Summary
Este método demonstra um fluxo de trabalho de impressão 3D baseado em voxel, que imprime diretamente de imagens médicas com fidelidade espacial exata e resolução espacial/contraste. Isso permite o controle preciso e graduado das distribuições de materiais através de materiais morfologicamente complexos e graduados correlacionados à radiodensidade sem perda ou alteração de dados.
Abstract
A maioria das aplicações de impressão tridimensional (3D) para planejamento pré-cirúrgico tem sido limitada a estruturas ósseas e simples descrições morfológicas de órgãos complexos devido às limitações fundamentais em precisão, qualidade e eficiência do paradigma de modelagem atual. Isso tem ignorado em grande parte o tecido mole crítico para a maioria das especialidades cirúrgicas onde o interior de um objeto importa e fronteiras anatômicas transitam gradualmente. Portanto, as necessidades da indústria biomédica de replicar tecido humano, que exibe múltiplas escalas de organização e distribuições de materiais variadas, exigem novas formas de representação.
Apresentada aqui é uma nova técnica para criar modelos 3D diretamente a partir de imagens médicas, que são superiores em resolução espacial e contraste aos métodos atuais de modelagem 3D e contêm fidelidade espacial inalcançável e diferenciação de tecido mole. Também são apresentadas medidas empíricas de compósitos novos e manufaturados que abrangem a gama de rigidezs materiais vistas em tecidos biológicos moles da ressonância magnética e da TC. Estes métodos exclusivos de design e impressão volumosas permitem ajuste determinístico e contínuo da rigidez e cor do material. Essa capacidade permite uma aplicação totalmente nova da fabricação aditiva ao planejamento pré-cirúrgico: realismo mecânico. Como um complemento natural aos modelos existentes que proporcionam correspondência de aparência, esses novos modelos também permitem que os profissionais médicos "sintam" as propriedades materiais espacialmente variadas de um simulador de tecido - uma adição crítica a um campo no qual a sensação tátil desempenha um papel fundamental.
Introduction
Atualmente, os cirurgiões estudam inúmeras modalidades de imagem 2-dimensional (2D) discretas exibindo dados distintos para planejar operações em pacientes 3D. Além disso, visualizar esses dados em uma tela 2D não é totalmente capaz de comunicar toda a extensão dos dados coletados. À medida que o número de modalidades de imagem cresce, a capacidade de sintetizar mais dados de modalidades distintas, que exibem múltiplas escalas de organização, exige novas formas de representação digital e física para condensar e fazer a curadoria de informações para um planejamento cirúrgico mais eficaz e eficiente.
Modelos impressos em 3D e específicos do paciente surgiram como uma nova ferramenta de diagnóstico para o planejamento cirúrgico que tem se mostrado para reduzir o tempo de operação e complicações cirúrgicas1. No entanto, o processo é demorado devido ao método de estereotipografia padrão (STL) de impressão 3D, que mostra uma perda visível de dados e torna objetos impressos como materiais sólidos, homogêneos e isotrópicos. Como resultado, a impressão 3D para planejamento cirúrgico tem sido limitada a estruturas ósseas e simples descrições morfológicas de órgãos complexos2. Essa limitação é resultado de um paradigma de fabricação ultrapassado guiado pelos produtos e necessidades da revolução industrial, onde os objetos fabricados são totalmente descritos por suas fronteiras externas3. No entanto, as necessidades da indústria biomédica de replicar tecido humano, que exibe múltiplas escalas de organização e distribuições de materiais variadas, exigem novas formas de representação que representam as variações em todo o volume, que mudam ponto a ponto.
Para abordar essa questão, foi desenvolvida uma técnica de visualização e modelagem 3D (Figura 1) e acoplado a um novo processo de fabricação aditiva que permite maior controle sobre a mistura e deposição de resinas em resolução ultra-alta. Este método, chamado de impressão bitmap, replica a anatomia humana por impressão 3D diretamente de imagens médicas a um nível de fidelidade espacial e resolução espacial/contraste da tecnologia avançada de imagem que se aproxima de 15 μm. Isso permite o controle preciso e graduado necessário para replicar variações no tecido mole morfologicamente complexo sem perda ou alteração de dados de imagens de origem diagnóstica.
