します。<ol>
<li>[プリンタパラメータ]ドロップダウンで、[X]解像度が600 DPIに設定され、Y解像度が300 DPIに設定されていることを確認します。層の厚さが 27 μm に設定されていることを確認します。</li>
		<li>次に、[ 出力パラメータ] メニューを開き、必要に応じて最終モデルのスケールを変更します。</li>
		<li>最後に、保存するスライスのファイルの場所を選択し、「 生成」をクリックします。 メモ: この手順は、完了するまでに数分かかる場合があります。</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. ディザリング
注: Adobe Photoshop ( 資料表を参照) は、セクション 4 で完了した作業に使用されました。
<ol><li>画像編集ソフトウェアを開き、[ ファイル ]をクリックし、ドロップダウンメニューから[ 開く ]を選択します。前の手順で作成したPNGファイルスタックの最初の画像に移動し、[ 開く ]ボタンをクリックします。</li>
	<li>ウィンドウに移動し、ドロップダウンメニューから[アクション]を選択します。「アクション」メニューで、「新規アクション」をクリックし、カスタム名を入力して「OK」を選択します。[記録] ボタンがアクティブで赤色であることを確認して、アクションが記録されていることを確認します。<ol>
<li>イメージが読み込まれたら、[ イメージ |モード|インデックスカラー。「 インデックス」 ウィンドウで、ドロップダウンメニューから 「ローカル知覚」 を選択し、色数を 8 に指定します。</li>
		<li>[強制] メニューで、[カスタム] を選択します。最初の 2 つの正方形をクリックし、[カスタムカラー] ウィンドウがポップアップするのを待って、カスタムカラーパレットを選択します。100% マゼンタを選択し、C、Y、K が 0 に設定されていることを確認します。<ol>
<li>このプロセスを繰り返し、 100%C、 Y、 およびKに捧げられた2つの正方形があることを確認します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>オプションメニューのマットで、ドロップダウンメニューから「カスタム」を選択します。[ディザ]で[拡散]を選択し、[金額]で[100%]を選択します。最後に、[OK]をクリックします。</li>
		<li>[アクション]メニューに移動し、四角ボタンをクリックして録音を停止します。アクティブなウィンドウを閉じ、変更の保存ポップアップウィンドウで「いいえ」をクリックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>[ファイルの|] に移動します。|の自動化バッチ。「バッチ」ポップアップ・ウィンドウで、「アクション」ドロップダウンに移動し、前のステップで作成したアクションを選択します。次に、[ソース]メニューの[選択]ボタンをクリックし、手順3.1.3でエクスポートした画像のフォルダに移動します。「保存先」メニューの「選択」ボタンをクリックし、新しいファイルの保存先フォルダの場所を選択して、「OK」をクリックします。</li>
</ol>5. ボクセル印刷
注:Stratasys GrabCAD5は、セクション5で完了した作業に使用されました。
<ol><li>印刷ソフトウェアを開き、[ アプリ ]をクリックし、ドロップダウンメニューから [Voxel印刷ユーティリティを起動し ます]をクリックします。<ol>
<li>スライスファイルの接頭辞テキストボックスに、PNG ファイルスタックの接頭辞を入力します。次に、[選択] ボタンをクリックし、PNG ファイル スタックがあるフォルダーに移動し、[OK] をクリックします。</li>
		<li>「スライス 範囲」で、「最初のスライス」と 「スライス 数 」が 、作成したフォルダ内のファイル数と一致していることを確認します。</li>
		<li>「スライスパラメータ」で、「スライスされた厚さ」(mm)が手順 3.1.1.1 で指定した設定と一致し、「スライスの幅」(ピクセル)と「スライスの高さ」(ピクセル)が PNG ファイルの幅と高さと一致することを確認します。</li>
		<li>[ 背景色] で、背景が背景色と一致していることを確認します。[印刷しないように設定] をクリックします。完了したら、[ 次へ ]ボタンをクリックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>[ ツール ]ページの [マテリアル マッピング]で、ドロップダウン メニューから、PNG ファイルから派生した関連する色にマップするマテリアルを選択します。メニューの各色について、このプロセスを繰り返します。次に、[ |の完了]をクリックします。 ポップアップウィンドウでOK 情報Gcvfの作成に成功しました。</li>
	<li>ホスト コンピューターの印刷ソフトウェアで、[ファイル |] をクリックします。 ドロップダウンメニューからファイルをインポート します。 Gcvf ファイル に移動し、「 ロード」をクリックします。メイン画面で、[ 印刷] を選択します。</li>
</ol>

