Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

הדפסת 3D של Preclinical רנטגן הממוחשבים טומוגרפית נתוני סטים

Published: March 22, 2013 doi: 10.3791/50250
Automatic Translation
1, 1, 2, 3, 4, 5, 3, 6, 4, 1,4,7
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Notre Dame, 2Freimann Life Science Center, University of Notre Dame, 3Department of Biological Sciences, University of Notre Dame, 4Notre Dame Integrated Imaging Facility, University of Notre Dame, 5MakerBot Industries LLC, 6Departments of Biological Sciences, Aerospace and Mechanical Engineering, and Anthropology, University of Notre Dame, 7Harper Cancer Research Institute, University of Notre Dame

Summary

באמצעות הבלטת פלסטיק מודרנית וטכנולוגיות דפוס, ניתן כיום לייצר מודלים פיסיים של נתוני CT רנטגן שנעשו במעבדה במהירות ובזולה. ההדפסה תלת הממדית של טומוגרפית נתוני הדמיה חזקה, מחקר, וכלי חינוכי שכעת ניתן לגשת על ידי קהילת ההדמיה פרה.

Abstract

הדפסה תלת ממדית מאפשרת ייצור של אובייקטים מפורטים מאוד באמצעות תהליך המכונה ייצור כתוסף. שיטות מסורתיות, עובש הזרקה כדי ליצור מודלים או חלקים יש מספר מגבלות, החשובה שבן היא קושי בייצור מוצרים מורכבים ביותר מבעוד המועד, יעיל וחסכוני. 1 עם זאת, שיפורים הדרגתיים בטכנולוגיית הדפסה תלת ממדים גרמו בשני מכשירי קצה גבוה וכלכלה שזמינים כעת לייצור הקליל של דגמים מותאמים אישית. 2 מדפסות אלה יש את היכולת לאובייקטי extrude ברזולוציה גבוהה עם פירוט מספיק כדי לייצג במדויק בתמונות המופקות מvivo קליני רנטגן CT סורק . עם אוסף נתונים נכונים, עיבוד פני שטח, ועריכת stereolithographic, עכשיו זה אפשרי וזול כדי לייצר במהירות מבני רקמות שלד ורכים מפורטים מנתוני רנטגן CT. אפילו בשלבים המוקדמים של פיתוחment, מודלים אנטומיים המיוצרים על ידי ערעור הדפסה תלת ממדי לשני אנשי החינוך וחוקרים שיכולים לנצל את הטכנולוגיה כדי לשפר את מיומנות הדמיה. 3, 4 היתרונות האמיתיים של תוצאה בשיטה זו מהניסיון המוחשי חוקר יכול להיות עם נתונים שלא ניתן העביר כראוי דרך מסך מחשב. התרגום של נתוני 3D טרום קליניים לאובייקט פיזי שהוא העתק מדויק של נושא המבחן הוא כלי רב עצמה להדמיה ותקשורת, הנוגע במיוחד למחקר הדמיה לסטודנטים, או אלו בתחומים אחרים. כאן, אנו מספקים שיטה מפורטת להדפסת דגמי פלסטיק של עצם ומבני איברים שמקורם רנטגן סריקות CT ניצול מערכת Albira רנטגן CT בשיתוף עם PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb, וReplicatorG חבילות תוכנה.

Protocol

1. בעלי חיים

  1. לתוצאות המדווחות להלן, חולדת זכר אחד Lobund-Wistar של 10 חודשים של גיל התקבלה מחי פריימן מרכז המדע, אוניברסיטת נוטרדאם (נוטרדאם, אינדיאנה, ארה"ב). Vivo לשעבר ניו זילנד ארנב לבן (זכר, גיל = 8 שבועות) מדגם גולגולת, נשמר בפורמלין 10%, התקבל ממעבדתו של פרופ 'מתיו Ravosa, אוניברסיטת נוטרדאם.
  2. לin vivo הדמיה, העכברוש היה מורדם על ידי Isofluorane (2.5% קצב זרימה) עם תחזוקה באמצעות מערכת אף מחודד. בעלי החיים הוצבו נוטים במיטת החולדה הסטנדרטית (M2M הדמיה בע"מ, קליבלנד, אוהיו) מסופקת עם תחנת תמונת Albira. גפיים הוצבו לרוחב מהגו לרכישת CT אחידה.
  3. לאחר רכישת תמונה הושלמה, העכברוש הוסר מהחרטום וחזר לכלוב ההתאוששות עד אמבולטורי.
  4. לסריקות של גולגולת הארנב, הדגימה הונחה במיטת העכברושבשקית ניילון אטומה המכיל פורמלין.