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Protocol
NOTA: O Software de Computação de Imagem Médica 3D (ver a Tabela de Materiais) foi utilizado para o trabalho concluído nas seções 1 a 3.
1. Entrada de dados
- Abra o software de computação de imagem médica, clique no botão Arquivo e DICOM no menu suspenso e aguarde a janela do Navegador DICOM abrir.
- Na janela NAVEGADOR DICOM , selecione Importação. Aguarde que os arquivos de importação DICOM da janela popup do diretório apareçam.
- Navegue até a pilha de arquivos DICOM e clique no botão Importar .
- Certifique-se de que a pilha selecionada de arquivos DICOM seja carregada no navegador DICOM. Certifique-se de que os dados foram preenchidos corretamente e corresponde ao estudo desejado nas seguintes categorias: Paciente, Estudo, Série e Instância.
- Clique na caixa de seleção Advanced para ativar metadados adicionais. Selecione o número da série desejado e clique no botão Examinar . Certifique-se de que a sequência desejada não está exibindo avisos. Clique na caixa de seleção ao lado do arquivo DICOM Data desejado | Carrega, carrega.
NOTA: Selecione as imagens de maior resolução com a aquisição de fatias mais fina, pois este método é capaz de imprimir a 15 μm e 27 μm de espessura de fatia.
- Clique na caixa de seleção Advanced para ativar metadados adicionais. Selecione o número da série desejado e clique no botão Examinar . Certifique-se de que a sequência desejada não está exibindo avisos. Clique na caixa de seleção ao lado do arquivo DICOM Data desejado | Carrega, carrega.
- Para renderização de volume, uma vez que a sequência é carregada no software de computação de imagem médica, navegue até módulos e selecione o Módulo de Renderização de Volume no menu suspenso.
- No módulo renderização de volume , selecione o nome da sequência no menu suspenso do volume para ativar a pilha de imagens e traduzir os dados em um volume voxelizado. Certifique-se de que o nome do módulo ativo corresponda à sequência desejada selecionada na etapa 1.1.3.1.
- Clique no ícone Eye Ball ao lado da queda de volume para visualizar o volume selecionado em 3D. Certifique-se de que a janela de exibição 3D esteja aberta e que uma representação 3D em escala de cinza seja visível.
- Em seguida, clique na seta ao lado do Advanced para abrir as Ferramentas Avançadas. Selecione a guia Propriedade de Volume para abrir um conjunto de controles para modificar o canal de cores do modelo voxel.
- Navegue até o menu de mapeamento de opacidade scalar . Clique esquerdo no campo para criar pontos onde os valores de intensidade serão definidos por opacidade. Coloque pontos ao longo desta escala para visualizar a anatomia do interesse.
NOTA: A localização direita-esquerda do ponto está correlacionada com o alcance dos valores de intensidade da imagem, e o local de cima para baixo refere-se à opacidade. - Navegue até o menu Scalar Color Mapping . Clique à esquerda no campo para criar pontos e especificar cores correlacionadas a valores de intensidade. Clique duas vezes no campo para abrir uma janela Selecionar cores para modificar informações de cores.
2. Manipulações
NOTA: É necessário um passo de mascaramento se a anatomia for suficientemente complexa, ao ponto de tecidos circundantes e dados ímuos estarem presentes após modificações nas Propriedades de Volume.
- Navegue até módulos e selecione o Editor de segmentos no menu suspenso. Certifique-se de que as barras de ferramentas do Editor de segmentos apareçam.
- Navegue até o dropdown de segmentação e selecione Criar nova segmentação como. Digite um nome personalizado para a segmentação da janela popup 'Rename Segmentation ' e clique em OK.
- Navegue até a queda do Volume Mestre e selecione o volume ativo, que terá o mesmo nome da Renderização de Volume. Em seguida, clique no botão Adicionar diretamente abaixo do dropdown. Certifique-se de que o recipiente do segmento seja criado no campo abaixo.
