Mit modernen Kunststoff-Extrusions-und Drucktechnologien, ist es nun möglich, schnell und kostengünstig zu produzieren physikalische Modelle von X-ray CT-Daten in einem Labor entnommen. Das dreidimensionale Drucken von tomographischen Daten ist eine leistungsfähige Visualisierungs-, Forschungs-und Bildungs-Tool, das jetzt von der präklinischen Bildgebung Gemeinschaft zugegriffen werden kann.
Three-Dimensional Printing ermöglicht die Herstellung von sehr detaillierten Objekten durch einen Prozess als additive Fertigung bekannt. Traditional, Schimmel-Injektionsverfahren, Modelle oder Teile erstellen haben mehrere Einschränkungen, ist die wichtigste von denen eine Schwierigkeit, hochkomplexe Produkte in einer zeitnahen, kostengünstigen Art und Weise. 1 jedoch schrittweise Verbesserungen im dreidimensionalen Drucktechnik geführt haben in beiden High-End und Wirtschaft Instrumente, die jetzt verfügbar sind für die einfache Produktion von kundenspezifischen Modellen. 2 Diese Drucker haben die Fähigkeit zu extrudieren hochauflösende Objekte detailliert genug, um genau in vivo Bilder von einer präklinischen Röntgen-CT-Scanner erzeugt stellen . Mit der richtigen Datenerfassung, Oberflächen-Rendering, und Stereolithografie Bearbeitung, ist es nun möglich und kostengünstig zu schnell produzieren detaillierte Skelett und Weichteilen Strukturen von X-ray CT-Daten. Selbst in den frühen Stadien der Entwicklungment, die anatomischen Modelle von dreidimensionalen Druckverfahren Appell an beide Pädagogen und Forscher, die die Technologie nutzen können, um Visualisierung Kenntnisse zu verbessern produziert. 3, 4 Die wirklichen Vorteile dieser Methode ergeben sich aus der konkreten Erfahrung der Forscher können mit Daten, die nicht können adäquat durch einen Computerbildschirm befördert. Die Übersetzung der prä-klinischen 3D-Daten zu einem physischen Objekt, das eine exakte Kopie der Versuchsperson ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Visualisierung und Kommunikation, insbesondere für im Zusammenhang Imaging Research für Studenten, oder solche in anderen Bereichen. Hier stellen wir eine detaillierte Verfahren zum Bedrucken von Kunststoff-Modelle von Knochen und Orgel Strukturen von X-ray CT abgeleitet scannt Verwendung eines Albira Röntgen-CT-System in Verbindung mit PMOD, ImageJ, meshlab, netfabb und ReplicatorG Software-Pakete.
X-ray CT-Datensätze eines lebenden Lobund-Wistar Ratte und eine Ex-vivo New Zealand White Rabbit Schädel wurden genutzt, um die Machbarkeit der 3D-Objekt Produktion von präklinischen biologischen Daten demonstrieren. Models generiert wurden mit drei unterschiedlichen Quellen: 1) Die beliebte MakerBot Replicator, 2) Die Drittfirma Shapeways Inc, und 3) die hochwertigen kommerziellen ProJet HD 3000. Jeder Drucker konnte Objekten, die das Prinzip Ziel einer verstärkten Datenvisualisierung zufrieden zu generieren.