2. יבוא תמונות ושיקום

  1. In Vivo ואקס לרכישות תמונת Vivo בוצעו באמצעות CT Albira המערכת (Carestream המולקולרי ההדמיה, וודברידג', CT). המערכת הוקמה כדי לסרוק מיטה באורך 180 מ"מ על ידי ביצוע 3 סריקות מעגליות (600 תחזיות לסריקה), כל אחד עם 65 מ"מ FOV, אז שהם תפרו יחד במהלך שיקום. מקור ה-X נקבע ל נוכחי של 400 μA ומתח של 45 kVp, ומשמש 0.5 מ"מ אל מסנן להקשיח את הקורה. שווה הערך משוער קרינה עמוקה מינון להגדרות CT היה 660 mSv, ושווה ערך למנה היה רדוד 1171 mSv. מינונים אלה הם מעל 10-קיפול נמוך מזה בערכי LD50.
  2. תמונות שוחזרו באמצעות FBP האלגוריתם (הקרנה חזור מסוננת) דרך Albira Suite 5.0 Reconstructor באמצעות פרמטרים "רגילים". רכישה אלה בשילוב ושיקום גדרות לייצר finaתמונת ליטר עם .125 voxels איזוטרופיים מ"מ, תיחשב מספיק לניתוח חיה שלם והדפסת 3D של מבנים אנטומיים.

