Der Bitmap-Druck ermöglicht die direkte Herstellung von 3D-gedruckten Modellen für medizinische Bilder. Mit dieser Methode kann das Weichgewebe, das allmählich variierende Materialeigenschaften enthält, in hoher Auflösung in 3D gedruckt werden. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Fähigkeit, das Weichgewebe zu replizieren.
Dies bietet Chirurgen ein besseres räumliches Verständnis der Variation im Weichgewebe bei komplexen Operationen. Wenn Sie diese Methode zum ersten Mal ausprobieren, wird empfohlen, eng mit dem Radiologen zusammenzuarbeiten, um sicherzustellen, dass die Bildgebung für 3D geeignet ist. Das Verfahren wird Jane Brusilovsky, eine Doktorandin aus meinem Labor, demonstrieren.
Lawrence Smith, ein Doktorand des Matter Assembly Computation Lab, CU Boulder Begin, wird den Druck demonstrieren, indem er die medizinische Bildberechnungssoftware öffnet. Klicken Sie im Dropdown-Menü auf die Schaltfläche Datei und DICOM. Wenn das DICOM-Browserfenster geöffnet wird, wählen Sie Importieren und warten Sie, bis das Popup-Fenster DICOM-Dateien aus Verzeichnis importieren angezeigt wird.
Navigieren Sie dann zum DICOM-Dateistapel und klicken Sie auf Importieren. Um zusätzliche Metadaten zu aktivieren, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Erweitert. Wählen Sie dann die gewünschte Seriennummer aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Untersuchen.
Wenn Sie sichergestellt haben, dass die gewünschte Sequenz keine Warnungen anzeigt, aktivieren Sie das Kontrollkästchen neben der gewünschten DICOM-Datendatei und laden Sie es. Sobald die Sequenz in die medizinische Bildbearbeitungssoftware geladen wurde, erkunden Sie das Dropdown-Menü des Moduls und wählen Sie Volume Rendering-Modul. Wählen Sie im Modul den Namen der Sequenz aus dem Volume-Dropdown-Menü aus, um den Bildstapel zu aktivieren und die Daten in ein voxelisiertes Volume zu übersetzen.
Stellen Sie sicher, dass der Name des aktiven Moduls mit der zuvor ausgewählten gewünschten Sequenz übereinstimmt. Klicken Sie neben dem Dropdown-Menü Lautstärke auf das Augapfelsymbol, um das ausgewählte Volumen in 3D zu visualisieren. Stellen Sie sicher, dass das 3D-Anzeigefenster geöffnet und eine Graustufen-3D-Darstellung sichtbar ist.
Klicken Sie anschließend auf den Pfeil neben der Registerkarte Erweitert, um die erweiterten Werkzeuge zu öffnen, und wählen Sie die Registerkarte Volume-Eigenschaft aus, um einen Satz von Steuerelementen zum Ändern des Farbkanals des Voxelmodells zu öffnen. Navigieren Sie zum Scaler-Deckkraft-Zuordnungsmenü und klicken Sie mit der linken Maustaste in das Feld, um Punkte zu erstellen, an denen die Intensitätswerte durch die Deckkraft definiert werden. Platzieren Sie dann Punkte entlang der Skala, um die Anatomie von Interesse zu visualisieren, navigieren Sie zum Scaler-Farbzuordnungsmenü und klicken Sie dann mit der linken Maustaste in das Feld, um Punkte zu erstellen und Farben anzugeben, die mit Intensitätswerten korrelieren.
Doppelklicken Sie in das Feld, um ein Fenster zum Auswählen der Farbe zu öffnen, in dem Sie die Farbe in den Informationen ändern können. Erweitern Sie die Registerkarte Module, um den Segment-Editor auszuwählen, wechseln Sie unter den Symbolleisten des Segment-Editors zur Segmentierungsspalte, um Neue Segmentierung erstellen als auszuwählen, geben Sie dann einen benutzerdefinierten Namen für die Segmentierung aus dem Popup-Fenster zum Umbenennen der Segmentierung ein und klicken Sie auf OK. Wählen Sie in der Dropdown-Liste des Master-Volumes das aktive Volume aus, das denselben Namen wie das Volume-Rendering hat. Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche Hinzufügen direkt unter dem Dropdown-Menü.
