Name: Druk 3D przedklinicznych zestawów danych tomografii komputerowej rentgenowskiej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Poznaj metodę druku 3D modeli anatomicznych z danych tomografii komputerowej rentgenowskiej. Technika ta umożliwia wizualizację złożonych struktur szkieletowych i miękkich tkanek, wspierając badania przedkliniczne oraz edukację w dziedzinie obrazowania biologicznego.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Serdecznie dziękujemy Nanovic Institute for European Studies, Glynn Family Honors Program, Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) oraz Carestream Health za wsparcie finansowe dla tego projektu. Badania nad rozwojem czaszki królika wspierane przez NSF BCS-1029149 do MJR.

<ol><li>Kazmer, D. O., Speight, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer+Injection+Molding+Technology+for+the+Next+Millennium%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Injection+Molding+Technology%22%5BJournal%5D)">Polymer Injection Molding Technology for the Next Millennium.</a> Journal of Injection Molding Technology. 1 (2), 81-90 (1997).</li>
<li>Bradshaw, S., Bowyer, A., Haufe, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+intellectual+property+implications+of+low-cost+3D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22ScriptEd%22%5BJournal%5D)">The intellectual property implications of low-cost 3D printing.</a> ScriptEd. 7 (1), 5-31 (2010).</li>
<li>Partridge, R., Conlisk, N., Davies, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-lab+three-dimensional+printing%3A+An+inexpensive+tool+for+experimentation+and+visualization+for+the+field+of+organogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Organogenesis%22%5BJournal%5D)">In-lab three-dimensional printing: An inexpensive tool for experimentation and visualization for the field of organogenesis.</a> Organogenesis. 8 (1), 1-6 (2012).</li>
<li>Guillot, A., Champely, S., Batier, C., Thiriet, P., Collet, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+spatial+abilities%2C+mental+rotation+and+functional+anatomy+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Health+Sci.+Educ.+Theory+Pract%22%5BJournal%5D)">Relationship between spatial abilities, mental rotation and functional anatomy learning.</a> Adv. Health Sci. Educ. Theory Pract. 12, 491-507 (2007).</li>
<li>D Printing Materials on Shapeways [Internet]. , Shapeways. Available from: 
 
 <a target="_blank" href="http://www.shapeways.com/materials/white_strong_flexible">http://www.shapeways.com/materials/white_strong_flexible</a> (2013).</li>
<li>MakerBot Replicator [Internet]. , Makerbot. Available from: 
 
 <a target="_blank" href="http://store.makerbot.com/replicator.html">http://store.makerbot.com/replicator.html</a> (c2009-2013).</li>
<li>Information from the ProJet HD 3000 Technical Brochure [Internet]. , 3d Systems. Available from: 
 
 <a target="_blank" href="http://www.3dsystems.com/products/datafiles/projet/ProJet_HD_3000_Brochure_USEN.pdf">http://www.3dsystems.com/products/datafiles/projet/ProJet_HD_3000_Brochure_USEN.pdf</a> (2009).</li>
<li>Cignoni, P., Scopigno, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sampled+3D+models+for+CH+applications%3A+a+viable+and+enabling+new+medium+or+just+a+technological+exercise%5BTitle%5D)+AND+%22Association+for+Computing+Machinery+Journal+on+Computing+and+Cultural%22%5BJournal%5D)">Sampled 3D models for CH applications: a viable and enabling new medium or just a technological exercise.</a> Association for Computing Machinery Journal on Computing and Cultural. 1 (1), 1(2008).</li>
<li>Symes, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+3D-printed+reactionware+for+chemical+synthesis+and+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Integrated 3D-printed reactionware for chemical synthesis and analysis.</a> Nature Chemistry. 4, 349-354 (2012).</li>
<li>Sheridan, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabricating+consent%3A+three-dimensional+objects+as+rhetorical+compositions%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+and+Composition%22%5BJournal%5D)">Fabricating consent: three-dimensional objects as rhetorical compositions.</a> Computers and Composition. 27, 249-265 (2010).</li>
<li>Windisch, G., Salaberger, D., Rosmarin, W., Kastner, J., Exner, G. U., Haldi-Brandle, V., Anderhuber, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Model+for+Clubfood+Based+on+Micro-CT%5BTitle%5D)+AND+%22Data.+J.+Anat%22%5BJournal%5D)">A Model for Clubfood Based on Micro-CT.</a> Data. J. Anat. 210, 761-766 (2007).</li>
</ol>

W. Matthew Leevy jest konsultantem w firmie Carestream Molecular Imaging. Brian Stamile jest inżynierem wsparcia w firmie MakerBot Industries.