3. עיבוד נתונים

  1. תכונות שלד מסריקות CT יכולות להיות מודפסות מהנתונים הגולמיים ללא פילוח. עם זאת, פילוח של רקמות רכות נדרש לפני עיבוד הנתונים להדפסת 3D. כאן אנו מראים דוגמה עם רקמת ריאה.
    1. MicroPET המקורי הפתוח (תבנית נתונים לכל השיטות על מערכת הדמית Albira) קובץ
    2. צייר נפח של עניין (voi) סביב העכבר, כך שכל השטח החיצוני מוסר.
    3. תחת "מסכה מחוץ נבחר voi '' voi ההגדרות" הכרטיסייה בחר ולהגדיר את ערך המסוך ל-1,000 יחידות Hounsfield (אוניברסיטה עברית, בהיקף radiodensity עבור CT), אשר למעשה יקבע את החלל החיצוני לערך צפיפות CT של אוויר.
    4. עם כל המרחב החיצוני הוסר, תחת הכרטיסייה 'הכלים', בחר 'חיצוני', לאחר מכן לחץ על נפתחחץ ובחר 'פילוח'
    5. הגדר את הטווח ל-550 ל -200 ולחץ על 'אישור'.
    6. אם הקובץ גדול מאוד, בחר בכרטיסייה 'כלים', בחר 'הצמצום', ולהפעיל את התכנית
    7. שמור כקובץ ניתוח
  2. הנתונים הראשונים חייבים להיות מומרים לפורמט DICOM באמצעות תוכנת ניתוח PMOD (PMOD בע"מ טכנולוגיות, ציריך, שוויץ).
    1. פתח את חבילת תוכנת עיבוד תמונת PMOD.
    2. לאורך השורה העליונה, בחר בכרטיסיית התצוגה.
    3. בסרגל הכלים של היד הימנית התחתון, לחץ על מסד הנתונים שכותרתו החץ כלפי מטה תחת עומס.
    4. בחר MicroPET לנתוני CT הגלם, או ניתוח לריאות המפולחות.
    5. בחר את הקובץ המתאים ולחץ על הוסף לנבחר.
    6. לחץ על פתיחה.
    7. בסרגל הכלים של היד הימנית התחתון, לחץ כלפי מעלהחץ תחת שמירה.
    8. מתפריט זה, לבחור את סוג קובץ DICOM.
    9. תן שם לקובץ ובחר באפשרות שמורה.
    10. סגור PMOD.
  3. DICOM נתונים מכילים ערכי צפיפות נפח עבור כל voxel. כדי להדפיס את הנתונים, הוא חייב להיות מעובד כמשטח רציף במקום נפח. ImageJ v1.43u ישמש להשיג הדמיות פני שטח לעיבוד נוסף.
    1. תוכנת עיבוד תמונת ImageJ הפתוחה
    2. בחר באפשרות היבוא> קובץ.
    3. בחר תמונה ברצף.
    4. נווט אל הקובץ המכיל את DICOM החדש שנוצר ולבחור בו.
    5. בחר תוספות> 3D> 3D Viewer.
    6. שני חלונות יופיעו, צופה 3D יופיע חלון וקשב.
    7. תחת תצוגה כמו בכרך שינוי חלון ADDעל פני שטח.
    8. שנה את ערך ברירת המחדל של סף עד 210.
    9. לחץ על אישור.
    10. בשורת התפריטים מציגים 3D, בחר קובץ> יצוא משטחים כחזית גל>.
    11. תן שם לקובץ ולחץ על שמור.
  4. שתי תוכניות, v1.3.1 Meshlab וNetfabb סטודיו בסיסי 4.9, תהיינה במקביל להסיר כל רשת עודפים, להצטרף יחד משתלב מנותק, חורי תיקון, ולהחליק את הרשת הסופית. ההבדלים העיקריים בין שתי התוכניות הללו הם הכלי קובע הזמין למשתמש, וחלק משליטת ניווט הממשק. שניהם תוכנות עריכת רשת 3D, והשימוש בם יחד מספק גישה הקלה ביותר לעריכת המודל.
    1 אייקון מצביע על כך שהפעולות הללו יש לבצע בMeshlab v1.3.1
    אייקון 2 מצביע על כך שהפעולות הללו יש לבצע בNetfabb סטודיו בסיסי 4.9
    1. כדי לייבא משתלב לתוך תוכנת עריכה:
      1. פתח Meshlab v1.3.1 1 אייקון
      2. מתפריט הקובץ בחר בר> פרויקט ריק חדש.
      3. Selct קובץ> Mesh יבוא.
      4. בחר את הקובץ ולחץ על פתיחה.
      5. לאחר שהקובץ נטען, תיבת דיאלוג תפתח. שמירה על אחד את קודקודי כפולות נבדקו, לחץ על OK.
        1. פתח Netfabb סטודיו בסיסי 4.9. אייקון 2
        2. גרור את הקובץ הרצוי ישר על מסך Netfabb הבסיס באולפן.
    2. כדי להסיר רשת לא רצויה מפני שטח:
      1. משורת התפריטים בMeshlab, מסננים נבחרים> ניקיון ותיקון> להסיר חלקים בודדים (קוטר WRT). 1 אייקון
      2. סרה של רכיבים הקשורים בודדים שקוטרו קטן יותר מקבוע שצוין. זן קוטר מרבי לרכיבים אלה ולחצו על Apply.
