Name: Wielokolorowy druk 3D złożonych guzów wewnątrzczaszkowych w neurochirurgii (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 15 s
Description: Poznaj metodę wielokolorowego druku 3D modeli anatomicznych z danych CT i MRI do symulacji operacji neurochirurgicznych. Technika umożliwia precyzyjne odwzorowanie guzów wewnątrzczaszkowych z objętościowym kolorowaniem struktur.

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

playerTrialDesktop

Części tej pracy zostały zaprezentowane jako plakat na dorocznym spotkaniu Niemieckiego Towarzystwa Neurochirurgicznego (DGNC) 2019 w Würzburgu, Niemcy oraz jako krótka prezentacja na dorocznym spotkaniu Niemieckiego Towarzystwa Chirurgii Wspomaganej Komputerowo i Robotycznie (CURAC) 2019 w Reutlingen, Niemcy.

Protokół został zatwierdzony przez właściwą lokalną komisję etyki (Ethikkommission der Landesärztekammer Rheinland-Pfalz, Deutschhausplatz 3, 55116 Mainz, Niemcy). Przestrzegano wszystkich wytycznych instytucjonalnych dotyczących opieki i wykorzystywania danych pacjentów.
1. Segmentacja danych obrazowania medycznego i tworzenie wirtualnego modelu 3D
UWAGA: Oprogramowanie, którego użyliśmy do segmentacji, to Amira 5.4.5. Proces segmentacji można również przeprowadzić za pomocą oprogramowania open source (np. 3D Slicer, <a href="https://www.slicer.org/" target="_blank">https://www.slicer.org/</a>)
<ol>
	<li>Używaj danych obrazowania o wysokiej rozdzielczości przestrzennej (np. grubość warstwy 1 mm lub mniej). W tym przypadku wykorzystano zestaw danych CT czaszki o grubości warstwy 0,5 mm oraz dodatkowe dane MRI o grubości warstwy 1 mm. Wykorzystaj dane CT do segmentacji kości, obrazy MRI T1 ze wzmocnieniem kontrastowym do segmentacji guza i struktur nerwowych, a także obrazy czasu przelotu (TOF) dla naczyń.</li>
	<li>Pobierz pliki DICOM na komputer i otwórz oprogramowanie do segmentacji. Zaimportuj pliki z różnymi modalnościami obrazowania i wybierz folder z danymi obrazowania.</li>
	<li>Kliknij na obrazy CT i połącz je z modułem renderowania objętości (Volren). Wybierz opcję Zwierciadlany, aby uzyskać bardziej realistyczne renderowanie, i dostosuj suwak transferu kolorów, aby wyświetlić tylko kość. Kontynuuj, importując sekwencje MRI i podłącz je również do modułu renderowania objętości.</li>
	<li>rejestracja
	<ol>
		<li>Ponieważ obrazy MRI i CT nie nakładają się na siebie, konieczne jest połączenie różnych danych obrazowych. Dlatego kliknij prawym przyciskiem myszy zestaw danych MRI i wybierz opcję Compute > Affine Registration. Wybierz Odniesienie, klikając biały kwadrat modułu, a następnie przeciągnij kursor na CT.</li>
		<li>We właściwościach modułu rejestracji pozostaw wszystkie ustawienia domyślne i kliknij Wyrównaj środki, a następnie kliknij Zarejestruj. Dwa różne zestawy danych obrazowania są teraz połączone. Powtórz ten krok dla wszystkich dalszych zestawów danych obrazowania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Weryfikacja dokładności dopasowania:
	<ol>
		<li>Sprawdź dokładność dopasowania, ukrywając renderowanie objętości (kliknij pomarańczowy kwadrat modułu) i dodając moduł OrthoSlice do obrazów MR. Kliknij biały trójkąt i wybierz Colorwash. Następnie kliknij na biały kwadrat, wybierz Dane i połącz ten port z danymi CT przeciągając na niego myszką.</li>
		<li>Dostosuj suwak kolorów, aby zwizualizować struktury neuronalne nałożone na kostne struktury czaszki. Sprawdź, czy nie ma niewspółosiowości, przełączając suwak współczynnika wagi, patrząc na granicę między powierzchnią czaszki a mózgiem, a także komorami. Powtórz tę procedurę na różnych plasterkach w kierunku koronalnym i strzałkowym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Edycja wolumetryczna
	<ol>
		<li>Wyłącz widoczność modułu OrthoSlice i ponownie aktywuj renderowanie objętości tomografii komputerowej. Przejdź do danych CT i poszukaj najniższej wartości w zbiorze danych, w tym przypadku -2 048.</li>
		<li>Następnie dodaj moduł Edycja woluminu, połącz moduł Volren z danymi wyjściowymi i ustaw wartość dopełnienia na -2,048.</li>
		<li>Kliknij Wytnij do środka i zaznacz obszar do usunięcia w rzutni 3D. 
		UWAGA: Ważne jest, aby unikać nakładania się na części, które nie są przeznaczone do usunięcia.</li>
		<li>W tym przykładzie usunięto części kości żuchwy i górnych kręgów szyjnych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Segmentacja kości
	<ol>
		<li>Następnie pozostała kość musi zostać podzielona na segmenty i przekształcona w siatkę powierzchniową. Aby to zrobić, kliknij Edytor segmentacji, wybierz zmodyfikowaną sekwencję obrazów CT i dodaj nowy zestaw etykiet, klikając Nowy.</li>
		<li>Teraz wybierz Próg jako opcję segmentacji. Ustaw dolny suwak na wartość ~250 w przypadku tomografii komputerowej. Upewnij się, że cienkie struktury kostne, takie jak kość skroniowa lub górny obszar oczodołu, są zaznaczone w podglądzie. W przeciwnym razie dostosuj dolny próg, ale unikaj wybierania tkanek miękkich.</li>
		<li>Następnie kliknij Wybierz i na koniec dodaj zaznaczenie do zestawu etykiet (klikając czerwoną ikonę plusa).</li>
		<li>Wróć do widoku basenu. Dla przekładnika CT utworzono nowy zestaw etykiet. Kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Compute > Surface Gen, zaznacz opcję Compactify i kliknij Zastosuj.</li>
		<li>Na koniec dodaj moduł SurfaceView i dostosuj kolor wygenerowanej siatki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Segmentacja pozostałych struktur
	<ol>
		<li>Dodaj inne odpowiednie struktury, powtarzając poprzednie kroki. W przypadku guza zastosowano segmentację manualną, a nie operację progowania.</li>
		<li>Aby przeprowadzić ręczną segmentację, przejdź do Edytora segmentacji i wybierz opcję ręcznej segmentacji (ikona pędzla), aby zaznaczyć struktury, takie jak guz w każdym plasterku. Na koniec ponownie dodaj wybór, klikając ikonę plusa. W ten sposób guz, nerw wzrokowy i naczynia wewnątrzczaszkowe zostaną podzielone na segmenty i dodane do modelu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Eksportowanie siatek
	<ol>
		<li>Na koniec wyeksportuj wygenerowane siatki w formacie STL, klikając siatkę prawym przyciskiem myszy i klikając Zapisz. Wybierz binarny STL jako format pliku.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie wirtualnego modelu 3D do druku wielokolorowego
UWAGA: Oprogramowanie używane do przygotowania druku w tym protokole to Netfabb Premium 2019.0. Autodesk oferuje bezpłatne korzystanie z tego oprogramowania w swoim programie edukacyjnym.
<ol>
	<li>Zaimportuj dane i wykonaj automatyczną naprawę.</li>
	<li>Otwórz program przygotowania do druku i zaimportuj siatki wygenerowane w poprzednich krokach jako nowe części. Zaznacz opcję Naprawa automatyczna i kliknij przycisk Importuj.</li>
	<li>Usuwanie małych luźnych artykułów
	<ol>
