Impresión 3D de Preclínica de rayos X de datos tomografía computarizada Establece
Summary
Uso de extrusión de plástico moderno y tecnologías de impresión, es posible ahora producir rápida y económicamente los modelos físicos de datos de rayos X CT tomadas en un laboratorio. La impresión tridimensional de tomográfica de datos es una visualización de gran alcance, la investigación, y una herramienta educativa que ahora se puede acceder por la comunidad de imagenología preclínica.
Abstract
La impresión tridimensional permite la producción de objetos muy detallados a través de un proceso conocido como la fabricación aditiva. Tradicionales, inyección de moldes métodos para crear modelos o partes tienen varias limitaciones, la más importante de las cuales es una dificultad en la fabricación de productos de alta complejidad en forma oportuna, costo-efectiva. 1 Sin embargo, las mejoras graduales en la tecnología de impresión en tres dimensiones han resultado en ambos instrumentos de gama alta y la economía que ahora están disponibles para la fácil producción de modelos personalizados. 2 Estas impresoras tienen la capacidad de extrusión de objetos de alta resolución con detalles suficientes para representar con precisión imágenes in vivo generados a partir de un preclínica escáner de rayos X CT . Con la recogida de datos adecuada, interpretación de superficie, y la edición de estereolitografía, ahora es posible y barato de producir rápidamente detalladas estructuras de tejidos blandos y óseos a partir de datos de rayos X de CT. Incluso en las primeras etapas de desarrolloción, los modelos anatómicos producidos por la apelación de la impresión en tres dimensiones a los educadores e investigadores que pueden utilizar la tecnología para mejorar el dominio de visualización. 3, 4 Los beneficios reales de este resultado del método de la experiencia tangible de un investigador puede tener con datos que no pueden ser expresadas adecuadamente a través de una pantalla de ordenador. La traducción de los datos preclínicos 3D a un objeto físico que es una copia exacta del objeto de la prueba es una poderosa herramienta para la visualización y la comunicación, especialmente en relación a la investigación de imágenes para los estudiantes, o los de otros campos. A continuación, se proporciona un método detallado para la impresión de los modelos de plástico de hueso y estructuras de los órganos derivados de CT de rayos X escanea utilizando un Albira sistema de rayos X CT en conjunto con PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb y ReplicatorG paquetes de software.
Protocol
Representative Results
Discussion
CT de rayos X conjuntos de datos de la vida Lobund-rata Wistar y un ex vivo Nueva Zelanda cráneo conejo blanco se utilizaron para demostrar la viabilidad de la producción de objetos en 3D a partir de los datos preclínicos biológicos. Los modelos fueron generados utilizando tres fuentes distintas: 1) El popular Replicator Makerbot, 2) La tercera parte de la empresa Shapeways Inc, y 3) La alta calidad comercial ProJet HD 3000. Cada impresora es capaz de generar objetos que satisfacen el principio objetivo de la visualización de datos mejorada.
Durante el proceso de impresión de los datos preclínicos CT, las ventajas y desventajas de cada método de impresión se determinaron y se resumen para el usuario final. El replicador de MakerBot es un barato ($ 1.750) solución mesa de trabajo que se puede acceder a prácticamente cualquier laboratorio en todo el mundo. Se puede imprimir en varios colores con entradas de bajo costo (un CT rata con pulmones que se utiliza alrededor de $ 3,50 en plástico). Sin embargo, la Makerbot está limitada por la resolución,y por lo tanto algunos modelos tendrán que ser ampliada para extrusión adecuada y la visualización de la estructura que se desea. Shapeways Inc. ofrece un destacado número de opciones en cuanto a color y material. Los modelos son de alta resolución, y robusto. Aunque sus precios son aproximadamente 10 veces más alta que la MakerBot sobre una base unitaria (un CT rata con pulmones era $ 41.61), un usuario puede ejecutar un número limitado de puestos de trabajo y evitar el costo inicial de la compra de una impresora. El plazo de ejecución de dos semanas a partir de Shapeways es un inconveniente menor. El ProJet HD 3000 proporcionan modelos excelentes en términos de resolución y la fuerza. Tuvimos la suerte de contratar la impresión de los objetos en el 3000 ProJet HD en Parque de Innovación de Notre Dame (alrededor de $ 30 por una rata CT con pulmones de mano de obra y materiales). Los usuarios pueden tener dificultades con el acceso a este tipo de equipos, ya que tienen un precio en el rango de $ 80.000, y es incómodo para la impresión con varios colores también. Dado que cada instrumento / fabricanteproporciona una métrica diferente para describir la resolución de impresión de objetos (nivel mínimo de detalle Shapeways = 0,2 mm, espesor mínimo de pared = 0,7 mm, grosor de corte 5 MakerBot = 0.2-0.3 mm con una boquilla de 0,4 mm, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 con una precisión de 0.025-0.05 mm), una evaluación cualitativa de resoluciones relativas entre cada sistema sugiere que ambos Shapeways y el sistema ProJet HD puede imprimir en gran detalle a escala, mientras que algunos de los objetos debe ser ampliada para el uso exitoso de el MakerBot. En conjunto, los tres métodos son el medio ambiente y proporcionar un medio conveniente para lograr la fácil producción de alto nivel de detalle pre-clínicos de rayos X modelos TC.
Conclusión
Poco a poco, la tecnología de impresión 3D se ha vuelto más accesible como los costos y la complejidad han sido minimizadas. 8, 9 Ahora, literalmente, cualquiera puede imprimir fotografías de alta resolución, los objetos tridimensionales de excavaciónarchivos Ital. Estos detallados objetos tridimensionales pueden ser herramientas útiles para los educadores e investigadores. Además, proporcionan un medio de comunicación visual que ayuda a lograr una comprensión más clara. 10 Por ejemplo, los investigadores médicos pueden usar muestras o modelos específicos del paciente para mejorar la comunicación y comprensión con sus colegas y pacientes. 11 Aunque la representación en las pantallas 2D tiene recorrido un largo camino, no hay absolutamente ningún sustituto para la experiencia visual y sensorial de la celebración de un objeto real que es capaz de ser celebrada, rotar, examinó y se movía alrededor. Un modelo se combina con una representación electrónica de datos es aún más potente, ya que permite a los investigadores examinar el objeto físico de las regiones de interés, y para encontrar las áreas en un modelo informático para el análisis cuantitativo. Con la recogida de datos adecuada, interpretación de superficie, y la edición de estereolitografía, es posible producir rápidamente relati detallada,Vely modelos de bajo costo de datos de rayos X TC. Aquí, proporcionamos un paso detallada, paso el método para la producción de un modelo tridimensional a partir de datos pre-clínicos de pequeños animales recogidos con una radiografía micro-CT. Adquirimos nuestra in vivo y ex vivo CT conjuntos de datos utilizando una estación de imagen Albira, y realiza el procesamiento posterior con PMOD, ImageJ, Meshlab y paquetes de software Netfabb. Finalmente, se proporcionan instrucciones detalladas para permitir la impresión tridimensional modelo con una gama de soluciones comerciales. En cada caso, el resultado final es un modelo que proporciona una única, de mano, manifestación física de los datos adquiridos en tomográficas que normalmente se limita a una pantalla de ordenador.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Damos las gracias a la Nanovic Instituto de Estudios Europeos, el Programa de Honores de la familia Glynn, Notre Dame Integrated Facility Imaging (NDIIF) y Carestream Health para el apoyo financiero para este proyecto. La investigación sobre el desarrollo del cráneo del conejo con el apoyo de NSF BCS-1029149 a MJR.
Materials
Required Programs
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