      3. בהדרגה, מגדיל את הקוטר המרבי להסיר חתיכות גדולות יותר. לחץ על Apply אחרי כל שינוי קוטר.
    3. להצטרף לחתיכות מנותקות, חורים צריכים לקצץ ברשתות הנוכחיות במיקומים הרצויים של קשר חדש, וגשר של הרשת musלא ייבנה ביניהם.
      1. השתמש בכלי הבחירה, הכלי שביעי מהשמאל בשורת התפריטים, לבחור את החלקים של רשת שיהיה חתוכים. 1 אייקון
      2. מחק את החלקים נבחרים של רשת עם כפתור מחיקת פן, כלי השלישי מהשמאל בשורת התפריטים.
      3. משורת התפריטים, בחר קובץ> היצוא כMesh.
      4. תן שם לקובץ ולשנות את סוג קובץ STL.
      5. לחץ על שמור.
      6. תיבת דיאלוג עם אפשרויות שמירה תופיע, לחץ על OK. אייקון 2
      7. גרור את הקובץ החדש לNetfabb.
      8. בתפריט העליון, בחר תיקון, הכלי הרביעי מהשמאל.
      9. בחר את כלי המשולשים הוסיפו, 13 מהשמאל.
      10. לחץ על קצה פתוח (הם יהיו צהובים) בצד אחד ולאחר מכן לחץ על קצה פתוח בקטע האחר. יצירת גשרים 5-10 על פני הפער.
      11. בחר בלחצן תיקון האוטומטי בפינה הימנית התחתונה
      12. סמן תיקון מחדל.
      13. לחץ ביצוע.
      14. לחץ על ביטול לאחר התיקון בוצע.
      אופציונלי: כמה משולשים שנוצרו עלולים להיות הנטייה השגויה. ניתן להשתמש בשלבים הבאים כדי לכוון את המשולשים האלה.
      1. בחר בלחצן משולשים הנבחר פליפ.
      2. לחץ על כל משולשים מבולבלים כדי לסובב את כל המשולשים בכיוון הנכון.
    4. אלמכתשי תיקון וחורה, יש להסיר את החורים ומכתשים שלמים וגשרים חייבים להיות בנויים בכל צד של הרשת.
      1. לחץ על כלי הבחירה. 1 אייקון
      2. בחר המכתש או החור שיש למלא.
      3. לחץ על כפתור מחיקת פן.
      4. משורת התפריטים, בחר קובץ> היצוא כMesh.
      5. תן שם לקובץ ולשנות את סוג קובץ STL.
      6. לחץ על שמור.
      7. תיבת דיאלוג עם אפשרויות שמירה תופיע, לחץ על OK.
      8. גרור את הקובץ החדש לNetfabb. אייקון 2
      9. בתפריט העליון, בחר תיקון rong>, הכלי הרביעי מהשמאל.
      10. בחר את כלי המשולשים הוסיפו, 13 מהשמאל.
      11. לחץ על קצה פתוח (הם יהיו צהובים) בצד אחד ולאחר מכן לחץ על קצה פתוח בקטע האחר. יצירת גשרים 5-10 על פני הפער.
      12. בחר בלחצן תיקון האוטומטי בפינה הימנית התחתונה
      13. סמן תיקון מחדל.
      14. לחץ ביצוע.
      15. לחץ על ביטול לאחר התיקון בוצע.
    5. Laplacian החלקה, אלגוריתם ההחלקה בMeshlab, משמש כדי להחליק את האובייקט תוך שמירה על השלמות המבנית של המודל.
      1. נווט מסננים> החלקה> fairing ודפורמציה> Laplacian חלק.iles/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg "/>
      2. בחר מספר חזרות החלקה. עוד חזרות תגרומנה מודל חלק יותר, אבל כל איטרציה מדרדרת את הנפח של המודל, שיכול לגרום לחלקים המנותקים וקצוות חדים באיטיות. 1-5 חזרות מומלצות.
      3. לחץ על אישור.
      4. משורת התפריטים, בחר קובץ> היצוא כMesh.
      5. תן שם לקובץ ולשנות את סוג קובץ STL.
      6. לחץ על שמור.
      7. תיבת דיאלוג עם אפשרויות שמירה תופיע, לחץ על OK.
      8. גרור את הקובץ החדש לNetfabb. אייקון 2
      9. בתפריט העליון, בחר תיקון, הכלי הרביעי מהשמאל.
      10. בחר את כלי המשולשים הוסיפו, הirteenth מהשמאל.
      11. לחץ על קצה פתוח (הם יהיו צהובים) בצד אחד ולאחר מכן לחץ על קצה פתוח בקטע האחר. יצירת גשרים 5-10 על פני הפער.
      12. בחר בלחצן תיקון האוטומטי בפינה הימנית התחתונה
      13. סמן תיקון מחדל.
      14. לחץ ביצוע.
      15. לחץ על ביטול לאחר התיקון בוצע.
      16. משורת התפריטים, בחר קובץ> היצוא כMesh.
      17. תן שם לקובץ הסופי ולשנות את סוג קובץ STL.
      18. לחץ על שמור.
      19. תיבת דיאלוג עם אפשרויות שמירה תופיע, לחץ על OK.

