Cam Kristallerin sonraki Alt yüzeye Lazer Gravür (SSLE) için Ölçekli Anatomik Model Biyomedikal Tıbbi Görüntüleme Verilerin oluşturulması ve İlişkili Etiketleri

* These authors contributed equally
Bioengineering
JoVE Journal
Bioengineering
AccessviaTrial
 

Summary

Bir metodoloji kristallerindeki anatomik görüntüleme verileri göstermek için tarif edilmektedir. Bu kristal cam Alt Yüzey Lazer Gravür (SSLE) kullanım için biyomedikal görüntüleme verileri üç boyutlu modelleri ölçekli oluşturmak. Bu araç hesaplama ekranı veya klinik veya eğitim ayarları içinde kullanılan üç boyutlu baskılı modeller için yararlı bir tamamlayıcı sunmaktadır.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Betts, A. M., McGoldrick, M. T., Dethlefs, C. R., Piotrowicz, J., Van Avermaete, T., Maki, J., Gerstler, S., Leevy, W. M. Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving (SSLE) of Glass Crystals. J. Vis. Exp. (122), e55340, doi:10.3791/55340 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans gibi Biyomedikal görüntüleme yöntemleri (MR) hastanın üç boyutlu veri setleri toplamak için mükemmel platformlar sağlamak veya klinik veya klinik öncesi ortamlarda anatomisini numune. Ancak sanal, ekran ekran kullanımı tamamen içinde gömülü anatomik bilgileri iletmek için bu tomografik görüntülerin yeteneğini sınırlar. Bir çözüm fiziksel bir kopyasını üretmek için 3D baskı teknolojisi ile ayarlanmış bir biyomedikal görüntüleme verilerini arayüz etmektir. Burada ayrıntılı bir elde tutulan modelle tomografik görüntüleme verileri görselleştirmek için tamamlayıcı bir yöntem: bir kristal cam alt yüzey Lazer Gravür (SSLE). SSLE dahil olmak üzere birçok benzersiz avantajlar sağlar: anatomik etiketleri yanı sıra bir ölçek çubuğu eklemek kolay yeteneği; bir ortamda kompleks yapıların aerodinamik çok parçalı montajı; X, Y ve Z düzlemlerde yüksek çözünürlükte; İç anatomik alt yapıları görselleştirme için ve yarı saydam kabuklar. İşte wE ön-klinik ve klinik kaynaklardan elde edilen CT veri setleri ile SSLE sürecini göstermektedir. Bu protokol eğitim ve araştırma ayarlarında bir dizi bilim adamları ve öğrenciler için karmaşık anatomik yapıları görselleştirmek için hangi güçlü ve ucuz yeni bir araç olarak hizmet edecektir.

Introduction

Bilgisayarlı tomografi (BT) veya manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi Biyomedikal görüntüleme modaliteleri rutin tıbbi araştırma tarafından kullanılır ve non-invaziv olarak akademik topluluklar insan veya biyolojik konularda 1, 2, 3 iç yapılarını inceler. Modern tıp, bu teknolojinin dolayısıyla hasta tedaviyi 4 geliştirilmiş, daha bilinçli tanılar sağlar ve. Özel olarak, BT yüksek çözünürlüğü ve izotropik voksel özellikleri (her küp kenarının aynı uzunluk) 3-D yeniden inşası için bir fırsat sağlar. 5 Ayrıca, yazılım paketleri bu bilgisayar destekli cerrahi ve sanal endoskopi 6 gibi yüksek dereceden fonksiyonlar için üç boyutlu (3D) içinde biyomedikal görüntüleme verilerini işlemek mevcuttur. Klinik öncesi araştırmalar içinde, tahribatsız görüntüleme bir çeviri platformu sağlarhangi fare ve sıçanların 7 hastalık modelleri incelemek için. Böyle biyolojik veritabanı gibi Dijital kütüphaneler, Dijital Morfoloji (http://digimorph.org), daha geniş bilimsel ve tıbbi toplulukların 8 hazır erişim için farklı örnekler veya klinik hastalık durumlarında elde edilen BT verilerle doldurulur edilmiştir.

Şu anda, biyomedikal görüntüleme verileri bilgisayar ekranlarında sanal uzayda görsel veya elle tutulan modelleri ile fiziksel uzayda edilmiştir. Bilgisayar yazılımı, kullanıcıların teşrih ve verileri işlemek için olanak sağlarken, fiziksel kopyaları mükemmel eğitim yararına 9, 10 ile güzel bir tamamlayıcıdır. Geleneksel model temel kalıp istenen yapı 11 içinde sertleşir reçine ile dolu olan bir düşük maliyetli dökme işlemi kullanılarak üretilmiştir. Dökme modeller ucuz kitle üretimi için uygun oldukları bilinen, ancak temel sınırlıdırhasta veri setleri türetilmemiş yapıları. Son beş yıl içinde, insan anatomisinin 3D baskılı kopyaları genellikle yüksek karmaşıklık nedeniyle giderek yaygın hale gelmiştir ve kat hastaya özgü oluşturulur ve görüntülenebilir nesneler. Bu modeller yatırma sıvı ya da katkı maddesi katmanlarında erimiş plastik ve tanı, karmaşık ameliyat, hastalıkların tedavisinde, protez tasarım ve hasta iletişim 12, 13 doktorların destekli makinelerde tarafından oluşturulur. Ayrıca, birincil, ikincil ve üniversite okul ayarları içinde tüketici ölçeğinde 3D yazıcıların yaygın kullanılabilirliği 15 paylaşılan anatomik modelin pedagojik etkisini artırmak için hizmet vermektedir 14 dosyaları.