Zestawy danych rentgenowskich tomografii komputerowej żywego szczura Lobund-Wistar i czaszki białego królika z Nowej Zelandii ex vivo wykorzystano do wykazania wykonalności produkcji obiektów 3D na podstawie przedklinicznych danych biologicznych. Modele zostały wygenerowane przy użyciu trzech różnych źródeł: 1) popularnego Makerbot Replicator, 2) zewnętrznej firmy Shapeways Inc oraz 3) wysokiej jakości komercyjnego ProJet HD 3000. Każda drukarka była w stanie wygenerować obiekty, które spełniały główny cel, jakim była ulepszona wizualizacja danych. 
Podczas procesu drukowania przedklinicznych danych TK ustalono i podsumowano zalety i wady każdej metody drukowania dla użytkownika końcowego. MakerBot Replicator to niedrogie (1,750 USD) rozwiązanie laboratoryjne, które jest dostępne dla praktycznie każdego laboratorium na całym świecie. Może drukować w wielu kolorach za pomocą niedrogich danych wejściowych (tomografia komputerowa szczura z płucami zużywała około 3,50 USD w plastiku). Makerbot jest jednak ograniczony rozdzielczością, a co za tym idzie, niektóre modele będą musiały zostać powiększone, aby uzyskać prawidłowe wytłoczenie i wizualizację zamierzonej struktury. Shapeways Inc. zapewnia wyjątkową liczbę wyborów w odniesieniu do koloru i materiału. Modele są wysokiej rozdzielczości i solidne. Chociaż ich ceny są około 10-krotnie wyższe niż MakerBot w przeliczeniu na jednostkę (tomografia komputerowa szczura z płucami kosztowała 41,61 USD), użytkownik może wykonać ograniczoną liczbę zadań i uniknąć początkowych kosztów zakupu drukarki. Dwutygodniowy czas realizacji ze strony Shapeways to niewielka wada. ProJet HD 3000 zapewniał wyjątkowe modele pod względem rozdzielczości i wytrzymałości. Mieliśmy to szczęście, że udało nam się zlecić druk naszych obiektów na drukarce ProJet HD 3000 w Innovation Park w Notre Dame (około 30 dolarów za tomografię komputerową szczura z płucami do pracy i materiałów). Użytkownicy mogą mieć trudności z dostępem do tego typu sprzętu, ponieważ są one wycenione w granicach 80 000 USD, a drukowanie w wielu kolorach jest również kłopotliwe. Ponieważ każdy przyrząd/producent podaje inną metrykę opisującą rozdzielczość drukowania obiektów (minimalny poziom szczegółowości Shapeways = 0,2 mm, minimalna grubość ścianki = 0,7 mm, 5 grubości warstwy MakerBot = 0,2-0,3 mm z dyszą 0,4 mm, 6ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 z dokładnością 0,025-0,05 mm ), jakościowa ocena względnych rozdzielczości między każdym systemem sugeruje, że zarówno Shapeways, jak i system ProJet HD mogą drukować w wysoka szczegółowość do skali, podczas gdy niektóre obiekty muszą zostać powiększone, aby pomyślnie korzystać z MakerBota. Łącznie wszystkie trzy metody są przyjazne dla środowiska i zapewniają wygodny sposób na łatwą produkcję bardzo szczegółowych przedklinicznych modeli tomografii komputerowej przed prześwietleniem. 
Konkluzja
Stopniowo technologia druku 3D stała się bardziej dostępna, ponieważ zminimalizowano zarówno koszty, jak i złożoność. 8, 9 Teraz dosłownie każdy może drukować trójwymiarowe obiekty w wysokiej rozdzielczości z plików cyfrowych. Te szczegółowe trójwymiarowe obiekty mogą być użytecznymi narzędziami zarówno dla nauczycieli, jak i badaczy. Ponadto zapewniają środek komunikacji wizualnej, który pomaga w osiągnięciu lepszego zrozumienia. 10 Na przykład badacze medyczni mogą korzystać z próbek lub modeli specyficznych dla pacjenta, aby poprawić zarówno komunikację, jak i zrozumienie ze swoimi współpracownikami i pacjentami. 11 Chociaż reprezentacja na ekranach 2D przeszła długą drogę, nic nie zastąpi wizualnego i zmysłowego doświadczenia trzymania w ręku prawdziwego przedmiotu, który można trzymać, obracać, badać i przesuwać. Model w połączeniu z elektroniczną reprezentacją danych jest jeszcze potężniejszy, ponieważ pozwala naukowcom badać obiekt fizyczny pod kątem obszarów zainteresowania i znajdować te obszary na modelu komputerowym w celu dalszej analizy ilościowej. Dzięki odpowiedniemu gromadzeniu danych, renderowaniu powierzchni i edycji stereolitograficznej możliwe jest szybkie tworzenie szczegółowych, stosunkowo niedrogich modeli na podstawie danych z rentgenowskiej tomografii komputerowej. W tym miejscu przedstawiamy szczegółową, krok po kroku metodę tworzenia trójwymiarowego modelu na podstawie przedklinicznych danych dotyczących małych zwierząt zebranych za pomocą mikrotomografii komputerowej rentgenowskiej. Pozyskaliśmy nasze zestawy danych z tomografii komputerowej in vivo i ex vivo za pomocą stacji obrazowania Albira, a następnie przeprowadziliśmy ich przetwarzanie za pomocą pakietów oprogramowania PMOD, ImageJ, Meshlab i Netfabb. Na koniec udostępniamy szczegółowe instrukcje, które umożliwią drukowanie modeli trójwymiarowych z szeregiem rozwiązań komercyjnych. W każdym przypadku efektem końcowym jest model, który zapewnia unikalną, trzymaną w ręku, fizyczną manifestację pozyskanych danych tomograficznych, które normalnie byłyby ograniczone do ekranu komputera.