		<li>Wybierz czaszkę i podziel jej skorupy na części, klikając Modyfikuj > Podziel skorupy na części. To oddziela wszelkie luźne przedmioty niepołączone z kością czaszki.</li>
		<li>Wybierz kość czaszki i wyłącz jej widoczność.</li>
		<li>Teraz wybierz wszystkie inne części i usuń je.</li>
		<li>Ponownie włącz widoczność czaszki.</li>
		<li>Powtórz ten krok dla wszystkich innych obiektów.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usuń nakładające się regiony. 
	UWAGA: W niektórych regionach, takich jak guz wewnątrz skalistego wierzchołka czaszki, geometrie obu obiektów przecinają się nawzajem. Aby uniknąć błędów w drukowaniu, konieczne jest usunięcie takich skrzyżowań.
	<ol>
		<li>Wybierz dwa przecinające się obiekty i kliknij Operacje logiczne.</li>
		<li>Przenieś obiekt, który chcesz odjąć, od drugiego na czerwoną stronę listy i kliknij Zastosuj. Teraz te dwa obiekty są wyraźnie oddzielone. Należy to sprawdzić, przełączając ich widoczność.</li>
		<li>Powtórz te kroki, aby guz i tętnica wewnątrz guza zostały wyraźnie oddzielone od siebie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W razie potrzeby dodaj konstrukcje wsporcze.
	<ol>
		<li>W przypadku tętnicy podstawnej potrzebne są dodatkowe podpory, aby obiekt nie stał się luźną częścią po wydrukowaniu.</li>
		<li>Dodaj nowy obiekt, w tym przypadku walec (Plik > Biblioteka części) i dostosuj jego wymiary i podziały zgodnie z potrzebami.</li>
		<li>Umieść cylinder tak, aby całkowicie przecinał się z czaszką i geometrią naczynia.</li>
		<li>Teraz ponownie wykonaj operację logiczną, aby odjąć części w kości i naczyniu krwionośnym.</li>
		<li>Powtórz ten krok, aby dodać więcej podpór w razie potrzeby (np. nerw wzrokowy).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Przygotowanie do wolumetrycznego kolorowania wybranych części
UWAGA: Aby umożliwić wolumetryczne kolorowanie niektórych części, konieczne jest wygenerowanie nie tylko jednej powłoki powierzchniowej, ale wielu podpowłok (dodatkowych powierzchni) wewnątrz obiektu.
<ol>
	<li>Wybierz guz, w tym przypadku, i wygeneruj z niego nową powłokę (kliknij prawym przyciskiem myszy > Modyfikuj > Generuj powłokę).</li>
	<li>Ustaw grubość skorupy 0,3 mm w trybie przesunięcia wewnętrznego z dokładnością do 0,15 mm i Zastosuj. Zaznacz pole wyboru Zachowaj oryginalną część. W ten sposób powstaje powłoka wewnętrzna o odległości 0,3 mm od pierwotnej powierzchni.</li>
	<li>Wybierz zewnętrzną powierzchnię obu skorup i wygeneruj z niej nową powłokę. Wybierz grubość skorupy 0,25 mm w trybie pustym z dokładnością do 0,15 mm. Zaznacz również pole wyboru Usuń oryginalną część. Generuje to odstęp 0,05 mm między dwoma sąsiednimi pociskami.</li>
	<li>Powtórz kroki 3.1–3.3, aby utworzyć wiele powłok wewnętrznych o stałej grubości i niezmiennych odsunięciach. 
	UWAGA: Zaleca się stosowanie grubości skorupy 0,35–0,25 mm oraz przesunięcia 0,1–0,05 mm, aby uzyskać płynne barwienie wolumetryczne.</li>
	<li>Powtórz kroki 3.1–3.4 dla wszystkich innych obiektów, takich jak naczynia krwionośne.</li>
</ol>
4. Kolorowanie i eksport modelu 3D
UWAGA: Kolorowanie wszystkich części modelu, w tym odrębnych zagnieżdżonych powłok, odbywa się za pomocą oprogramowania Netfabb.
<ol>
	<li>Wybierz część, która ma zostać pokolorowana w menu części po lewej stronie. Kliknij dwukrotnie ikonę Tekstura i siatka kolorów. Wybierz kolor, klikając pasek kolorów po prawej stronie. W górnym menu kliknij lewym przyciskiem myszy ikonę Maluj na muszlach. Następnie kliknij lewym przyciskiem myszy model wyświetlany na środku ekranu. Na koniec kliknij lewym przyciskiem myszy pole Zastosuj zmiany w prawym dolnym rogu. Pamiętaj, aby potwierdzić wybór Usuń starą część.</li>
	<li>Powtórz te kroki odpowiednio ze wszystkimi innymi obiektami i powłokami.</li>
	<li>Eksportuj wszystkie obiekty. Wybierz wszystkie obiekty do wydrukowania, w tym podpory i powłoki wewnętrzne, a następnie wyeksportuj je jako osobne pliki. Pamiętaj, aby wybrać format VRML (WRL), ponieważ format STL nie jest w stanie przetransportować informacji o kolorze.</li>
</ol>
5. Drukowanie i obróbka końcowa modelu 3D
<ol>
	<li>Konfiguracja drukarki 3D 
	UWAGA: Oprogramowanie 3DPrint (wersja 1.03) zostało użyte do sterowania maszyną do natryskiwania spoiwa ZPrinter 450.
	<ol>
		<li>Otwórz oprogramowanie i zaimportuj kolorowe pliki VRML, klikając Otwórz i wybierając wszystkie odpowiednie dane. Kliknij przycisk Otwórz w prawym dolnym rogu okna. W kolejnym oknie wybierz milimetry jako jednostki. Upewnij się, że zaznaczyłeś pola Zachowaj pozycję i orientację, a także Zastosuj ustawienia do wszystkich plików. Na koniec wybierz Z151 jako rodzaj materiału. Kliknij przycisk Dalej.</li>
		<li>Aby umieścić obiekty 3D w objętości kompilacji, zaznacz wszystkie obiekty, naciskając <STRG>+A.
		<ol>
			<li>W lewym górnym oknie, reprezentującym widok XY woluminu kompilacji, kliknij i przeciągnij zaznaczone obiekty do środka. W lewym dolnym oknie, reprezentującym widok XZ woluminu kompilacji, kliknij i przeciągnij obiekty pośrodku dolnej części powyżej żółtej linii.</li>
			<li>Jeśli drukowany jest cały model czaszki, upewnij się, że otwór jest skierowany do góry. Jeśli drukowane są pojedyncze małe modele, należy pamiętać o wyrównaniu delikatnych części, takich jak naczynia, z płaszczyzną XY, ponieważ taka orientacja zwiększy wytrzymałość odpowiednich części.</li>
			<li>Sprawdź poprawną orientację modeli, klikając i przesuwając je w oknie po prawej stronie.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Aby przygotować się do procesu kompilacji, kliknij ikonę Setup (Konfiguracja) w górnym menu. Upewnij się, że wybrano prawidłowy typ materiału i że grubość warstwy jest ustawiona na 0,1 mm. Opcja Kompensacja powinna być zaznaczona, a opcja Drukuj w trybie monochromatycznym odznaczona.</li>
		<li>Aby rozpocząć proces drukowania, kliknij ikonę Buduj w górnym menu. W kolejnym oknie wybierz Cała kompilacja i kliknij przycisk OK. Upewnij się, że w następnym oknie dialogowym Stan drukarki wszystkie wymienione elementy są poprawnie ustawione i że drukarka jest w trybie online. Następnie kliknij przycisk Drukuj w dolnej części okna dialogowego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przetwarzanie końcowe modelu 
	UWAGA: Zawsze noś fartuch laboratoryjny, rękawice, okulary ochronne i maskę podczas pracy z sypkim proszkiem i roztworem utwardzającym. Zawsze pracuj w dobrze wentylowanym pomieszczeniu.
	<ol>
		<li>Rozpakowaniu
		<ol>
			<li>Po zakończeniu drukowania rozpakuj model, ostrożnie usuwając sypki proszek za pomocą zintegrowanego odkurzacza. Ważne jest, aby nie stykać się bezpośrednio modelu z rurą ssącą, aby zapobiec rozpadaniu się cienkich konstrukcji.</li>