Genel olarak, 3D baskı tıp içinde anatomik modellerin geliştirilmesini ileri ölçüde başaramamış, fakat sınırlama yoktur. Çok Öncelikle oluşturmaEk iş, genellikle dijital aksi ayrı 16 düşebilir birlikte ayrı parçalar bağlamak için gerekli olduğundan, bu -part anatomik modeller zor olabilir. Aynı zamanda, özellikle tüketici dereceli makineleri birçok 3D basılı malzeme, opaklık, bir numunenin, kemik ve yumuşak doku ile ilgili ek bilgiler sağlar, iç alt-yapıların görüntülenmesini önler. Bundan başka, sıvı veya erimiş plastik ekstrüzyon 3D baskı çözünürlüğü engellemektedir. Profesyonel yazıcılar ekstrüderler, yaklaşık 50 mm çapında olan ve X, inç başına 600 nokta çözünürlüklü (DPI) ile, 14 um katman kalınlığında sağlar ve Y, 18 eksenleri ve 17 Z ekseni 1,600 DPI . Karşılaştırma olarak, tüketici sınıf 3D yazıcılar, yaklaşık 400 um çapında ve 42 DPI 19 kabaca eşdeğer 100 um bir tabaka kalınlığına ve bir çözünürlük elde ekstruderler sahip 21, profesyonel yazıcılar 20 tüketici dereceli da üretebilmektedirler. Ek olarak, yüksek malzeme maliyetleri ölçek 22 ekonomileri elde endüstriyel seri üretime engeller.

Alt Yüzey Lazer Gravür (SSLE) ya da 3 boyutlu kristal oyma, X, Y ve binlerce yüksek hassasiyet ile küçük "kabarcıkları" veya noktalar oluşturmak için bir lazer ışını kullanır, Z bir sert, yüksek saflıkta olan koordinatları, kübik, cam matrisi 23. Her nokta, 800-1,200 DPI 24 arasındaki çözünürlük veren 20-40 um vardır. Ayrıca her nokta iç alt yapıların görüntülenmesini sağlayan yarı şeffaf olduğunu. Birden fazla, kesilmiş parçalar, aynı kristal temsil edilir ve ilave malzeme, büyük, karmaşık yapılar için gerekli değildir. Matris katı olduğu için, anatomik etiketler ve boyut ölçeği çubukları geliştirmek için ilave edilebiliriçinde görüntülenen görüntüleme verilerinin eğitim potansiyeli. Burada X-ışını bilgisayarlı tomografi (BT) veri kristal SSLE için biçimlendirilmiş olan bir yöntem sunar. İlk olarak, veri ticari preklinik microCT sistemleri, radyoloji departmanları / unis veya Ulusal Biyomedikal Görüntüleme Arşivi gibi çevrimiçi havuzlardan (kaynaklı https://imaging.nci.nih.gov/ncia/login.jsf klinik tarayıcılar toplanan edilebilir ) 25 Burada, her iki ön-klinik ve klinik veriler içeren anatomik yapıların ölçeğini ayarlamak ve kristal boyutuna sahip bir yapının koordinat geometrisi kapasitesine göstermek için koyun kemik çekirdek, kırılmış bilek, etiketli ayak ve etiketlenmiş bacak kristalleri ile bu yaklaşımı göstermektedir. 3D baskı STL dosyalarının SSLE uyduruk doğası ve zaten yaygın kullanımı göz önüne alındığında, etiketli anatomik kristallerin fabrikasyon akademik ve eğitim camiası içinde kullanılmak için heyecan verici, el-el görselleştirme aracı sağlar.

Protocol

Bütün insan bilgisayarlı tomografi veri setleri onaylı SJRMC protokole göre anonim bulundu.

1. BT Veri Toplama Pre-klinik ve Klinik Örnekler

  1. bir ön-klinik veri seti oluşturmak için bir mikro X-ışını bilgisayarlı tomografi yürütün. 45 kV, 0.4 mA ve 1000 çıkıntılar: Bu durumda, görüntü için aşağıdaki ayarlarla bir kemik çekirdek örnek bir mikroBT kullanın. 5
  2. yüksek çözünürlüklü (125 um izotropik voksel) ham verilerin yeniden yapılandırma. ayrıca, çözünürlüğünü artırmak belirlemek ve birimin başlangıç ​​konumu (10 um izotropik voksel) bir merkezi olan bir 1 cm küp tekrar oluşturmak için.
  3. ek işlemler için DICOM formatındaki set yeniden veri verir.
  4. Alternatif olarak, klinik işbirlikçiler (Aziz Joseph Regional Medical Center Burada gösterilen elde edilen verilerin) veya açık kaynak DICO böyle bu çalışmada kullanılan kırık bilek ve ayak gibi yeniden BT veri setleri, kazanmakM arşivleri (http://www.osirix-viewer.com/datasets/).
  5. İthalat DICOM görüntüleme yazılımı içine dosya ve sıkıştırılmış DICOM dosyaları olarak ihracat gerekirse.

2. Bilgi İşlem

  1. Görüntü işleme yazılımı 'Görünüm' ayarındaki 'Yük DICOM' kullanarak (tüm resim dilimleri oluşur) her DICOM veri setini açın.
  2. Bir Nifti analiz bilimsel analiz için oluşturulmuş bir görüntüleme biçimi olarak ayarlanmış her verileri kaydedin. Yüzey haritaların nesil (örneğin 3DSlicer) tıbbi görüntülemede bilgisayarlı kurulan kullanımı ve otomatik segmentasyon bir programa NIfTI dosyalarını içe aktarın.
  3. 'Ekle Data' aracıyla yüzey haritası jeneratör programa verilen bir NIfTI dosyası yüklemek.
  4. şartname "oluşturma ve yeni model adını değiştir" 'Gri tonlama Modeli Üretici' aracını seçin. kemik segmentasyon yaklaşık 300 HU alt eşik değerlerini ayarlar.
  5. gri tonlama modelleri kaydetayrıca veri işleme için STL dosyaları olarak.
  6. 3D veri hazırlama yazılımı (örneğin Netfabb Studio Temel) içine her yüzey haritası alın ve 'Tamir' modunu seçin.
  7. ilgi yapısını temsil etmemektedir tüm yüzeyleri silmek için 'Seç Part' ve 'Sil' araçlarını kullanın.
  8. kısmi yüzeyler delikleri tamamen yakın kalan boşluklar "Otomatik Tamir script'lerinizde kapsayacak 'a Üçgen' aracı kullanın.
  9. Modifiye kısmı ile 'Tamir' modundan çıkmak için yüzey alanı ve 'Onar uygula' senaryo olmadan kenarlarını gidermek için eylem menüsünden 'Tamir Dejenere Yüzler' komut dosyası seçin.
  10. istenmeyen özellikleri kaldırmak veya modelin boyutunu azaltmak için 'Kes' aracını kullanın. 'X' her bir kesim yerini belirleyin, bağlam alanının bir 'kesim' menüsündeki 'Y' veya 'Z' düzlemi.
  11. ' 'Kes Yürütme' aracını kullanın ve seçmek; Ayarlarında üçgen'e Kes' otomatik olarak tüm sonuçlanan deliklerini kapatmak için.
  12. ilgi yapısını temsil etmemektedir kesimden kaynaklanan tüm yüzeyleri silmek için aynı anda 'Seç Part' ve 'Sil' araçlarını kullanın.
    NOT: Yüzey haritası bir ölçek çubuğu ile bitişik olacak, aşağıdaki adımı atlayın. bunlar tek STL birleşirler sonra anatomik özellik ve ölçek çubuğu aynı anda dereceli.
  13. Her yüzey haritası boyutlarını değiştirmek için 'Ölçek' seçeneğini seçin. Modeller (kemik çekirdek) dilate veya boyut (ayak) 'de azaltılabilir ya da 8 cm küp veya 5 cm x 5 cm x 8 cm, dikdörtgen prizma sığacak orijinal boyut (bilek) muhafaza edilebilir. etiket yok veya ölçek çubukları isteniyorsa bu aşamada dosyaları SSLE için gönderilebilir unutmayın.

3. anatomik Etiketleme

  1. CAD programının menüde 'Yeni' seçeneği (örneğin, Autodesk Inventor Professional) to kısmı '.ipt Standardı (mm)' a ilişkin metrik şablonunu kullanarak yeni bir kitabı oluşturun.
  2. '2B Çizim Oluştur' seçeneğini seçip herhangi uçağı seçin. İstenilen yazı tipi ve boyutuna (Times New Roman ve 2,0 mm) ile Yazılan anatomik etiketler üretmek için araç çubuğunun 'çizin' menüsünden 'Metin' aracını kullanın.
  3. Tamamlandığında araç çubuğunun 'Exit' menüsünde 'Finish Sketch' seçeneğini seçin.
  4. seçeneği '2B Metin' ile araç çubuğunun 'Yarat' menüsünden 'Yükselt' aracını seçin. simetrik bir ayar ile bir ekstrüzyon derinliği (2.0 mm) belirtin.
  5. İhracat metin 'Farklı Kaydet Türü' STL ayarıyla CAD formatında etiketler.
  6. silindirik etiket hattının üretimi için yeni bir çalışma kitabını açın. Bir 'Standart (mm) .ipt' bölümü ile yeni bir metrik şablon oluşturmak için 'Dosya' seçeneğini seçin.
  7. '2B Çizim Oluştur' aracını seçin ve herhangi uçağı seçin. 'Merkezi'ni kullanınAraç çubuğunun çizin 'menüsünden Noktası Grubu' aracını' kökenli bir merkezi olan bir daire üretmek.
  8. çember (1.0 mm) bir çapa ayarlamak 'Kısıtlama' menüsünden 'boyut' aracı kullanın.
  9. Tamamlandığında araç çubuğunun 'Exit' menüsünde 'Finish Sketch' seçeneğini seçin.
  10. seçeneği '2B metin' ile araç çubuğunun 'Yarat' menüden seçilen 'Yükselt' aracını seçin. Simetrik ayarı ile bir ekstrüzyon derinliğini (10.00 mm) seçin.
  11. 'Tür olarak kaydet' .stl ayarıyla CAD formatında İhracat metin etiketleri ve silindirler.

Etiket 4. Eklenti

  1. İthalat modelleri, metin etiketleri ve 3D veri hazırlama yazılımına silindirik etiket hatları.
  2. 'Taşı Part' aracıyla ilişkili anatomi sağına veya soluna metin etiketlerini çevirin. Onlar inci karşıya şekilde yönlendirmek etiketlere 'Döndürme Part' aracını kullanınE aynı yönde.
  3. Tercüme ve modeli içinde ilgili yapıların etiket bağlamak için 'Taşı Part' ve 'Döndür Part' araçlarını kullanarak silindirik etiket hatları döndürün.
  4. Gerekirse, 'Tamir' moduna girmek ve 'Seç Triangles' kullanmak ve uygun bir uzunlukta silindir boyutunu azaltmak için 'Seçilen Üçgenler kaldırın'.
  5. Temel sürümünü kullanıyorsanız, tüm parçaları seçmek ve proje olarak kaydedin. Sonra profesyonel sürümde bu projeyi yeniden açın.
  6. Profesyonel versiyonunda, tek STL olarak tüm parçaları ve ihracat seçin.

5. Ölçek Çubuğu Tasarım

NOT: Ölçek çubukları iki tip CAD programında tasarlanmıştır. Birinci, Şekil 1 'de mevcut olan ve her bir düzlemde, farklı ölçümlerde kene işaretleriyle üç ayrı ölçek çubuğu kapsamaktadır. Şekil 2, Şekil l'de yer alan, ikinci,ure 3, Şekil 4, dik çizgilerin üç eksen üzerinde bulunan ve bir köşede birleşen oluşmaktadır. Takip her ölçek çubuğu tasarımı başlamak için 5.1-5.2 adımları tekrarlayın.

  1. 'Yeni' ve 'Standart (mm) .ipt' bölümünü seçerek CAD programında yeni bir çalışma kitabı oluşturun.
  2. 'Create 2D Sketch' seçip üzerinde çalışmaya başlamak için üç düzlemde herhangi seçin.
    NOT: ölçek çubuğunun birinci tip üretmek için adımlar 5,3-5,16 devam edin. Resim boyutları 25 mm'lik aralıklarla de kene işaretleri ile 1 cm çaplı çubuğunun oluşturulması için uygulanmıştır.
  3. ölçek çubuğu (10 mm), herhangi bir makul bir değer (0.25 mm) bir uzunluğa sahip arzu edilen uzunluğuna karşılık gelen bir genişliğe sahip olan bir dikdörtgen (10 mm x 0.25 mm) çizmek için 'Dikdörtgen' ve 'Dimension' araçları kullanın. koordinatlarının x-tik işaretlerinin aralığı için de kullanılabilir, böylece kökenli alt sol köşe yerleştirin.
  4. Kene işaretleri oluşturmak için, t kullanmako Dikdörtgen 'aracı doğrudan ölçek çubuğunun üzerinde bir dikdörtgen çizmek için. 'Boyut' aracıyla boyutu (0.025 mm x 0.432 mm) kısıtlama.
  5. bu kenardan istenen bir mesafede yer alır, böylece X-koordinatları kullanarak, yeni oluşan dikdörtgen çevirir. Bu kene işareti üst kısmıdır.
  6. Doğrudan ölçek çubuğunun altında, üst yarısında aynı boyutlarda başka dikdörtgen çizin, kene işareti altını yaratmak. Kene işareti iki yarısını hizalamak için 'Hizala' aracını kullanın.
  7. 'Değiştirmek' menüsünden 'Trim' aracını seçin ve ölçek çubuğu ve değer çizgileri örtüşen alanı seçin. Bu aşırı çizgileri kaldırmak ve haddelendiğinde bir kısmı tek bir özellik olarak sağlayacaktır.
  8. Tekrarlama onay işaretleri geri kalanı için 5.4-5.7 adımları tekrarlayın.
  9. Tamamlandığında araç çubuğunun 'Exit' menüsünde 'Finish Sketch' seçeneğini seçin.
  10. 'Oluştur' erkekler altında 'Extrude' Seçu ve ölçek çubuğu seçin. bir ekstrüzyon mesafe ve yönü (0.25 mm ve ekrana) belirler.
  11. seçim, onay işaretleri için etiketleri tasarlamak için '2B Çizim Oluştur' ve çalışma düzlemi olarak ölçek çubuğu seçin.
  12. 'Beraberlik' menüsü altında belli yazı tipi ve boyutuna (Times New Roman ve 0.25 mm) ile metin oluşturmak için 'Metin' aracını seçin. Bir sonraki ölçek çubuğuna istenen pozisyona metin çevirme.
  13. Tamamlandığında araç çubuğunun 'Exit' menüsünde 'Finish Sketch' seçeneğini seçin.
  14. seçeneği '2B Metin' ile araç çubuğunun 'Yarat' menüsünden 'Yükselt' aracını seçin. (Ekranına) bir çekme derinliği (0.25 mm) ve yön belirtin.
  15. Tekrarlayın diğer etiketleri oluşturmak için 5.12-5.14 adımları tekrarlayın.
  16. 'Farklı Kaydet Türü' .stl ayarıyla CAD formatında tamamlanan ölçek çubuğu aktarın.
    NOT: bitirme 5.1-5.16 adımları sonra oluşturmaya yönelik adımlar 5,17-5,31 devamölçek çubuğu ikinci tip. Resim ölçümleri, her bir eksen üzerinde, 2 cm ve 2 mm kalınlıkta bir ölçek çubuğu oluşturmak için kullanılmıştır.
  17. 'Boyut' aracıyla uzunluk ve genişlik (2 mm x 2 mm) bir kare oluşturmak ve sınırlamak için 'Dikdörtgen' aracını seçin. Bu adımda seçilen boyutları parçasının kalınlığını belirleyecektir.
  18. 3B Model ayarına geri dönmek için 'Bitir Sketch' seçin.
  19. Altında 'Extrude' seçim 'Oluştur' ve 2D Çizim modunda çizilen kare seçin. istenen çekme derinliği ve yön (20 mm ve ekrana) seçin.
  20. '2B Çizim Oluştur' ve önceki taslak ile aynı düzlemde çalışmaya devam seçin.
  21. şirketinden kare üzerinde bir dikdörtgen (2 mm x 18 mm) çizmek 'Dikdörtgen' ve 'Dimension' araçları kullanın. Kare (2 mm), uzunluğu dikdörtgenin uzunluk eşleşen ve genişlik ölçek çubuğu eksi wid istenen boyutta olmalıdır(- 2 mm = 18 mm, 20 mm) kare inci. tamamlanan Basın 'Finish Sketch'.
  22. Altında 'Extrude' seçim 'Oluştur' ve dikdörtgeni seçin. kare (2 mm) uzunlukta olması gereken bir ekstrüzyon derinliği, girin ve (ekrana) bir yön seçin.
  23. o harfi 'L' gibi görünecek biçimde kısmını döndürün. Yeni bir 2D taslak oluşturma ve çalışma düzlemi olarak 'L' ön seçin.
  24. 'Dikdörtgen' aracını kullanarak iki dikdörtgen köşesinde bir kare çizin. Bu köşede tam olarak oturacak şekilde boyut (2 mm x 2 mm) ve kısıtlama. 'Son Sketch' aracıyla krokisini çıkın.
  25. Altında 'oluşturma', 'Yükselt' seçim ve yeni oluşturulan kare seçin. (- 2 mm = 18 mm, 20 mm) çaplı çubuğunun istenen boyut eksi kare genişlikte olmalıdır derinlik mesafesine girin. (Ekranın dışına) bir yön seçin ve ekstrüzyon uygulayın.
  26. Metin indicatin eklemek içing ölçeğinde çubuğunun boyutları, bir uçaktan yeni 2D çizim oluşturun.
  27. İstenilen yazı tipi ve boyutuna (Times New Roman ve 2.5 mm) sahip bir etiket üretmek için araç çubuğunun 'çizin' menüsünden 'Metin' aracını kullanın.
  28. Bir sonraki ölçek çubuğuna istenen pozisyona metin çevirme. 'Son Sketch' seçilerek kroki modundan çıkın.
  29. 'Ekstrüde' aracını kullanmaktadır ve (ekranına) ölçekli çubuk etiket hizalar ölçek çubuğu (2 mm) ve yön kalınlığını eşleşen bir ekstrüzyon mesafeyi girin.
  30. Tekrarlayın her üç eksen için etiket oluşturmak için diğer uçakları kullanılarak 5.26-5.30 adımları tekrarlayın.
  31. Tamamlandığında .stl ayarı 'Tip olarak kaydet' ile CAD formatında ölçek çubuğu ve ona eşlik eden etiketi dışarı.

Anatomik Modellere Ölçek çubukları 6. ilavesi

  1. 3D veri hazırlama yazılımı anatomik modeli açın ve ölçek çubuğu aktarın.
  2. Kullan '; Sonraki anatomik modeline ölçek çubuğu yönlendirmek için Kısım' ve 'Döndür Part' araçlarını taşıyın.
  3. ölçek çubuğunun birinci tip oluşturulmuşsa, part iki kez daha aktarın. Tercüme ve birer eksen üzerinde yer alır, böylece bireysel ölçekli çubukları döndürün.
  4. Temel sürümünü kullanıyorsanız, tüm parçaları seçmek ve proje olarak kaydedin.
  5. profesyonel sürümünde dosyasını açın. Tek bir STL olarak tüm parçaları ve ihracat seçin.
    NOT: Yüzey haritaları ve ölçek çubukları temel veya mesleki sürümü aktarılırken Ölçüler korunur. oyma önce, yüzey haritaları, ilgili etiket ve ölçek bar ile birlikte, kristal içine sığacak şekilde ölçeklenir. Ölçek çubukları model olarak aynı oranda ölçeklendirilir, ölçek barlar boyutlarda değişiklikler anatomik yapılarda boyut değişiklikleri temsil etmektedir.

Yüz 7. azalma

  1. 3D örgü işleme pro bir .STL dosyası eklemek için 'İthalat Mesh' aracını yararlanıngram. Yazılım bir parçası olarak örgü yorumladığı beri düzeltmeler, metin ve ölçek çubukları dahil yüzey modeli ve tüm bileşenlerine uygulanır.
  2. 'Filtreler' ve 'Remeshing, Basitleştirme ve İmar' altında örgü içinde mevcut yüzlerin sayısını azaltmak için 'Kuadratik Kenar Collapse Decimation' aracını seçin.
  3. 'Yüzleri Hedef numarası' altında yüzlerin istenen sayıda (100,000) girin ve 'uygulayın.' Bu işlem aşırı gravür kez SSLE yazılımı için yönetilebilir bir dosya boyutu oluşturmak ve önlemek için yapılır.
  4. kullanarak bir STL olarak bitmiş ürün ihraç 'olarak İhracat Mesh ...' ayarı.

8. model Crystal Gravür

NOT: Tamamlandı STL dosyaları cam kristaller anatomik verilerin fiziksel modeller üretmek için oyulmuş lazer olan bir sanayi işbirlikçisi, iletilir. sorular ve daha fazla yardım, pl içinBu yazının sanayi yazarlarla iletişim ease.

  1. bir lazer oyma yazılım programına STL dosyasını açın ve bir SCAX dosyasına dönüştürün.
  2. 3D lazer oyma makineye bağlı bir yazılım paketinde SCAX dosyasını içe aktarın.
  3. SCAX dosyası ile arabirim için uygun bir kristal boyutunu tanımlayın.
  4. lazerin gücünü ayarlama ve gerilim ve yoğunluk girin. 8,5 V ve 0.2, tipik olarak voltaj ve yoğunluğu için seçilmiş olmakla birlikte, diğer ölçümler gerilimi azaltmak ve yoğunluğunu arttırmak, kristal çatlak veya kırılmaz emin yaparak belirlenebilir.
  5. Kristal üretimi için 3D lazer gravür dosyayı gönder.

Representative Results

Cam kristallerinin alt yüzeyi lazer oyma biyomedikal tomografik görüntüleme verileri çok sayıda türleri görselleştirmek için bir derin bir araçtır. 4 klinik CT taramaları da kullanılabilir gösterilmektedir, Şekil 2, Şekil 3, Şekil ise Şekil 1, klinik öncesi CT verilerini içerir. boyutları, gravür önce modifiye olduğundan, farklı boyutlarda yapıları lazerli oyma yoluyla temsil edilebilir. Şekil 2, anatomileri ölçeklemek için basılabilir nasıl örnek teşkil ederken, en yapılar küçültülmesini gerekir. Bir köşede birleşen üç eksenli yapının kenarlarını yayılan ve diğeri: Ölçek çubukları iki tip boyut değişiklikleri ölçmek için uygulanabilir. İkinci tip için en uygun olan Birinci tip, kemik çekirdek olarak genişlemiş yapıları için idealdirölçeğindeki veya düşük yapılar. Bundan başka kristal boyutu anatomik yapısının şekli ile eşleştirilir. Bacak dikdörtgen prizma içinde askıya alınması sonucunda, ayak küp yerleştirildi.

alt yüzey oyma önemli bir özelliği anatomik özelliklerine metin etiketleri eklemek yeteneğidir. tekniği optimum etiket yerleştirme yapısı geometrisine bağlı olarak, görüntüleme verileri çeşitli türlerine uygulanabilir. Şekil 2'de, metin etiketlerin alanı iki düzlemde yerleştirilen ve anatomi görüntüsünü engellememek edildi. Etiketler tek bir düzlemde yerleştirilmiştir, böylece, Şekil 3 ve Şekil 4 için, kemikler açık bir taraftan görülebilir.

Şekil 1
Şekil 1. Bir koyun kemik çekirdek dizi ön klinik BT verileri hemen hemen gösterilir ve bir 3 boyutlu gravür kristal süspansiyon haline getirilmiştir. Görüntüleme yazılımı oluşturmak ve 1 cm bir izotopik koyun kemik (sol) bir yüzey haritasına ölçekli barlar bağlamak için kullanılmıştır. yapı ölçekli çubukları ile gösterildiği gibi, her bir eksen boyunca boyutta beş katlık bir artışa uygulandı, ve 8 cm kare kristal (sağ) kazınmış lazer oldu. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

şekil 2
Şekil anatomik etiketleri olan bir kırık bilek 2. Klinik BT verileri hemen hemen gösterilir ve kristal oyulmuş. kırık bir yarıçapı olan bir el bileğini bir klinik BT veri seti bilgisayar yazılımı ile bir yüzey harita haline dönüştürüldü. Anatomik etiketler ve 2 cm çaplı çubuk ağırlık ere bilgisayar destekli tasarım (CAD) kullanılarak üretilir ve model (sol) eklenmiş. Bir 3D lazer gravür 8 cm küp kristal (sağ) bir yapıya yazılır. Ölçek çubuğu bilek ölçeklemek için üretildi gösteren, boyutu korudu. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 3,
Şekil 3. anatomik anatomik etiketler ile insan ayak etiketli hemen hemen gösterilir ve kristal oyulmuş. Bir insan ayağının Bir CT veri seti görüntüleme yazılımı ile bir gri tonlama modeline dönüştürüldü. Metin ve 4 cm çaplı çubuk CAD ile oluşturulan ve yüzey harita (sol) ile dahil edilmiştir. Model 8 cm kristal küp (sağ) oyulmuş yarı boyutuna ve lazer indirgendi. 55340 / 55340fig3large.jpg" target = '_ blank'> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4,
Bir insan ayağının ayarlanmış Şekil 4. klinik BT verileri anatomik bilgisayar yazılımı kullanılarak etiketlenmiştir ve kristal kazınmış. Yazılım paketi vücudun geri kalanından bacak tam insan CT ile ve bölümüne bir yüzey haritasını hazırlamak için kullanıldı. Anatomik etiketler ve CAD ile tasarlanmış bir 2.5 cm çaplı çubuk bağlanmıştır (sol) ve yapı 5 cm x 5 cm x 8 cm kristal (sağ) kazınmıştır. : 3 oranında kristal ölçek çubuğu bacak 5 yeniden boyutlandırıldı göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

ys "> 3D Baskı Alt Yüzey Lazer Gravür (SSLE) Kristallerin Avantajları dokunsal deneyim Serbest uzayda yapıların oluşturulması Tam renkli modeller çok parçalı modellerin Nesil yapıların büyük bir çeşitliliği ile mümkün için ölçekli gösterimi Anatomik etiketlerin Eklenti damla dayanıklı katı plastik malzeme Ölçek çubukları modeli içinde süspanse Mevcut Ucuz tüketici dereceli yazıcılar Yüksek çözünürlüklü ve doğruluk profesyonel düzeyde yazıcıların Yüksek çözünürlüklü Kısa üretim zamanı 3 boyutlu uzayda bir araya ayrı anatomik alt birimlerini bağlamak kolay dış zarar duyarlı değildir kristal içerisindeki yapılar Düşük malzeme maliyetleri Lazer oyma Orta fiyatlı Dezavantajları 3D alanında ayrı anatomik alt birimlerini bağlamak zor Hiçbir dokunsal deneyim Maliyet ve üretim süresinin karmaşıklığı ile değişir Gri tonlama Üretim hatalarına karşı daha duyarlı Boyut kristal sınırlı Üretim sonrası yıkamalar gerekli olabilir To-ölçek zor gösterimi Plastik ekstrüder ile sınırlı çözünürlük Yoğunluk Lazerle kısıtlı Parçaları modelinin ufalamak olabilir Kristaller çip veya ayrıştırılarak kırılabilir Pahalı profesyonel sınıf yazıcılar malzeme fiyatları büyük ölçüde değişir

Tablo 1. Avantajları ve anatomik modellerin üretimi için 3D baskı ve SSLE dezavantajları. 3D baskı ve SSLE biyomedikal tomografik görüntüleme verilerinin görselleştirilmesi için iki vasıta vardır ve her verinin fiziksel modeller yaratılması açısından güçlü ve zayıf bir takım sahiptir.

Discussion

biyomedikal görüntüleme yöntemlerine yoluyla kazanılan Preklinik ve klinik veri setleri, modern araştırma ve tıbbi gelişmeler vesile olmuştur. biyomedikal veri görselleştirme önce aracı bilgisayar ekranı ve geleneksel döküm veya modern 3D baskı yaklaşımları oluşturulan fiziksel modeller dahil. alternatif bir basit tarzda iyi tanımlanmış, etiketlenmiş modellerini üretir beri tomografik biyomedikal verilerin görselleştirilmesi için anlamı olarak Burada bir 3D kristal oyma yöntemini tarif eder. Bunlar nispeten ucuz modeller yaygın eğitim araçları olarak kullanılabilir. doğru anatomik verileri temsil etmek kristal oyma kullanımı o klinik ve eğitim ortamlarında potansiyel verir. Fiziksel, üç boyutlu formatta verileri görselleştirmek için yeteneği düz görüntüleri veya sanal render 9 kullanılarak eğitimin geleneksel formlarının sınırlamalarının üstesinden gelir. Yüksek kazınmış yapıların çözünürlük ve ekiBelirli görünür özelliklere etiketler hasta veya öğrenci eğitimi için bu modellerin kullanımını kolaylaştırmak. Buna ek olarak, bu yöntem bir numune içindeki nedenleri ve hastalık durumlarının yönlerini belirlemek ve gözlemleme olanağı sunar. Kırık bilek Şekil 2'de belirtildiği gibi Örneğin, bir kemik kırığı sınıflandırılması ve konumu, hastalık durumları ve diğer fiziksel belirgin işaretler ve / veya hasta semptomlarının ilişkisinin daha kapsamlı bir anlayış sağlar.

3D kristal oyma yoluyla, klinik öncesi ve klinik BT veri setleri kristaller içinde yazılı fiziksel yapıları olarak temsil edildi. Klinik BT görüntüleri klinik radyolojik kaynaklardan toplanan iken Preklinik BT veri, bir microCT tarayıcı kullanılarak elde edilmiştir. fazla işlem öncesinde klinik görüntüleme verileri görüntüleme yazılımı aracılığıyla sıkıştırılmış DICOM dosyalarına dönüştürülür. Daha sonraki yazılım programları yüzey haritaları içine yeniden DICOM dosyalarını dönüştürmek. Bu yüzey haritaları ve etiketler ve ölçek çubukları anatomik üretimi Modifikasyonu veri hazırlama yazılımı ve bilgisayar destekli tasarım (CAD) ile gerçekleştirilir. Tamamlanan STL dosyaları azaltılmış ve dosyaları SCAX dönüştürülür. kristal boyutu ve lazer gücü ayarlandıktan sonra, dosyalar kristal serbest biçimli anatomik yapıları oluşturan bir 3D lazer oyma makinesi tarafından okunur.

Yukarıda tarif edilen işlem, çeşitli klinik ve klinik öncesi veri setleri için uygulanabilir. BT veri kümeleri bu projede uygulanmıştır da, diğer görüntüleme yöntemlerinde elde edilen veriler 3D ultrason (US), Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) ve Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) gibi, kristal görülebilmesi mümkündür. Aynı zamanda, diğer insan anatomik yapılar ve biyolojik örnekler görüntülenmiş ve bu ortamda temsil edilebilir. Bununla birlikte, önceden tespit edilmiş bir boyutta ve yapılarda gelen kristaller kesilmiş veya uygun şekilde ölçeklendirilmiş gerekecektir. Inci maç için tavsiye edilirkristal büyüklüğü ile anatomik bölümün e geometrisi. Örneğin, bir bacak iyi uyan bir 5 cm x 5 cm x 8 cm, dikdörtgen bir katı (Şekil 4), bir ayak 8 cm küp (Şekil 3) için uygun iken. boyutu, yazı tipi ve metin kalınlığına değişiklikler CAD yazılımında yapılabilir. Ayrıca, açık bir şekilde başka yüzlere kristali döndürürken anatomi görüntüsünü engellemeden etiketleri okumak için bir ya da iki düzlemde etiketleri yerleştirmek en iyisidir.

Bir yüzey harita yüzlere sayısı ve kristal oyulmuş lazer her bir noktanın boyutu: anatomik veri SSLE gerçekleştirirken iki faktör dikkate alınmalıdır. Bu faktörler, gelen ışığı emer ve bu nedenle potansiyel olarak arttırmak veya belirli bir SSLE görselleştirme mani olan noktalarının sayısını ve büyüklüğünü etkiler. İlk olarak, 3D uzayda nokta sayısı ile doğru orantılıdır yüz sayısı,genel çözünürlük ve görüntülenen modelin "parlaklık / kontrast" hem etkileyecektir. Burada sunulan örneklerin her birinde, tamamlanmış STL dosyası boyutu ne olursa olsun ya da büyütme, elde edilen kristal ürün belirgin bir bozulma olmadan 100.000 yüzleri indirgendi. Genel parlaklık / kontrast bu yaklaşımı kullanarak da kabul edilebilir. 100.000 değer yazılım ve donanım taşırmak için değil olarak kullanılan gravür için güvenli aralığıdır. Ancak, bazı durumlarda, ek yüzleri düzgün Belirli bir veri kümesini görüntülemek için gerekli olabilir ve başarıyla tamamlandı kadar bu dosyalar deneysel olarak kabul edilebilir. Buna ek olarak, kristal halinde "yanık" olan her bir noktanın boyutu gerilim üzerinden ayarlanmış olabilir ve gravür "yoğunluk" girdi değerleri ile parlaklık kontrastı arttırmak için. Mevcut durumda, gerilim varsayılan değerleri: 8.5 ve yoğunluk: 0,2 seçildi. bu değerler bir başlangıç ​​noktası temsil ederken, onlar değişmiş olabilirGerektiğinde deneme yanılma moda veri görselleştirme geliştirmek.

klinik öncesi ve klinik görüntüleme verilerinin görüntülenmesi için 3D kristal oyma kullanan avantajları vardır. 3D baskılı yapılar bunların büyüklüğü ve karmaşıklığı 16, 20, 22 bağlı olarak, bir kaç saat gerekebilir ise Kristaller tipik olarak, 30 dakikadan daha kısa bir üretilir. Lazer gravür ek malzeme 16 ile doğruluğu azaltmadan anatomisinin karmaşık ya da asılı özellikleri üretimini kolaylaştıran destek kullanılmadan süspansiyon yapıları temsil etmek için kullanılabilir. 800-1,200 DPI çözünürlük ve 10 um'den daha küçük bir hassasiyetle, bu modeller yakın tıbbi verilerin 24 benzemektedir. profesyonel düzeyde 3D yazıcılar Z'de benzer XY kabaca 600 DPI çözünürlük ve 1600 DPI sahip olsa da, genel olarak daha az ac vardırpapaz (20-200 um) 17, 19, 20 (Tablo 1).

3D kristal oyma güçlü bir potansiyele sahiptir ancak birkaç alanda sınırlıdır. veri kristal içine oyulmuş olduğu için, kullanıcılar anatomik parçalarla bir dokunma deneyimi olamaz. Için ölçekli temsilleri verileri tipik olarak kristaller sığacak şekilde küçültülmesini olarak üretilmesi zordur. Bundan başka, lazer için en az düzeyde kontrast gri tonlama olarak oyma olabilir. yapısının yoğunluğu da verilerin işlenmesi için lazer kabiliyetiyle sınırlıdır. Kristallerin toplam stabilite birkaç yıl boyunca potansiyel kullanımı için bir avantaj olduğunu, ancak katı cam sert yüzeyler (Tablo 1) üzerinde bırakarak dayanabilir olmayabilir.