<ol><li>Ali, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+situations+for+which+3D+printing+is+considered+an+appropriate+representation+or+extension+of+data+contained+in+a+medical+imaging+examination%3A+adult+cardiac+conditions%5BTitle%5D)+AND+%223D+Printing+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Clinical situations for which 3D printing is considered an appropriate representation or extension of data contained in a medical imaging examination: adult cardiac conditions.</a> 3D Printing in Medicine. 6 (1), 24(2020).</li>
<li>Ballard, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiological+Society+of+North+America+%28RSNA%29+3D+Printing+Special+Interest+Group+%28SIG%29+clinical+situations+for+which+3D+printing+is+considered+an+appropriate+representation+or+extension+of+data+contained+in+a+medical+imaging+examination%3A+abdominal%2C+hepatobiliary%2C+and+gastrointestinal+conditions%5BTitle%5D)+AND+%223D+Printing+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Radiological Society of North America (RSNA) 3D Printing Special Interest Group (SIG) clinical situations for which 3D printing is considered an appropriate representation or extension of data contained in a medical imaging examination: abdominal, hepatobiliary, and gastrointestinal conditions.</a> 3D Printing in Medicine. 6 (1), 13(2020).</li>
<li>Corney, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+next+and+last+industrial+revolution%5BTitle%5D)+AND+%22Assembly+Automation%22%5BJournal%5D)">The next and last industrial revolution.</a> Assembly Automation. 25 (4), (2005).</li>
<li>Fedorov, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Slicer+as+an+image+computing+platform+for+the+quantitative+imaging+network%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">3D Slicer as an image computing platform for the quantitative imaging network.</a> Magnetic Resonance Imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).</li>
<li>Guide to Voxel Printing. GrabCAD. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://help.grabcad.com/article/230-guide-to-voxel-printing?locale=en">https://help.grabcad.com/article/230-guide-to-voxel-printing?locale=en</a> (2021).</li>
<li>Bader, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+data+matter%3A+Voxel+printing+for+the+digital+fabrication+of+data+across+scales+and+domains%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Making data matter: Voxel printing for the digital fabrication of data across scales and domains.</a> Science Advances. 4 (5), (2018).</li>
<li>Zhang, F., Li, C., Wang, Z., Zhang, J., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimaterial+3D+printing+for+arbitrary+distribution+with+nanoscale+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Multimaterial 3D printing for arbitrary distribution with nanoscale resolution.</a> Nanomaterials. 9 (8), 1108(2019).</li>
<li>Robson, R. The STL Algorithms. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRobson%2C+R+%22Using+the+STL%22">Using the STL</a>. , Springer. New York, NY. 47-54 (1998).</li>
<li>Waran, V., Narayanan, V., Karuppiah, R., Owen, S. L. F., Aziz, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utility+of+multimaterial+3D+printers+in+creating+models+with+pathological+entities+to+enhance+the+training+experience+of+neurosurgeons%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Utility of multimaterial 3D printers in creating models with pathological entities to enhance the training experience of neurosurgeons.</a> Journal of Neurosurgery. 120 (2), 489-492 (2014).</li>
<li>Cumbler, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contingency+planning+for+healthcare+worker+masks+in+case+of+medical+supply+chain+failure%3A+Lessons+learned+in+novel+mask+manufacturing+from+COVID-19+pandemic%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Infection+Control%22%5BJournal%5D)">Contingency planning for healthcare worker masks in case of medical supply chain failure: Lessons learned in novel mask manufacturing from COVID-19 pandemic.</a> American Journal of Infection Control. 49 (10), 1215-1220 (2021).</li>
</ol>