4. הדפסה

  1. הדפסה באמצעות Makerbot
    1. פתח את קובץ STL בReplicatorG. משכפלG הוא תכנית תעשיות Makerbot משמשת לתקשורת עם Makerbot.
    2. לחץ סולם מתפריט הפינה הימני התחתון ובחר למלא את החלל לבנות!
    3. בחר סובב ולחץ על שכב.
    4. לחץ על מרכז.
    5. לדגמים עם פרטים עדינים, בחר למלא לבנות פלטפורמה בהיקף של עד מודל.
    6. מאותו תפריט, לחץ על העבר ובחר לשים על פלטפורמה.
    7. ברגע שהכיוון הנכון כבר הושג, בחר צור GCODE משורת התפריטים העליונה.
      * חלון עם אפשרויות הדפסה יופיע.
    8. בחר את המכבש שיספק הנימה להדפיס אובייקט (שמאל או ימין).
    9. בחר באפשרות השתמשה ראפט / תמיכה.
    10. מתפריט הנפתח זכאי קשרדואר חומר תמיכה, בחר תמיכה מלאה.
    11. בחר צור GCODE. תיבה מוקפצת המציגה את ההתקדמות של GCODE תופיע.
    12. ברגע GCODE הושלם, בחר לבנות להגיש לשימוש עם כרטיס SD.
    13. לחץ על שמור.
    14. גרור את הקובץ על גבי כרטיס SD.
    15. הנח את כרטיס SD לתוך Makerbot ובאמצעות הדפסת בחר מקלדת Makerbot מ SD.
    16. תחת דפס מ SD, בחר את שם הקובץ הרצוי. Makerbot יתחיל באופן אוטומטי לחימום כדי להדפיס את האובייקט.
  2. הדפסת Shapeways
    1. לאחר יצירת חשבון חינם עם Shapeways, קובץ STL ניתן להעלות ישירות לאתר Shapeways: http://www.shapeways.com/upload/
    2. לחץ על עלה ובחר STLקובץ.
    3. בחר כותרת לקובץ שהועלה.
    4. בחר יחידת המידה מהתפריט הנפתח.
    5. לחץ על עלה דגם.
    6. הקובץ מוכן כעת להדפסה באמצעות Shapeways. ברגע שהקובץ נטען Shapeways ייקח כמה דקות כדי לעבד את הקובץ כדי להיות בטוח שזה באמת יכול להיות מודפס. תוכל להדפיס את המודל מ" המודלים שלי "הדף אחרי כעשר דקות.
    7. הבחירה "הלבנה החזקה הגמישה" שמשה כדי להדפיס מבני שלד, ואילו "גמיש חזק סגולה" שמשה לרקמת ריאה.
  3. הדפסת ProJet HD 3000
    1. קובץ STL גם יכול להיות מודפס באמצעות רזולוציה גבוהה מסחרית מדפסת תלת ממדית כמו ProJet HD 3000 (מקפצת הנדסת הפתרונים LLC, חדשנות פרק, נוטרדאם, IN, ארצות הברית).
    2. קובץ STL נטען לתוכנת קניינית 3D מערכות לפריסת העבודה על platfORM. זה דורש לשנות את הכיוון של המודל בסביבה כדי לצמצם את השימוש בשעווה ותמיכת זמן הדפסה. קובץ זה נשמר.
    3. אז העבודה נשלחת באופן אלקטרוני למדפסת.
    4. פלטפורמה של אלומיניום נטענת למדפסת וProJet HD 3000 מתחילות להדפיס את האובייקט.
    5. אז המודל הוא להסיר את הפלטפורמה והניח לתנור בחום של כ 73 מעלות צלזיוס כדי להמס את שעוות התמיכה מהמודל.
    6. האובייקט הוא סיר החם ולנגב אותה בKimwipe להסיר שעוות פני שטח שנותר.

Representative Results

איור 1
איור 1. מודלי 3D המודפס של הריאות ותכונות שלד של קבוצת חולדת רנטגן CT נתונים. חפצים היו מודפסים באמצעות ProJet HD 3000 (משמאל), Shapeways Inc (מרכז) או Makerbot Replicator (מימין). סרגל קנה המידה מציין 2 סנטימטר. שים לב שסרגל קנה המידה בפנל C הוא קטן יותר מזה של A ו-B, המשקף שבמקרים מסוימים Makerbot חייבת להדפיס אובייקט מוגדל כדי פירוט מספיק תפוקה.