Während der Prozess des Druckens präklinische CT-Daten wurden die Vor-und Nachteile der einzelnen Verfahren zum Drucken ermittelt und zusammengefasst für den Endanwender. Der MakerBot Replicator ist eine kostengünstige ($ 1.750) bench top Lösung, die für praktisch jedes Labor rund um den Globus. Es kann in mehreren Farben mit preiswerten Eingänge (a rat CT mit Lungen etwa $ 3,50 in Kunststoff) zu drucken. Allerdings ist die Makerbot durch Beschluss beschränkt,und damit einige Modelle müssen für die ordnungsgemäße Extrusion und Visualisierung der vorgesehene Aufbau vergrößert werden. Shapeways Inc. bietet eine hervorragende Reihe von Auswahlmöglichkeiten in Bezug auf Farbe und Material. Die Modelle sind hochauflösende und robust. Während die Preise etwa 10-fach höher als die MakerBot auf einer pro Einheit (a rat CT mit Lungen war $ 41,61) sind, kann ein Benutzer ausführen eine begrenzte Anzahl von Arbeitsplätzen und vermeiden Sie die Kosten im Voraus für den Kauf eines Druckers. Die Zwei-Wochen Vorlaufzeit von Shapeways ist ein kleiner Nachteil. Die ProJet HD 3000 vorgesehen herausragende Modelle in Bezug auf Auflösung und Kraft. Wir hatten das Glück, den Druck von unseren Objekten auf dem ProJet HD 3000 bei Innovation Park in Notre Dame (ca. $ 30 für eine Ratte CT mit Lungen für Arbeit und Material) zusammenziehen. Benutzer können Schwierigkeiten haben, Zugang zu dieser Art von Geräten, wie sie im Bereich von $ 80.000 sind preislich, und es ist mühsam, mit mehreren Farben sowie zu drucken. Da jedes Instrument / Herstellerbietet eine andere Metrik, um die Auflösung für Objekt-Druck (Shapeways Mindestmaß an detail = 0,2 mm, minimale Wandstärke = 0,7 mm, 5 MakerBot Schichtdicke = 0,2-0,3 mm mit einer 0,4 mm Düse, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 beschreiben x 656 x 800 mit einer Genauigkeit von 0,025-0,05 mm), deutet auf eine qualitative Beurteilung der relativen Auflösungen zwischen jedem System, dass beide Shapeways und die ProJet HD-System kann in hohen Details maßstabsgetreu drucken, während einige Objekte für den erfolgreichen Einsatz vergrößert werden muss Die MakerBot. Gemeinsam sind alle drei Methoden umweltfreundlich und bieten ein bequemes Mittel, um einfache Produktion von hoch detaillierte präklinischen Röntgen-CT-Modelle erreichen.
Abschluss
Allmählich hat sich die Technik des 3D-Drucks leichter zugänglich geworden, da beide die Kosten und Komplexität minimiert wurden. 8, 9 Nun, buchstäblich jeder kann hochauflösende, dreidimensionale Objekte aus dig druckenital-Dateien. Diese detaillierte dreidimensionale Objekte können nützliche Werkzeuge für beide Pädagogen und Forscher gleichermaßen. Darüber hinaus bieten sie ein Mittel der visuellen Kommunikation, die zur Erreichung eines besseren Verständnis hilft. 10 Zum Beispiel, Mediziner können Muster oder Patienten-spezifische Modelle zu verwenden, um sowohl die Kommunikation und das Verständnis mit ihren Kollegen und Patienten zu verbessern. 11 Obwohl Darstellung auf 2D-Bildschirmen hat einen langen Weg zurückgelegt, es gibt absolut keinen Ersatz für die visuelle und sensorische Erfahrungen mit einem realen Objekt, das in der Lage gehalten, gedreht, untersucht und bewegt ist. Ein Modell mit einem elektronischen Darstellung der Daten gepaart ist noch leistungsfähiger, da es Forschern, die physikalischen Objekt für die Regionen von Interesse zu untersuchen, und die Bereiche auf einem Computer-Modell für weitere quantitative Analyse finden können. Mit der richtigen Datenerfassung, Oberflächen-Rendering, und Stereolithografie Bearbeitung, ist es möglich, schnell zu produzieren detaillierte, relatiVely preiswerte Modelle von X-ray CT-Daten. Hier stellen wir eine detaillierte, schrittweise Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells aus vorklinischen Kleintier Daten mit einer Röntgen-Mikro-CT gesammelt. Akquirierten unsere in vivo und ex vivo-CT-Daten unter Verwendung eines Albira Bildstation, und die nachfolgende Verarbeitung durchgeführt mit PMOD, ImageJ, meshlab und netfabb Softwarepakete. Schließlich bieten wir detaillierte Anweisungen zur dreidimensionalen Modells Bedrucken mit einer Reihe von kommerziellen Lösungen ermöglichen. In jedem Fall ist das Endergebnis ein Modell, das eine einzigartige, handgehaltenen, physische Manifestation der akquirierten tomographischen Daten, die normalerweise an einem Computer-Bildschirm beschränkt wäre bereitstellt.
The authors have nothing to disclose.
Wir bedanken uns herzlich die Nanovic Institute for European Studies, der Glynn Familie Honors Program, Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) und Carestream Health für die finanzielle Unterstützung für dieses Projekt. Forschung auf Kaninchen kranialen Entwicklung von NSF BCS-1029149 zu MJR unterstützt.
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