位图打印允许直接制作用于医学图像的3D打印模型。这种方法允许以高分辨率3D打印包含逐渐变化的材料性质的软组织。这种技术的主要优点是能够复制软组织。
这为外科医生提供了对复杂手术中软组织变化的更大空间理解。首次尝试此方法时,建议与放射科医生密切合作,以确保成像足以进行3D。演示该程序的将是简·布鲁西洛夫斯基(Jane Brusilovsky),我实验室的研究生研究员。
演示打印的将是劳伦斯·史密斯(Lawrence Smith),他是来自CU Boulder Matter Assembly Computing Lab的博士候选人,通过打开医学图像计算软件开始数据输入。从下拉菜单中,单击文件按钮和 DICOM。当 DICOM 浏览器窗口打开时,选择导入并等待从目录导入 DICOM 文件弹出窗口出现。
然后导航到 DICOM 文件堆栈并单击导入。若要激活其他元数据,请选中"高级"复选框。然后选择所需的序列号并单击"检查"按钮。
确保所需序列未显示警告后,单击所需 DICOM 数据文件旁边的复选框并加载。将序列加载到医学图像计算软件后,浏览模块的下拉菜单,然后选择体积渲染模块。在模块中,从音量下拉菜单中选择序列的名称以激活图像堆栈并将数据转换为体素化卷。
确保活动模块的名称与之前选择的所需序列匹配。在音量下拉列表旁边,单击眼球图标以 3D 形式可视化所选体积。确保 3D 显示窗口处于打开状态,并且灰度 3D 制图表达可见。
接下来,单击高级选项卡旁边的箭头以打开高级工具,然后选择音量属性选项卡以打开用于修改体素模型颜色通道的控件集。导航到缩放器不透明度映射菜单,然后在字段中左键单击以创建强度值将由不透明度定义的点。然后沿比例放置点以可视化感兴趣的解剖结构,导航到缩放器颜色映射菜单,然后在字段中左键单击以创建点并指定与强度值相关的颜色。
在字段中双击以打开选择颜色窗口以修改信息中的颜色。展开模块选项卡以选择细分编辑器,在细分编辑器工具栏下,转到细分列以选择创建新细分,然后从重命名细分弹出窗口中键入细分的自定义名称并点击确定。从主卷下拉列表中,选择与卷渲染同名的活动卷。接下来,单击下拉列表正下方的添加按钮。
将在下面的字段中创建段容器。导航到效果工具面板,然后选择剪刀工具。在剪刀菜单中,按顺序选择、填充内部、自由格式和无限制选项卡。
接下来,将鼠标悬停在3D窗口上,右键单击并按住,同时在要擦除的区域周围绘制。一旦出现彩色色板,显示已覆盖的区域,请重复该过程,直到覆盖所有要删除的区域。在效果菜单中,转到蒙版体积,然后选择"内部"以删除片段覆盖的所有图像数据。
接下来,将填充值修改为负 1000。然后点击应用并单击输出音量旁边的眼球以显示新的蒙版音量。展开模块选项卡以选择"体积渲染",然后单击眼球以关闭可视化效果。
从下拉菜单中,选择新创建的蒙版宗卷,然后点按眼球以激活该宗卷。完成后,导航到输入菜单并打开属性下拉菜单。选择之前创建的卷属性。
观察 3D 视图中的体积是否蒙版并进行了颜色编码。从模块下拉列表中选择"切片器FAB"。在打印参数下,确认 X 分辨率为 600 DPI,Y 分辨率为 300 DPI,层厚度设置为 27 微米。
接下来,打开输出参数菜单以根据需要修改最终模型的比例。然后选择要保存的切片的文件位置并点击生成。对于抖动,请打开图像编辑软件,然后单击文件和打开选项卡。
然后导航到可以在上一步中创建的PNG文件堆栈的第一个图像,然后单击"打开"按钮。转到窗口按钮以选择"操作和新操作",然后在按"确定"之前输入自定义名称。"记录"按钮应保持活动状态并读取以记录操作。加载图像后,导航到"图像"、"模式"和"索引颜色"。
在索引窗口中,从下拉菜单"本地感知"中进行选择,并将颜色数指定为 8。在强制菜单中,选择"自定义",然后单击前两个方块以打开自定义颜色窗口,以选择 100% 洋红色的剪切调色板,并确保 C、Y 和 K 设置为零。从选项下拉菜单中,选择"遮罩"和"自定义"选项卡。
对于"抖动",选择"扩散",对于"数量",在单击 OK.To 停止录制之前选择 100%,导航到操作菜单并单击方形按钮,关闭活动窗口,然后在保存更改弹出窗口中单击"否"。完成后,转到"文件"、"自动",然后展开批处理窗口,通过单击操作选项卡选择在上一步中创建的操作。在源菜单下,单击"选择"按钮以转到导出图像的文件夹。
通过选择目标并选择,为新文件选择目标文件夹位置,然后单击 OK.In 打印软件,单击应用程序并启动体素打印实用程序。然后在切片文件前缀文本框中输入 PNG 文件堆栈的前缀,然后单击"选择"按钮导航到 PNG 文件堆栈所在的文件夹。完成后,点击确定。在切片范围上确认第一个切片和切片数与创建的文件夹中的文件数匹配后,请检查切片参数,例如切片厚度是否与之前指定的设置相匹配,并且切片宽度和高度是否与 PNG 文件的宽度和高度匹配。
在背景色下,确保背景与背景颜色匹配,并设置为不打印。完成后,单击"下一步"按钮。在工具页面上的材质映射上,从下拉菜单中选择要映射到从 PNG 文件派生的关联颜色的材质。
对菜单中的每种颜色重复该过程,然后单击"完成"和"确定"。在弹出窗口中的信息中,GCVF 创建成功。通过3D打印机软件处理所需的文件,然后检查文件的可打印性,然后再将其发送给3D打印机制造。3D打印机逐层制造模型,直到对象被填充。
打印机完成打印后,用刮刀将部件从打印床上取下。当3D打印机物体从打印机上脱落并带有一层支撑材料时,请用高功率水射流去除支撑材料,直到所有支撑物都被移除。完成后,打磨并抛光3D打印物体,直到清晰光滑。
代表性分析显示横断面肾脏模型和剖分心心模型的阳性结果。最终模型在大小、形状和颜色上与体积渲染在视觉上匹配。在某些情况下,与均匀缩放相关的问题可能会导致模型在一个方向上显示为拉伸。
此外,通过印刷模型的表面光散射问题导致从数字渲染到印刷模型的不忠实的颜色转换。不成功的模型显示了深入模型的开放空隙,导致光学失真。以最高的空间分辨率和最薄的切片高度使用各向同性图像至关重要。
这种方法为研究人员探索材料密度变化的应用铺平了道路,从而可以创建功能逼真的模型。