איור 1 מתאר את המוצרים הסופיים לשלוש שיטות של הדפסה של אותה בערכת נתונים של עכברוש CT vivo. כל שלושה המודלים מורכבים ממבנה שלד קצוץ וריאות נשלפות שנדפסו באופן עצמאי וחוברו יחד. המודל בצד שמאל הוא התוצאה של מדפסת ProJet HD 3000-ברזולוציה גבוהה, שנוצרה באמצעות פלסטיק אקרילי שקוף. האובייקט במרכזהופק באמצעות חברת צד שלישית, Shapeways Inc, שבמבנה השלד הודפס באמצעות פלסטיק לבן הניילון 12 ואילו מבני הנשימה היו מפוברקים בסגול. שני דגמים הראשונים אלו הודפסו בקנה מידה ממשי, מדידה כ 11 סנטימטר האורך. האובייקט בימין נעשה באמצעות MakerBot. מבנה השלד הודפס באמצעות פלסטיק צבעוני טבעי ABS (סטירן butadiene acrylonitrile) וריאות הירוקות ליים עם ABS. בגלל מגבלות הרזולוציה של MakerBot, מודל זה לא יכול להיות מודפס בהיקף ללא ניוון של מבנה עדין כמו כלוב הצלעות. במקום זאת, המודל טפס למעלה בכמעט 2X באמצעות "למלא חלל לבנות" אפשרות לקבל הפרטים החזותיים הרצויים, וכתוצאה מאובייקט של 21 סנטימטר באורך.

איור 2
איור 2. מודלי 3D המודפס של vivo ארנב SKU לשעברנתוני ll להגדיר. את האובייקטים המוצגים הודפסו באמצעות ProJet HD 3000 (משמאל), Shapeways Inc (מרכז) וMakerbot Replicator (מימין). סרגל קנה המידה מציין 1 סנטימטר.

תרשים 2 מציג את המוצרים הסופיים של כל שיטה להדפסה בסט vivo לשעבר ארנב גולגולת CT הנתונים. המודל בצד שמאל הוא התוצאה ממדפסת ProJet HD 3000-ברזולוציה גבוהה באמצעות פלסטיק אקרילי שקוף. המודל במרכז הודפס בפלסטיק לבן nylon12 באמצעות הדפסת Shapeways. האובייקט בימין הודפס בפלסטיק לבן באמצעות MakerBot. כל שלושה האובייקטים הודפסו להרחיב ולמדוד כ 8.5 סנטימטר באורך.

איור 3
איור 3. מודלי 3D המודפס של סט מלא חולדת רנטגן CT נתונים. חפצים היו מודפסים באמצעות ProJet HD 3000 (משמאל), וShapeways בע"מ (מימין). הסקלהar מציין 1 סנטימטר.

איור 3 מציג את המוצרים הסופיים לשתי שיטות הדפסה מלאה בנתוני vivo CT בערכה של חולדה. שני דגמים מורכבים ממבנה שלד מלא (מינוס הזנב) וריאות נשלפות. המודל בצד שמאל הוא התוצאה של מדפסת ברזולוציה גבוהה, ProJet 3000 HD, מודפסת באמצעות פלסטיק אקרילי שקוף. המודל בצד הימין הודפס באמצעות הדפסת Shapeways, עם מבנה השלד שנוצר באמצעות פלסטיק לבן nylon12 וריאות בסגולות. שני דגמים אלה נדפסו בקנה מידה ממשי, מדידה כ 19 סנטימטר האורך. בגלל בפרטים המורכבים הנדרשים, שלד המלא לא יכול להיות מודפס עם Replicator MakerBot.

במהלך החקירה של טכניקות הדפסה תלת ממדיות, יתרונות וחסרונות מסוימים נצפו ומפורטים בטבלה 1.