- Navegue até o painel da ferramenta de efeitos abaixo e selecione a ferramenta Tesoura . Navegue até o menu Tesoura e selecione Fill Inside, Free-form e Unlimited. Em seguida, passe o mouse sobre a janela 3D, clique com o botão direito do mouse e segure enquanto desenha ao redor da área a ser apagada. Certifique-se de que uma faixa colorida apareça, mostrando o que foi coberto. Repita este processo até que todas as áreas a serem excluídas sejam cobertas.
NOTA: Existem extensões, como efeitos extras do Editor de Segmento, que podem ser baixadas no software de computação de imagem médica, contendo ferramentas para criar essa segmentação. - Em seguida, selecione a ferramenta Volume de máscara no menu Efeitos . Verifique selecionar dentro para excluir todos os dados de imagem cobertos pelo segmento. Em seguida, modifique o Valor de Preenchimento para ser -1000, que é igual ao ar, ou vazio, na escala da unidade Hounsfield. Por fim, clique em aplicar e clique no Eye Ball ao lado do Volume de Saída para mostrar o novo volume mascarado.
- Navegue até módulos e selecione Renderização de volume no menu suspenso. Clique no Eye Ball ao lado do volume ativo para desativar a visualização.
- Em seguida, no menu suspenso, selecione o volume mascarado recém-criado. Clique no Eye Ball para ativar o volume.
- Por fim, navegue até o menu Entradas e abra o menu suspenso propriedades . Selecione a Propriedade de Volume criada na etapa 1.2.5. Certifique-se de que o volume na exibição 3D esteja mascarado e codificado por cores.
3. Fatiamento
NOTA: Este processo contorna o método tradicional de impressão 3D enviando os arquivos de fatia diretamente para a impressão 3D em vez de um arquivo de malha STL. Nas etapas seguintes, as fatias serão criadas a partir da renderização de volume. O módulo Gerador Bitmap é uma extensão personalizada. Isso pode ser baixado do Extensions Manager.
- Navegue até os Módulos, selecione Slicerfab a partir do dropdown. Certifique-se de que os menus Parâmetros de impressão e parâmetros de saída estão presentes.
- De acordo com a retirada dos parâmetros da impressora , certifique-se de que a resolução X esteja definida como 600 DPI e a resolução Y esteja definida como 300 DPI. Certifique-se de que a espessura da camada está definida em 27 μm.
- Em seguida, abra o menu Parâmetros de Saída e modifique a escala do modelo final conforme necessário.
- Finalmente, selecione um local de arquivo para que as fatias sejam salvas e clique em Gerar.
NOTA: Este passo pode levar vários minutos para ser concluído.
4. Dithering
NOTA: O Adobe Photoshop (ver a Tabela de Materiais) foi utilizado para o trabalho concluído na seção 4.
- Abra o software de edição de imagens e clique em Arquivo e selecione Abrir no menu suspenso. Navegue até a primeira imagem da pilha de arquivos PNG criada na etapa anterior e clique no botão Abrir .
- Navegue até a janela e selecione Ações no menu suspenso. No menu Ações , clique em Nova Ação, digite um nome personalizado e selecione OK. Certifique-se de que a ação está sendo gravada verificando se o botão Gravar está ativo e vermelho.
- Uma vez que a imagem tenha carregado, navegue até a imagem | Modo | Cor indexada. Na janela Índice , selecione no menu suspenso Local Perceptual e especifique o número de cores a ser 8.
- No menu Forçada , selecione Personalizado. Clique nos dois primeiros quadrados, aguarde que a janela Custom Color apareça e selecione um palete de cores personalizado. Selecione 100% Magenta e garanta que C, Y e K estejam definidos para 0.
- Repita este processo e garanta que haja dois quadrados dedicados a 100% C, Y e K.
- No menu Opções , para Matte, selecione Personalizado no menu suspenso. Para Dither, selecione Difusão e, para Quantidade, selecione 100%. Por fim, clique em OK.
- Navegue até o menu Ação e clique no botão quadrado para parar de gravar. Feche a janela ativa e clique em Não na janela de salvamento . .
- Navegar para | de arquivos Automatizar | O lote. Na janela popup Batch , navegue até o dropdown do Action e selecione a ação criada na etapa anterior. Em seguida, no menu Fonte , clique no botão Escolher e navegue até a pasta de imagens exportadas na etapa 3.1.3. No menu Destino , clique no botão Escolher , selecione um local de pasta de destino para os novos arquivos e clique em OK.