			<li>Zdejmij model i wyczyść go, nakładając sprężone powietrze, a także czyszcząc go miękką szczotką. Grubsze, bardziej stabilne części modelu można dodatkowo szlifować twardszą szczotką. Ten opcjonalny krok pozwala na uzyskanie gładszego wykończenia powierzchni. Należy pamiętać, że w tym stanie model jest nadal bardzo delikatny.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>naciek
		<ol>
			<li>Umieść model w plastikowej wannie.</li>
			<li>Ostrożnie naciekać go roztworem utwardzającym, aż nie będą widoczne białawe obszary.</li>
			<li>Nadmiar roztworu należy usunąć za pomocą sprężonego powietrza i jednorazowych ręczników papierowych, aby zachować wszystkie szczegóły powierzchni.</li>
			<li>Pozwól modelowi utwardzić się przez kilka godzin, aż całkowicie wyschnie.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Frank, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+endoscopic+transnasal+transsphenoidal+approach+for+the+treatment+of+cranial+base+chordomas+and+chondrosarcomas%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">The endoscopic transnasal transsphenoidal approach for the treatment of cranial base chordomas and chondrosarcomas.</a> Neurosurgery. 59, 50-57 (2006).</li>
<li>Wu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+different+far+lateral+approaches+to+the+cranio-vertebral+junction+using+the+microscope+and+the+endoscope%3A+a+cadaveric+study+using+a+tumor+model%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Neurochirurgica%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of different far lateral approaches to the cranio-vertebral junction using the microscope and the endoscope: a cadaveric study using a tumor model.</a> Acta Neurochirurgica. 160, 695-705 (2018).</li>
<li>Huang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+small+3D-printing+model+of+macroadenomas+for+endoscopic+endonasal+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Pituitary%22%5BJournal%5D)">A small 3D-printing model of macroadenomas for endoscopic endonasal surgery.</a> Pituitary. 22 (1), 46-53 (2018).</li>
<li>Stone, J. J., Matsumoto, J. M., Morris, J. M., Spinner, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preoperative+Planning+Using+3-Dimensional+Printing+for+Complex+Paraspinal+Schwannoma+Resection%3A+2-Dimensional+Operative+Video%5BTitle%5D)+AND+%22Operative+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Preoperative Planning Using 3-Dimensional Printing for Complex Paraspinal Schwannoma Resection: 2-Dimensional Operative Video.</a> Operative Neurosurgery. 16 (3), 80(2018).</li>
<li>Scerrati, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+workflow+to+generate+physical+3D+models+of+cerebral+aneurysms+applying+open+source+freeware+for+CAD+modeling+and+3D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Interdisciplinary+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">A workflow to generate physical 3D models of cerebral aneurysms applying open source freeware for CAD modeling and 3D printing.</a> Interdisciplinary Neurosurgery. 17, 1-6 (2019).</li>
<li>Kamio, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilizing+a+low-cost+desktop+3D+printer+to+develop+a+%22one-stop+3D+printing+lab%22+oral+and+maxillofacial+surgery+and+dentistry+fields%5BTitle%5D)+AND+%223D+Printing+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Utilizing a low-cost desktop 3D printer to develop a "one-stop 3D printing lab" oral and maxillofacial surgery and dentistry fields.</a> 3D Printing in Medicine. 4, 6(2018).</li>
<li>Kondo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+neurosurgical+simulation+of+skull+base+tumors+using+a+3D+printed+rapid+prototyping+model+containing+mesh+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Neurochirurgica%22%5BJournal%5D)">A neurosurgical simulation of skull base tumors using a 3D printed rapid prototyping model containing mesh structures.</a> Acta Neurochirurgica. 158, 1213-1219 (2016).</li>
<li>Awad, M., Gogos, A. J., Kaye, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skull+base+chondrosarcoma%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+clinical+Neuroscience%3A+Official+Journal+of+the+Neurosurgical+Society+of+Australasia%22%5BJournal%5D)">Skull base chondrosarcoma.</a> Journal of clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 24, 1-5 (2016).</li>
<li>Jones, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outcomes+and+patterns+of+care+in+adult+skull+base+chondrosarcomas+from+the+SEER+database%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neuroscience%3A+Official+Journal+of+the+Neurosurgical+Society+of+Australasia%22%5BJournal%5D)">Outcomes and patterns of care in adult skull base chondrosarcomas from the SEER database.</a> Journal of Clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 21, 1497-1502 (2014).</li>
<li>Karakas, A. B., Govsa, F., Ozer, M. A., Eraslan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Brain+Imaging+in+Vascular+Segmentation+of+Cerebral+Venous+Sinuses%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Digital+Imaging%22%5BJournal%5D)">3D Brain Imaging in Vascular Segmentation of Cerebral Venous Sinuses.</a> Journal of Digital Imaging. 32 (2), 314-321 (2018).</li>
<li>Dong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+brain+arteriovenous+malformation+models+for+clinical+use+and+resident+training%5BTitle%5D)+AND+%22Medicine%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional brain arteriovenous malformation models for clinical use and resident training.</a> Medicine. 97, 9516(2018).</li>
<li>Dolinski, N. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution+Mask+Liquid+Lithography+%28SMaLL%29+for+One-Step%2C+Multimaterial+3D+Printing%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Solution Mask Liquid Lithography (SMaLL) for One-Step, Multimaterial 3D Printing.</a> Advanced Materials. 30, 1800364(2018).</li>
<li>Coelho, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimaterial+3D+printing+preoperative+planning+for+frontoethmoidal+meningoencephalocele+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Child%27s+Nervous+System%3A+ChNS%3A+Official+Journal+of+the+International+Society+for+Pediatric+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Multimaterial 3D printing preoperative planning for frontoethmoidal meningoencephalocele surgery.</a> Child's Nervous System: ChNS: Official Journal of the International Society for Pediatric Neurosurgery. 34, 749-756 (2018).</li>
<li>Javan, R., Cho, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Assembled+Prototype+Multimaterial+Three-Dimensional-Printed+Model+of+the+Neck+for+Computed+Tomography-+and+Ultrasound-Guided+Interventional+Procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Computer+Assisted+Tomography%22%5BJournal%5D)">An Assembled Prototype Multimaterial Three-Dimensional-Printed Model of the Neck for Computed Tomography- and Ultrasound-Guided Interventional Procedures.</a> Journal of Computer Assisted Tomography. 41, 941-948 (2017).</li>
</ol>

