Utilisation d'extrusion de plastique moderne et les technologies d'impression, il est désormais possible de produire rapidement et à moindre coût des modèles physiques de données CT à rayons X prises dans un laboratoire. L'impression en trois dimensions des données tomographiques est un puissant de visualisation, de recherche et outil éducatif qui peut maintenant être consulté par la communauté de l'imagerie préclinique.
Impression en trois dimensions permet la production d'objets très détaillés grâce à un processus connu sous le nom de fabrication additive. Traditionnels, moule à injection méthodes pour créer des modèles ou des pièces présentent plusieurs limites, dont le plus important qui est une difficulté dans la fabrication des produits hautement complexes, en temps opportun, de manière rentable. 1 Toutefois, l'amélioration progressive de la technologie d'impression en trois dimensions ont permis dans les deux instruments haut de gamme et de l'économie qui sont maintenant disponibles pour la production facile des modèles personnalisés. 2 Ces imprimantes ont la capacité d'objets extrusion à haute résolution avec suffisamment de détails pour représenter avec précision des images in vivo générés à partir d'un scanner préclinique tomodensitométrie à rayons X . Avec cueillette de données, le rendu de surface, et l'édition de stéréolithographie, il est désormais possible et peu coûteux à produire rapidement des structures détaillées du tissu squelettique et doux de données CT X-ray. Même dans les premiers stades de développementment, les modèles anatomiques produites par appel impression en trois dimensions à la fois aux enseignants et aux chercheurs qui peuvent utiliser la technologie pour améliorer la maîtrise de visualisation. 3, 4 Les avantages réels de ce résultat de la méthode de l'expérience concrète d'un chercheur peut avoir avec des données qui ne peuvent être adéquatement transporté à travers un écran d'ordinateur. La traduction des données pré-cliniques 3D à un objet physique qui est une copie exacte de l'objet de test est un outil puissant pour la visualisation et de la communication, en particulier pour la recherche en imagerie relatives aux étudiants, ou ceux dans d'autres domaines. Ici, nous proposons une méthode détaillée pour l'impression des modèles en plastique de l'os et des structures d'organes provenant de rayons X tomodensitogrammes utilisant un Albira système à rayons X CT en conjonction avec PMOD, ImageJ, meshlab, Netfabb et ReplicatorG logiciels.
X-ray CT ensembles de données d'une vie Lobund-rat Wistar et une ex vivo Nouvelle-Zélande crâne Lapin Blanc ont été utilisés pour démontrer la faisabilité de la production d'objets 3D à partir de données pré-cliniques biologiques. Les modèles ont été générés en utilisant trois sources différentes: 1) Le réplicateur populaire MakerBot, 2) La troisième fête d'entreprise Shapeways Inc, et 3) La haute qualité commerciale ProJet HD 3000. Chaque imprimante est en mesure de générer des objets qui ont satisfait le but principal de la visualisation optimisée des données.