<table><tbody><tr><td colspan="4"> Wymagane programy <ol> <li>Albira Image Acquirer </li> <li>PMOD </li> <li>ImageJ </li> <li>Meshlab </li> <li>Netfabb </li> <li>ReplicatorG </li> </ol> </td></tr></tbody></table>

druk 3d przedklinicznych zestawów danych tomografii komputerowej rentgenowskiej

3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

Drukowanie trójwymiarowe pozwala na produkcję bardzo szczegółowych obiektów w procesie znanym jako produkcja addytywna. Tradycyjne, wtryskiwane metody tworzenia modeli lub części mają kilka ograniczeń, z których najważniejszym jest trudność w wytwarzaniu bardzo skomplikowanych produktów w sposób terminowy i opłacalny. 1 Jednak stopniowe ulepszenia w technologii druku trójwymiarowego zaowocowały zarówno wysokiej klasy, jak i ekonomicznymi instrumentami, które są obecnie dostępne do łatwej produkcji niestandardowych modeli. 2 Drukarki te mają możliwość wytłaczania obiektów o wysokiej rozdzielczości z wystarczającą ilością szczegółów, aby dokładnie odwzorować obrazy in vivo wygenerowane z przedklinicznego tomografu komputerowego rentgenowskiego. Dzięki odpowiedniemu gromadzeniu danych, renderowaniu powierzchni i edycji stereolitograficznej, możliwe i niedrogie jest teraz szybkie tworzenie szczegółowych struktur szkieletowych i tkanek miękkich na podstawie danych z tomografii rentgenowskiej. Nawet we wczesnych stadiach rozwoju modele anatomiczne wytworzone za pomocą druku trójwymiarowego przemawiają zarówno do nauczycieli, jak i badaczy, którzy mogą wykorzystać tę technologię do poprawy biegłości w wizualizacji. 3, 4 Realne korzyści płynące z tej metody wynikają z namacalnego doświadczenia, jakie badacz może mieć z danymi, których nie można odpowiednio przekazać przez ekran komputera. Translacja przedklinicznych danych 3D na obiekt fizyczny, który jest dokładną kopią badanego obiektu, jest potężnym narzędziem do wizualizacji i komunikacji, zwłaszcza do relacjonowania badań obrazowych studentom lub osobom z innych dziedzin. W tym miejscu przedstawiamy szczegółową metodę drukowania plastikowych modeli struktur kostnych i narządowych pochodzących z tomografii rentgenowskiej z wykorzystaniem systemu Albira X-ray CT w połączeniu z pakietami oprogramowania PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb i ReplicatorG.