Badanie to zostało wsparte grantem z wydziału medycznego Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji dla M.K. ("Biomatics - Stufe 1 Förderung").

Terapia chrzęstniakomięsaka wewnątrzczaszkowego opiera się głównie na całkowitym usunięciu chirurgicznym. Guz ten, często zlokalizowany na wierzchołku skalistym, znajduje się w pobliżu ważnych struktur, takich jak tętnica szyjna wewnętrzna, nerw wzrokowy i przysadka mózgowa. Dlatego zaplanowanie trajektorii chirurgicznych jest kluczowym krokiem przed operacją. Wielokolorowy druk 3D pozwala na połączenie tych struktur, z których każda pochodzi z różnych modalności obrazowania, w jeden obiekt.
Podczas przygotowań do druku 3D ważne jest, aby starannie dobrać odpowiednie dane obrazowe. Obrazy o wysokiej rozdzielczości i małej grubości warstwy dobrze nadają się do rekonstrukcji 3D i płynnych przejść, podczas gdy obrazy o dużej grubości plastrów dają grube, nierówne obiekty. Kolejnym krytycznym krokiem metody jest unikanie wszelkich przecięć dwóch sąsiednich obiektów, takich jak guz i kość czaszki. W związku z tym należy wykonać operacje logiczne, aby odjąć jeden obiekt od drugiego.
Aby umożliwić barwienie wolumetryczne, konieczne jest utworzenie wewnątrz obiektu podpowierzchni przypominających łupiny cebuli (rysunek 2A,B). Konieczne jest zachowanie minimalnej odległości między dwiema sąsiednimi powierzchniami wynoszącej co najmniej 0,1 mm, aby uzyskać gładko kolorowe obiekty (rysunek 2D). Jeśli wybrana odległość jest wyższa od tej wartości, poszczególne powłoki wewnątrz obiektu mogą stać się widoczne (Rysunek 2C). Należy zwrócić uwagę na zwiększone zużycie kolorów przez drukarkę 3D podczas korzystania z kolorowania wolumetrycznego. Ponadto ważne jest również, aby sprawdzić, czy w modelu nie ma luźnych części i w razie potrzeby dodać podpory (np. tętnica podstawna).
Metoda ta pozwala uzyskać tylko sztywny, podobny do gipsu materiał, który nie jest zbyt trwały. Zwłaszcza bez procedury utwardzania model może zostać łatwo zniszczony podczas procedury rozpakowywania. W związku z tym delikatne elementy, takie jak naczynia krwionośne, często mają tendencję do rozpadania się.
Technika ta nie nadaje się również do symulacji tkanek miękkich. Na przykład, aby zasymulować tkankę mózgową, konieczne może być wydrukowanie jej metodą, która jest w stanie bezpośrednio wytworzyć miękkie i twarde materiały12,13 lub wydrukowanie form, które można wykorzystać do odlewania miękkich przedmiotów, takich jak kauczuk silikonowy14. W jednym przypadku testowym ta druga metoda została wykorzystana do symulacji guza miękkiego. Ograniczeniem tej ostatniej procedury było to, że chociaż guz silikonowy był bardzo elastyczny, konieczne było posiadanie wystarczającej ilości miejsca, aby wprowadzić go do wydrukowanego modelu 3D. Co więcej, nie było możliwe stworzenie struktur wewnętrznych, takich jak naczynie krwionośne.
Natryskiwanie spoiwa 3D to technika wytwarzania przyrostowego, która polega na łączeniu obiektów poprzez częściowe utwardzenie i barwienie cienkich warstw proszku tynkarskiego. W ten sposób pozwala na drukowanie niemal nieograniczonej gamy kolorów, przejść kolorystycznych i struktur kolorystycznych wewnątrz objętości obiektów w jednym procesie.
W porównaniu z innymi technikami drukowania, takimi jak drukarki filamentowe, które dają najniższe koszty, ale pozwalają tylko na dwa lub trzy kolory jednocześnie, oraz drukarki Poly Jet, które produkują wielokolorowe, wielomateriałowe obiekty, ale są bardzo drogie, technika ta oferuje kompromis w przystępnej cenie. Średni koszt materiału dla wydrukowanej czaszki wynosił około 150 €.
Dzięki tej metodzie możliwa jest wizualizacja jeszcze bardziej abstrakcyjnych danych, takich jak włókna filamentowe pochodzące z sekwencji śledzenia włókien MRI lub obrazowanie funkcjonalne obrazujące np. obszar mowy mózgu (np. obszar Broca%s).
Oprócz symulacji chirurgicznej, drukowane w 3D, w pełni kolorowe modele prawdziwej anatomii pacjenta mogą pomóc w poprawie edukacji studentów medycyny lub młodych lekarzy, aby mogli lepiej zrozumieć złożone relacje anatomiczne. Jest to również ważne narzędzie w edukacji pacjentów.