5. Impressão Voxel
NOTA: Stratasys GrabCAD5 foi utilizado para o trabalho concluído na seção 5.
- Abra o software de impressão, clique em Aplicativos e inicie o Voxel Print Utility no menu suspenso.
- Na caixa de texto Prefixo dos Arquivos de fatia , digite o prefixo da pilha de arquivos PNG. Em seguida, clique no botão Selecionar e navegue até a pasta onde a pilha de arquivos PNG está localizada e clique em OK.
- Em Slice Range, certifique-se de que a Primeira Fatia e o Número de Fatias correspondam ao número de arquivos na pasta criada.
- Nos Parâmetros de Fatiamento, certifique-se de que a espessura fatiada (mm) corresponda às configurações especificadas na etapa 3.1.1.1 e largura de fatia (pixels) e a altura da fatia (pixels) correspondem à largura e altura dos arquivos PNG.
- Em Coloração de Fundo, certifique-se de que o fundo corresponde à cor de fundo, definido para não imprimir. Uma vez concluída, clique no botão Seguir .
- Na página Ferramentas em Mapeamento de Materiais, selecione o material do menu suspenso a ser mapeado para a cor associada, derivada dos arquivos PNG. Repita este processo para cada cor no menu. Em seguida, clique em Concluir | OK na janela pop-up A criação do Info Gcvf foi bem sucedida.
- No software de impressão do computador host, clique em Arquivo | Arquivo de importação do menu suspenso. Navegue até o arquivo Gcvf e clique em Carregar. Na tela principal, selecione Imprimir.
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Representative Results
Um resultado positivo, como mostrado na Figura 2 e Figura 3, será uma tradução direta da renderização de volume definida nas etapas 1.2.5 ou 2.1.1.4. O modelo final deve combinar visualmente a renderização de volume em tamanho, forma e cor. Ao longo desse processo, existem inúmeras etapas onde pode ocorrer um erro, o que afetará uma ou mais das propriedades listadas acima.
Problemas relacionados ao dimensionamento uniforme, como mostrado na Figura 4, dos modelos impressos podem ser resultado das configurações de imagem, hardware do computador e/ou software padrão. Os hospitais usam uma variedade de técnicas para produzir e renderizar imagens de uma gama de scanners possíveis. Como este método funciona diretamente a partir das imagens de origem, que podem expor metadados não tipicamente utilizados, é importante estar familiarizado com as nuances do fluxo de trabalho de imagem. Problemas de escala podem surgir quando a 'transformação' é assada nos metadados, que podem ajustar artificialmente a altura e a rotação da camada.
Problemas de escala também podem ser resultado do tamanho do monitor do computador. Algumas versões do Slicerfab foram definidas para cortar a renderização de volume e salvar o PNG resultante ao tamanho da tela ativa. Nestas versões do Slicerfab, imagens maiores que o monitor serão cortadas. Finalmente, várias atualizações no Photoshop resultaram em problemas de escala quando as atualizações modificam os padrões para a resolução de importação de imagem. Quando o padrão é definido para qualquer outra coisa que não seja 600 DPI, as imagens não manterão a mesma escala de imagens produzidas pelo software de computação de imagem médica. Eles resultarão em distorções na dimensão X-Y, enquanto a altura z do modelo permanecerá correta.
Questões relacionadas a formas irregulares e geometrias inesperadas podem resultar ao trabalhar com opacidade no software de computação de imagem médica. A guia propriedades de volume contém a capacidade de modificar canais de cor e opacidade. Quando o canal de opacidade é definido abaixo de 50%, os algoritmos de renderização produzem visualizações difíceis de perceber para o usuário, particularmente em torno de estruturas complexas. Isso pode resultar em dados adicionais sendo analisados no processo e pode levar à impressão 3D de dados indesejados.
Problemas relacionados à cor podem resultar de gráficos de software e erros do usuário tanto no software de edição de imagens quanto no software de impressão. O software de computação de imagem médica tem inúmeras opções para ajustar a renderização de volume. Embora a versão atual do Slicerfab tenha configurações de renderização codificadas, modificações ainda podem ser feitas. Ativar configurações de luz e sombra, bem como configurações de renderização de GPU, pode produzir resultados inesperados e irreprodutíveis. Por fim, as etapas de dithering a partir da etapa 4.1.2.3 podem impactar a cor com base nas opções de síntese de cores, que é determinada pelo número e concentrações relativas dos materiais básicos disponíveis na impressora.
O algoritmo de dithering 'perceptivo local' tenta produzir uma aproximação visual da cor de origem a partir das cores disponíveis definidas no 'picker de cores'. Modificar o número e a cor dos materiais básicos modificará a tonalidade resultante e a precisão de cor do modelo impresso. Além disso, se claro é usado como um material base, como mostrado na Figura 5, problemas ao redor da superfície e da luz subsuperficial espalhadas pelo modelo impresso muitas vezes resultam em traduções de cores infiéis da renderização digital para o modelo impresso6.
Figura 1: Diagrama de fluxo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Voxel digital para dithering físico de cor. (A) uma seção transversal de um modelo cardíaco é mostrada dividindo as faixas de densidade da anatomia em 2, 4 e 10 cores. (B) É chamada uma ampliação de uma parte de cada modelo, mostrando os pixels individuais, que serão processados para gotículas de materiais no processo de impressão 3D. (C) Mostrados aqui estão modelos impressos 3D transversais usando a técnica voxel, demonstrando a tradução de uma imagem para o modelo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Resultados representativos da Voxel. Dois modelos exibindo resultados representativos de um método de sucesso. (A) Um modelo renal transversal de um adulto com carcinoma celular claro. O tumor do lado direito foi removido para mostrar a interface entre o rim e o tumor. Isso permite que um cirurgião tenha uma melhor compreensão da morfologia do tumor e sua relação com elementos críticos a serem evitados. (B) Um modelo cardíaco seccionado mostrando a variação da densidade tecidual. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Problema de escala voxel. Duas imagens do mesmo modelo mostrando o resultado de um problema de escala. (A) Imagem transversal do rim. A resolução X-Y é mostrada proporcionalmente, mas é de 50% da visão de perfil do produto pretendido (B) do rim. A resolução X permanece precisa dos dados de origem e resulta em um modelo que aparece esticado na direção X. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Problemas potenciais. Duas imagens de dois modelos diferentes demonstram as questões em torno da clareza de trabalhar com materiais translúcidos. (A) Este modelo mostra o resultado de vazios fechados dentro do modelo que foram preenchidos com um material de "suporte" pela impressora. Neste modelo, os vazios foram criados intencionalmente para criar uma variação nas propriedades ópticas. (B) Este modelo mostra vazios abertos que correm profundamente no modelo. Os vazios são tortuosos, tornando impossíveis técnicas padrão de pós-processamento, que polim a superfície. A distorção óptica resultante tornou o modelo inutilizável para aplicações clínicas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Fluxo de trabalho de processamento voxel e comparação da qualidade da imagem. A partir dos dados dicom de entrada, (A) uma máscara é criada para isolar a área de interesse e reconstruí-la em uma Renderização de Volume 3D, (B) a partir da qual um histograma é analisado para analisar as faixas de valores de intensidade. O canal de forma da renderização de volume baseada em voxel é ativado para visualizar a forma do DICOM mascarado resultante. O canal material da renderização de volume baseada em voxel é modificado, através de tabelas de procuração, que mapeiam a cor para as faixas de intensidade especificadas (C). A renderização de volume é fatiada como arquivos PNG de cor completa às restrições e resolução necessárias da impressora (D). Cada fatia PNG é dithered nas descrições materiais necessárias para fabricar os dados médicos. (E) Os PNGs compostos por cores resultantes são enviados para a impressora. (F) Uma visualização de um conjunto de dados de alta resolução em comparação com um conjunto de dados de baixa resolução (G) usando a mesma técnica para demonstrar a necessidade de dados de origem de alta qualidade. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
O quadro representativo atual de que a maioria, se não todas, das ferramentas de modelagem digital empregam hoje resulta no formato de arquivo STL8. No entanto, a natureza específica desse paradigma tem se mostrado inadequada ao tentar expressar a estrutura granular ou hierárquica de materiais naturais mais complexos. Com a chegada de técnicas recentes de fabricação aditiva, como impressão 3D multimaterial, podem ser produzidos objetos altamente sintonizados e altamente otimizados, que exibem transições materiais graduais ao longo de seu volume. Este artigo sugere que um processo baseado em voxel ou bitmap é mais adequado para representações materiais complexas e fornece uma técnica para traduzir radiodensidade e complexidade morfológica a partir de imagens radiológicas. As vantagens deste fluxo de trabalho incluem i) um controle preciso e graduado sobre a distribuição de material em múltiplas escalas dentro de um volume impresso em 3D e ii) o poder de aumentar as técnicas de processamento de imagem 2D existentes em campos de voxel 3D e produzir novas vias criativas dentro do projeto e engenharia de objetos cujas qualidades estéticas e organização do material são altamente moduladas para se adequar ao seu desempenho estrutural.