<img alt="Diagram zmienności kolorystycznej szkieletu zwierzęcia; analiza struktury porównawczej; badanie gęstości kości." src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Modele wydrukowane w technologii 3D płuc i cech szkieletowych szczura na podstawie zestawu danych CT rentgenowskiego. Obiekty zostały wydrukowane przy użyciu ProJet HD 3000 (lewo), Shapeways Inc. (środek) lub Makerbot Replicator (prawo). Pasek skali oznacza 2 cm. Należy zauważyć, że pasek skali w panelu C jest mniejszy niż w panelach A i B, co odzwierciedla fakt, że w niektórych przypadkach Makerbot musi wydrukować powiększony obiekt, aby uzyskać wystarczający poziom szczegółowości.
Rycina 1 przedstawia produkty końcowe trzech metod drukowania tego samego zestawu danych CT szczura in vivo. Wszystkie trzy modele składają się z przyciętej struktury szkieletowej oraz wyjmowanych płuc, które zostały wydrukowane niezależnie, a następnie połączone. Model po lewej stronie jest wynikiem pracy drukarki wysokiej rozdzielczości ProJet HD 3000, wykonanym z półprzezroczystego tworzywa akrylowego. Obiekt w centrum został wykonany przez zewnętrzną firmę, Shapeways Inc., w której struktura szkieletowa została wydrukowana z białego plastiku nylon 12, natomiast struktury oddechowe wykonano w kolorze fioletowym. Te dwa pierwsze modele zostały wydrukowane w skali rzeczywistej, osiągając długość około 11 cm. Obiekt po prawej stronie został wykonany przy użyciu drukarki MakerBot. Struktura szkieletowa została wydrukowana z plastiku ABS (akrylonitryl-butadien-styren) w kolorze naturalnym, a płuca z ABS w kolorze limonkowym. Ze względu na ograniczenia rozdzielczości drukarki MakerBot, model ten nie mógł zostać wydrukowany w skali rzeczywistej bez degradacji drobnych struktur, takich jak klatka piersiowa. Zamiast tego, model został powiększony prawie 2-krotnie przy użyciu opcji „fill build space”, aby uzyskać pożądany poziom szczegółów wizualnych, co zaowocowało obiektem o długości 21 cm.
<img alt="Porównanie czaszek zwierząt, widok z trzech stron; analiza morfologiczna, badanie anatomiczne, analiza preparatów." src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Modele wydrukowane w technologii 3D na podstawie zbioru danych czaszki królika ex vivo. Przedstawione obiekty zostały wydrukowane przy użyciu ProJet HD 3000 (lewo), Shapeways Inc. (środek) oraz Makerbot Replicator (prawo). Pasek skali oznacza 1 cm.
Rycina 2 przedstawia końcowe produkty każdej z metod drukowania dla zestawu danych CT czaszki królika ex vivo. Model po lewej stronie jest wynikiem pracy drukarki wysokiej rozdzielczości ProJet HD 3000 z wykorzystaniem półprzezroczystego tworzywa akrylowego. Model w centrum został wydrukowany z białego nylonu 12 w firmie Shapeways Printing. Obiekt po prawej stronie został wydrukowany z białego tworzywa przy użyciu drukarki MakerBot. Wszystkie trzy obiekty zostały wydrukowane w skali i mają długość około 8,5 cm.
<img alt="Schemat porównawczy szkieletów gryzoni; różnice w kręgach i klatce piersiowej zaznaczone na fioletowo." src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Modele wydrukowane w technologii 3D z pełnego zestawu danych CT rentgenowskiego szczura. Obiekty zostały wydrukowane za pomocą ProJet HD 3000 (lewo) oraz przez Shapeways Inc. (prawo). Pasek skali oznacza 1 cm.
 Rysunek 3 przedstawia końcowe produkty dwóch metod drukowania pełnego zestawu danych CT szczura in vivo. Oba modele składają się z kompletnej struktury szkieletowej (bez ogona) oraz wyjmowanych płuc. Model po lewej stronie jest wynikiem pracy drukarki o wysokiej rozdzielczości, ProJet HD 3000, wydrukowanej z przezroczystego tworzywa akrylowego. Model po prawej stronie został wydrukowany w Shapeways Printing, przy czym struktura szkieletowa została wykonana z białego nylonu 12, a płuca w kolorze fioletowym. Oba te modele zostały wydrukowane w skali rzeczywistej, osiągając długość około 19 cm. Ze względu na wymaganą szczegółowość detali, pełny szkielet nie mógł zostać wydrukowany za pomocą MakerBot Replicator.
 Podczas badania technik druku trójwymiarowego zaobserwowano określone zalety i wady, które przedstawiono w Tabeli 1.
<table border="1">
<tbody>
 <tr>
 <td>Metoda drukowania</td>
 <td>Zalety</td>
 <td>Wady</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MakerBot</td>
 <td>Niezwykle szybki, szeroka gama opcji kolorystycznych, możliwość drukowania w dwóch kolorach, niezwykle tani</td>
 <td>Najniższy poziom szczegółowości. Usuwanie materiałów podporowych przebiega powoli (w rzędu kilku godzin).</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Shapeways</td>
 <td>Szeroki wybór opcji kolorystycznych, różnorodność materiałów do druku, wysoki poziom szczegółowości, stosunkowo niska cena</td>
 <td>Dwutygodniowy czas realizacji i dostawy zamówienia</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>ProJet HD 3000</td>
 <td>Stosunkowo krótki czas realizacji, najwyższy poziom szczegółowości, wysoka wydajność, łatwe usuwanie materiałów podporowych (wosku).</td>
 <td>Najwyższy koszt początkowy, tylko jedna opcja kolorystyczna podczas praktycznego zastosowania.</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>
Tabela 1. Porównanie technologii druku 3D dostępnych do drukowania zbiorów danych CT.

