Voxel Printing Anatomy: Design og fabrikasjon av realistiske, presurgiske planleggingsmodeller gjennom punktgrafikkutskrift

Summary

Denne metoden demonstrerer en voxel-basert arbeidsflyt for 3D-utskrift, som skrives ut direkte fra medisinske bilder med nøyaktig romlig gjengivelse og romlig / kontrastoppløsning. Dette muliggjør presis, gradert kontroll av materialdistribusjoner gjennom morfologiske komplekse, graderte materialer korrelert med radiodensitet uten tap eller endring av data.

Abstract

De fleste anvendelser av 3-dimensjonal (3D) utskrift for presurgisk planlegging har vært begrenset til benete strukturer og enkle morfologiske beskrivelser av komplekse organer på grunn av de grunnleggende begrensningene i nøyaktighet, kvalitet og effektivitet av det nåværende modelleringsparadigmet. Dette har i stor grad ignorert bløtvevet som er kritisk for de fleste kirurgiske spesialiteter der interiøret i et objekt betyr noe og anatomiske grenser gradvis går over. Derfor krever behovene til den biomedisinske industrien å gjenskape menneskelig vev, som viser flere skalaer av organisering og varierende materialdistribusjoner, nye former for representasjon.

Presentert her er en ny teknikk for å lage 3D-modeller direkte fra medisinske bilder, som er overlegne i romlig og kontrast oppløsning til dagens 3D-modelleringsmetoder og inneholder tidligere uoppnåelig romlig troskap og bløtvev differensiering. Også presentert er empiriske målinger av nye, additivt produserte kompositter som spenner over skalaen av materialstivhet sett i myke biologiske vev fra MR og CT. Disse unike volumetriske design- og utskriftsmetodene muliggjør deterministisk og kontinuerlig justering av materialets stivhet og farge. Denne evnen muliggjør en helt ny anvendelse av additiv tilvirkning til presurgisk planlegging: mekanisk realisme. Som et naturlig supplement til eksisterende modeller som gir utseendematching, tillater disse nye modellene også medisinske fagfolk å "føle" de romlig varierende materialegenskapene til et vevsimulerende middel - et kritisk tillegg til et felt der taktil følelse spiller en nøkkelrolle.

Introduction

For tiden studerer kirurger mange diskrete 2-dimensjonale (2D) bildemodaliteter som viser distinkte data for å planlegge operasjoner på 3D-pasienter. Videre er visning av disse dataene på en 2D-skjerm ikke fullt ut i stand til å kommunisere hele omfanget av de innsamlede dataene. Etter hvert som antallet bildemodaliteter vokser, krever evnen til å syntetisere mer data fra distinkte modaliteter, som viser flere organisasjonsskalaer, nye former for digital og fysisk representasjon for å kondensere og kuratere informasjon for mer effektiv og effektiv kirurgisk planlegging.

3D-trykte, pasientspesifikke modeller har dukket opp som et nytt diagnostisk verktøy for kirurgisk planlegging som har vist seg å redusere driftstid og kirurgiske ^{komplikasjoner1}. Prosessen er imidlertid tidkrevende på grunn av standard stereolitografimetode (STL) for 3D-utskrift, som viser et synlig tap av data og gjengir trykte objekter som faste, homogene og isotrope materialer. Som et resultat har 3D-utskrift for kirurgisk planlegging vært begrenset til benete strukturer og enkle morfologiske beskrivelser av komplekse ^organer2. Denne begrensningen er et resultat av et utdatert produksjonsparadigme styrt av produktene og behovene til den industrielle revolusjonen, der produserte gjenstander er fullstendig beskrevet av deres ytre ^grenser3. Imidlertid krever behovene til den biomedisinske industrien å gjenskape menneskelig vev, som viser flere skalaer av organisering og varierende materialdistribusjoner, nye former for representasjon som representerer variasjonene over hele volumet, som endres punkt for punkt.

For å løse dette problemet ble en 3D-visualiserings- og modelleringsteknikk (figur 1) utviklet og kombinert med en ny additiv tilvirkningsprosess som muliggjør større kontroll over blanding og avsetning av harpikser i ultrahøy oppløsning. Denne metoden, kalt punktgrafikkutskrift, replikerer menneskelig anatomi ved 3D-utskrift direkte fra medisinske bilder på et nivå av romlig gjengivelse og romlig / kontrastoppløsning av avansert bildeteknologi som nærmer seg 15 μm. Dette muliggjør den nøyaktige og graderte kontrollen som kreves for å gjenskape variasjoner i morfologisk komplekst bløtvev uten tap eller endring av data fra diagnostiske kildebilder.

Protocol

MERK: 3D Slicer Medical Image Computing ^Software4 (se materialtabellen) ble brukt til arbeidet som er fullført i avsnitt 1 til 3.

1. Datainndata

1. Åpne programvaren for medisinsk bildebehandling, klikk på Fil-knappen og DICOM fra rullegardinmenyen, og vent til DICOM Browser-vinduet åpnes.
   1. Velg Importer i DICOM-nettleservinduet. Vent til vinduet Importer DICOM-filer fra katalog-popup vises.
   2. Naviger til DICOM-filstakken , og klikk importknappen .
   3. Kontroller at den valgte bunken med DICOM-filer er lastet inn i DICOM-nettleseren. Forsikre deg om at dataene er riktig fylt ut og samsvarer med ønsket studie i følgende kategorier: Pasient, Studie, Serie og Forekomst.
      1. Merk av for Avansert for å aktivere flere metadata. Velg ønsket serienummer, og klikk på Undersøk-knappen . Kontroller at den ønskede sekvensen ikke viser advarsler. Merk av i avmerkingsboksen ved siden av ønsket DICOM-datafil | Last inn.
         MERK: Velg bilder med høyest oppløsning med det tynneste stykkeanskaffelsen, da denne metoden er i stand til å skrive ut med 15 μm og 27 μm stykketykkelse.
2. Når sekvensen er lastet inn i programvaren for medisinsk bildebehandling for volumgjengivelse, navigerer du til Moduler og velger Volumgjengivelsesmodul fra rullegardinmenyen.
   1. I volumgjengivelsesmodulen velger du navnet på sekvensen fra rullegardinmenyen Volum for å aktivere bildestakken og oversette dataene til et voxelisert volum. Kontroller at navnet på den aktive modulen samsvarer med ønsket sekvens som ble valgt i trinn 1.1.3.1.
   2. Klikk øyeballikonet ved siden av rullegardinmenyen Volum for å visualisere det valgte volumet i 3D. Kontroller at 3D-visningsvinduet er åpent og at en 3D-representasjon i gråtoner er synlig.
   3. Deretter klikker du pilen ved siden av Avansert for å åpne Avanserte verktøy. Velg kategorien Volumegenskap for å åpne et sett med kontroller for å endre fargekanalen til voxel-modellen.
   4. Gå til menyen Tilordning av skalartetthet . Venstreklikk i feltet for å opprette punkter der intensitetsverdier defineres av tetthet. Plasser punkter langs denne skalaen for å visualisere interessens anatomi.
      MERK: Høyre-venstre-plasseringen av punktet er korrelert med området for bildets intensitetsverdier, og opp-ned-plasseringen refererer til tettheten.
   5. Gå til menyen Fargetilordning for skalar . Venstreklikk i feltet for å opprette punkt og angi farger som er korrelert med intensitetsverdier. Dobbeltklikk i feltet for å åpne et Velg farge-vindu for å endre fargeinformasjon.

2. Manipulasjoner

MERK: Et maskeringstrinn er nødvendig hvis anatomien er tilstrekkelig kompleks, til det punktet hvor omkringliggende vev og fremmede data er til stede etter endringer i volumegenskapene.

1. Gå til Moduler , og velg Segmentredigering fra rullegardinmenyen. Kontroller at verktøylinjene for Segmentredigering vises.
   1. Gå til segmenterings-rullegardinlisten , og velg Opprett ny segmentering som. Skriv inn et egendefinert navn på segmenteringen i popup-vinduet Gi nytt navn til segmentering , og klikk OK.
   2. Naviger til rullegardinlisten Hovedvolum , og velg det aktive volumet, som vil ha samme navn som volumgjengivelse. Deretter klikker du på Legg til-knappen rett under rullegardinmenyen. Kontroller at segmentbeholderen er opprettet i feltet nedenfor.
   3. Naviger til effektverktøypanelet nedenfor og velg saksverktøyet . Gå til Saks-menyen , og velg Fyll inn, Frihåndsform og Ubegrenset. Deretter holder du pekeren over 3D-vinduet, høyreklikker og holder mens du tegner rundt i området som skal slettes. Sørg for at en farget swath vises, og viser hva som er dekket. Gjenta denne prosessen til alle områder som skal slettes, er dekket.
      MERK: Det er utvidelser, for eksempel Segment Editor Extra Effects, som kan lastes ned til medisinsk bildebehandlingsprogramvare, som inneholder verktøy for å lage denne segmenteringen.
   4. Deretter velger du maskevolumverktøyet på Effekter-menyen . Merk av for Velg innvendig for å slette alle bildedata som dekkes av segmentet. Deretter endrer du fyllverdien til -1 000, som er lik luft, eller void, i Hounsfield-enhetsskalaen. Til slutt trykker du på Apply og klikker på Eye Ball ved siden av utgangsvolumet for å vise det nye maskerte volumet.
      1. Naviger til Moduler , og velg Volumgjengivelse fra rullegardinmenyen. Klikk øyekulen ved siden av det aktive volumet for å deaktivere visualiseringen.
      2. Velg deretter det nyopprettede maskerte volumet på rullegardinmenyen. Klikk øyekulen for å aktivere volumet.
      3. Til slutt navigerer du til Inndata-menyen og åpner rullegardinmenyen Egenskaper . Velg volumegenskapen som ble opprettet i trinn 1.2.5. Kontroller at volumet i 3D-visningen er maskert og fargekodet.

3. Kutting

MERK: Denne prosessen omgår den tradisjonelle 3D-utskriftsmetoden ved å sende stykkefilene direkte til 3D-utskriften i stedet for en STL-nettfil. I de følgende trinnene opprettes stykker fra volumgjengivelsen. Bitmap Generator-modulen er en spesialbygd utvidelse. Dette kan lastes ned fra Extensions Manager.

1. Naviger til modulene, velg Slicerfab fra rullegardinmenyen. Kontroller at menyene Utskriftsparametere og Utdataparametere finnes.
   1. Kontroller at X-oppløsningen er satt til 600 PPT under rullegardinmenyen Skriverparametere, og at Y-oppløsningen er satt til 300 PPT. Kontroller at lagtykkelsen er satt til 27 μm.
   2. Deretter åpner du Output Parameters-menyen og endrer skalaen til den endelige modellen etter behov.
   3. Til slutt velger du en filplassering for stykkene som skal lagres, og klikker Generer.
      MERK: Dette trinnet kan ta flere minutter å fullføre.

4. Rastrering

MERK: Adobe Photoshop (se materialtabellen) ble brukt til arbeidet som ble fullført i del 4.

1. Åpne bilderedigeringsprogramvaren og klikk på Fil og velg Åpne fra rullegardinmenyen. Naviger til det første bildet av PNG-filstakken som ble opprettet i forrige trinn, og klikk Åpne-knappen .
2. Gå til Vindu, og velg Handlinger på rullegardinmenyen. Klikk Ny handling på Handlinger-menyen, skriv inn et egendefinert navn, og velg OK. Kontroller at handlingen registreres ved å kontrollere at Record-knappen er aktiv og rød.
   1. Når bildet er lastet inn, navigerer du til Bilde | Modus | Begrensede farger. I Indeks-vinduet velger du fra rullegardinmenyen Lokal perseptuell og angir antall farger som skal være 8.
   2. Velg Egendefinert på Tvunget-menyen. Klikk de to første rutene, vent til vinduet Egendefinert farge dukker opp, og velg en egendefinert fargepall. Velg 100 % magenta, og kontroller at C, Y og K er satt til 0.
      1. Gjenta denne prosessen og sørg for at det er to firkanter viet til 100% C, Y og K.
   3. Velg Egendefinert på rullegardinmenyen for Matt på Alternativer-menyen. Velg Spredning under Rastrering, og velg 100 % under Mengde. Til slutt klikker du OK.
   4. Naviger til Handling-menyen og klikk på den firkantede knappen for å stoppe innspillingen. Lukk det aktive vinduet, og klikk Nei i popup-vinduet for lagringsendringer .
3. Gå til Fil | Automatiser | Bunke. I popup-vinduet For satsvis navigerer du til rullegardinlisten Handling og velger handlingen som ble opprettet i forrige trinn. Deretter klikker du Velg-knappen under Kilde-menyen og navigerer til mappen med bilder som eksporteres i trinn 3.1.3. Klikk Velg-knappen på Mål-menyen, velg en målmappeplassering for de nye filene, og klikk OK.

5. Voxel-utskrift

MERK: Stratasys ^GrabCAD5 ble brukt til arbeidet som ble fullført i avsnitt 5.

1. Åpne utskriftsprogramvaren, klikk på Apper og start Voxel Print Utility fra rullegardinmenyen.
   1. Skriv inn prefikset for PNG-filstakken i tekstboksen Prefiks for stykkefiler . Deretter klikker du Velg-knappen og navigerer til mappen der PNG-filstakken er plassert, og klikker OK.
   2. Under Stykkeområde kontrollerer du at First Slice og Number of Slices samsvarer med antall filer i den opprettede mappen.
   3. Under Kutteparametere kontrollerer du at den oppstykkede tykkelsen (mm) samsvarer med innstillingene som er angitt i trinn 3.1.1.1 og Stykkebredde (piksler) og Stykkehøyde (piksler) samsvarer med PNG-filenes bredde og høyde.
   4. Kontroller at bakgrunnen samsvarer med bakgrunnsfargen under Bakgrunnsfarge, og angi at den ikke skal skrives ut. Når du er ferdig, klikker du neste .
2. På Verktøy-siden under Materialtilordning velger du materialet fra rullegardinmenyen som skal tilordnes den tilknyttede fargen, avledet fra PNG-filene. Gjenta denne prosessen for hver farge i menyen. Klikk deretter Fullfør | OK i popup-vinduet Info Gcvf opprettelse vellykket.
3. Klikk Fil på vertsmaskinutskriftsprogramvaren , | Importer fil fra rullegardinmenyen. Gå til Gcvf-filen , og klikk Last inn. Velg Skriv ut på hovedskjermen.

Representative Results

Et positivt resultat, som vist i figur 2 og figur 3, vil være en direkte oversettelse av volumgjengivelsen som definert i trinn 1.2.5 eller 2.1.1.4. Den endelige modellen skal visuelt samsvare med volumgjengivelsen i størrelse, form og farge. Langs denne prosessen er det mange trinn der det kan oppstå en feil, noe som vil påvirke en eller flere av egenskapene som er oppført ovenfor.

Problemer knyttet til ensartet skalering, som vist i figur 4, av de trykte modellene, kan være et resultat av bildebehandlingen, maskinvaren og/eller standard programvareinnstillinger. Sykehus bruker en rekke teknikker for å produsere og gjengi bilder fra en rekke mulige skannere. Siden denne metoden fungerer direkte fra kildebildene, som kan eksponere metadata som vanligvis ikke brukes, er det viktig å være kjent med nyansene i bildearbeidsflyten. Problemer med skala kan oppstå når 'transformasjon' bakes inn i metadataene, som kunstig kan justere laghøyde og rotasjon.

Skaleringsproblemer kan også være et resultat av størrelsen på dataskjermen. Noen versjoner av Slicerfab er angitt til å dele opp volumgjengivelsen og lagre den resulterende PNG-filen på størrelse med den aktive skjermen. I disse versjonene av Slicerfab vil bilder som er større enn skjermen, bli kuttet av. Til slutt har forskjellige oppdateringer i Photoshop resultert i skaleringsproblemer når oppdateringene endrer standardinnstillingene for bildeimportoppløsningen. Når standarden er satt til noe annet enn 600 PPT, vil ikke bildene opprettholde samme skala av bilder produsert av medisinsk bildebehandlingsprogramvare. De vil resultere i forvrengninger til X-Y-dimensjonen, mens z-høyden på modellen forblir riktig.

Problemer knyttet til uregelmessige former og uventede geometrier kan oppstå når du arbeider med tetthet i programvaren for medisinsk bildebehandling. Kategorien volumegenskaper inneholder muligheten til å endre både farge- og tetthetskanaler. Når tetthetskanalen er satt til under 50 %, produserer gjengivelsesalgoritmene visualiseringer som er vanskelige for brukeren å oppfatte, spesielt rundt komplekse strukturer. Dette kan føre til at ytterligere data analyseres i prosessen og kan føre til at uønskede data skrives ut.

Problemer relatert til farge kan skyldes programvaregrafikk og brukerfeil i både bilderedigeringsprogramvare og utskriftsprogramvare. Den medisinske bildebehandlingsprogramvaren har mange valg for å justere volumgjengivelsen. Selv om den gjeldende versjonen av Slicerfab har hardkodede gjengivelsesinnstillinger, kan det fremdeles gjøres endringer. Aktivering av lys- og skyggeinnstillinger, samt innstillinger for GPU-gjengivelse, kan gi uventede og uopprettelige resultater. Til slutt kan rastreringstrinnene som starter i trinn 4.1.2.3, påvirke farge basert på alternativene for fargesyntese, som bestemmes av antallet og relative konsentrasjoner av tilgjengelige basismaterialer i skriveren.

Den lokale perseptuelle rastreringsalgoritmen forsøker å produsere en visuell tilnærming av kildefargen fra de tilgjengelige fargene som er definert i fargevelgeren. Hvis du endrer nummeret og fargen på basismaterialene, endres den resulterende nyansen og fargenøyaktigheten til den trykte modellen. Videre, hvis klart brukes som basismateriale, som vist i figur 5, fører problemer rundt overflate- og undergrunnslysspredning gjennom den trykte modellen ofte til utro fargeoversettelser fra den digitale gjengivelsen til den trykte ^modellen6.

Figur 1: Flytskjema. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 2: Voxel digital til fysisk spredning av farger. (A) et tverrsnitt av en hjertemodell vises ved å dele tetthetsområdene til anatomien i 2, 4 og 10 farger. (B) En utvidelse av en del av hver modell kalles ut, og viser de enkelte pikslene, som vil bli behandlet til dråper med materialer i 3D-utskriftsprosessen. (C) Vist her er tverrsnitts 3D-trykte modeller ved hjelp av voxel-teknikken, som demonstrerer oversettelsen fra et bilde til modellen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 3: Voxel representative resultater. To modeller som viser representative resultater av en vellykket metode. (A) En tverrsnitts nyremodell av en voksen med klart cellekarsinom. Svulsten på høyre side er fjernet for å vise grensesnittet mellom nyre og svulst. Dette gjør at en kirurg en bedre forståelse av svulstens morfologi og dens forhold til kritiske elementer kan unngås. (B) En seksjonert hjertemodell som viser variasjonen i vevstetthet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 4: Problem med Voxel-skalaen. To bilder av samme modell som viser resultatet av et skaleringsproblem. (A) Tverrsnittsbilde av nyrene. X-Y-oppløsningen vises proporsjonalt, men er 50% av den tiltenkte produktvisningen (B) Profilvisning av nyrene. X-oppløsningen forblir nøyaktig fra kildedataene og resulterer i en modell som vises strukket i X-retningen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 5: Potensielle problemer. To bilder av to forskjellige modeller demonstrerer problemene rundt klarheten i arbeidet med gjennomsiktige materialer. (A) Denne modellen viser resultatet av vedlagte hulrom i modellen som er fylt med et "støttemateriale" av skriveren. I denne modellen ble hulrommene med vilje opprettet for å skape en variasjon i optiske egenskaper. (B) Denne modellen viser åpne hulrom som går dypt inn i modellen. Hulrommene er tortuous, noe som gjør standard etterbehandlingsteknikker, som polerer overflaten, umulig. Den resulterende optiske forvrengningen har gjort modellen ubrukelig for kliniske applikasjoner. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 6: Voxel-behandlingsarbeidsflyt og sammenligning av bildekvalitet. Fra DICOM-inndata for inndata opprettes (A) en maske for å isolere interesseområdet og rekonstruere det til en 3D-volumgjengivelse, (B) som et histogram analyseres fra for å analysere områdene med intensitetsverdier. Formkanalen til den voxelbaserte volumgjengivelsen aktiveres for å visualisere formen på den maskerte DICOM. Materialkanalen for den voxelbaserte volumgjengivelsen endres gjennom oppslagstabeller, som tilordner farge til de angitte intensitetsområdene (C). Volumgjengivelsen kuttes som PNG-filer i farger til de nødvendige begrensningene og oppløsningen til skriveren (D). Hver PNG-skive spres inn i materialbeskrivelsene som trengs for å fremstille de medisinske dataene. (E) De resulterende PNG-ene for fargekompositt sendes til skriveren. (F) En visualisering av et datasett med høy oppløsning sammenlignet med et datasett med lav oppløsning (G) som bruker samme teknikk for å demonstrere behovet for kildedata av høyeste kvalitet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Discussion

Det nåværende representasjonsrammeverket som flertallet, om ikke alle, av digitale modelleringsverktøy bruker i dag, resulterer i STL-filformat8. Likevel har den spesifikke naturen til dette paradigmet vist seg utilstrekkelig når du prøver å uttrykke den granulære eller hierarkiske strukturen til mer komplekse, naturlige materialer. Med ankomsten av nylige additiv tilvirkningsteknikker som flermaterialet 3D-utskrift, kan svært innstilte og svært optimaliserte objekter produseres, som viser gradvise materialoverganger gjennom hele volumet. Dette dokumentet antyder at en voxel- eller punktgrafikkbasert prosess er mer egnet til komplekse materialrepresentasjoner og gir en teknikk for å oversette radiodensitet og morfologiske kompleksitet fra radiologiske bilder. Fordelene med denne arbeidsflyten inkluderer i) en presis, gradert kontroll over materialdistribusjonen i flere skalaer innenfor et 3D-trykt volum og ii) kraften til å øke eksisterende 2D-bildebehandlingsteknikker på 3D-voxelfelt og produsere nye kreative veier innen design og prosjektering av objekter hvis estetiske kvaliteter og materialorganisasjon er svært modulert for å passe deres strukturelle ytelse.

Hvert trinn i denne prosessen er avgjørende for å oppnå en nøyaktig endelig 3D-utskrift, og det er lite rom for feil. Underveis er det mange punkter der ekstra oppmerksomhet er nødvendig, og kontroller bør utføres for å sikre nøyaktighet. For det første har valg av riktige bilder for denne metoden en direkte innvirkning på den endelige 3D-trykte modellen, som vist i figur 6F,G. Denne metoden søker å opprettholde renheten til kildebildene; Eventuelle endringer for å forbedre oppløsningen eller jevne konturer kan introdusere eller eliminere data. Det endelige produktet i denne metoden er bare så bra som inndatadataene. Denne metoden tillater dråpeoppløsning på 15 μm og 27 μm lagtykkelse. Derfor er det viktig å samarbeide tett med en radiolog for å finne bilder med høyest oppløsning med det tynneste stykkeantallet.

For det andre krever modellredigeringstrinnene som er beskrevet i protokolltrinnene 1.1, 2 og Figur 6A , brukerinndata for å maskere og endre oppslagstabellene for å trekke ut og gjengi ønsket resultat. På grunn av det høye oppløsningsnivået kan flere skalaer av en anatomisk struktur redigeres. En grundig forståelse av medisinske bildedatastrukturer og deres forhold til biologisk vev er avgjørende for å trekke ut de ønskede dataene. Oppmerksomhet i løpet av dette trinnet kan tillate svært innstilte modeller som replikerer flere skalaer av organisasjon i biologisk vev.

For det tredje bestemmer rastreringstrinnet som er beskrevet i protokolltrinn 4 hvordan materialer skal uteksamineres fra kildefargene. Det er viktig å sikre at kildefargene er relatert til fargene i skriveren. Hvis fargene i skriveren ikke samsvarer med fargene i rastreringstrinnet, kan det oppstå uventede fargevariasjoner i den endelige modellen. I tillegg vil mange rastreringsteknikker gi en rekke resultater. Det er avgjørende at dette undersøkes nøye for å sikre at ingen data går tapt, og at riktig informasjon vises sammenhengende.

Vi tilbyr noen feilsøkingsløsninger for problemene som er definert i de representative resultatene. For det første er problemer relatert til skala generelt relatert til en transformasjon bakt inn i de medisinske bildemetadataene mottatt fra en radiologisk avdeling. Dette problemet kan løses i programvaren for medisinsk bildebehandling ved å slette alle disse arvede transformasjonene. Det første trinnet er å åpne Transformasjon-menyen og velge Slett aktiv transformering fra rullegardinmenyen. Gjenta denne prosessen for alle arvede transformasjoner. Dette bør umiddelbart løse problemet.