יתרונות חסרונות
MakerBot מהר מאוד, מגוון רחב של אפשרויות צבע, תוכל להדפיס בשני צבעים, מאוד זול רמה הנמוכה ביותר של פרט. הסרה של חומרי תמיכה היא איטית (על סדר כמה שעות).
Shapeways ראייטי של אפשרויות צבע, מגוון רחב של חומרים להדפסה, ברמה גבוהה של פירוט, זול יחסית זמן של שבועות כדי לעבד ולקבל צו
ProJet HD 3000 תפנית מהירה יחסית, רמה הגבוהה ביותר של פירוט, תפוקה גבוהה, קלה להסיר חומרי תמיכה (שעווה). עלות היקרה ביותר מלפנים, רק אופציה אחת, צבע במהלך שימוש המעשי.

טבלת 1. השוואהטכנולוגיות הדפוס 3D הזמינות להדפסת סטי CT נתונים.

Discussion

רנטגן CT ערכות נתונים של חולדת חית Lobund-Wistar וגולגולת vivo לשעבר ניו זילנד ארנב לבנה נוצלו כדי להוכיח את ההיתכנות של ייצור האובייקט 3D מנתונים ביולוגיים קדם קליניים. מודלים נוצרו באמצעות שלושה מקורות שונים: 1) המשכפל הפופולרי Makerbot, 2) הצד השלישית חברת Shapeways Inc, ו3) המסחרי ProJet HD בדרגה גבוהה 3000. כל מדפסת הייתה מסוגלת ליצור אובייקטים שמרוצים מטרת עיקרון יזואליזציה נתונים משופר.

במהלך התהליך של הדפסת נתוני CT טרום קליניים, את היתרונות וחסרונות של כל שיטה של ​​הדפסה היו וידאו וסכמו למשתמש הקצה. משכפל MakerBot הוא (1,750 דולרים) למעלה פתרון ספסל זול שיהיה נגיש כמעט לכל מעבדה ברחבי העולם. זה יכול להדפיס במספר צבעים עם תשומות זולות (CT עכברוש עם ריאות בשימוש על 3.50 דולרים בפלסטיק). עם זאת, Makerbot מוגבל בהחלטה,ולכן בחלק מהדגמים יהיו חייבים להיות מוגדלים שחול והדמיה של מבנה מיועד נאותים. Shapeways Inc מספקת מספר יוצא דופן של בחירות בנוגע לצבע וחומר. המודלים הם ברזולוציה גבוהה ויציבה. אמנם המחירים שלהם הם כ 10-גבוה פי יותר מMakerBot על בסיס יחידה ל( CT עכברוש עם ריאות היה 41.61 $), משתמש יכול לבצע מספר מוגבל של מקומות עבודה ולמנוע את עלות רכישה מראש של מדפסת. הזמן להוביל של השבועות מShapeways הוא חסרון קטין. ProJet HD 3000 ספקו דגמים מצטיינים במונחים של רזולוציה וכוח. היינו ברי מזל מספיק כדי להידבק בהדפסה של האובייקטים שלנו בProJet HD 3000 בפרק החדשנות בנוטרה דאם (כ 30 $ לCT עכברוש עם ריאות לעבודה וחומרים). משתמשים עלולים לסבול מקשיים בגישה לסוג זה של ציוד כפי שהם מתומחרים בטווח של 80,000 $, וזה מסורבל להדפיס עם צבעים מרובים גם כן. מאחר וכל מכשיר / יצרןמספק מדד שונה כדי לתאר את הרזולוציה להדפסת אובייקט (רמת Shapeways המינימאלי של פירוט = 0.2 מ"מ, עובי דופן מינימאלי = 0.7 מ"מ, עובי 5 MakerBot פרוסה = 0.2-0.3 מ"מ עם זרבובית מ"מ 0.4, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 עם דיוק של 0.025-0.05 מ"מ), הערכה איכותית של החלטות יחסיות בין כל מערכת מציעה ששני Shapeways ומערכת HD ProJet יכולים להדפיס בפירוט גבוה למשקל, בעוד יש להגדיל כמה חפצים לשימוש מוצלח של MakerBot. באופן קולקטיבי, את כל שלוש השיטות ידידותיות לסביבה ולספק אמצעי נוח להשגת ייצור קליל של מודלים קדם קליניים מאוד מפורטים רנטגן CT.

