Ved hjælp af moderne plast ekstrudering og printteknologier, er det nu muligt hurtigt og billigt producere fysiske modeller af X-ray CT-data, der er truffet i et laboratorium. Den tredimensionale udskrivning af tomografiske data er en kraftfuld visualisering, forskning og pædagogisk værktøj, der kan nu tilgås af den prækliniske imaging samfund.
Tre-dimensionel udskrivning giver mulighed for produktion af meget detaljerede objekter gennem en proces kendt som tilsætningsstof fremstilling. Traditionel, skimmel-injektion metoder til at skabe modeller eller dele har flere begrænsninger, hvoraf de vigtigste er en vanskelighed i at gøre meget komplekse produkter på en rettidig og omkostningseffektiv måde. 1 har imidlertid en gradvis forbedring i tre-dimensionelle printteknologi resulteret i både high-end og økonomi instrumenter, der nu foreligger for letkøbt produktion af kundespecifikke modeller. 2 Disse printere har evnen til at ekstrudere høj opløsning objekter med tilstrækkelig detaljeret til præcist at repræsentere in vivo billeder genereret fra en præklinisk X-ray CT-scanner . Med korrekt dataindsamling, overfladegengivelse, og stereolitografiske redigering, er det nu muligt og billigt at hurtigt at udarbejde detaljerede skelet og bløde vævsstrukturer fra X-ray CT-data. Selv i de tidlige stadier af udviklingling, de anatomiske modeller produceret af tre-dimensionelle udskrivning appel til både undervisere og forskere, der kan bruge teknologien til at forbedre visualisering færdigheder. 3, 4 De reelle fordele ved denne metode skyldes konkret erfaring en forsker kan have med data, der ikke kan tilstrækkeligt transporteres gennem en computerskærm. Oversættelsen af prækliniske 3D-data til et fysisk objekt, der er en nøjagtig kopi af forsøgspersonen er et kraftfuldt værktøj til visualisering og kommunikation, især for at relatere billeddannelse forskning til studerende, eller dem på andre områder. Her giver vi en detaljeret metode til trykning af plast modeller af knogler og orgel strukturer afledt af X-ray CT scanner anvender en Albira X-ray CT-systemet i forbindelse med PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb, og ReplicatorG softwarepakker.
X-ray CT datasæt af en levende Lobund-Wistar rotte og en ex vivo New Zealand White Rabbit kranium blev udnyttet til at demonstrere gennemførligheden af 3D objekt produktion fra prækliniske biologiske data. Modeller blev genereret ved hjælp af tre forskel kilder: 1) Den populære Makerbot Replicator, 2) Den tredje part virksomhed Shapeways Inc, og 3) den høje kvalitet kommerciel ProJet HD 3000. Hver printer var i stand til at generere objekter, der opfyldte princippet mål om øget data visualisering.
Under processen med at udskrive prækliniske CT-data, var fordele og ulemper ved hver metode til udskrivning konstateret og sammenfattes for slutbrugeren. Det MakerBot Replicator er en billig ($ 1.750) bænk top løsning, der er tilgængelig for stort set alle lab rundt om i verden. Den kan udskrive i flere farver med billige indgange (en rotte CT med lunger, der anvendes omkring 3,50 dollar i plastik). Imidlertid er Makerbot begrænset af opløsning,og således nogle modeller skal udvides for korrekt ekstrudering og visualisering af bestemt struktur. Shapeways Inc. giver en fremragende antal valg med hensyn til farve og materiale. Modellerne er i høj opløsning, og robust. Mens deres priser er omkring 10-fold højere end MakerBot på en per enhed basis (en rotte CT med lunger var $ 41,61), kan en bruger udføre et begrænset antal arbejdspladser og undgå upfront udgifter til indkøb af en printer. De to-ugers leveringstid fra Shapeways er en mindre ulempe. Den ProJet HD 3000 forudsat udestående modeller i form af opløsning og styrke. Vi var heldige nok til at optage trykning af vores genstande på ProJet HD 3000 kl Innovation Park på Notre Dame (omkring $ 30 for en rotte CT med lungerne arbejdskraft og materialer). Brugere kan have svært med adgang til denne type udstyr, som de er prissat i intervallet $ 80.000, og det er besværligt at udskrive med flere farver så godt. Da hvert instrument / fabrikantgiver en anden parameter for at beskrive opløsningen for objekt udskrivning (Shapeways minimum detaljeringsgrad = 0,2 mm, mindste vægtykkelse = 0,7 mm, 5 MakerBot snittykkelse = 0,2-0,3 mm med en 0,4 mm dyse, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 med en nøjagtighed på 0,025-0,05 mm), en kvalitativ vurdering af de relative resolutioner mellem hvert system tyder på, at både Shapeways og ProJet HD-systemet kan udskrive i høj detalje i skala, mens nogle objekter bør udvides for vellykket brug af den MakerBot. Kollektivt alle tre metoder er miljøvenlige og giver en bekvem måde at opnå facile produktion af meget detaljerede prækliniske X-ray CT-modeller.
Konklusion
Efterhånden er teknologien af 3D-print er blevet mere tilgængelige som både omkostninger og kompleksitet er blevet minimeret. 8, 9 Nu, bogstaveligt alle kan udskrive i høj opløsning, tredimensionale genstande fra graveregulering, hvor filer. Disse detaljerede tredimensionale objekter kan være nyttige redskaber for både undervisere og forskere. Endvidere indfører de et middel til visuel kommunikation, der hjælper med at opnå en klarere forståelse. 10 For eksempel kan medicinske forskere bruge prøve eller patient-specifikke modeller for at forbedre både kommunikation og forståelse med deres kolleger og patienter. 11 Selvom repræsentation på 2D-skærme har kommet en lang vej, er der absolut ingen erstatning for den visuelle og sensoriske oplevelse af at holde en reel objekt, der er i stand til at blive afholdt, roteres, undersøges og flyttes rundt. En model parret med en elektronisk data repræsentation er endnu mere kraftfuld, som den giver forskerne at undersøge den fysiske genstand for regioner af interesse, og til at finde de områder på en computer model for yderligere kvantitativ analyse. Med korrekt dataindsamling, overfladegengivelse, og stereolitografiske redigering, er det muligt hurtigt at fremstille detaljerede, relatively billige modeller fra X-ray CT-data. Her giver vi en detaljeret, trinvis metode til fremstilling af en tredimensionel model fra prækliniske små dyr, der indsamles med en X-ray mikro-CT. Vi købte vores in vivo og ex vivo CT datasæt ved hjælp af en Albira billede station, og udførte efterfølgende bearbejdning med PMOD, ImageJ, Meshlab og Netfabb softwarepakker. Endelig giver vi detaljerede instruktioner for at aktivere tredimensionelle model udskrivning med en række kommercielle løsninger. I hvert tilfælde er slutresultatet en model, der giver en unik, håndholdt, fysisk manifestation af de erhvervede tomografiske data, der normalt begrænset til en computerskærm.
The authors have nothing to disclose.
Vi varmt takke Nanovic institut for europæiske studier, den Glynn Family Honors Program, Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) og Carestream Sundhed for finansiel støtte til dette projekt. Forskning i kanin kranie udvikling støttet af NSF BCS-1029149 til MJR.
Required Programs
|