Med modern plast extrudering och teknik utskrift, är det nu möjligt att snabbt och billigt producera fysiska modeller av X-ray CT-data tas i ett laboratorium. Den tredimensionella utskrift av tomografisk data är en kraftfull visualisering, forskning och pedagogiskt verktyg som nu kan nås av preklinisk imaging samhället.
Tredimensionell utskrift medger framställning av mycket detaljerade objekt genom en process som kallas additiv tillverkning. Traditionella, mögel injektion metoder för att skapa modeller eller delar har flera begränsningar, är den viktigaste av dessa svårigheter i att göra mycket komplexa produkter i rätt tid, kostnadseffektivt sätt. 1 har dock gradvisa förbättringar i tredimensionell tryckteknik resulterade både high-end och ekonomi instrument som nu finns för enkel tillverkning av kundanpassade modeller. 2 Dessa skrivare har förmågan att extrudera högupplösta objekt med tillräckligt detaljerade för att korrekt representera in vivo bilder som genereras av en preklinisk röntgen CT-scanner . Med rätt datainsamling, ytrendering och stereolitografisk redigering, är det nu möjligt och billigt att snabbt producera detaljerade skelett och mjukdelar strukturer från röntgen-CT-data. Även i de tidiga stadierna av att utvecklaning, de anatomiska modeller som produceras av tredimensionell utskrift tilltalar både lärare och forskare som kan använda tekniken för att förbättra visualisering färdigheter. 3, 4 de verkliga fördelarna med denna metod beror på den konkreta erfarenheten en forskare kan ha med data som inte kan tillräckligt transporteras genom en datorskärm. Översättningen av prekliniska 3D-data till ett fysiskt objekt som är en exakt kopia av testpersonen är ett kraftfullt verktyg för visualisering och kommunikation, särskilt för rör Imaging Research till studenter, eller de i andra områden. Här ger vi en detaljerad metod för tryckning av plast modeller av ben och strukturer orgel som härrör från röntgen datortomografi använder en Albira röntgen CT-system i kombination med PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb och ReplicatorG programpaket.
Röntgen CT datamängder av en levande Lobund-Wistar råtta och en ex vivo Nya Zeeland White Rabbit skalle utnyttjades för att demonstrera genomförbarheten av 3D-objekt produktion från prekliniska biologiska data. Modeller genererades med tre skillnaden källor: 1) Den populära Makerbot Replicator 2) Den tredje parten Företaget Shapeways Inc, och 3) hög kvalitet kommersiella Projet HD 3000. Varje skrivare kunde generera föremål som uppfyllt principen målet att öka datavisualisering.
Under processen att skriva ut prekliniska CT-data var och nackdelar med varje metod för tryckning konstaterade och sammanfattas för slutanvändaren. Den MakerBot Replicator är en billig ($ 1750) bänk lösning som är tillgänglig för praktiskt taget alla labb runt om i världen. Den kan skriva ut i flera färger med billiga ingångar (en råtta CT med lungor som används om $ 3,50 i plast). Emellertid är Makerbot begränsas genom upplösning,och sålunda vissa modeller måste förstoras för korrekt strängsprutning och visualisering av tänkta strukturen. Shapeways Inc. ger en enastående antal val med avseende på färg och material. Modellerna är hög upplösning och robust. Medan deras priser är ungefär 10-faldigt högre än MakerBot på per enhet (en råtta CT med lungor var $ 41,61), kan en användare köra ett begränsat antal arbetstillfällen och undvika initiala kostnaden för att köpa en skrivare. De två veckor ledtiden från Shapeways är en mindre nackdel. Den Projet HD 3000 som utestående modeller vad gäller upplösning och styrka. Vi hade turen att dra ihop utskriften av våra objekt på Projet HD 3000 på Innovation Park i Notre Dame (ca $ 30 för en råtta CT med lungor för arbete och material). Användare kan ha svårt med tillgång till denna typ av utrustning som de är prissatta i intervallet $ 80.000, och det är besvärligt att skriva ut med flera färger också. Eftersom varje instrument / tillverkareger en annorlunda mått för att beskriva upplösning för objektets utskrift (Shapeways lägsta detaljnivå = 0,2 mm, minsta godstjocklek = 0,7 mm, 5 MakerBot snittjocklek = 0,2-0,3 mm med en 0,4 mm munstycke, 6 Projet HD 3000 DPI = 656 X 656 X 800 med en noggrannhet på 0,025-0,05 mm), föreslår en kvalitativ bedömning av de relativa resolutioner mellan varje system som både Shapeways och Projet HD-systemet kan skriva ut i hög detalj skala, medan vissa objekt måste utvidgas för framgångsrik användning av den MakerBot. Sammantaget alla tre metoderna är miljövänliga och ger ett bekvämt sätt att uppnå enkel produktion av mycket detaljerade prekliniska röntgen CT-modeller.
Slutsats
Gradvis har tekniken för 3D-utskrifter blir mer tillgänglig som både kostnader och komplexitet har minimerats. 8, 9 nu bokstavligen vem som helst kan skriva ut med hög upplösning, tredimensionella objekt från digital filer. Dessa detaljerade tredimensionella objekt kan vara användbara redskap för både lärare och forskare lika. Dessutom ger de ett medel för visuell kommunikation som hjälper att uppnå en tydligare förståelse. 10 Till exempel kan medicinska forskare använder provet eller patient-specifika modeller för att förbättra både kommunikationen och förståelsen med sina kollegor och patienter. 11 Även representation i 2D har kommit långt, det finns absolut ingen ersättning för den visuella och sensoriska upplevelsen av att hålla ett verkligt objekt som kan hållas, roteras, undersöktes och flyttas runt. En modell parad med en elektronisk representation är ännu mer kraftfull eftersom det tillåter forskare att undersöka det fysiska objektet för områden av intresse, och att finna de områden på en datormodell för vidare kvantitativ analys. Med rätt datainsamling, ytrendering och stereolitografisk redigering, är det möjligt att snabbt producera detaljerade, relatitivt billiga modeller från X-ray CT-data. Här ger vi en detaljerad, steg för steg metod för framställning av en tredimensionell modell från prekliniska små djur som samlats in med en X-ray mikro-CT. Vi förvärvade vår in vivo och ex vivo CT datamängder med hjälp av en Albira bild station och utfört efterföljande bearbetning med PMOD, ImageJ, Meshlab och Netfabb programvara. Slutligen ger vi detaljerade instruktioner för att möjliggöra tredimensionell modell utskrift med ett utbud av kommersiella lösningar. I varje fall är slutresultatet en modell som ger en unik, handhållen, fysisk manifestation av de förvärvade tomografiska data som normalt skulle begränsas till en datorskärm.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar varmt Nanovic institutet för europapolitiska studier, Glynn familjen Honors Program, Notre Dame integrerad bildhantering Facility (NDIIF) och Carestream Hälsa för finansiellt stöd för detta projekt. Forskning om kanin kranial utveckling stöds av NSF BCS-1029149 till MJR.
Required Programs
|