Chirurgiczne leczenie guzów podstawy czaszki jest trudnym zadaniem wymagającym precyzyjnego planowania przedoperacyjnego1. Obrazowanie multimodalne z wykorzystaniem tomografii komputerowej (CT) i rezonansu magnetycznego (MRI) dostarcza chirurgowi informacji o indywidualnej anatomii pacjenta. W praktyce klinicznej te informacje diagnostyczne są wizualizowane poprzez wyświetlanie serii dwuwymiarowych (2D) przekrojów reprezentujących różne aspekty anatomii (np. CT do wizualizacji kości, angiografia CT dla naczyń, MRI dla tkanek miękkich).
Jednakże, szczególnie dla początkujących, studentów medycyny i pacjentów, zrozumienie skomplikowanych relacji różnych struktur 3D do obrazów przekrojowych jest wyzwaniem. Oprócz badań nad zwłokami2, problem ten można rozwiązać, tworząc rzeczywiste modele anatomiczne poszczególnych patologii, wyświetlając struktury anatomiczne w różnych kolorach3.
Dzięki postępowi technicznemu w ostatnich latach, technologie druku 3D pozwalają na ekonomiczne konstruowanie skomplikowanych kształtów4,5. W związku z tym technika ta daje możliwość konstruowania specyficznych dla pacjenta modeli anatomicznych, które są namacalne, wyraźnie przedstawiają relacje przestrzenne i mogą być wykorzystywane do planowania i symulacji chirurgicznej. Szczególnie w rzadkich i złożonych przypadkach, takich jak chrzęstniakomięsaki wierzchołkowe skaliste, przedoperacyjna symulacja usunięcia guza w indywidualnym przypadku może pomóc w poprawie pewności siebie chirurga i wyniku pacjenta.
Popularne techniki druku FDM (modelowanie osadzania filamentu) pozwalają tylko na tworzenie obiektów o zamkniętej powierzchni w jednym lub ograniczonej różnorodności kolorów6. Aby zapewnić model do symulacji chirurgicznej, który zawiera różne struktury anatomiczne o skomplikowanych kształtach, głównie zagnieżdżone jedna w drugiej, potrzebne są w pełni wolumetryczne kolorowe wydruki 3D. Pozwala to na sukcesywne usuwanie warstw tkanki, aż do ujawnienia się struktury wewnętrznej.
Natryskiwanie kolorowych spoiw 3D na bazie gipsu jest techniką pozwalającą na uzyskanie wymaganych modeli wielokolorowych7. Podczas gdy w standardowych konfiguracjach można pokolorować tylko powierzchnię obiektu, tutaj opisano zmodyfikowaną technikę, aby zapewnić wolumetryczne zastosowanie koloru do wewnętrznych struktur anatomicznych.
Aby zademonstrować tę technikę, jako przykład wybrano przypadki pacjentów z chrzęstniakomięsakami podstawy czaszki. Chrzęstniakomięsaki stanowią 20% wszystkich nowotworów w układzie kostnym, zlokalizowanych głównie w kościach długich. Pierwotne chrzęstniakomięsaki podstawy czaszki są rzadkim schorzeniem odpowiedzialnym za 0,1–0,2% wszystkich nowotworów wewnątrzczaszkowych8. Guzy te, zlokalizowane głównie na wierzchołku kości skalistej, rosną w złożonym środowisku anatomicznym obejmującym kluczowe struktury, takie jak tętnica szyjna wewnętrzna, nerwy wzrokowe i inne nerwy czaszkowe, a także przysadka mózgowa. Leczenie tych nowotworów koncentruje się głównie na całkowitej resekcji chirurgicznej, ponieważ same terapie uzupełniające (np. radioterapia) nie są wystarczająco skuteczne9.
Ze względu na złożoność i rzadkość występowania tego nowotworu, przedoperacyjna symulacja chirurgiczna w wydrukowanym w 3D modelu czaszki może pomóc w lepszym obrazowaniu i zrozumieniu anatomii oraz pomóc chirurgowi w osiągnięciu całkowitej resekcji. Jak pokazują inni10,11 Drukowanie 3D modeli specyficznych dla pacjenta poprawia zrozumienie złożonej neuroanatomii zarówno przez rezydentów, jak i doświadczonych neurochirurgów.
Jednakże, tworzenie takich zindywidualizowanych modeli na podstawie danych obrazowania medycznego wymaga umiejętności w zakresie segmentacji obrazów, modelowania 3D i druku 3D, zwłaszcza gdy struktury anatomiczne mają być drukowane w różnych kolorach. Niniejszy manuskrypt ma na celu uczynienie wytwarzania opisanych modeli anatomicznych bardziej dostępnymi dla innych poprzez dostarczenie szczegółowego protokołu konwersji danych obrazowania medycznego na wirtualne modele 3D oraz wytwarzania wielokolorowych obiektów 3D.
Przepływ pracy składa się głównie z czterech części: 1) segmentacja danych obrazowania medycznego i tworzenie wirtualnego modelu 3D; 2) przygotowanie wirtualnego modelu 3D do wielokolorowego druku 3D; 3) przygotowanie do wolumetrycznego barwienia wybranych części; oraz 4) Druk 3D i przetwarzanie końcowe.

<table><tbody><tr><td>Drukarka 3D</td><td>3D Systems (dawniej Zcorp)</td><td>x</td><td>Zprinter Z450</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do druku 3D</td><td>3D Systems (dawniej Zcorp)</td><td>x</td><td>3DPrint Software (wersja 1.03)</td></tr><tr><td>Rozwiązanie wiążące do kartridża</td><td>4D Concepts GmbH, Gro&szlig;-Gerau, Niemcy</td><td>42-0100-7001</td><td>VisiJet PXL Binder Cartridge przezroczysty 1 x ok. 1 litr</td></tr><tr><td>Roztwór</td> <td>infiltracyjny4D Concepts GmbH, Gro&szlig;-Gerau, Niemcy</td><td>42-0250-1090</td><td>Color-Bond 90, 1 butelka, 454 g</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do modelowania do przygotowania druku 3D</td><td>Autodesk, San Rafael, CA, USA</td><td>x</td><td>Netfabb Premium (wersja 2019.0)</td></tr><tr><td>Głowica drukująca do segregatora</td><td>4D Concepts GmbH, Gro&szlig;-Gerau, Niemcy</td><td>42-0150-2010</td><td>Głowica drukująca HP 11 (C4810A)</td></tr><tr><td>Głowica drukująca do koloru</td><td>4D Concepts GmbH, Gro&szlig;-Gerau, Niemcy</td><td>42-0150-2011</td><td>Głowica drukująca HP 57 C 6657 AE Tricolor</td></tr><tr><td>Proszek drukarski</td><td>4D Concepts GmbH, Gro&szlig;-Gerau, Niemcy</td><td>42-0050-2061</td><td>VisiJet PXL Core Eco Drum ok. 14 kg - ok. 11,47 L</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do segmentacji</td><td>Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA</td><td>x</td><td>Amira 5.4.5</td></tr></tbody></table>

wielokolorowy druk 3d złożonych guzów wewnątrzczaszkowych w neurochirurgii

Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

Technologie druku trójwymiarowego (3D) oferują możliwość wizualizacji patologii specyficznych dla pacjenta w fizycznym modelu o prawidłowych wymiarach. Model może być używany do planowania i symulacji krytycznych etapów dostępu chirurgicznego. Dlatego ważne jest, aby struktury anatomiczne, takie jak naczynia krwionośne wewnątrz guza, można było wydrukować w taki sposób, aby były barwione nie tylko na ich powierzchni, ale na całej ich objętości. Podczas symulacji pozwala to na usunięcie niektórych części (np. za pomocą wiertła szybkoobrotowego) i odsłonięcie wewnętrznie zlokalizowanych struktur o innym kolorze. W ten sposób informacje diagnostyczne z różnych metod obrazowania (np. tomografii komputerowej, rezonansu magnetycznego) można połączyć w jeden kompaktowy i namacalny obiekt.
Przygotowanie i wydrukowanie takiego w pełni kolorowego modelu anatomicznego pozostaje trudnym zadaniem. W związku z tym dostępny jest przewodnik krok po kroku, demonstrujący fuzję różnych zestawów danych obrazowania przekrojowego, segmentację struktur anatomicznych i tworzenie wirtualnego modelu. W drugim kroku wirtualny model jest drukowany z wolumetrycznie kolorowymi strukturami anatomicznymi przy użyciu techniki natryskiwania kolorowego segregatora 3D na bazie gipsu. Metoda ta pozwala na bardzo dokładne odtworzenie anatomii specyficznej dla pacjenta, jak pokazano w serii drukowanych w 3D chrzęstniakomięsaków wierzchołkowych skalistych. Co więcej, stworzone modele mogą być wycinane i wiercone, odsłaniając wewnętrzne struktury, które pozwalają na symulację zabiegów chirurgicznych.

Do badania wybrano ośmiu pacjentów z chondrosarcoma wierzchołka skalistego i stworzono wirtualne modele 3D, z których każdy obejmował kość, guz, naczynia krwionośne, przysadkę mózgową oraz skrzyżowanie nerwu wzrokowego. Trzy modele zostały wydrukowane w kolorze w technologii 3D przy użyciu metody binder jetting opartej na gipsie (Rysunek 1A1,A2). Dodatkowo stworzono pojedynczy model guza z wewnętrzną tętnicą (Rysunek 1B1), aby wykazać zalety kolorowania wolumetrycznego w porównaniu z kolorowaniem powierzchniowym (Rysunek 1B2,B3).
Modele te zostały wykorzystane do zademonstrowania symulacji dojścia chirurgicznego (np. wykonania otworu trepanacyjnego) oraz resekcji guza. Ta technika drukowania pozwoliła na połączenie struktur anatomicznych pochodzących z różnych metod obrazowania w jeden obiekt.
Materiał gipsowy posiadał właściwości przypominające kość i można go było łatwo wiercić bez ryzyka stopienia. Dzięki temu możliwe było wykorzystanie go do symulacji chirurgicznej drogi dostępu. Po procedurze utwardzania był on wystarczająco stabilny, aby odtworzyć nawet delikatne struktury, takie jak wewnątrzmózgowe drzewo naczyniowe.
Możliwość pokolorowania całej objętości modelu pozwoliła na wyraźną wizualizację wewnętrznej struktury obiektu, takiej jak tętnica szyjna wewnętrzna przebiegająca przez guz. Poprzez usuwanie warstw guza za pomocą wiertarki, podczas symulacji chirurgicznej stopniowo odsłaniano czerwoną tętnicę.
Aby udowodnić dokładność techniki, modele 3D zostały przeskanowane w tomografie komputerowym. Modele przygotowane do druku nałożono na te skany. Utworzono mapę odchyleń, a dokładność określono w 50 losowo wybranych punktach powierzchni. Średnie odchylenie wynoszące 0,021 mm wykazuje wysoką zgodność wydruku 3D w porównaniu z danymi oryginalnymi.
<img alt="Opracowanie i porównanie modeli anatomicznych 3D; kolorowanie wolumetryczne i powierzchniowe w obrazowaniu medycznym." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60471/60471fig01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Wydruki 3D kolorowane wolumetrycznie i powierzchniowo. A1. Przykładowy pełnokolorowy wydruk 3D pacjenta z chondrosarcoma w prawym wierzchołku skalistym. A2. Szczegółowy widok struktur anatomicznych (strzałka = bifurkacja tętnicy szyjnej wewnętrznej; O = chiasma nerwu wzrokowego; T = guz). B1. Naczynie krwionośne przecinające objętość guza i poziom przekroju poprzecznego (linia przerywana). B2. Konwencjonalna technika druku wielokolorowego ujawnia kolor tylko na powierzchni. B3. Zmodyfikowana technika pozwala na uzyskanie obiektów kolorowanych wolumetrycznie, odpowiednich do zaawansowanej symulacji chirurgicznej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60471/60471fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat analizy konturu tętniaka, modele z druku 3D, porównanie odległości powłoki 1mm vs 0,1mm." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60471/60471fig02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Schemat procesu kolorowania objętościowego wydruków 3D. A. Wirtualny model 3D guza z naczyniem krwionośnym przecinającym jego objętość bez wewnętrznych powłok. B. Guz i naczynie krwionośne z wieloma wewnętrznymi powłokami (odległość 0,05 mm). C. Przykład dużej odległości powłok (1 mm). Pojedyncze warstwy kolorowych i białych powłok są nadal widoczne. D. Przykład małej odległości powłok (0,1 mm). Wewnętrzna objętość obiektu jest całkowicie pokolorowana. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60471/60471fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

Protokół opisuje wytwarzanie w pełni kolorowych, trójwymiarowych odbitek anatomicznych modeli czaszki specyficznych dla pacjenta, które mają być używane do symulacji chirurgicznej. Wyjaśniono kluczowe etapy łączenia różnych modalności obrazowania, segmentacji obrazu, ekstrakcji modelu trójwymiarowego i produkcji odbitek.

Wielokolorowy druk 3D złożonych guzów wewnątrzczaszkowych w neurochirurgii

Three-dimensional (3D) printing technologies offer the possibility of visualizing patient-specific pathologies in a physical model of correct dimensions. ...