Cada passo nesse processo é fundamental para obter uma impressão 3D final precisa, e há pouco espaço para erros. Ao longo do caminho, há inúmeros pontos onde é necessária atenção extra, e verificações devem ser realizadas para garantir a precisão. Primeiro, selecionar as imagens certas para este método tem um impacto direto no modelo impresso 3D final, como mostrado na Figura 6F,G. Este método busca manter a pureza das imagens de origem; quaisquer modificações para melhorar a resolução ou contornos suaves poderiam introduzir ou eliminar dados. O produto final neste método é tão bom quanto os dados de entrada. Este método permite a resolução de gotículas de 15 μm e 27 μm de espessura de camada. Portanto, é fundamental trabalhar em estreita colaboração com um radiologista para obter as imagens de maior resolução com a contagem de fatias mais fina.
Em segundo lugar, as etapas de edição do modelo descritas nas etapas do protocolo 1.1, 2 e Figura 6A exigem a entrada do usuário para mascarar e modificar as tabelas de procuração para extrair e renderizar o resultado desejado. Devido ao alto nível de resolução, várias escalas de uma estrutura anatômica são editáveis. Uma compreensão minuciosa das estruturas de dados de imagem médica e sua relação com os tecidos biológicos é fundamental para extrair os dados desejados. A atenção durante esta etapa pode permitir modelos altamente sintonizados que replicam múltiplas escalas de organização no tecido biológico.
Em terceiro lugar, a etapa de dithering descrita no protocolo passo 4 determina como os materiais serão graduados a partir das cores de origem. É fundamental garantir que as cores de origem se relacionem com as cores da impressora. Se as cores da impressora não correspondem às cores na etapa de dithering, podem ocorrer variações inesperadas de cor no modelo final. Além disso, inúmeras técnicas de dithering produzirão uma variedade de resultados. É fundamental que isso seja examinado de perto para garantir que nenhum dado seja perdido, e que as informações apropriadas sejam exibidas de forma coerente.
Fornecemos algumas soluções de solução de problemas para as questões definidas nos resultados representativos. Em primeiro lugar, questões relacionadas à escala estão geralmente relacionadas a uma Transformação assada nos metadados de imagem médica recebidos de um departamento radiológico. Esse problema pode ser corrigido no software de computação de imagem médica, excluindo todas essas 'Transformações' herdadas. O primeiro passo é abrir o menu Transformação e selecionar Excluir Transformação Ativa no menu suspenso. Repita este processo para todas as transformações herdadas; isso deve corrigir imediatamente o problema.
Em segundo lugar, questões relacionadas à geometria estão geralmente relacionadas à ativação do canal de opacidade na etapa 1.2.4 do protocolo. Quando o canal de opacidade é definido abaixo de 50%, os algoritmos de renderização produzem visualizações, que são difíceis de perceber para o usuário, particularmente em torno de estruturas complexas. A solução para este problema é definir o canal de opacidade para 100%, criando assim uma cor sólida que pode ser definida como um material 'claro' no protocolo passo 5.
Em terceiro lugar, questões relacionadas ao fatiamento no programa Slicerfab são frequentemente resultado de vários 'Volumes' e a ferramenta região de interesse (ROI) sendo carregada no software de computação de imagem médica. Se vários 'Volumes' estiverem carregados, selecione os volumes ím locãs do menu suspenso de volume no módulo renderização de volume para que ele esteja ativo. Em seguida, no mesmo menu suspenso, selecione Excluir volume atual. Repita esta etapa para um ROI adicional que possa ter sido criado. Quando um 'Volume' e um 'ROI' estiverem presentes, o Slicerfab deve funcionar sem a necessidade de uma reinicialização.
Geralmente, todas as limitações deste protocolo estão relacionadas à disponibilidade de hardware e material relacionado. As impressoras 3D atuais utilizadas neste método são limitadas a 15 μm de altura X-Y e 25 μm Z. Essa limitação é relevante ao trabalhar com dados de imagem de ultra-alta resolução, como micro CT, onde a resolução de imagem pode se aproximar de 5 mm e faria com que esse método introduzisse erros7. Esta impressora também está limitada à impressão de 7 materiais básicos de qualquer momento, o que pode limitar a gama de cores disponíveis.
A mistura ao nível de gotícula ocorre, permitindo o potencial de 25.000.000 combinações de cores possíveis que podem ser criadas por co-deposição. No entanto, o mecanismo exato de mistura de material no nível da gotícula antes da cura uv não é bem conhecido. Além disso, o material impresso requer pós-processamento significativo, levando a artefatos visuais com vazios internos e recursos de difícil acesso. Portanto, é fundamental avaliar a geometria antes da fabricação para garantir a clareza visual desejada quando vazios internos e geometria complexa não permitirão o pós-processamento.
Atualmente, a impressão tridimensional é usada para fabricar modelos para planejamento cirúrgico, implantação e navegação operativa, melhorando o atendimento ao paciente durante os procedimentos cirúrgicos e em todo o ambiente hospitalar9,10. No entanto, a adoção atual de modelos impressos em 3D para planejamento pré-cirúrgico tem sido lenta, em parte devido à gama limitada de aplicações disponíveis com o método STL atual para impressão 3D. Este método produz uma perda de dados e imprecisões visíveis em comparação com o conjunto de dados de origem, níveis severamente limitados de complexidade em relação à verdadeira morfologia anatômica e gradientes volumosos dos dados originais que não podem ser reproduzidos.
Embora apenas os dados morfológicos de impressão 3D tenham se mostrado bem sucedidos, a gama de aplicações com este método está limitada a aplicações ósseas e representações geométricas simples de características anatômicas complexas. Nesse processo, são perdidos dados volumetricos valiosos, o que compromete a consistência e a integridade dos dados de origem. Inversamente, este método para extrair a composição material do modelo impresso em 3D sem desvio de imagens médicas evita esses problemas. Este método pode reproduzir imagens médicas com maior precisão com vantagens conhecidas para procedimentos cirúrgicos onde a precisão morfológica é crítica. O protocolo deste artigo descreve a visualização tátil de dados médicos por meio de resolução submateria, impressão voxel 3D, multimaterial. A incorporação de resinas macias, com durometros na faixa análogas ao tecido humano, poderia permitir previsívelmente que a recriação do tecido mole escaneado radiologicamente fosse utilizada com métodos de planejamento tátil durante a preparação cirúrgica.
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Disclosures
N.J. é um autor de um pedido de patente arquivado pela Universidade do Colorado Regents que descreve métodos como os descritos neste trabalho (aplicação nº. US16/375.132; publicação não. US20200316868A1; arquivado em 04 de abril de 2019; publicado em 08 de outubro de 2020). Todos os outros autores declaram que não têm interesses concorrentes.
Acknowledgments
Agradecemos à AB Nexus e ao Estado do Colorado pelo generoso apoio à nossa pesquisa científica sobre a impressão voxel para o planejamento pré-cirúrgico. Agradecemos a L. Browne, N. Stence e S. Sheridan por fornecerem conjuntos de dados usados neste estudo. Este estudo foi financiado pelo AB Nexus Grant e pelo State of Colorado Advanced Industries Grant.
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 |
References
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