N.J.はコロラド大学リージェンツ校が提出した特許出願の著者であり、この作品に記載されているような方法を記述しています(出願番号。US16/375,132;発行番号US20200316868A1;2019年4月4日提出。公開08 10月2020)。他のすべての著者は、競合する利害関係はないと宣言しています。

デジタルモデリングツールのすべてではないにしても、大多数が今日採用している現在の表現フレームワークは、STLファイル形式になります8。それにもかかわらず、このパラダイムの特定の性質は、より複雑で自然な材料の粒状または階層的な構造を表現しようとすると不十分であることが証明されています。マルチマテリアル3Dプリンティングなどの最近のアディティブマニュファクチャリング技術の登場により、高度に調整され、高度に最適化されたオブジェクトを製造でき、ボリューム全体で徐々に材料の移行が表示されます。この論文は、ボクセルまたはビットマップベースのプロセスが複雑な材料表現により適していることを示唆しており、放射線画像から放射線密度と形態学的複雑さを翻訳する技術を提供する。このワークフローの利点には、i)3Dプリントされたボリューム内の複数のスケールでの材料分布に対する正確で段階的な制御、およびii)3Dボクセルフィールド上の既存の2D画像処理技術を向上させ、審美的な品質と材料構成が構造性能に合わせて高度に変調されたオブジェクトの設計とエンジニアリング内で新しい創造的な道を生み出す力が含まれます。
<p...

現在、外科医は、3D患者の手術を計画するために異なるデータを表示する多数の離散2次元(2D)イメージングモダリティを研究しています。さらに、このデータを 2D 画面で表示しても、収集されたデータの全範囲を完全には通信できません。イメージングモダリティの数が増えるにつれて、複数の規模の組織を示す異なるモダリティからより多くのデータを合成する能力は、より効果的で効率的な外科的計画のために情報を凝縮およびキュレーションするための新しい形態のデジタルおよび物理的表現を必要とする。
3Dプリントされた患者固有のモデルは、手術計画のための新しい診断ツールとして登場し、手術時間と外科的合併症を軽減することが示されています1。しかし、標準的な光造形(STL)方式の3Dプリンティングでは、目に見えるデータ損失を示し、印刷されたオブジェクトを固体、均質、等方性材料としてレンダリングするため、このプロセスには時間がかかります。その結果、手術計画のための3Dプリンティングは、骨の構造と複雑な臓器の単純な形態学的記述に限定されていました2。この制限は、産業革命の製品とニーズに導かれた時代遅れの製造パラダイムの結果であり、製造されたオブジェクトは外部の境界によって完全に記述されます3。しかし、複数の規模の組織とさまざまな物質分布を表示するヒト組織を再現する生物医学産業のニーズは、ポイントごとに変化するボリューム全体の変化を表す新しい表現形式を必要とします。
この問題に対処するために、3Dビジュアライゼーションおよびモデリング技術(図1)が開発され、超高解像度での樹脂の混合と堆積をより詳細に制御できる斬新な積層造形プロセスと組み合わされました。ビットマップ印刷と呼ばれるこの方法は、15μmに近づく高度なイメージング技術の空間忠実度と空間/コントラスト分解能のレベルで、医用画像から直接3D印刷によって人間の解剖学を複製します。これにより、診断ソース画像からのデータの損失や変更なしに、形態学的に複雑な軟部組織の変動を再現するために必要な正確で段階的な制御が可能になります。

<table><tbody><tr><td>3Dスライサー画像計算プラットフォーム</td><td>Slicer.org</td><td>バージョン4.10.24.11.2</td><td></td></tr><tr><td>GrabCAD</td><td>Stratasys</td><td>1.35</td><td></td></tr><tr><td>J750 Polyjet 3Dプリンター</td><td>Stratasys</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Photoshop</td><td>Adobe</td><td>2021</td><td></td></tr></tbody></table>