מסקנה

בהדרגה, את הטכנולוגיה של הדפסת 3D הפכה לנגישה יותר כשני עלויות והמורכבות היו ממוזערות. 8, 9 עכשיו, פשוטו כמשמעו, מישהו יכול להדפיס ברזולוציה גבוהה, אובייקטים תלת מימדיים מהחפירותקבצי ITAL. אובייקטים תלת ממדיים מפורטים אלה יכולים להיות כלי שימושי עבור שני אנשי חינוך וחוקרים כאחד. יתר על כן, הם מספקים אמצעי לתקשורת החזותית המסייע בהשגת הבנה ברורה יותר. 10 לדוגמה, חוקרים רפואיים יכולים להשתמש בדגימה או מודלי מטופל ספציפיים כדי לשפר הוא את התקשורת והבנה עם העמיתים והמטופלים שלהם. למרות 11 ייצוג על מסכי 2D יש כברת דרך ארוכה, אין שום תחליף לחוויה ויזואלית וחושית של החזקת אובייקט ממשי כי הוא מסוגלת להיות מוחזק, לסובב, נבדק ועבר בסביבה. מודל יחד עם ייצוג נתונים אלקטרוני הוא אפילו יותר חזק כפי שהוא מאפשר לחוקרים לבחון את האובייקט הפיזי לאזורים של עניין, ולמצוא האזורים האלה במודל ממוחשב לניתוח כמותי נוספת. עם אוסף נתונים נכונים, עיבוד פני שטח, ועריכת stereolithographic, ניתן לייצר במהירות מפורט, relatively דגמים זולים מנתוני רנטגן CT. כאן, אנו מספקים, צעד מפורט על ידי שיטת צעד לייצור מודל תלת ממדי מנתוני חיות קטנים טרום קליניים שנאספו עם ה-X-CT מייקרו. אנו רכשנו in vivo ו vivo לשעבר CT ערכות נתונים באמצעות תחנת Albira תמונה, ובצענו עיבוד שלאחר מכן עם PMOD, ImageJ, Meshlab וחבילות תוכנת Netfabb. לבסוף, אנו מספקים הוראות מפורטות למאפשרות הדפסת מודל תלת ממדים עם מגוון של פתרונות מסחריים. בכל מקרה, התוצאה הסופית היא מודל שמספק ביטוי ייחודי, שנערך ביד, פיזי של הנתונים רכשו טומוגרפית שמצב רגיל היה מוגבל למסך מחשב.

Disclosures

וו מתיו Leevy הוא יועץ מולקולרי והדמית Carestream. בריאן Stamile הוא מהנדס תמיכה לתעשיות MakerBot.

Acknowledgments

אנו להודות בחום למכון ללימודים אירופיים NanoVic, בתכנית למצטייני משפחת גלין, מתקן נוטרדאם המשולב הדמיה (NDIIF) ושירותי בריאות Carestream לתמיכה כספית לפרויקט זה. מחקר על התפתחות גולגולת ארנב נתמך על ידי NSF BCS-1029149 לMJR.

Materials

Required Programs
  1. Albira Image Acquirer
  2. PMOD
  3. ImageJ
  4. Meshlab
  5. Netfabb
  6. ReplicatorG

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

רפואה גיליון 73 אנטומיה פיזיולוגיה ביולוגיה מולקולרית ההנדסה ביו רפואית Bioengineering כימיה ביוכימיה הנדסת חומרים הנדסה חומרים שיוצרו טכנולוגיה מבני בעלי חיים מדעי חיים (כללי) הדפסת 3D רנטגן טומוגרפיה ממוחשבת CT סריקות CT נתונים שחול דפוס תוסף, טכניקות קליניות הדמיה
הדפסת 3D של Preclinical רנטגן הממוחשבים טומוגרפית נתוני סטים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Doney, E., Krumdick, L. A., Diener,… More

Doney, E., Krumdick, L. A., Diener, J. M., Wathen, C. A., Chapman, S. E., Stamile, B., Scott, J. E., Ravosa, M. J., Van Avermaete, T., Leevy, W. M. 3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets. J. Vis. Exp. (73), e50250, doi:10.3791/50250 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter