הדפסת 3D של Preclinical רנטגן הממוחשבים טומוגרפית נתוני סטים
Summary
באמצעות הבלטת פלסטיק מודרנית וטכנולוגיות דפוס, ניתן כיום לייצר מודלים פיסיים של נתוני CT רנטגן שנעשו במעבדה במהירות ובזולה. ההדפסה תלת הממדית של טומוגרפית נתוני הדמיה חזקה, מחקר, וכלי חינוכי שכעת ניתן לגשת על ידי קהילת ההדמיה פרה.
Abstract
הדפסה תלת ממדית מאפשרת ייצור של אובייקטים מפורטים מאוד באמצעות תהליך המכונה ייצור כתוסף. שיטות מסורתיות, עובש הזרקה כדי ליצור מודלים או חלקים יש מספר מגבלות, החשובה שבן היא קושי בייצור מוצרים מורכבים ביותר מבעוד המועד, יעיל וחסכוני. 1 עם זאת, שיפורים הדרגתיים בטכנולוגיית הדפסה תלת ממדים גרמו בשני מכשירי קצה גבוה וכלכלה שזמינים כעת לייצור הקליל של דגמים מותאמים אישית. 2 מדפסות אלה יש את היכולת לאובייקטי extrude ברזולוציה גבוהה עם פירוט מספיק כדי לייצג במדויק בתמונות המופקות מvivo קליני רנטגן CT סורק . עם אוסף נתונים נכונים, עיבוד פני שטח, ועריכת stereolithographic, עכשיו זה אפשרי וזול כדי לייצר במהירות מבני רקמות שלד ורכים מפורטים מנתוני רנטגן CT. אפילו בשלבים המוקדמים של פיתוחment, מודלים אנטומיים המיוצרים על ידי ערעור הדפסה תלת ממדי לשני אנשי החינוך וחוקרים שיכולים לנצל את הטכנולוגיה כדי לשפר את מיומנות הדמיה. 3, 4 היתרונות האמיתיים של תוצאה בשיטה זו מהניסיון המוחשי חוקר יכול להיות עם נתונים שלא ניתן העביר כראוי דרך מסך מחשב. התרגום של נתוני 3D טרום קליניים לאובייקט פיזי שהוא העתק מדויק של נושא המבחן הוא כלי רב עצמה להדמיה ותקשורת, הנוגע במיוחד למחקר הדמיה לסטודנטים, או אלו בתחומים אחרים. כאן, אנו מספקים שיטה מפורטת להדפסת דגמי פלסטיק של עצם ומבני איברים שמקורם רנטגן סריקות CT ניצול מערכת Albira רנטגן CT בשיתוף עם PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb, וReplicatorG חבילות תוכנה.
Protocol
Representative Results
Discussion
רנטגן CT ערכות נתונים של חולדת חית Lobund-Wistar וגולגולת vivo לשעבר ניו זילנד ארנב לבנה נוצלו כדי להוכיח את ההיתכנות של ייצור האובייקט 3D מנתונים ביולוגיים קדם קליניים. מודלים נוצרו באמצעות שלושה מקורות שונים: 1) המשכפל הפופולרי Makerbot, 2) הצד השלישית חברת Shapeways Inc, ו3) המסחרי ProJet HD בדרגה גבוהה 3000. כל מדפסת הייתה מסוגלת ליצור אובייקטים שמרוצים מטרת עיקרון יזואליזציה נתונים משופר.
במהלך התהליך של הדפסת נתוני CT טרום קליניים, את היתרונות וחסרונות של כל שיטה של הדפסה היו וידאו וסכמו למשתמש הקצה. משכפל MakerBot הוא (1,750 דולרים) למעלה פתרון ספסל זול שיהיה נגיש כמעט לכל מעבדה ברחבי העולם. זה יכול להדפיס במספר צבעים עם תשומות זולות (CT עכברוש עם ריאות בשימוש על 3.50 דולרים בפלסטיק). עם זאת, Makerbot מוגבל בהחלטה,ולכן בחלק מהדגמים יהיו חייבים להיות מוגדלים שחול והדמיה של מבנה מיועד נאותים. Shapeways Inc מספקת מספר יוצא דופן של בחירות בנוגע לצבע וחומר. המודלים הם ברזולוציה גבוהה ויציבה. אמנם המחירים שלהם הם כ 10-גבוה פי יותר מMakerBot על בסיס יחידה ל( CT עכברוש עם ריאות היה 41.61 $), משתמש יכול לבצע מספר מוגבל של מקומות עבודה ולמנוע את עלות רכישה מראש של מדפסת. הזמן להוביל של השבועות מShapeways הוא חסרון קטין. ProJet HD 3000 ספקו דגמים מצטיינים במונחים של רזולוציה וכוח. היינו ברי מזל מספיק כדי להידבק בהדפסה של האובייקטים שלנו בProJet HD 3000 בפרק החדשנות בנוטרה דאם (כ 30 $ לCT עכברוש עם ריאות לעבודה וחומרים). משתמשים עלולים לסבול מקשיים בגישה לסוג זה של ציוד כפי שהם מתומחרים בטווח של 80,000 $, וזה מסורבל להדפיס עם צבעים מרובים גם כן. מאחר וכל מכשיר / יצרןמספק מדד שונה כדי לתאר את הרזולוציה להדפסת אובייקט (רמת Shapeways המינימאלי של פירוט = 0.2 מ"מ, עובי דופן מינימאלי = 0.7 מ"מ, עובי 5 MakerBot פרוסה = 0.2-0.3 מ"מ עם זרבובית מ"מ 0.4, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 עם דיוק של 0.025-0.05 מ"מ), הערכה איכותית של החלטות יחסיות בין כל מערכת מציעה ששני Shapeways ומערכת HD ProJet יכולים להדפיס בפירוט גבוה למשקל, בעוד יש להגדיל כמה חפצים לשימוש מוצלח של MakerBot. באופן קולקטיבי, את כל שלוש השיטות ידידותיות לסביבה ולספק אמצעי נוח להשגת ייצור קליל של מודלים קדם קליניים מאוד מפורטים רנטגן CT.
מסקנה
בהדרגה, את הטכנולוגיה של הדפסת 3D הפכה לנגישה יותר כשני עלויות והמורכבות היו ממוזערות. 8, 9 עכשיו, פשוטו כמשמעו, מישהו יכול להדפיס ברזולוציה גבוהה, אובייקטים תלת מימדיים מהחפירותקבצי ITAL. אובייקטים תלת ממדיים מפורטים אלה יכולים להיות כלי שימושי עבור שני אנשי חינוך וחוקרים כאחד. יתר על כן, הם מספקים אמצעי לתקשורת החזותית המסייע בהשגת הבנה ברורה יותר. 10 לדוגמה, חוקרים רפואיים יכולים להשתמש בדגימה או מודלי מטופל ספציפיים כדי לשפר הוא את התקשורת והבנה עם העמיתים והמטופלים שלהם. למרות 11 ייצוג על מסכי 2D יש כברת דרך ארוכה, אין שום תחליף לחוויה ויזואלית וחושית של החזקת אובייקט ממשי כי הוא מסוגלת להיות מוחזק, לסובב, נבדק ועבר בסביבה. מודל יחד עם ייצוג נתונים אלקטרוני הוא אפילו יותר חזק כפי שהוא מאפשר לחוקרים לבחון את האובייקט הפיזי לאזורים של עניין, ולמצוא האזורים האלה במודל ממוחשב לניתוח כמותי נוספת. עם אוסף נתונים נכונים, עיבוד פני שטח, ועריכת stereolithographic, ניתן לייצר במהירות מפורט, relatively דגמים זולים מנתוני רנטגן CT. כאן, אנו מספקים, צעד מפורט על ידי שיטת צעד לייצור מודל תלת ממדי מנתוני חיות קטנים טרום קליניים שנאספו עם ה-X-CT מייקרו. אנו רכשנו in vivo ו vivo לשעבר CT ערכות נתונים באמצעות תחנת Albira תמונה, ובצענו עיבוד שלאחר מכן עם PMOD, ImageJ, Meshlab וחבילות תוכנת Netfabb. לבסוף, אנו מספקים הוראות מפורטות למאפשרות הדפסת מודל תלת ממדים עם מגוון של פתרונות מסחריים. בכל מקרה, התוצאה הסופית היא מודל שמספק ביטוי ייחודי, שנערך ביד, פיזי של הנתונים רכשו טומוגרפית שמצב רגיל היה מוגבל למסך מחשב.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו להודות בחום למכון ללימודים אירופיים NanoVic, בתכנית למצטייני משפחת גלין, מתקן נוטרדאם המשולב הדמיה (NDIIF) ושירותי בריאות Carestream לתמיכה כספית לפרויקט זה. מחקר על התפתחות גולגולת ארנב נתמך על ידי NSF BCS-1029149 לMJR.
Materials
Required Programs
|
References
- Kazmer, D. O., Speight, R. G. Polymer Injection Molding Technology for the Next Millennium. Journal of Injection Molding Technology. 1 (2), 81-90 (1997).
- Bradshaw, S., Bowyer, A., Haufe, P. The intellectual property implications of low-cost 3D printing. ScriptEd. 7 (1), 5-31 (2010).
- Partridge, R., Conlisk, N., Davies, J. A. In-lab three-dimensional printing: An inexpensive tool for experimentation and visualization for the field of organogenesis. Organogenesis. 8 (1), 1-6 (2012).
- Guillot, A., Champely, S., Batier, C., Thiriet, P., Collet, C. Relationship between spatial abilities, mental rotation and functional anatomy learning. Adv. Health Sci. Educ. Theory Pract. 12, 491-507 (2007).
- Cignoni, P., Scopigno, R. Sampled 3D models for CH applications: a viable and enabling new medium or just a technological exercise. Association for Computing Machinery Journal on Computing and Cultural. 1 (1), 1 (2008).
- Symes, M. D. Integrated 3D-printed reactionware for chemical synthesis and analysis. Nature Chemistry. 4, 349-354 (2012).
- Sheridan, D. M. Fabricating consent: three-dimensional objects as rhetorical compositions. Computers and Composition. 27, 249-265 (2010).
- Windisch, G., Salaberger, D., Rosmarin, W., Kastner, J., Exner, G. U., Haldi-Brandle, V., Anderhuber, F. A Model for Clubfood Based on Micro-CT. Data. J. Anat. 210, 761-766 (2007).
