Met behulp van moderne kunststof extrusie en printtechnologieën, is het nu mogelijk om snel en goedkoop te produceren fysische modellen van de X-ray CT-gegevens die in een laboratorium. De drie-dimensionale afdrukken van tomografische gegevens is een krachtige visualisatie, onderzoek, en een educatief instrument dat nu kan worden benaderd door de preklinische beeldvorming gemeenschap.
Driedimensionale druktechniek maakt de productie van zeer gedetailleerde materialen via een proces dat additieve productie. Traditionele, schimmel-injectie methoden om modellen of onderdelen te creëren hebben verschillende beperkingen, de belangrijkste daarvan is een probleem in het maken van zeer complexe producten in een tijdige en kosteneffectieve manier. 1 echter geleidelijke verbeteringen in de drie-dimensionale printtechnologie hebben geleid zowel high-end en economie instrumenten die nu beschikbaar zijn voor de gemakkelijke productie van aangepaste modellen. twee Deze printers hebben het vermogen om hoge resolutie extrusie voorwerpen met voldoende detail om zo nauwkeurig mogelijk in vivo gegenereerde beelden van preklinische Röntgen CT scanner . Met de juiste verzamelen van gegevens, oppervlakte rendering en stereolithografische bewerken, is het nu mogelijk en goedkoop om snel gedetailleerde skelet en de weke delen structuren te produceren van X-ray CT data. Zelfs in de vroege stadia van ontwikkelingment, de anatomische modellen geproduceerd door drie-dimensionale afdrukken beroep op zowel de docenten en onderzoekers die de technologie gebruiken om visualisatie taalvaardigheid te verbeteren. 3, 4 De echte voordelen van deze methode voortvloeien uit de concrete ervaring van een onderzoeker kan hebben met gegevens die niet kunnen worden adequaat overgebracht door middel van een computerscherm. De vertaling van pre-klinische 3D-gegevens naar een fysiek object dat een exacte kopie van de proefpersoon is een krachtige tool voor visualisatie en communicatie, in het bijzonder voor het relateren van imaging onderzoek aan studenten, of die op andere gebieden. Hier bieden we een gedetailleerde methode voor het afdrukken van plastic modellen van het bot en orgel structuren afgeleid van X-ray CT-scans met behulp van een Albira X-ray CT-systeem in combinatie met PMOD, ImageJ, meshlab, Netfabb en ReplicatorG softwarepakketten.
X-ray CT datasets van een levend Lobund-Wistar rat en een ex vivo Nieuw-Zeeland White Rabbit schedel werden gebruikt om de haalbaarheid van de 3D-object de productie van pre-klinische biologische gegevens te tonen. Modellen werden gegenereerd met behulp van drie verschillende bronnen: 1) De populaire MakerBot Replicator, 2) Het derde bedrijf Shapeways Inc, en 3) De hoogwaardige commerciële ProJet HD 3000. Elke printer was in staat om objecten die het principe doel van verbeterde data visualisatie tevreden te genereren.
Tijdens het afdrukken van preklinische CT data, de voordelen en nadelen van elk printmethode zijn geverifieerd en samengevat voor de eindgebruiker. De MakerBot Replicator is een goedkoop ($ 1.750) bench top-oplossing die toegankelijk is voor vrijwel elke lab over de hele wereld. Het systeem kan printen in meerdere kleuren met goedkope ingangen (een rat CT met longen gebruikt ongeveer $ 3,50 in plastic). Echter, de MakerBot beperkt door resolutie,en dus sommige modellen moeten worden vergroot voor een goede extrusie en visualisatie van de beoogde structuur. Shapeways Inc biedt een uitstekende aantal selecties met betrekking tot kleur en materiaal. De modellen zijn hoge resolutie, en robuust. Terwijl hun prijzen zijn ongeveer 10-maal hoger dan de MakerBot op een per eenheid (een rat CT met longen was 41,61 dollar), kan een gebruiker uitvoeren van een beperkt aantal banen en voorkomen dat de upfront kosten van de aanschaf van een printer. De twee weken doorlooptijd van Shapeways is een klein nadeel. De ProJet HD 3000 uitstekende modellen die in termen van resolutie en kracht. We waren gelukkig genoeg om het afdrukken van onze objecten contract op de ProJet HD 3000 op Innovation Park in de Notre Dame (ongeveer $ 30 voor een rat CT met longen voor arbeid en materialen). Gebruikers hebben problemen met toegang tot dit soort apparatuur zoals ze zijn geprijsd in het bereik van $ 80.000 en is het lastig te drukken met meerdere kleuren ook. Aangezien elk instrument / fabrikantbiedt een andere metriek om de resolutie voor object afdrukken (Shapeways minimumniveau van detaillering = 0,2 mm, wanddikte = 0,7 mm, 5 MakerBot plakdikte = 0,2-0,3 mm met een 0,4 mm nozzle, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 beschrijven x 656 x 800 met een nauwkeurigheid van ,025-+0.05 mm), een kwalitatieve beoordeling van de relatieve resoluties tussen elk systeem suggereert dat zowel Shapeways en het ProJet HD systeem kan afdrukken in hoog detail op schaal, terwijl sommige objecten moet worden vergroot voor een succesvol gebruik van de MakerBot. Gezamenlijk drie methoden zijn milieuvriendelijk en een handig middel om gemakkelijke productie van zeer gedetailleerde preklinische Röntgen CT modellen bereiken.
Conclusie
Geleidelijk heeft de technologie van 3D printen toegankelijker geworden omdat zowel de kosten en complexiteit zijn geminimaliseerd. 8, nu 9, letterlijk iedereen kan met een hoge resolutie, drie-dimensionale objecten af te drukken vanaf gravenItal bestanden. Deze gedetailleerde driedimensionale objecten kunnen nuttige hulpmiddelen voor zowel docenten en onderzoekers. Bovendien zijn ze een middel van visuele communicatie die helpt bij het bereiken van een beter begrip. 10 Bijvoorbeeld, medische onderzoekers kan monster of patiënt-specifieke modellen te gebruiken om zowel de communicatie en begrip met hun collega's en patiënten te verbeteren. 11 Hoewel de vertegenwoordiging in 2D-schermen heeft een lange weg afgelegd, er is absoluut geen vervanging voor de visuele en zintuiglijke ervaring van het houden van een echt object dat in staat is te houden, geroteerd, onderzocht en verplaatst. Een model gepaard met een elektronische representatie nog krachtiger omdat hiermee onderzoekers het fysieke object onderzoeken voor gebieden van belang, en deze ruimte zoeken op een computermodel voor verdere kwantitatieve analyse. Met de juiste verzamelen van gegevens, oppervlakte rendering en stereolithografische bewerken, is het mogelijk om snel te produceren gedetailleerde, relatitief goedkope modellen van X-ray CT data. Hier geven we een gedetailleerde, stap voor stap methode voor de productie van een driedimensionaal model van preklinische klein dier verzamelde gegevens met een X-ray micro-CT. We verworven ons in vivo en ex vivo CT datasets met behulp van een Albira beeld station, en trad op latere verwerking met PMOD, ImageJ, meshlab en Netfabb softwarepakketten. Tot slot bieden we gedetailleerde instructies om drie-dimensionaal model afdrukken in te schakelen met een scala aan commerciële oplossingen. In elk geval, het eindresultaat is een model dat een unieke, met de hand-held, fysieke manifestatie van de verworven tomografische gegevens die normaal zou worden beperkt tot een computer scherm biedt.
The authors have nothing to disclose.
Wij zijn van harte danken de Nanovic Instituut voor Europese Studies, de Glynn Family Honors Program, de Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) en Carestream Health voor financiële steun voor dit project. Onderzoek naar konijn craniale ontwikkeling ondersteund door NSF BCS-1029149 om MJR.
Required Programs
|