Bu kısıtlamalara rağmen, 3D kristal oyma biyomedikal veri görselleştirme için bir araç olarak önemli bir değer tutar. başlarkenmateryal ve destek 3D yazıcılarla dikkate alınması gereken, bu yönler lazer oyma için dikkat edilmesi gerekmez. İnsan ayağının gibi daha karmaşık parçaları, bunun sonucunda da temsil edilebilir. biraz daha karmaşık yapılar üretim süresi arttıkça, hiç bir ilave malzeme gereklidir ve modelin maliyeti aynı kalır. Bir nokta ile nokta bir şekilde cam yakmak için lazerin kabiliyeti, Şekil 2'de kırık yarıçap de belirtildiği gibi, biyomedikal veri ince detayları göstermek olan tanımlı yapıları üretmektedir. Ayrıca, kristallerin içindeki bu yapıların yerleşimi dışında hasara karşı dirençli hale getirir. Birçok 3D baskı platformlarında kullanılan katı plastik farklı olarak, şeffaf cam yüzeyler iç yapıları basit bir şekilde gözlemlenmesini sağlar. 3D kristal oyma en güçlü araçlarından biri bireysel parçaları etiketlemek ve aynı zamanda boyut referans için bir ölçek çubuğu eklemek kabiliyetidir. BuHer seviyeden öğrenciler anatomi öğrenmek ve bir modelde, klinik veriler, biyolojik ve tıp eğitiminin iki değerli bileşenleri ile etkileşime girebilir olarak teknik kristalleri önemli eğitim değeri ekler. açıların çeşitli bir el ve görünümü yapılarının avuç içinde onları tutmak için yeteneği ile birleştiğinde, etiketleme büyük ölçüde bu modellerin eğitim değeri artırır. Sonuç olarak, 3D kazınmış kristaller anatomi derslerinde kullanılmak üzere geniş uygulanabilirliği, klinik uygulama ve genel eğitim var.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Biz bu projenin mali destek için Bilim Yaz Lisans Araştırma Bursu (SURF) Koleji teşekkür ederim. Yazarlar ayrıca, bu çalışmada kullanılan (yukarıda ayrıntıları) kemik örnekleri sağlamak için, Prof. Glen Niebur, Notre Dame Üniversitesi teşekkür ederim.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D Laser Engraving Machine Wuhan Synpny Laser Co., Ltd. STNP-801AB4 3D Laser Engraver
3D Slicer Slicer Version 4.3.1 Surface Map Generator Program
Albira micro CT Bruker Corporation Alternatively, a PET/SPECT/CT scanner can be utilized
Autodesk Inventor Professional 2013 Autodesk, Inc. 64bit edition, 2013 RTM, Build 138 CAD program
Clinical CT data sets Saint Joseph Regional Medical Center
MeshLab Institute of the National Research Council of Italy (ISTI-CNR) Volume 1.3.4 BETA 3D Mesh Processing Program
Netfabb Studio Basic netfabb GmbH Version 4.9.0 3D Data Prepartion Software
Netfabb Studio Professional netfabb GmbH Version 5.2.1 64bit 3D Data Prepartion Software-Professional
OsiriX Lite Imaging Software Pixmeo Version 7.0.3 DICOM Imaging Software
PMOD PMOD Technologies LLC Version 3.306 Image Processing Software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Edelman, R., Warach, S. Magnetic Resonance Imaging. N. Engl. J. Med. 328, (10), 708-716 (1993).
  2. Momose, A., Takeda, T., Itai, Y., Hirano, K. Phase-contrast X-ray computed tomography for observing biological soft tissues. Nat. Med. 2, (4), 473-475 (1996).
  3. Paulus, M., Gleason, S., Kennel, S., Hunsicker, P., Johnson, D. High Resolution X-ray Computed Tomography: An Emerging Tool for Small Animal Cancer Research. Neoplasia. 2, (1), 62-70 (2000).
  4. Robb, R. 3D visualization in biomedical applications. Annu. Rev. Biomed. Eng. 1, (1), 377-399 (1999).
  5. Hsieh, J. Chapter 12, Section 1, Advanced CT Applications. Computed Tomography: Principles, Design, Artifacts, and Recent Advances. 2nd ed, (2009).
  6. Robb, R. The biomedical imaging resource at Mayo Clinic. IEEE Trans. Med. Imaging. 20, (9), 854-867 (2001).
  7. Davison, C., et al. Multimodal Optical, X-Ray CT, and SPECT Imaging of a Mouse Model of Breast Cancer Lung Metastasis. Curr. Mol. Med. 13, (3), 368-376 (2013).
  8. Digital Morphology. Available from: http://www.digimorph.org (2016).
  9. Preece, D., Williams, S., Lam, R., Weller, R. "Let's Get Physical": Advantages of a physical model over 3D computer models and textbooks in learning imaging anatomy. Anat. Sci. Educ. 6, (4), 216-224 (2013).
  10. Torres, K., Staskiewicz, G., Sniezynski, M., Drop, A., Maciejewski, R. Application of rapid prototyping techniques for modelling of anatomical structures in medical training and education. Folia Morphol. 70, (1), 1-4 (2011).
  11. Camaros, E., Sanchez-Hernandez, C., Rivals, F. Make it clear: molds, transparent casts and lightning techniques for stereomicroscopic analysis of taphonomic modifications on bone surfaces. J. Anthropol. Sci. 94, 223-230 (2016).
  12. Rengier, F., et al. 3D Printing based on imaging data: review of medical applications. Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 5, (4), 335-341 (2010).
  13. Esses, S., Berman, P., Bloom, A., Sosna, J. Clinical Applications of Physical 3D Models Derived From MDCT Data and Created by Rapid Prototyping. AJR Am. J. Roentgenol. 196, (6), W683-W688 (2011).
  14. Canessa, E., Fonda, C., Zennaro, M. Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development. Low-Cost 3D Printing. (2013).
  15. Schelly, C., Anzalone, G., Wijnen, B., Pearce, J. Open-source 3-D printing technologies for education: Bringing additive manufacturing to the classroom. J. Vis. Lang. Comput. 28, 226-237 (2015).
  16. Bourke, P. Scientific Data Visualization Using Techniques Normally Reserved for more Frivolous Activities. GTSF Int. J. Comput. 4, (3), 35-41 (2015).
  17. Hardware Highlight: Stratasys Objet500 Connex. Intellectual Ventures Laboratory. Available from: http://www.intellectualventureslab.com/invent/hardware-highlight-3d-printer (2016).
  18. Stratasys Production Series. Stratays. Available from: http://www.stratasys.com/3d-printers/production-series (2016).
  19. Products Overview. MakerBot. Available from: http://store.makerbot.com/printers (2016).
  20. Evans, B. A World of 3D Printers. Practical 3D Printers: The Science and Art of 3D Printing. Apress. New York, NY. (2012).
  21. J750 Stratasys-3D printer. Aniwaa. Available from: http://www.aniwaa.com/product/3d-printers/stratasys-j750 (2016).
  22. Berman, B. 3-D printing: The new industrial revolution. Bus. Horizons. 55, 155-162 (2012).
  23. Image Transfer Laser Engraving. United States Patent. Macken, J., Palanos, P. 4,156,124 (1979).
  24. 3D Laser Engraving Machine STNDP-801AB4 . STN. Available from: http://www.stnlaser.com/products/3d-laser-engraving-machine-stndp-801ab4.html (2016).
  25. National Biomedical Imaging Archive. Available from: https://imaging.nci.nih.gov/ncia/login.jsf (2016).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics