La stampa 3D di preclinica X-tomografia computerizzata a raggi Data Set
Summary
Utilizzo di estrusione di plastica e moderne tecnologie di stampa, è ora possibile produrre velocemente ea basso costo i modelli fisici di dati a raggi X CT prese in un laboratorio. Il tridimensionale stampa di tomografica dei dati è una visualizzazione potente, di ricerca e strumento didattico, che possono ora essere accessibili da parte della comunità di imaging preclinico.
Abstract
Tridimensionale permette la stampa per la produzione di oggetti altamente dettagliati attraverso un processo noto come produzione di additivi. Tradizionali, stampo iniezione metodi per creare modelli o parti hanno diverse limitazioni, il più importante dei quali è una difficoltà nella realizzazione di prodotti altamente complessi in modo tempestivo, economicamente efficace. 1 Tuttavia, il graduale miglioramento tridimensionale tecnologia di stampa hanno portato in entrambi gli strumenti di fascia alta e l'economia che sono ora disponibili per la produzione di modelli personalizzati facile. 2 Queste stampanti sono in grado di estrudere gli oggetti ad alta risoluzione con dettaglio sufficiente a rappresentare con precisione le immagini in vivo generate da un X-ray preclinica scanner CT . Con una corretta raccolta dei dati, il rendering di superficie, e la modifica stereolitografica, è ora possibile e poco costoso da produrre rapidamente dettagliate strutture di tessuto scheletrico e morbido da X-ray dati CT. Anche nelle prime fasi di sviluppozione, i modelli anatomici prodotti da tridimensionale appello di stampa sia per gli educatori e ricercatori che possono utilizzare la tecnologia per migliorare le competenze di visualizzazione. 3, 4 I vantaggi reali di questo risultato metodo dall'esperienza tangibile un ricercatore può avere con i dati che non possono essere adeguatamente convogliato attraverso un monitor. La traduzione di dati 3D pre-clinici a un oggetto fisico che è la copia esatta del soggetto del test è uno strumento potente per la visualizzazione e la comunicazione, in particolare per la ricerca di immagini relative a studenti, o quelli in altri campi. Qui, mettiamo a disposizione un metodo dettagliato per la stampa di modelli in plastica di strutture ossee e organi derivati da raggi X TAC utilizzano raggi X Albira sistema CT in collaborazione con PMOD, ImageJ, MeshLab, Netfabb e ReplicatorG pacchetti software.
Protocol
Representative Results
Discussion
X-ray CT set di dati di un topo vivo Lobund-Wistar e un ex vivo Nuova Zelanda cranio coniglio bianco sono state utilizzate per dimostrare la fattibilità della produzione di oggetti 3D da dati biologici pre-clinici. I modelli sono stati generati utilizzando tre fonti differenza: 1) Il popolare MakerBot Replicator, 2) La terza parte dell'azienda Shapeways Inc, e 3) L'alta qualità commerciale ProJet HD 3000. Ogni stampante è in grado di generare oggetti che soddisfatto l'obiettivo principio di una maggiore visualizzazione dei dati.
Durante il processo di stampa di dati pre-clinici CT, i vantaggi e gli svantaggi di ciascun metodo di stampa sono stati accertati e riassunti per l'utente finale. Il MakerBot Replicator è un poco costoso ($ 1.750) soluzione di banco che è accessibile a qualsiasi laboratorio di tutto il mondo. E 'in grado di stampare in diversi colori con ingressi a basso costo (una TAC ratto con i polmoni utilizzati circa $ 3,50 in plastica). Tuttavia, il MakerBot è limitato dalla risoluzione,e quindi alcuni modelli dovranno essere ingrandite per estrusione corretta e visualizzazione di struttura intesa. Shapeways Inc. fornisce un numero eccezionale di selezioni in materia di colore e materiale. I modelli sono ad alta risoluzione, e robusto. Anche se i loro prezzi sono di circa 10 volte superiore alla MakerBot su base unitaria (TA ratto con polmoni era 41,61 dollari), un utente può eseguire un numero limitato di posti di lavoro ed evitare il costo iniziale per l'acquisto di una stampante. Le due settimane di tempo di consegna da Shapeways è uno svantaggio minore. Il ProJet HD 3000 fornito modelli di punta in termini di risoluzione e la forza. Siamo stati fortunati a contrarre la stampa dei nostri oggetti in HD ProJet 3000 a Innovation Park a Notre Dame (circa $ 30 per un CT ratto con polmoni per manodopera e materiali). Gli utenti possono avere difficoltà con accesso a questo tipo di apparecchiature come espresso nella gamma di $ 80.000, ed è ingombrante per stampare con più colori pure. Dal momento che ogni strumento / produttorefornisce una metrica diversa per descrivere la risoluzione per la stampa di oggetti (livello minimo di dettaglio Shapeways = 0,2 mm, spessore minimo delle pareti = 0,7 mm, 5 spessore di strato MakerBot = 0,2-0,3 mm con un ugello di 0,4 mm, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 con una precisione di 0,025-0,05 mm), una valutazione qualitativa di risoluzioni relative tra ogni sistema suggerisce che entrambi Shapeways e il sistema ProJet HD in grado di stampare in alto dettaglio in scala, mentre alcuni oggetti devono essere ampliata per l'utilizzo con successo la MakerBot. Collettivamente, tutti e tre i metodi sono ecologici e fornire un mezzo conveniente per raggiungere la produzione facile di estremamente dettagliate pre-clinici raggi X modelli CT.
Conclusione
A poco a poco, la tecnologia di stampa 3D è diventata più accessibile come i costi e la complessità sono stati ridotti al minimo. 8, 9 Ora, letteralmente chiunque può stampare ad alta risoluzione, oggetti tridimensionali a partire da scavofile ital. Queste modalità di oggetti tridimensionali possono essere strumenti utili sia per gli educatori e ricercatori. Inoltre, forniscono un mezzo di comunicazione visivo che consente di raggiungere una comprensione più chiara. 10 Per esempio, i ricercatori medici possono utilizzare campioni o paziente-specifici modelli per migliorare la comunicazione e la comprensione con i loro colleghi e pazienti 11. Anche se la rappresentazione sugli schermi 2D ha percorso una lunga strada, non c'è assolutamente alcun sostituto per l'esperienza visiva e sensoriale del possesso di un oggetto reale che è in grado si terrà, ruotato, esaminato e spostati. Un modello accoppiato con una rappresentazione di dati elettronico è ancora più potente in quanto permette ai ricercatori di esaminare l'oggetto fisico per le regioni di interesse, e di trovare le aree su un modello al computer per ulteriori analisi quantitativa. Con un'adeguata raccolta di dati, il rendering di superficie, e la modifica stereolitografica, è possibile produrre rapidamente dettagliata, relatiVely modelli economici da X-ray dati CT. Qui, forniamo una dettagliata, passo dopo passo metodo per la produzione di un modello tridimensionale di dati pre-clinici per piccoli animali raccolti con una radiografia micro-CT. Abbiamo acquisito la nostra in vivo e ex vivo CT set di dati utilizzando una stazione immagine Albira, ed eseguito successiva lavorazione con PMOD, ImageJ, MeshLab e pacchetti software Netfabb. Infine, si forniscono le istruzioni dettagliate per consentire la stampa tridimensionale modello con una vasta gamma di soluzioni commerciali. In ogni caso, il risultato finale è un modello che fornisce un unico, portatile, manifestazione fisica dei dati acquisiti tomografici che normalmente si limita ad un monitor.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo calorosamente la Nanovic Istituto di studi europei, la famiglia Glynn Honors Program, Notre Dame Integrated Facility Imaging (NDIIF) e Carestream Health per il sostegno finanziario per questo progetto. La ricerca sullo sviluppo coniglio cranica supportato da NSF BCS-1029149 a MJR.
Materials
Required Programs
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