For det andre er problemer relatert til geometri generelt relatert til aktivering av tetthetskanalen i protokolltrinn 1.2.4. Når tetthetskanalen er satt til under 50 %, produserer gjengivelsesalgoritmene visualiseringer, som er vanskelige for brukeren å oppfatte, spesielt rundt komplekse strukturer. Løsningen på dette problemet er å sette tetthetskanalen til 100%, og dermed skape en heldekkende farge som kan defineres som et "klart" materiale i protokolltrinn 5.

For det tredje er problemer knyttet til kutting i Slicerfab-programmet ofte et resultat av at flere 'Volumer' og interesseområdet (ROI) lastes inn i programvaren for medisinsk bildebehandling. Hvis flere Volumer lastes inn, velger du de overflødige volumene fra rullegardinmenyen Volum i volumgjengivelsesmodulen slik at den er aktiv. Velg deretter Slett gjeldende volum på samme rullegardinmeny. Gjenta dette trinnet hvis du vil ha en ekstra avkastning som kan ha blitt opprettet. Når en 'Volum' og en 'ROI' er til stede, bør Slicerfab fungere uten behov for omstart.

Generelt er alle begrensninger i denne protokollen relatert til maskinvare og relatert materialtilgjengelighet. Gjeldende 3D-skrivere som brukes i denne metoden, er begrenset til høydeoppløsningen på 15 μm X-Y og 25 μm Z. Denne begrensningen er relevant når du arbeider med bildedata med ultrahøy oppløsning, for eksempel Micro CT, der bildeoppløsningen kan nærme seg 5 mm og vil føre til at denne metoden introduserer ^feil7. Denne skriveren er også begrenset til å skrive ut 7 basismaterialer til enhver tid, noe som kan begrense utvalget av tilgjengelige farger.

Blanding på dråpenivå oppstår, noe som gir mulighet for potensialet til 25 000 000 mulige fargekombinasjoner som kan opprettes ved samavsetning. Imidlertid er den eksakte mekanismen for materialblanding på dråpenivå før UV-herding ikke kjent. Videre krever det trykte materialet betydelig etterbehandling, noe som fører til visuelle artefakter med innvendige hulrom og vanskelig tilgjengelige funksjoner. Derfor er det viktig å evaluere geometrien før fabrikasjon for å sikre ønsket visuell klarhet når indre hulrom og kompleks geometri ikke tillater etterbehandling.

Tredimensjonal utskrift brukes for tiden til å fremstille modeller for kirurgisk planlegging, implantasjon og operativ navigasjon, noe som forbedrer pasientbehandlingen under kirurgiske prosedyrer og på tvers av ^{sykehusmiljøet9,10}. Imidlertid har den nåværende innføringen av 3D-trykte modeller for presurgisk planlegging vært treg, delvis på grunn av det begrensede spekteret av applikasjoner som er tilgjengelige med den nåværende STL-metoden for 3D-utskrift. Denne metoden gir tap av data og synlige unøyaktigheter sammenlignet med kildedatasettet, sterkt begrensede kompleksitetsnivåer i forhold til ekte anatomisk morfologi og volumetriske graderinger av de opprinnelige dataene som ikke kan reproduseres.

Selv om 3D-utskrift av morfologiske data alene har vist seg å være vellykket, er utvalget av applikasjoner med denne metoden begrenset til benete applikasjoner og enkle geometriske representasjoner av komplekse anatomiske egenskaper. I denne prosessen går verdifulle volumetriske data tapt, noe som kompromitterer konsistensen og integriteten til kildedata. Omvendt unngår denne metoden for å trekke ut materialsammensetningen til den 3D-trykte modellen uten avvik fra medisinske bilder disse problemene. Denne metoden kan reprodusere medisinske bilder med større nøyaktighet med kjente fordeler for kirurgiske prosedyrer der morfologisk nøyaktighet er kritisk. Protokollen i dette dokumentet beskriver taktil visualisering av medisinske data gjennom submillimeteroppløsning, flermateriale, 3D-voxeltrykk. Inkorporering av myke harpikser, med durometere i området analogt med menneskelig vev, kan forutsigbart tillate rekreasjon av radiologisk skannet mykt vev som skal brukes med taktile planleggingsmetoder under kirurgisk forberedelse.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Slicer Image Computing Platform	Slicer.org	Version 4.10.2–4.11.2
GrabCAD	Stratasys	1.35
J750 Polyjet 3D Printer	Stratasys
Photoshop	Adobe	2021