Escamas Modelo Anatómico Creation of Biomedical Tomografia de imagem e de dados associadas As etiquetas para posterior sub-superfície de gravação a laser (SSLE) de cristais de vidro
April 25th, 2017
A metodologia é aqui descrito, para a representação de dados de imagem anatómicos dentro de cristais. Criamos escalado modelos tridimensionais de dados de imagens biomédicas para utilização em Sub-Surface Laser Engraving (SSLE) de vidro de cristal. Esta ferramenta oferece um complemento útil para visualização computacional ou tridimensional modelos impressos utilizados dentro de ambientes clínicos ou educacionais.
O objetivo geral desta metodologia é utilizar gravação a laser subsuperficial, ou SSLE, em cristais de vidro para visualizar dados de imagem tomográfica com estruturas marcadas. Os modelos portáteis resultantes podem servir como uma poderosa ferramenta de ensino. Este método cria modelos robustos e portáteis derivados de conjuntos de dados de TC de raios-x clínicos ou pré-clínicos que facilitam a educação de populações de pacientes ou estudantes.
A principal vantagem dessa técnica é que os rótulos de texto são suspensos no meio de vidro e fixados à estrutura associada sem obstruir a visão do display anatômico de alta resolução. A demonstração visual desse método é crítica, pois a geração de mapas de superfície com texto e barras de escala é difícil de aprender devido às várias etapas e precisão necessárias para a exibição precisa das estruturas. Para começar, converta a fatia de imagem CT em um conjunto de dados DICOM para o formato de arquivo adequado.
No software de processamento de imagem, selecione o comando load DICOM na configuração de vista. Em seguida, salve o conjunto de dados no formato de arquivo NIfTI. Agora, importe os arquivos NIfTI para um programa de imagens médicas comum que gera mapas de superfície usando segmentação automatizada.
Para o 3D Slicer, use a ferramenta adicionar dados. Em seguida, selecione a ferramenta de criação de modelos em tons de cinza e alterne a especificação, crie e renomeie o novo modelo. Em seguida, reduza os valores de limite para aproximadamente 300 HU, ou a segmentação do osso, e salve os modelos em tons de cinza resultantes como arquivos STL para processamento de dados posterior.
Em seguida, importe os arquivos do mapa de superfície para um software de preparação de dados 3D. Usando o Netfabb Studio Basic, selecione o modo de reparo. Em seguida, use as ferramentas selecionar peça e excluir para remover todas as superfícies que não representam a estrutura de interesse.
Em seguida, use a ferramenta adicionar triângulo para cobrir parcialmente os furos nas superfícies e, em seguida, use o script de reparo automático para fechar completamente as lacunas restantes. Agora, no menu de ação, selecione o script reparar faces degeneradas para resolver as arestas sem área de superfície e, em seguida, use aplicar reparo para sair do modo de reparo e salvar as modificações. A próxima etapa é usar a ferramenta de corte para remover recursos indesejados ou reduzir o tamanho do modelo.
No menu de corte da área de contexto, designe a localização de cada corte dentro do plano x-y-ou z. Em seguida, use a ferramenta de execução de corte e selecione a configuração de corte triangular para fechar automaticamente todos os furos resultantes. Para excluir todas as superfícies resultantes dos cortes que não representam a estrutura de interesse, use as ferramentas selecionar peça e excluir simultaneamente.
Por fim, se uma barra de escala não for usada, modifique as dimensões de cada mapa de superfície usando a opção de escala. O modelo pode, portanto, ser modificado para caber em um cubo de oito centímetros ou um prisma retangular de cinco centímetros por cinco centímetros por oito centímetros. Agora o arquivo de dados pode ser usado para a gravação da camada subsuperficial para fazer um modelo sem etiquetas ou uma barra de escala.
Primeiro, produza arquivos de dados de rótulo para o arquivo SSLE. Use um software CAD com um modelo métrico. Abra um novo arquivo e faça um esboço 2D em qualquer plano.
