이 방법은 복셀 기반의 3D 프린팅 워크플로우를 보여 주며, 이는 정확한 공간 충실도 와 공간/대비 해상도로 의료 이미지에서 직접 인쇄됩니다. 이를 통해 데이터의 손실이나 변경 없이 방사선 밀도와 상관관계가 있는 형태학적으로 복잡하고 졸업된 재료를 통해 재료 분포를 정밀하고 졸업할 수 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
수술 전 계획을 위한 3차원(3D) 프린팅의 대부분의 응용 분야는 현재 모델링 패러다임의 정확성, 품질 및 효율성의 근본적인 한계로 인해 복잡한 장기의 뼈 구조와 간단한 형태학적 설명으로 제한되었습니다. 이것은 주로 개체의 내부가 중요하고 해부학 경계가 점차적으로 전이 대부분의 외과 전문에 중요한 연조직을 무시했습니다. 따라서, 조직의 여러 척도와 다양한 재료 분포를 표시하는 인간 조직을 복제하기 위해 생물 의학 산업의 요구는 새로운 형태의 표현을 필요로한다.
여기에 제시된 새로운 기술은 현재 의학적 이미지에서 직접 3D 모델을 생성하여 현재 의3D 모델링 방법에 대한 공간 및 대비 해상도가 우수하며 이전에는 달성할 수 없었던 공간 충실도 및 연조직 분화를 포함하는 새로운 기술입니다. 또한 MRI 및 CT의 연생물학적 조직에서 볼 수 있는 재료 강성의 영역을 가로지르는 새로운 첨가제 제조 복합재료의 경험적 측정도 제시된다. 이러한 독특한 볼륨 설계 및 인쇄 방법을 통해 재료 강성과 색상을 결정적이고 지속적으로 조정할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 사전 수술 계획에 적기 제조를 완전히 새로운 적용 할 수 있습니다: 기계적 리얼리즘. 외관 매칭을 제공하는 기존 모델에 대한 자연스러운 보완으로, 이러한 새로운 모델은 또한 의료 전문가가 촉각 감각이 중요한 역할을하는 분야에 중요한 추가 조직 시뮬레이션의 공간적으로 다양한 재료 특성을 "느낄"수 있습니다.
서론
현재 외과 의사는 3D 환자에 대한 수술을 계획하기 위해 뚜렷한 데이터를 표시하는 수많은 이산 2 차원 (2D) 이미징 양식에 대해 연구합니다. 또한 2D 화면에서 이 데이터를 보는 것은 수집된 데이터의 전체 범위를 완전히 전달할 수 없습니다. 이미징 양식의 수가 증가함에 따라 조직의 여러 척도를 나타내는 고유한 양식에서 더 많은 데이터를 합성하는 기능은 보다 효과적이고 효율적인 수술 계획을 위해 정보를 응축하고 큐레이트하기 위해 새로운 형태의 디지털 및 물리적 표현을 필요로 합니다.
3D 인쇄, 환자 특정 모델은 수술 시간과 수술 합병증을 줄이기 위해 보여 진 수술 계획을위한 새로운 진단 도구로 등장했다1. 그러나, 이 과정은 3D 프린팅의 표준 스테레오소그래피(STL) 방법으로 인해 시간이 많이 소요되며, 이는 데이터의 눈에 보이는 손실을 나타내고 인쇄된 물체를 고체, 균일성 및 이소트로픽 재료로 렌더링합니다. 그 결과, 외과 계획을 위한 3D 프린팅은 뼈 구조와 복잡한 장기의 간단한 형태학적 설명으로 제한되었습니다2. 이러한 제한은 제조된 물체가 외부 경계에 의해 완전히 설명되는 산업 혁명의 제품과 요구에 의해 인도되는 오래된 제조 패러다임의 결과입니다....
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프로토콜
참고: 3D 슬라이서 의료 이미지 컴퓨팅 소프트웨어4 ( 재료 표 참조)는 1부에서 3절에 완료된 작업에 사용되었다.
1. 데이터 입력
- 의료 이미지 컴퓨팅 소프트웨어를 열고 드롭다운 메뉴에서 파일 버튼과 DICOM 을 클릭하고 DICOM 브라우저 창이 열릴 때까지 기다립니다.
- DICOM 브라우저 창에서 가져오기를 선택합니다. 디렉터리 팝업 창에서 DICOM 가져오기 파일이 나타날 때까지 기다립니다.
- DICOM 파일 스택으로 이동하여 가져오기 단추를 클릭합니다.
- 선택한 DICOM 파일 스택이 DICOM 브라우저에 로드되어 있는지 확인합니다. 데이터가 올바르게 채워지고 환자, 연구, 시리즈 및 인스턴스와 같은 다음 범주에서 원하는 연구와 일치하는지 확인합니다.
- 고급
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결과
그림 2 및 그림 3에 도시된 것과 같이 긍정적인 결과는 1.2.5 또는 2.1.1.4 단계에 정의된 볼륨 렌더링을 직접 변환하는 것입니다. 최종 모델은 크기, 모양 및 색상의 볼륨 렌더링과 시각적으로 일치해야 합니다. 이 프로세스에는 오류가 발생할 수 있는 여러 단계가 있으며, 이는 위에 나열된 하나 이상의 속성에 영향을 미칩니다.
그림 4에 나와 같이 균일한 크기 조정과 관련된 문제는 이미징, 컴퓨터 하드웨어 및/또는 기본 소프트웨어 설정의 결과일 수 있습니다. 병원은 다양한 기술을 사용하여 다양한 스캐너에서 이미지를 생성하고 렌더링합니다. 이 메서드는 일반적으로 활용되지 않는 메타데이터를 노출할 수 있는 원본 이미지에서 직접 작동하므로 이미징 워크플로의 뉘앙스에 익숙해지는 것이 중요합니.......
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토론
디지털 모델링 도구의 대부분이 오늘날 사용하는 현재의 표현 프레임워크는 STL 파일 format8을 초래합니다. 그럼에도 불구하고, 이 패러다임의 특정 특성은 더 복잡하고 천연 소재의 세분화또는 계층구조를 표현하려고 할 때 부적절하다는 것이 입증되었습니다. 다중 재료 3D 프린팅과 같은 최근 적층 제조 기술이 등장함에 따라 고도로 조정되고 최적화된 물체를 생산할 수 있어 부피 전체에 점진적인 재료 전환을 표시할 수 있습니다. 이 논문은 복셀 또는 비트맵 기반 프로세스가 복잡한 재료 표현에 더 적합하며 방사선 학적 이미지에서 방사선 밀도 및 형태 학적 복잡성을 변환하는 기술을 제공한다는 것을 시사합니다. 이 워크플로우의 장점은 i) 3D 인쇄 된 볼륨 내에서 여러 스케일의 재료 분포에 대한 정밀하고 졸업 된 제어 를 포함하고 ii) 3D 복셀 필드에 기존의 2D 이미지 처리 기술을 증가하고 미적 자질과 재료 조직이 구조적 성능에 맞게 고도로 변조되는 객체의 설계 및 엔지니어링 내에서 새로.......
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공개 사항
N.J.는 콜로라도 리젠트 대학이 이 작품에 설명된 것과 같은 방법을 설명하는 특허 출원에 대한 저자입니다(출원 안 됩니다. US16/375,132; 게시 번호 US20200316868A1; 2019년 4월 04일 제출; 게시 08 10월 2020). 다른 모든 저자는 경쟁적인 이해관계가 없다고 선언합니다.
감사의 글
우리는 수술 전 계획에 대한 복셀 인쇄에 대한 우리의 과학적 연구의 관대 한 지원에 대한 AB 넥서스와 콜로라도 주 감사합니다. 이 연구에 사용된 데이터 세트를 제공한 L. 브라운, N. Stence 및 S. 셰리던에게 감사드립니다. 이 연구는 AB 넥서스 그랜트와 콜로라도 고급 산업 보조금의 상태에 의해 투자되었다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D 슬라이서 이미지 컴퓨팅 플랫폼 | Slicer.org | 버전 4.10.2– 4.11.2 | |
| GrabCAD | Stratasys | 1.35 | |
| J750 Polyjet 3D 프린터 | Stratasys | ||
| Photoshop | Adobe | 2021 |
참고문헌
- Ali, A., et al. Clinical situations for which 3D printing is considered an appropriate representation or extension of data contained in a medical imaging examination: adult cardiac conditions. 3D Printing in Medicine. 6 (1), 24(2020).
- Ballard, D. H., et al.
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재인쇄 및 허가