Korzystając z nowoczesnych technologii wytłaczania i drukowania tworzyw sztucznych, teraz można szybko i tanio produkować fizyczne modele danych z tomografii komputerowej wykonanej w laboratorium. Trójwymiarowe drukowanie danych tomograficznych jest potężnym narzędziem do wizualizacji, badań i edukacji, do którego może teraz uzyskać dostęp społeczność zajmująca się obrazowaniem przedklinicznym.

Druk 3D przedklinicznych zestawów danych tomografii komputerowej rentgenowskiej

Three-dimensional printing allows for the production of highly detailed objects through a process known as additive manufacturing.  Traditional, ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest stworzenie modeli anatomicznych na podstawie przedklinicznych zestawów danych tomografii komputerowej (CT) przy użyciu technologii druku 3D z tworzywa sztucznego. Cel ten osiąga się poprzez umieszczenie szczura lub myszy w stacji obrazowania i wykonanie skanu w trybie tomografii komputerowskiej. Następnie dane są rekonstruowane i formatowane w celu wprowadzenia ich do komercyjnego urządzenia do druku 3D.W końcowym etapie drukarka wytłacza z tworzywa sztucznego złożony model fizyczny danych tkanek kostnych lub miękkich. Ostatecznie technologia druku 3D służy do przeniesienia danych z ekranu komputera bezpośrednio do dłoni użytkownika. Pomysł na tę metodę pojawił się u mnie podczas pracy w laboratorium z zestawami danych tomografii komputerowej (CT), natomiast o technologii druku 3D dowiedziałem się na zajęciach z inżynierii tutaj, na Notre Dame.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi istniejącymi metodami, takimi jak wtryskiwanie tworzyw sztucznych, jest to, że druk 3D umożliwia tworzenie niezwykle złożonych modeli, których produkcja w inny sposób nie byłaby możliwa. Chociaż metoda ta może być wykorzystywana do drukowania danych 3D struktur szkieletowych, można ją również zastosować do systemów tkanek miękkich, takich jak płuca, co pozwala na uzyskanie produktu końcowego o takim wyglądzie. Wszystkie obrazy in vivo i ex vivo wykonane na potrzeby demonstracji tego protokołu zostały pozyskane przy użyciu systemu tomografii komputerowej Albea X-ray; obrazy zrekonstruowano za pomocą algorytmu filtrowanej projekcji wstecznej w oprogramowaniu Albea Suite 5.0. W celu uzyskania obrazów in vivo przedstawionych w tym protokole, wykonano skan jednego samca szczura typu low bun w wieku 10 miesięcy, w pełnej anestezji z zastosowaniem izofluranu; przeprowadzono również obrazowanie ex vivo.Przeprowadzono skanowanie próbki czaszki królika rasy nowozelandzkiej, utrwalonej w 10% formalinie. Połączenie tych ustawień akwizycji i rekonstrukcji pozwala na uzyskanie obrazu końcowego z izotropowymi wokselami o rozmiarze 0,125 mm, co uznaje się za wystarczające do analizy całego zwierzęcia oraz druku 3D struktur anatomicznych. Należy zauważyć, że cechy szkieletowe z obrazów CT mogą być wydrukowane z surowych danych bez konieczności przeprowadzania segmentacji.Jednakże przed przetworzeniem tych danych do druku 3D wymagana jest segmentacja tkanek miękkich. Tutaj przedstawiono przykład z tkanką płucną. Następnie dane muszą zostać przekonwertowane z formatu micro PET do formatu DICOM. Dzięki zastosowaniu oprogramowania analitycznego PMOD, dane DICOM zawierają wartości gęstości objętościowej dla każdego woksela.Następnie, aby przygotować dane DICOM do druku, muszą one zostać przetworzone jako ciągła powierzchnia zamiast obrazu wolumetrycznego; do uzyskania renderowania powierzchni w celu dalszej obróbki można wykorzystać oprogramowanie J wersji 1.43 U. Na koniec, dwa programy, mesh lab wersji 1.31 oraz net fab studio basic 4.9, mogą być używane równolegle do usunięcia nadmiaru siatki, połączenia rozdzielonych fragmentów siatki, naprawy otworów, a następnie wygładzenia końcowej siatki. Główne różnice między tymi dwoma programami polegają na zestawach narzędzi udostępnionych użytkownikowi oraz niektórych aspektach sterowania nawigacją w interfejsie.Oba programy służą do edycji siatek 3D, a ich wspólne wykorzystanie zapewnia najprostszy sposób edycji modelu. Upewnij się, że podczas korzystania z programu MeshLab plik został zapisany w formacie STL. Aby wydrukować model CT za pomocą drukarki MakerBot, rozpocznij od otwarcia pliku STL wygenerowanego w poprzednich krokach w oprogramowaniu Replicator G.Replicator G to program firmy MakerBot Industries służący do komunikacji z drukarką, znajdujący się w prawym dolnym rogu menu oprogramowania. Kliknij opcję skali, a następnie wybierz Wypełnij przestrzeń roboczą. Następnie wybierz obróć, a potem kliknij połóż płasko.Następnie kliknij