Pendant le processus d'impression pré-cliniques données CT, les avantages et les inconvénients de chaque méthode d'impression ont été constatées et résumées pour l'utilisateur final. Le réplicateur MakerBot est un peu coûteux (1750 $) solution paillasse qui est accessible à pratiquement n'importe quel laboratoire dans le monde entier. Il est possible d'imprimer en plusieurs couleurs avec des entrées bon marché (un CT rat avec des poumons utilisés environ 3,50 $ en plastique). Cependant, le MakerBot est limitée par la résolution,et donc certains modèles devront être agrandies pour l'extrusion et la visualisation correcte de la structure destinée. Shapeways Inc fournit un nombre exceptionnel de sélections en ce qui concerne la couleur et la matière. Les modèles sont en haute résolution, et robuste. Bien que leurs prix sont environ 10 fois plus élevé que le MakerBot sur une base unitaire (un CT rat avec des poumons était 41,61 $), un utilisateur peut exécuter un nombre limité d'emplois et d'éviter le coût initial de l'achat d'une imprimante. Le délai de deux semaines à partir de Shapeways est un inconvénient mineur. Le ProJet HD 3000 fournit des modèles exceptionnels en termes de résolution et de force. Nous avons eu la chance de contracter l'impression de nos objets sur le 3000 ProJet HD au Parc de l'innovation à Notre-Dame (environ 30 $ pour un TC de rat avec des poumons de main-d'œuvre et matériaux). Les utilisateurs peuvent avoir des difficultés à accéder à ce type d'équipement car ils sont au prix de l'ordre de 80.000 dollars, et il est lourd à imprimer avec des couleurs multiples ainsi. Étant donné que chaque instrument / fabricantoffre une mesure différente pour décrire la résolution pour l'impression d'objets (niveau de détail minimum Shapeways = 0,2 mm, l'épaisseur minimale de la paroi = 0,7 mm, 5 épaisseur de coupe MakerBot = 0,2-0,3 mm avec une buse de 0,4 mm, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 avec une précision de 0.025 à 0.05 mm), une évaluation qualitative des résolutions relatives entre chaque système suggère que les deux Shapeways et le système ProJet HD permet d'imprimer en détails élevés à l'échelle, tandis que certains objets doivent être agrandi pour une bonne utilisation l'MakerBot. Collectivement, les trois méthodes sont respectueuses de l'environnement et de fournir un moyen pratique d'atteindre une production facile des très détaillées modèles pré-cliniques CT X-ray.
Conclusion
Peu à peu, la technologie d'impression 3D est devenu plus accessible que les coûts et la complexité ont été réduits au minimum. 8, 9 Maintenant, littéralement n'importe qui peut imprimer à haute résolution, des objets tridimensionnels à partir de fouillefichiers ital. Ces détaillées objets tridimensionnels peuvent être des outils utiles pour les éducateurs et les chercheurs. En outre, ils fournissent un moyen de communication visuelle qui aide à réaliser une meilleure compréhension. 10 Par exemple, les chercheurs en médecine pouvez utiliser spécimen ou spécifiques au patient modèles pour améliorer la communication et la compréhension avec leurs collègues et les patients. 11 Bien que la représentation sur les écrans 2D a parcouru un long chemin, il n'y a absolument pas de remplacement pour l'expérience visuelle et sensorielle de tenir un objet réel qui est capable de se tenir, tourner, a examiné et déplacés. Un modèle couplé avec une représentation de données électronique est encore plus puissant car il permet aux chercheurs d'examiner l'objet physique pour les régions d'intérêt, et de trouver ces régions sur un modèle informatique pour l'analyse quantitative. Avec cueillette de données, le rendu de surface, et l'édition de stéréolithographie, il est possible de produire rapidement détaillée, relativement modèles bon marché à partir des données CT X-ray. Ici, nous fournissons une analyse détaillée, méthode étape par étape pour la production d'un modèle en trois dimensions à partir de données pré-cliniques pour petits animaux recueillis avec un X-ray micro-CT. Nous avons acquis notre in vivo et ex vivo CT ensembles de données à l'aide d'une station d'images Albira, et effectué un traitement ultérieur avec PMOD, ImageJ, meshlab et progiciels Netfabb. Enfin, nous fournissons des instructions détaillées pour permettre l'impression modèle en trois dimensions avec une gamme de solutions commerciales. Dans chaque cas, le résultat final est un modèle qui offre une occasion unique, main, manifestation physique des données tomographiques acquis qui devraient normalement être limités à un écran d'ordinateur.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions chaleureusement le NanoVic Institut d'études européennes, la famille Glynn Honors Program, Notre-Dame intégré Imaging Facility (NDIIF) et de la Santé Carestream un soutien financier pour ce projet. Recherche sur le développement de lapin crânienne soutenu par la NSF BCS-1029149 à MJR.
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