ボクセル印刷の解剖学:ビットマップ印刷による現実的な手術前計画モデルの設計と製造

Voxel Printing Anatomy: Design and Fabrication of Realistic, Presurgical Planning Models through Bitmap Printing

手術前計画のための3次元(3D)印刷のほとんどのアプリケーションは、現在のモデリングパラダイムの精度、品質、効率の基本的な制限のために、骨構造と複雑な臓器の単純な形態学的記述に限定されてきました。これは、物体の内部が重要であり、解剖学的境界が徐々に変化するほとんどの外科的専門分野にとって重要な軟部組織をほとんど無視してきた。したがって、複数の規模の組織とさまざまな物質分布を表示するヒト組織を複製する生物医学産業のニーズは、新しい形態の表現を必要とする。 
ここでは、現在の3Dモデリング手法よりも空間分解能とコントラスト分解能に優れ、これまで達成できなかった空間忠実度と軟部組織の分化を含む、医用画像から直接3Dモデルを作成する新しい技術を紹介します。また、MRIおよびCTから軟部生体組織に見られる材料剛性の範囲にまたがる新規の付加的に製造された複合材料の経験的測定も提示される。これらのユニークな体積設計と印刷方法は、材料の剛性と色の決定論的かつ継続的な調整を可能にします。この機能により、手術前計画への積層造形のまったく新しいアプリケーション、すなわち機械的リアリズムが可能になります。外観マッチングを提供する既存のモデルを自然に補完するものとして、これらの新しいモデルは、医療専門家が組織模擬体の空間的に変化する材料特性を「感じる」ことを可能にする - 触覚が重要な役割を果たす分野への重要な追加。

図 2 と図 3 に示すように、肯定的な結果は、手順 1.2.5 または 2.1.1.4 で定義されているボリューム レンダリングの直接変換になります。最終的なモデルは、サイズ、形状、および色においてボリューム レンダリングと視覚的に一致している必要があります。このプロセスに沿って、エラーが発生し、上記の 1 つ以上のプロパティに影響を与える可能性のある多数の手順があります。
図 4 に示すように、印刷モデルの均一なスケーリングに関連する問題は、イメージング、コンピューター ハードウェア、および/または既定のソフトウェア設定の結果である可能性があります。病院では、さまざまな手法を使用して、さまざまなスキャナーから画像を生成およびレンダリングします。このメソッドはソース イメージから直接機能し、通常は使用されていないメタデータを公開する可能性があるため、イメージング ワーク...

この方法は、正確な空間忠実度と空間/コントラスト解像度で医用画像から直接印刷するボクセルベースの3D印刷ワークフローを示しています。これにより、形態学的に複雑で目盛りのある材料を介して、データの損失や変更なしに放射密度に相関する材料分布の正確で段階的な制御が可能になります。

Most applications of 3-dimensional (3D) printing for presurgical planning have been limited to bony structures and simple morphological descriptions of ...