Use a ferramenta de texto para produzir etiquetas anatômicas digitadas em uma fonte Times New Roman de dois milímetros. Quando terminar, selecione a opção de concluir esboço no menu Sair da barra de ferramentas. Para extrudar a fonte usando as configurações padrão, escolha a ferramenta de extrusão no menu criar e alterne a opção de texto 2D.
Em seguida, produza uma linha de rótulo para cada rótulo. Comece com um novo arquivo e escolha a ferramenta círculo de ponto central no menu de desenho. Em seguida, faça um círculo com um centro na origem e defina o diâmetro do círculo como um milímetro usando a ferramenta de dimensão no menu de restrição.
Faça a extrusão da coluna no comprimento desejado, variando de 10 a 50 milímetros. As barras de escala são feitas de maneira semelhante. Depois de criar cada rótulo de texto, cada linha de rótulo e a barra de escala, salve os dados como um arquivo STL.
Uma linha de rótulo exclusiva é necessária para cada rótulo de texto. Em seguida, para o modelo SSLE, importe todos os rótulos de texto, linhas de rótulo cilíndricos e a barra de escala. Use um software de preparação de dados 3D capaz de salvar a montagem como um único arquivo STL.
Em seguida, use a ferramenta mover peça para posicionar os rótulos de texto próximos à anatomia associada. Nesse processo, use a ferramenta girar peça para orientar as legendas de forma que todas fiquem voltadas para a mesma direção. Em seguida, use as mesmas ferramentas para posicionar as linhas de legenda para que elas conectem as legendas à estrutura associada no modelo.
Conforme necessário, as linhas da etiqueta podem ser reduzidas indo para o modo de reparo e escolhendo selecionar triângulos e remover triângulos selecionados. Agora posicione a barra de escala de maneira semelhante. Se três barras foram feitas, uma para cada eixo, posicione-as de acordo.
Depois que tudo tiver sido posicionado, selecione todas as peças e exporte os dados como um único arquivo STL. Técnicas para redução adicional de faces e processo de gravação são descritas no protocolo de texto. A gravação a laser subsuperficial de cristais de vidro é um meio profundo de visualizar vários tipos de dados de imagens tomográficas biomédicas.
Como as dimensões são modificadas antes da gravação, estruturas de vários tamanhos podem ser representadas por meio de gravação a laser. As barras de escala podem ser implementadas de duas maneiras. Eles podem abranger os lados da estrutura, o que é ideal para estruturas dilatadas, como o núcleo ósseo.
A outra opção é que três eixos da barra de escala convirjam em um canto. Isso é mais adequado para estruturas em escala ou reduzidas. A principal característica da gravação subsuperficial é a capacidade de anexar rótulos de texto conforme necessário às características anatômicas.
Aqui, o texto foi colocado em dois planos para espaçar os rótulos e manter uma visão clara da anatomia. Ossos e outras estruturas que podem ser claramente vistas de um lado podem ter seus rótulos alinhados ao longo de apenas um plano. Seguindo esse procedimento, praticamente qualquer conjunto de dados tridimensional pode ser convertido em um formato que pode ser adequadamente rotulado para exibição científica em um meio de cristal de vidro ultrapuro portátil.
Visão Geral
Este artigo descreve uma metodologia para visualizar dados de imagens anatômicas através de gravação a laser sub-superficial (SSLE) em cristais de vidro. Os modelos resultantes servem como ferramentas de ensino eficazes, fornecendo estruturas rotuladas sem obstruir a visão de displays anatômicos de alta resolução.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Imagens Biomédicas
- Modelagem 3D
- Ferramentas Educacionais
Fundo
- A gravação a laser sub-superficial permite a visualização de dados de imagens tomográficas.
- Modelos portáteis derivados de conjuntos de dados de imagens melhoram as experiências educacionais.
- O método mantém a clareza suspendendo rótulos de texto dentro do meio de vidro.
- Demonstrações visuais são cruciais devido à complexidade do processo.
Propósito do Estudo
- Criar modelos robustos a partir de dados de imagens clínicas ou pré-clínicas.
- Facilitar a educação para populações de pacientes e estudantes.
- Demonstrar um método para representação anatômica precisa.
Métodos Usados
- Converter imagens de TC de DICOM para o formato NIfTI.
- Gerar mapas de superfície usando software de imagens médicas.
- Preparar e reparar modelos 3D usando software de preparação de dados.
- Gravação de modelos com rótulos anatômicos e barras de escala usando software CAD.
Principais Resultados
- Criação bem-sucedida de modelos anatômicos rotulados para uso educacional.
- Demonstração da capacidade de modificar dimensões para várias estruturas.
- Mostrou como posicionar rótulos e barras de escala de forma eficaz.
- Descreveu técnicas para reduzir faces e melhorar a qualidade da gravação.
Conclusões
- SSLE é um método poderoso para visualizar dados de imagens biomédicas.
- Rótulos de texto podem melhorar o valor educacional dos modelos.
- Várias estruturas anatômicas podem ser representadas com precisão através desta técnica.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
This method enables the creation of physical, labeled anatomical models from tomographic imaging data, supporting target validation and mechanistic de-risking in preclinical research. By providing tangible, high-resolution representations of biological structures, it enhances hypothesis testing and pathway clarification in early discovery. The approach offers a scalable, reproducible platform for visualizing complex anatomies, improving translational continuity and reducing ambiguity in target engagement studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Supports interrogation of therapeutic hypotheses through physical visualization of anatomical targets and associated structures.
- Operational Value: Enables functional target validation by clarifying spatial relationships between labeled structures and disease-relevant anatomy.
- Predictive Value: Enhances confidence in target selection by reducing mechanistic ambiguity via tangible, label-integrated models.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, reproducible biological replicas that serve as reference systems for assay development and compound screening.
- Quantitative Output: Enables precise spatial measurements and scale bar integration, supporting accurate dose-response and localization analyses.
- Platform Reuse: Facilitates enterprise-wide sharing of validated anatomical models across discovery teams, improving workflow consistency.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Generates clinically and preclinically relevant anatomical replicas from CT datasets, aligning with translational biomarker strategies.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery and preclinical validation by providing consistent, labeled models for cross-functional review.
- Risk-Adjusted Decisions: Supports go/no-go assessments by improving anatomical interpretability in mechanism-of-action and safety studies.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target hypothesis generation through lead identification and preclinical validation, enabling physical model-based assessment at key inflection points.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing and pathway clarification by converting imaging data into tangible, label-enabled anatomical representations.
- Screening: Delivers reproducible, high-resolution models with scale bars that support standardized compound screening and target engagement assays.
- Analytics: Provides quantitative spatial outputs and labeled substructures that enable comparative analysis across experimental conditions.
- Translational Research: Ensures continuity from imaging to preclinical use by preserving anatomical fidelity and label alignment in glass crystal format.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, shareable capability for generating standardized anatomical models across sites and projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing anatomical ambiguity through physical, labeled model visualization.
- Operational Value: Delivers standardization and reproducibility via standardized file formats (DICOM, NIfTI, STL) and repeatable engraving workflows.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early de-risking of targets through enhanced anatomical understanding.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing clear, tangible models for cross-functional target assessment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biomedical image processing, 3D modeling, and CAD software for label and scale bar generation.
- Depends on access to image processing tools (e.g., 3D Slicer), model repair software (e.g., Netfabb), and SSLE engraving equipment.
- Necessitates cross-team standardization of file formats and labeling conventions to ensure model consistency across users.
- Involves adaptation considerations when applying the method to varying anatomical scales and tissue types from diverse imaging modalities.
- Includes practical limitations related to model size constraints, engraving resolution thresholds, and the need for manual post-processing to remove non-relevant surfaces.