center w przypadku modeli z drobnymi szczegółami. Wybierz również opcję fill build platform, aby powiększyć skalę modelu. Z tego samego menu kliknij move, a następnie wybierz put on platform.Po uzyskaniu właściwej orientacji należy wybrać opcję generuj kod G z górnego paska menu. Na ekranie pojawi się okno z opcjami drukowania. Następnie należy wybrać ekstruder, który dostarczy filament do wydruku obiektu, wskazując lewy lub prawy.Zaznacz również opcję raft. Z rozwijanego menu o nazwie Use support material wybierz raft support. Upewnij się, że wybrałeś opcję pełnego wsparcia (full support).Następnie wybierz opcję generuj kod G; pojawi się okno pop-up wskazujące postęp generowania kodu G. Po zakończeniu generowania kodu G wybierz opcję zapisz do pliku, aby móc go użyć z kartą SD, a następnie przenieś wygenerowany na tym etapie plik na kartę pamięci SD. W celu transferu włóż tę kartę SD do drukarki MakerBot.Następnie za pomocą klawiatury drukarki MakerBot należy wybrać opcję drukowania z karty SD i zaznaczyć żądaną nazwę pliku. W tym momencie drukarka MakerBot automatycznie rozpocznie nagrzewanie w celu wydrukowania obiektu. Poniżej znajduje się film w przyspieszonym tempie przedstawiający proces drukowania modelu 3D z zestawu danych CT.Korzystając z usługi internetowej Shapeways, należy rozpocząć od utworzenia bezpłatnego konta na stronie internetowej Shapeways. Następnie można bezpośrednio przesłać wcześniej wygenerowany plik STL. Wybierz tytuł dla przesłanego pliku.Następnie wybierz jednostkę miary z pojawiającego się menu rozwijanego. Teraz wybierz opcję prześlij model. Po przesłaniu pliku strona internetowa poświęci kilka minut na jego przetworzenie, aby upewnić się, że można go wydrukować.Model będzie dostępny do wydruku na stronie My Models po około 10 minutach. W zaprezentowanej tutaj scenie przykładu do wydruku struktur szkieletowych użyto białego materiału strong flexible, a do wydruku tkanki płucnej fioletowego materiału strong flexible. Plik STL można również wydrukować, korzystając z komercyjnej drukarki trójwymiarowej o wysokiej rozdzielczości, takiej jak Projet HD 3000.Aby skorzystać z tego systemu, plik STL musi zostać najpierw załadowany do formatu własnego systemu 3D w celu rozmieszczenia zadania na platformie. Wymaga to zmiany orientacji modelu, aby zminimalizować zarówno zużycie woskowych podpór, jak i czas druku. Zapisz ten plik, prześlij go elektronicznie do drukarki i wprowadź do drukarki platformę aluminiową.Drukarka HD 3000 rozpocznie następnie druk obiektu 3D, zgodnie z tym, co widać tutaj. Po zakończeniu druku należy zdjąć model z platformy i umieścić go w piekarniku w temperaturze około 73 °C. Pozwoli to na stopienie wosku wspierającego z modelu.Na koniec ostrożnie wyjmij obiekt z pieca, gdy jest on jeszcze gorący, i przetrzyj go chusteczką Kim wipe. Pozwoli to usunąć pozostały wosk z powierzchni obiektu. Tutaj możemy zobaczyć produkty końcowe dla trzech metod druku tego samego zestawu danych CT szczura in vivo.Wszystkie trzy modele składają się z przyciętej struktury szkieletowej oraz wyjmowanych płuc, które zostały wydrukowane oddzielnie, a następnie połączone. Model przedstawiony tutaj jest wynikiem pracy drukarki wysokiej rozdzielczości Proje HD 3000 i został wykonany z przezroczystego tworzywa akrylowego. Chociaż obiekt ten został wykonany przez zewnętrzną firmę Shapeways Incorporated, w której struktura szkieletowa została wydrukowana z białego nylonu 12, a struktury oddechowe wykonano w kolorze fioletowym, modele te zostały wydrukowane w skali, osiągając długość około 11 centymetrów.Obiekt ten został wykonany przy użyciu drukarki MakerBot ze względu na ograniczenia rozdzielczości tego urządzenia. Model ten został przeskalowany, w wyniku czego powstał obiekt o długości 21 centymetrów. Tutaj widzimy końcowe produkty każdej z metod druku dla zestawu danych CT czaszki królika ex vivo.Wszystkie trzy obiekty zostały wydrukowane w skali i mają około 8,5 centymetrów długości; tutaj przedstawiono produkty końcowe dla dwóch metod druku. Pełny zestaw danych CT szczura in vivo. Oba modele składają się z kompletnej struktury szkieletowej z wyjątkiem ogona oraz z wyjmowalnych płuc.Te dwa modele zostały wydrukowane w rzeczywistej skali. Należy zauważyć, że ze względu na wymagane szczegółowe detale, pełnego szkieletu nie można było wydrukować za pomocą drukarki MakerBot Replicator. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać ugruntowaną wiedzę na temat wykorzystania technologii druku 3D do tworzenia złożonych modeli anatomicznych opracowanych na podstawie zestawów danych z tomografii komputerowej (CT).