ビットマップ印刷により、医用画像用の3Dプリントモデルを直接作成できます。この方法により、徐々に変化する材料特性を含む軟部組織を高解像度で3Dプリントすることができます。この技術の主な利点は、軟部組織を複製する能力である。これにより、外科医は複雑な手術における軟部組織の変動をより空間的に理解することができます。この方法を初めて試すときは、放射線科医と緊密に協力して、イメージングが3Dに適切であることを確認することをお勧めします。その手順を実演するのは、私の研究室の大学院生研究者であるJane Brusilovskyです。印刷のデモンストレーションは、ローレンススミス、マターアセンブリ計算ラボ、CU Boulderの博士号候補者は、医用画像コンピューティングソフトウェアを開いてデータ入力を開始します。ドロップダウンメニューから、ファイルボタンとDICOMをクリックします。DICOMブラウザウィンドウが開いたら、インポートを選択し、ディレクトリポップアップウィンドウからDICOMファイルをインポートするポップアップウィンドウが表示されるのを待ちます。次に、DICOM ファイル・スタックに移動し、「インポート」をクリックします。追加のメタデータをアクティブにするには、「詳細」チェック・ボックスを選択します。次に、目的の系列番号を選択し、[検査]ボタンをクリックします。目的のシーケンスに警告が表示されていないことを確認したら、目的の DICOM データファイルの横にあるチェックボックスをクリックしてロードします。シーケンスが医用画像コンピューティングソフトウェアにロードされたら、モジュールのドロップダウンメニューを探索し、[ボリュームレンダリング]モジュールを選択します。モジュールで、ボリュームドロップダウンメニューからシーケンスの名前を選択してイメージスタックをアクティブにし、データをボクセル化されたボリュームに変換します。アクティブ・モジュールの名前が、前に選択した目的のシーケンスと一致していることを確認します。ボリュームドロップダウンの横にある眼球アイコンをクリックして、選択したボリュームを3Dで視覚化します。3D 表示ウィンドウが開いていて、グレースケールの 3D 表現が表示されていることを確認します。次に、[詳細設定]タブの横にある矢印をクリックして詳細ツールを開き、[ボリュームプロパティ]タブを選択して、ボクセルモデルのカラーチャンネルを変更するための一連のコントロールを開きます。スケーラーの不透明度マッピングメニューに移動し、フィールドを左クリックして、強度値が不透明度によって定義されるポイントを作成します。次に、スケールに沿ってポイントを配置して目的の構造を視覚化し、スケーラーカラーマッピングメニューに移動し、フィールドを左クリックしてポイントを作成し、強度値に関連付けられた色を指定します。フィールド内をダブルクリックして選択カラーウィンドウを開き、情報内の色を変更します。モジュールタブを展開してセグメントエディタを選択し、セグメントエディタツールバーの下にあるセグメンテーション列に移動して[新しいセグメンテーションの作成方法]を選択し、名前変更セグメンテーションポップアップウィンドウからセグメンテーションのカスタム名を入力して[OK]をクリックします。マスターボリュームドロップダウンから、ボリュームレンダリングと同じ名前のアクティブなボリュームを選択します。次に、ドロップダウンのすぐ下にある[追加]ボタンをクリックします。セグメントコンテナは、以下のフィールドに作成されます。エフェクトツールパネルに移動し、はさみツールを選択します。はさみメニューで、選択し、内部、自由形式、無制限のタブを順番に入力します。次に、3Dウィンドウにカーソルを合わせ、右クリックしたまま、消去する領域の周りを描画します。どの領域がカバーされているかを示す色付きのスウォッチが表示されたら、削除するすべての領域がカバーされるまでこのプロセスを繰り返します。エフェクトメニューで、マスクボリュームに移動し、内側を選択してセグメントがカバーするすべての画像データを削除します。次に、塗りつぶし値を負の 1000 に変更します。次に、適用を押し、出力ボリュームの横にある眼球をクリックして、新しいマスクボリュームを表示します。[モジュール] タブを展開して [ボリューム レンダリング] を選択し、眼球をクリックしてビジュアライゼーションをオフにします。ドロップダウンメニューから、新しく作成したマスクされたボリュームを選択し、眼球をクリックしてボリュームをアクティブにします。完了したら、入力メニューに移動し、プロパティドロップダウンメニューを開きます。前に作成したボリューム・プロパティーを選択します。3D ビューのボリュームがマスクされ、色分けされていることを確認します。モジュール ドロップダウンから [スライサー FAB] を選択します。印刷パラメータで、X 解像度が 600 DPI、Y 解像度が 300 DPI、層の厚さが 27 マイクロメートルに設定されていることを確認します。次に、出力パラメータメニューを開き、必要に応じて最終モデルのスケールを変更します。次に、保存するスライスのファイルの場所を選択し、[生成]をクリックします。ディザリングを行うには、画像編集ソフトウェアを開き、[ファイル]タブと[開く]タブをクリックします。次に、前の手順で作成したPNGファイルスタックの最初の画像に移動し、[開く]ボタンをクリックします。ウィンドウボタンに移動して[アクションと新しいアクション]を選択し、カスタム名を入力してからOKを押します。記録ボタンはアクティブなままにし、アクションを記録するために読み取る必要があります。画像が読み込まれたら、画像、モード、インデックスカラーに移動します。インデックスウィンドウで、ドロップダウンメニューからローカル知覚を選択し、色数を8に指定します。強制メニューで「カスタム」を選択し、最初の 2 つの正方形をクリックしてカスタムカラーウィンドウを開き、カットカラーパレットを 100% マゼンタとして選択し、C、Y、K がゼロに設定されていることを確認します。オプションドロップダウンメニューから、「マット」タブと「カスタム」タブを選択します。「ディザリング」で「拡散」を選択し、「量」で「100%」を選択してからクリック OK.To 記録を停止し、アクションメニューに移動して正方形のボタンをクリックし、アクティブなウィンドウを閉じて「変更を保存」ポップアップウィンドウで「いいえ」をクリックします。完了したら、[ファイル]、[自動化]に移動してバッチウィンドウを展開し、[アクション]タブをクリックして前の手順で作成したアクションを選択します。ソースメニューの下にある [選択] ボタンをクリックして、書き出された画像のフォルダに移動します。保存先を選択して選択し、新しいファイルの保存先フォルダの場所を選択してから、印刷ソフトウェア OK.In クリックし、[アプリ]をクリックしてVoxel印刷ユーティリティを起動します。次に、スライスファイルの接頭辞テキストボックスにPNGファイルスタックの接頭辞を入力し、「選択」ボタンをクリックしてPNGファイルスタックがあるフォルダに移動します。完了したら、[OK]をクリックします。スライス範囲で、最初のスライスとスライス数が作成したフォルダ内のファイル数と一致することを確認した後、スライスされた厚さが前に指定した設定と一致し、スライスの幅と高さがPNGファイルの幅と高さと一致するなどのスライスパラメータを確認します。背景色の下で、背景が背景色と一致することを確認し、印刷しないように設定します。完了したら、[次へ]ボタンをクリックします。[ツール] ページのマテリアル マッピングで、PNG ファイルから派生した関連するカラーにマップするマテリアルをドロップダウン メニューから選択します。メニューの各色についてこのプロセスを繰り返し、「完了」をクリックして「OK」をクリックします。ポップアップウィンドウの情報でGCVFの作成に成功しました。3Dプリンタソフトウェアを介して必要なファイルを処理し、3Dプリンタによって製造されるように送信する前に、印刷適性についてファイルを確認します。3Dプリンタは、オブジェクトが塗りつぶされるまで、レイヤーごとにモデルを作成します。プリンタが印刷を完了したら、ヘラでプリントベッドから部品を取り外します。3Dプリンタオブジェクトがサポート材料の層でプリンタから外れたら、すべてのサポートが取り外されるまで、高出力ウォータージェットでサポート材料を取り外します。完了したら、3Dプリントされたオブジェクトを透明で滑らかになるまで砂で磨きます。代表的な分析は、断面腎臓モデルおよび切片心臓モデルについて肯定的な結果を示す。最終的なモデルは、サイズ、形状、および色においてボリューム レンダリングに視覚的に一致します。場合によっては、均一なスケーリングに関連する問題により、モデルが一方向に引き伸ばされたように見えることがあります。また、印刷されたモデルを通る表面光の散乱の問題により、デジタルレンダリングから印刷モデルへの不誠実な色変換が発生しました。失敗したモデルは、モデルの奥深くに走る開いた空隙を示し、光学的歪みをもたらしました。等方性画像は、最高の空間分解能と最も薄いスライス高さで使用することが重要です。この方法は、研究者が材料密度の変化の適用を探求する道を開き、機能的に現実的なモデルを作成することを可能にする。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