Celem tej procedury jest zademonstrowanie etapów tworzenia drukowanych w 3D, w pełni kolorowych, specyficznych dla pacjenta modeli anatomicznych przy użyciu danych z różnych metod obrazowania. Na przykładzie chrzęstniakomięsaków wierzchołka skalistego pokazano cały proces fuzji i segmentacji obrazu, generowania wirtualnego modelu 3D i wytwarzania wydruku 3D. Ponadto opisano wolumetryczne kolorowanie wydruków 3D nadających się do symulacji chirurgicznej.Różnorodne metody obrazowania, takie jak tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny, pokazują różne aspekty pola operacyjnego, takie jak kość, tkanki miękkie, guz i technologie drukowania vessels. 3D oferują wyjątkową możliwość połączenia tych różnych aspektów w jeden, kompaktowy i namacalny obiekt o rzeczywistych wymiarach, który można badać i wykorzystywać do symulacji podejścia chirurgicznego. Szczególnie w przypadku symulacji chirurgicznej ważne jest, aby wytwarzać wydruki 3D nie tylko barwione na powierzchni, aby zapewnić dogłębne kolorowanie wolumetryczne, aby wyraźnie uwidocznić struktury zagnieżdżone w sobie, takie jak naczynie krwionośne przecinające guz.Ten film zawiera przewodnik krok po kroku dotyczący wykonania w pełni kolorowego modelu anatomicznego na przykładzie chrzęstniakomięsaka wierzchołka skarobionego. Kluczowymi krokami w tej procedurze są fuzja i segmentacja danych obrazowania medycznego, a następnie stworzenie wirtualnego modelu powierzchni 3D. W trzecim kroku wirtualny model jest przygotowywany do wielokolorowego druku 3D, w tym zmodyfikowany przepływ pracy, aby umożliwić wolumetryczne kolorowanie określonych części.Na koniec opisano drukowanie i obróbkę końcową. Ważne jest, aby używać danych obrazowych o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, na przykład grubości warstwy wynoszącej jeden milimetr lub mniej. Do segmentacji kości wykorzystano tomografię komputerową.Obrazy MRI T1 ze wzmocnieniem kontrastowym wykorzystano do segmentacji guza i struktur nerwowych oraz obrazy TOF dla naczyń. Pobierz pliki DICOM na swój komputer i otwórz oprogramowanie Amira. Zaimportuj pliki z różnymi modalnościami obrazowania i wybierz folder z danymi obrazowania.Kliknij na obrazy CT i połącz je z modułem Volume Rendering. Wybierz opcję Zwierciadlany, aby uzyskać bardziej realistyczne renderowanie, i dostosuj suwak transferu kolorów, aby wyświetlić tylko kość. Kontynuuj, importując sekwencje MRI i podłącz je również do modułu renderowania woluminów.Ponieważ obrazy MRI i CT nie nakładają się na siebie, konieczne jest połączenie różnych danych obrazowych. W związku z tym kliknij prawym przyciskiem myszy zestaw danych MRI i wybierz polecenie Oblicz, rejestracja afiniczna. Wybierz Odwołanie, a następnie skieruj kursor na CT.In właściwości modułu Rejestracja, pozostaw wszystkie ustawienia domyślne i kliknij Wyrównaj środki, a następnie kliknij Zarejestruj.Dwa różne zestawy danych obrazowania są teraz połączone. Powtórz ten krok dla wszystkich dalszych zestawów danych obrazowania. Sprawdź dokładność dopasowania, ukrywając renderowanie objętości i dodając moduł OrthoSlice do obrazów MR.Wybierz opcję Colorwash. Następnie następnie klikamy na Data i łączymy ten port z CT przeciągając na niego myszką. Dostosuj suwak kolorów, aby zwizualizować struktury neuronalne nałożone na kostne struktury czaszki.Sprawdź, czy nie ma niewspółosiowości, przełączając suwak współczynnika masy ciała i patrząc na granicę między powierzchnią czaszki a mózgiem, a także komorami. Powtórz tę procedurę na różnych plasterkach oraz w kierunku koronalnym i strzałkowym. Wyłącz widoczność modułu OrthoSlice i ponownie aktywuj renderowanie objętości CT. Przejdź do danych CT i poszukaj najniższej wartości w tym zestawie danych, w tym przypadku minus 2 048.Następnie dodaj moduł Volume Edit, połącz moduł Volren z danymi wyjściowymi i ustaw wartość Padding na minus 2 048. Kliknij Wytnij do środka i zaznacz obszar do usunięcia w rzutni 3D. Uwaga, ważne jest, aby unikać nakładania się na części, które nie są przeznaczone do usunięcia.W tym przykładzie usunięto części kości żuchwy i górnych kręgów szyjnych. Następnie pozostała kość zostanie podzielona na segmenty i przekształcona w siatkę powierzchniową. W związku z tym kliknij Edytor segmentacji, wybierz zmodyfikowaną sekwencję obrazu CT i dodaj nowy zestaw etykiet.Teraz wybierz opcję Próg jako segmentację. Ustaw dolny suwak na wartość około 250 w przypadku CT. Upewnij się, że cienkie struktury kostne, takie jak kość skroniowa lub górny obszar oczodołu, mają zostać wybrane w podglądzie. W przeciwnym razie dostosuj dolny próg, ale unikaj wybierania tkanek miękkich.Następnie kliknij Wybierz. Na koniec dodaj zaznaczenie do zestawu etykiet. Wróć do widoku basenu.Utworzono nowy zestaw etykiet dla przekładnika prądowego. Kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Compute, Surface Gen, zaznacz opcję Compactify i kliknij Zastosuj. Na koniec dodaj moduł Widok powierzchni i dostosuj kolor wygenerowanej siatki. Dodaj inne odpowiednie struktury, powtarzając poprzednie kroki.W przypadku guza zastosowano segmentację manualną, a nie operację progowania. W ten sposób guz, nerw wzrokowy i naczynia wewnątrzczaszkowe zostały podzielone na segmenty i dodane do modelu. Na koniec wyeksportuj wygenerowane siatki, klikając siatkę prawym przyciskiem myszy i klikając Zapisz.Wybierz STL jako format pliku. Otwórz sieć Netfabb i zaimportuj siatki wygenerowane w poprzednich krokach jako nowe części. Zaznacz opcję Naprawa automatyczna i kliknij przycisk Importuj.Wybierz czaszkę i podziel jej skorupy na części. To oddziela wszelkie luźne przedmioty niepołączone z kością czaszki. Wybierz kość czaszki i wyłącz jej widoczność.Teraz wybierz wszystkie inne części i usuń je. Powtórz ten krok dla wszystkich innych obiektów. Zauważ, że w niektórych regionach, takich jak guz wewnątrz skalistego wierzchołka czaszki, geometrie obu obiektów przecinają się ze sobą.Aby uniknąć błędów w drukowaniu, konieczne jest usunięcie takich skrzyżowań. Dlatego zaznacz dwa przecinające się obiekty i kliknij Operacje logiczne. Przenieś obiekt, który chcesz odjąć, od drugiego na czerwoną stronę listy i kliknij Zastosuj.Teraz oba obiekty są wyraźnie oddzielone, co należy sprawdzić, przełączając ich widoczność. Powtarzając te kroki, guz, jak również tętnica wewnątrz guza są wyraźnie oddzielone od siebie. W przypadku tętnicy podstawnej potrzebne są dodatkowe podpory, aby obiekt nie stał się luźną częścią po wydrukowaniu.Dodaj nowy obiekt, w tym przypadku walec, i dostosuj jego wymiary i podziały zgodnie z potrzebami. Umieść cylinder tak, aby całkowicie przecinał się z czaszką i geometrią naczynia. Teraz ponownie wykonaj operację logiczną, aby odjąć części w kości i naczyniu krwionośnym.Powtórz ten krok, aby dodać więcej podpór w razie potrzeby. Aby umożliwić wolumetryczne kolorowanie niektórych części, konieczne jest wygenerowanie nie tylko jednej powłoki powierzchniowej, ale wielu podpowłok wewnątrz obiektu. Wybierz guz i wygeneruj z niego nową powłokę.Ustaw grubość skorupy na 3 milimetry w trybie przesunięcia wewnętrznego z dokładnością do 15 milimetrów i zastosuj. W ten sposób powstaje powłoka wewnętrzna w odległości 3 milimetrów od pierwotnej powierzchni. Wybierz powłokę zewnętrzną i wygeneruj z niej nową powłokę.Wybierz grubość skorupy 25 milimetrów w trybie pustym z dokładnością do 15 milimetrów. Zaznacz również pole wyboru Usuń oryginalną część. Generuje to odstęp 05 milimetra między dwoma sąsiednimi powłokami.Powtarzając te kroki, tworzonych jest wiele powłok wewnętrznych o stałej grubości i niezmiennych odsunięciach. Zaleca się stosowanie grubości skorupy od 35 do 25 milimetrów, a także przesunięcia od 1 do 05 milimetrów, aby uzyskać gładkie wolumetryczne barwienie. Powtórz te kroki ze wszystkimi innymi obiektami, takimi jak naczynia krwionośne.W ostatnim kroku należy ustawić kolor wydruku każdego obiektu. W związku z tym należy wybrać część, która ma zostać pokolorowana. Kliknij dwukrotnie Texture and Color Mesh i wybierz kolor.Kliknij ikonę Maluj na skorupach, a następnie kliknij model wyświetlany na środku ekranu. Na koniec zastosuj zmiany i upewnij się, że potwierdź okno dialogowe Usuń starą część. Powtórz te kroki odpowiednio ze wszystkimi innymi obiektami i powłokami.Na koniec wyeksportuj wszystkie obiekty do wydrukowania, w tym podpory i powłoki wewnętrzne, i wyeksportuj je jako pojedyncze pliki. Pamiętaj, aby wybrać format VRML, ponieważ format STL nie jest w stanie przetransportować informacji o kolorze. Otwórz oprogramowanie do drukowania 3D systemu 3D i zaimportuj pliki VRML utworzone w poprzednim kroku.Wybierz milimetry jako jednostkę. Zaznacz opcję Zachowaj pozycję i zastosuj do wszystkich plików. I ustaw typ materiału na ZP151.Teraz umieść model 3D w objętości druku, dostosowując jego położenie i obrót. W przypadku modelu czaszki należy upewnić się, że otwór jest skierowany do góry. Przejdź do Ustawienia, wybierz ZP151 jako typ materiału i ustaw grubość warstwy na 1 milimetr.Sprawdź kompensację i potwierdź. Następnie kliknij pozycję Kompiluj i pozostaw wszystkie ustawienia zgodnie z predefinicją. Na koniec sprawdź stan drukarki i kliknij Drukuj.Po zakończeniu wydruku rozpakuj model, ostrożnie usuwając sypki proszek za pomocą odkurzacza. Ważne jest, aby nie stykać się bezpośrednio modelu z rurą ssącą, aby zapobiec rozpadaniu się cienkich konstrukcji. Zdejmij model i wyczyść go, ostrożnie nakładając sprężone powietrze, a także czyszcząc go miękką szczotką.W tym stanie model jest nadal bardzo delikatny. Aby zwiększyć stabilność i sytuację kolorystyczną, umieść model w plastikowej wannie i naciekaj go roztworem utwardzającym. Nadmiar roztworu należy usunąć za pomocą sprężonego powietrza, aby utrzymać wszystkie szczegóły powierzchni.Pozwól modelowi utwardzić się przez kilka godzin, aż całkowicie wyschnie. Stworzono różne wielobarwne wydruki 3D pacjentów z chrzęstniakomięsakiem. Technika wielokolorowego druku 3D pozwala na połączenie różnych aspektów anatomicznych, takich jak struktury kostne i tkanek miękkich, z których każda pochodzi z różnych modalności obrazowania, w jednym obiekcie.W konfiguracji symulacji chirurgicznej materiał gipsowy wielokolorowego nadruku wykazywał właściwości podobne do kości i można go było łatwo wiercić i ciąć. Technika ta daje również możliwość zabarwienia wewnętrznej struktury obiektu, takiej jak wewnętrzna tętnica szyjna biegnąca przez guz. Usuwając warstwy guza za pomocą wiertła, czerwona tętnica zostaje odsłonięta podczas symulacji chirurgicznej.Aby udowodnić dokładność techniki, modele 3D zostały zeskanowane w tomografie komputerowym. Modele stworzone do druku zostały nałożone na te skany. Stworzono mapowanie odchyłek, a dokładność określono w 50 losowo wybranych punktach powierzchni.Średnie odchylenie wynoszące 21 mikronów świadczy o wysokiej zgodności druku 3D w porównaniu z oryginalnymi danymi. Zademonstrowano, jak połączyć różne metody obrazowania klinicznego w jeden wielokolorowy wydruk 3D. Ponadto przedstawiono modyfikację standardowego przepływu pracy druku 3D, aby umożliwić produkcję modeli kolorowanych objętościowo.Dodatkowo, nakładająca się dokładność wydruków 3D w porównaniu z oryginalnymi danymi obrazowania wykazała wysoką precyzję. Podsumowując, te w pełni kolorowe modele umożliwiają chirurgiczną symulację nawet złożonych i anatomicznych sytuacji, takich jak guzy czaszki, co zostało przedstawione w serii studiów przypadku.

multicolor-3d-printing-of-complex-intracranial-tumors-in-neurosurgery

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Dośródczaszkowa implantacja komórek GL261 u myszy C57BL/6 powoduje powstanie złośliwych glejaków, które odzwierciedlają wiele cech charakterystycznych dla ludzkiego wielopostaciowego glejakaa. Wykorzystaliśmy komórki GL261 stabilnie wykazujące ekspresję lucyferazy, co pozwoliło nam zastosować obrazowanie in vivo do śledzenia progresji guza. Przedstawiono procedurę chirurgiczną oraz trójwymiarowe obrazowanie in vivo.

Implantacja wewnątrzczaszkowa z następującym obrazowaniem bioluminescencyjnym 3D in vivo glejaków mysich

Opisujemy nowatorską technikę obrazowania in vivo, która łączy fluorescencyjne chimeryczne myszy z oknami wewnątrzczaszkowymi i mikroskopią 2-fotonową o wysokiej rozdzielczości. Ta platforma obrazowania wspomaga badania dynamicznych zmian w tkance mózgowej i mikrokrążeniu na poziomie pojedynczej komórki, po patologicznych urazach i jest przystosowana do oceny wewnątrzczaszkowego dostarczania i dystrybucji leków.

Nowatorska technika obrazowania in vivo o wysokiej rozdzielczości do badania dynamicznej odpowiedzi struktur wewnątrzczaszkowych na wzrost guza i terapie

Opisujemy kroki, które należy wykonać, aby korzystać z naszego specjalnie zaprojektowanego oprogramowania do integracji, wizualizacji i planowania obrazów w chirurgii epilepsji.

Ścieżka rozwoju integracji obrazów 3D multimodalnych i planowania wspomaganego komputerowo w chirurgii padaczki

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

Tutaj prezentujemy protokół demonstrujący druk 3D w budowie implantów do głębokiej stymulacji mózgu.

Zastosowanie druku 3D w budowie pierścienia z otworami zadziorowymi do implantów do głębokiej stymulacji mózgu

Opisana poniżej metoda ma na celu dostarczenie kompleksowego protokołu do przygotowania neurochirurgii na naczelnych (NHP) przy użyciu nowatorskiego połączenia metod drukowania trójwymiarowego (3D) i ekstrakcji danych MRI.

Zestaw narzędzi oparty na rezonansie magnetycznym do planowania neurochirurgicznego u naczelnych

Ten protokół opisuje wytwarzanie czaszki, mózgu i fantomu guza specyficznego dla pacjenta. Wykorzystuje druk 3D do tworzenia form, a alkohol poliwinylowy (PVA-c) jest używany jako materiał naśladujący tkankę.

Specyficzne dla pacjenta wytwarzanie fantomów z alkoholu poliwinylowego z kontrastem ultradźwiękowym i rentgenowskim w celu planowania operacji guza mózgu

Prezentujemy protokół integracji dyfuzyjnej trakografii MRI w pracy z pacjentami do endoskopowej operacji endoskopowej guza podstawy czaszki. Opisano metody adaptacji tych badań neuroobrazowych w fazie przed- i śródoperacyjnej.

Rola dyfuzyjnej traktatografii MRI w endoskopowej chirurgii endoskopowej podstawy czaszki

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

To badanie ma na celu stworzenie wydrukowanego w 3D modelu kręgu lędźwiowego specyficznego dla pacjenta, który zawiera zarówno modele kręgów, jak i nerwów rdzeniowych połączone z wysokorozdzielczą tomografią komputerową (HRCT) i danymi MRI-Dixon.

Druk 3D modelu specyficznego kręgu lędźwiowego pacjenta

Poznaj metodę wielokolorowego druku 3D modeli anatomicznych z danych CT i MRI do symulacji operacji neurochirurgicznych. Technika umożliwia precyzyjne odwzorowanie guzów wewnątrzczaszkowych z objętościowym kolorowaniem struktur.

Wielokolorowy druk 3D złożonych guzów wewnątrzczaszkowych w neurochirurgii

Przeglądaj więcej filmów