3d-printing-of-preclinical-x-ray-computed-tomographic-data-sets

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Druk 3D danych tomografii komputerowej przedklinicznych wykonanych za pomocą promieni X

Wykorzystaliśmy synchrotronową tomografię rentgenowską w Europejskiej Instalacji Promieniowania Synchrotronowego (ESRF), aby nieinwazyjnie uzyskać trójwymiarowe zbiory danych tomograficznych o rozdzielczości piksela 0.7µm. Dzięki zastosowaniu oprogramowania do renderowania objętościowego możliwe jest zrekonstruowanie struktur wewnętrznych w ich stanie naturalnym, bez artefaktów powstających podczas sekcjonowania histologicznego.

Nieinwazyjna wizualizacja 3D z rozdzielczością submikronową z wykorzystaniem synchrotronowej tomografii rentgenowskiej

Nieniszcząca wizualizacja objętościowa jest możliwa do uzyskania jedynie za pomocą technik tomograficznych, z których najefektywniejszą jest mikrotomografia komputerowa (CT) promieniami rentgenowskimi.

Wysokorozdzielcze obrazowanie 3D Ex-vivo Próbki biologiczne w mikro-tomografii komputerowej (mikro-CT)

Metodologia jest opisana tutaj do reprezentowania danych obrazowania anatomicznego w kryształach. Tworzymy skalowane trójwymiarowe modele danych obrazowania biomedycznego do wykorzystania w podpowierzchniowym grawerowaniu laserowym (SSLE) szkła kryształowego. Narzędzie to stanowi użyteczne uzupełnienie wyświetlaczy obliczeniowych lub modeli drukowanych trójwymiarowo stosowanych w warunkach klinicznych lub edukacyjnych.

Tworzenie skalowanego modelu anatomicznego na podstawie danych z obrazowania tomografii biomedycznej i powiązanych etykiet do późniejszego podpowierzchniowego grawerowania laserowego (SSLE) kryształów szklanych

Tutaj prezentujemy protokół korzystania z trójwymiarowych drukowanych modeli do planowania przedoperacyjnego i śródoperacyjnej reorganizacji skomplikowanych lokalizacji naczyniowych podczas obsługi wrodzonej anomalii aorty.

Trójwymiarowy wydruk złożonej anomalii aorty

Przedstawiono protokół do wizualizacji 3D mikroskopijnych struktur tkanek za pomocą metody barwienia specyficznego dla promieniowania rentgenowskiego, przeznaczonej do rentgenowskiej tomografii komputerowej.

Obrazowanie 3D próbek tkanek miękkich przy użyciu metody barwienia specyficznego dla promieniowania rentgenowskiego i nanoskopowej tomografii komputerowej

Tutaj prezentujemy rozwój symulowanej konfiguracji krążenia do oceny terapii multimodalnej, planowania przedinterwencyjnego i szkolenia lekarzy w zakresie anatomii układu sercowo-naczyniowego. Dzięki zastosowaniu skanów tomograficznych specyficznych dla pacjenta, ta konfiguracja jest idealna do podejść terapeutycznych, szkoleń i edukacji w zakresie medycyny zindywidualizowanej.

Opracowanie i ocena drukowanych w 3D fantomów sercowo-naczyniowych do planowania interwencyjnego i treningu

Opisujemy procedurę przetwarzania skanów tomografii komputerowej (CT) na wysokiej wierności, odzyskiwalne i tanie trenażery zadań proceduralnych. Opisano procesy identyfikacji tomografii komputerowej, eksportu, segmentacji, modelowania i drukowania 3D, wraz z problemami i wnioskami wyciągniętymi w tym procesie.

Stworzenie wysokiej jakości, taniego trenera zadań do umieszczania linii doszpikowej za pomocą druku 3D

Przepływ pracy do tworzenia trójwymiarowych (3D) wirtualnych modeli hybrydowych został zaprojektowany na podstawie zestawu danych tomografii komputerowej wiązki stożkowej i wewnątrzustnych skanów optycznych, wykorzystujących metody segmentacji obrazów radiograficznych i modelowanie powierzchni o dowolnym kształcie. Modele cyfrowe są wykorzystywane do wirtualnego planowania zabiegów chirurgicznych rekonstrukcyjnych zębodołu zębodołowego.

Przygotowanie cyfrowego modelu hybrydowego do wirtualnego planowania zabiegów chirurgicznych rekonstrukcyjnych zębodołu zębodołowego

Ta metoda demonstruje przepływ pracy druku 3D oparty na wokselach, który drukuje bezpośrednio z obrazów medycznych z dokładną wiernością przestrzenną i rozdzielczością przestrzenną/kontrastową. Umożliwia to precyzyjną, stopniowaną kontrolę rozkładu materiałów za pomocą morfologicznie złożonych, stopniowanych materiałów skorelowanych z gęstością promieniotwórczą bez utraty lub zmiany danych.

Anatomia drukowania wokselowego: projektowanie i wytwarzanie realistycznych, przedchirurgicznych modeli planistycznych za pomocą drukowania bitmapowego

Tutaj zaproponowano nową metodę tworzenia spersonalizowanego modelu drukowanego w 3D do przedoperacyjnej oceny operacji tarczycy. Sprzyja to rozmowie przedoperacyjnej, zmniejszając trudność operacji tarczycy.

Spersonalizowany model wydrukowany w 3D do oceny przedoperacyjnej w chirurgii tarczycy

Ta praca przedstawia szczegółowy protokół planowania chirurgicznego przy użyciu technologii 3D z darmowym oprogramowaniem open-source. Protokół ten może być stosowany do prawidłowego ilościowego określenia przedniej części kości udowej i symulacji derotacyjnej osteotomii proksymalnej kości udowej w leczeniu bólu przedniej części kolana.

Trójwymiarowe wirtualne planowanie przedoperacyjne w derotacyjnej osteotomii proksymalnej kości udowej

Poznaj metodę druku 3D modeli anatomicznych z danych tomografii komputerowej rentgenowskiej. Technika ta umożliwia wizualizację złożonych struktur szkieletowych i miękkich tkanek, wspierając badania przedkliniczne oraz edukację w dziedzinie obrazowania biologicznego.

Druk 3D przedklinicznych zestawów danych tomografii komputerowej rentgenowskiej

Przeglądaj więcej filmów