現代のプラスチック押出成形と印刷技術を使用して、それは迅速かつ安価に実験室で撮影、X線CTデータの物理的なモデルを生成することが可能になりました。断層データの3次元印刷は現在、前臨床イメージング·コミュニティーによってアクセスすることができる強力な可視化、調査、および教育ツールです。...

前臨床X線コンピュータ断層撮影データセットの3Dプリント

方法は、結晶内の解剖学的撮像データを表すために本明細書に記載されています。我々は、クリスタルガラスの表面下レーザー彫刻（SSLE）における使用のための生物医学的イメージングデータのスケーリングされた三次元モデルを作成します。このツールは、計算、表示または臨床や教育現場内で使用される3次元的に印刷されたモデルへの有益な補完を提供しています。...

ガラスの結晶の次のサブ表面レーザー彫刻のための生物医学断層画像データと関連するラベルのスケーリングされた解剖モデルの作成（SSLE）

ここでは、先天性大動脈異常を処理する際に、術前計画と複雑な血管の場所の術中の再編成に 3次元印刷モデルを使用するプロトコルを提案する.

複雑な大動脈の異常の三次元印刷

このプロトコルは、外科シミュレーションに使用される患者特有の解剖学的頭蓋骨モデルの完全に着色された3次元プリントの製造を記述する。異なるイメージングモダリティ、画像セグメンテーション、3次元モデル抽出、プリントの製造を組み合わせる重要なステップについて説明します。...

脳神経外科における複雑頭蓋内腫瘍の多色3D印刷

スピンコーティング、ポリジェット印刷、および融合蒸着モデリングが統合され、生体組織の構造的および機能的特性をシミュレートする多層異種ファントムを生成します。...

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

このプロトコルは骨の欠陥の再建のための3D計画および印刷の使用を記述する。セグメンテーションツールを使用して3Dモデルを作成し、その後に3D設計ソフトウェアを作成し、アブレーション手術や第2段階に付随する再建目的で患者固有のインプラントを作成します。...

骨の欠陥の再構築のための患者特有のインプラントの3D計画と印刷

このプロトコルは、患者固有の頭蓋骨、脳および腫瘍ファントムの製造について説明する。3Dプリンティングを使用して金型を作成し、ポリビニルアルコール(PVA-c)を組織模倣材料として使用しています。...

超音波による患者特異的ポリビニルアルコールファントム作製法とX線コントラストによる脳腫瘍手術計画

ここでは、マルチモーダル療法評価、介入前計画、心血管解剖学に関する医師訓練のための模擬循環セットアップの開発を紹介する。患者固有の断層図スキャンの適用と、このセットアップは、個別化医療における治療アプローチ、トレーニング、および教育に最適です。...

介入計画と訓練のための3Dプリント心血管ファントムの開発と評価

3次元(3D)仮想ハイブリッドモデルを作成するためのワークフローは、コーンビームコンピュータ断層撮影データセットと、X線画像セグメンテーション法と自由曲面表面モデリングを利用した口腔内光学スキャンに基づいて設計されています。デジタルモデルは、再建歯槽骨手術の仮想計画に使用されます。...

歯槽骨再建手術の仮想計画のためのデジタルハイブリッドモデル作成

ここでは、甲状腺手術の術前評価のためにパーソナライズされた3Dプリントモデルを確立する新しい方法が提案されています。術前の話し合いに役立ち、甲状腺手術の難易度を軽減します。...

甲状腺手術における術前評価のためのパーソナライズされた3Dプリントモデル

血管内治療の進歩により、複雑な開腹手術は、弁置換術や動脈瘤修復などの低侵襲オプションに取って代わられました。この論文では、3次元(3D)モデリングとバーチャルリアリティを使用して、神経インターベンションカテーテル検査ラボの手順計画のためのCアームの位置決め、角度測定、およびロードマップの生成を支援し、手順時間を最小化することを提案しています。...

画像とバーチャルリアリティを使用した精密手術のための患者固有のアプローチの先駆者

学ぶボクセルベース3D印刷による医療画像からの高精度軟組織モデル製造法。放射線科医との連携で手術前計画の正確性を向上させ、複雑な軟組織構造を忠実に再現する技術を習得できます。

ボクセル印刷の解剖学:ビットマップ印刷による現実的な手術前計画モデルの設計と製造

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