Der Segmentcontainer wird im Feld unten erstellt. Navigieren Sie zum Effektwerkzeugfenster und wählen Sie das Scherenwerkzeug aus. Wählen Sie im Scherenmenü auswählen, füllen Sie die Registerkarten aus, die Freiform und die unbegrenzten Registerkarten der Reihe nach.
Bewegen Sie als Nächstes den Mauszeiger über das 3D-Fenster und klicken Sie mit der rechten Maustaste und halten Sie ihn gedrückt, während Sie um den zu löschenden Bereich zeichnen. Sobald ein farbiges Farbfeld angezeigt wird, das anzeigt, welcher Bereich abgedeckt wurde, wiederholen Sie den Vorgang, bis alle zu löschenden Bereiche abgedeckt sind. Gehen Sie im Effektmenü zur Maskenlautstärke und wählen Sie innen aus, um alle Bilddaten zu löschen, die vom Segment abgedeckt werden.
Ändern Sie als Nächstes den Füllwert auf negativ 1000. Klicken Sie dann auf Anwenden und klicken Sie auf den Augapfel neben der Ausgabelautstärke, um die neue Maskenlautstärke anzuzeigen. Erweitern Sie die Registerkarte Module, um Volume Rendering auszuwählen, und klicken Sie auf den Augapfel, um die Visualisierung auszuschalten.
Wählen Sie im Dropdown-Menü das neu erstellte maskierte Volume aus und klicken Sie dann auf Augapfel, um das Volume zu aktivieren. Wenn Sie fertig sind, navigieren Sie zum Eingabemenü und öffnen Sie das Dropdown-Menü Eigenschaften. Wählen Sie die zuvor erstellte Volume-Eigenschaft aus.
Beachten Sie, dass das Volumen in der 3D-Ansicht maskiert und farbcodiert ist. Wählen Sie SlicerFAB aus der Dropdown-Liste des Moduls aus. Vergewissern Sie sich unter den Druckparametern, dass die X-Auflösung 600 DPI, die Y-Auflösung 300 DPI und die Schichtdicke 27 Mikrometer beträgt.
Öffnen Sie als Nächstes das Menü Ausgabeparameter, um den Maßstab des endgültigen Modells nach Bedarf zu ändern. Wählen Sie dann einen Dateispeicherort für die zu speichernden Slices aus und klicken Sie auf Generieren. Öffnen Sie zum Dithering die Bildbearbeitungssoftware und klicken Sie auf die Registerkarten Datei und Öffnen.
Navigieren Sie dann zum ersten Bild des PNG-Dateistapels, das im vorherigen Schritt erstellt wurde, und klicken Sie auf die Schaltfläche Öffnen. Gehen Sie zur Fensterschaltfläche, um Aktionen und neue Aktion auszuwählen, und geben Sie einen benutzerdefinierten Namen ein, bevor Sie OK drücken. Die Aufnahmeschaltfläche sollte aktiv bleiben und gelesen werden, um eine Aktion aufzuzeichnen. Sobald das Bild geladen wurde, navigieren Sie zu Bild, Modus und Indizierte Farbe.
Wählen Sie im Indexfenster aus dem Dropdown-Menü Local Perceptual aus und geben Sie die Anzahl der Farben mit 8 an. Wählen Sie im erzwungenen Menü Die Option Benutzerdefiniert aus, und klicken Sie dann auf die ersten beiden Quadrate, um das Benutzerdefinierte Farbfenster zu öffnen, um die Schnittfarbpalette als 100 % Magenta auszuwählen und sicherzustellen, dass C, Y und K auf Null gesetzt sind. Wählen Sie im Dropdown-Menü Optionen die Registerkarten Matte und Custom aus.
Wählen Sie für Dither Diffusion und für Betrag 100% aus, bevor Sie auf OK.To die Aufnahme beenden, navigieren Sie zum Aktionsmenü und klicken Sie auf die quadratische Schaltfläche, schließen Sie das aktive Fenster und klicken Sie im Popup-Fenster zum Speichern von Änderungen auf Nein. Wenn Sie fertig sind, gehen Sie zu Datei, Automatisieren und erweitern Sie das Batch-Fenster, um die im vorherigen Schritt erstellte Aktion auszuwählen, indem Sie auf die Registerkarte Aktion klicken. Klicken Sie im Quellmenü auf die Schaltfläche Auswählen, um zum Ordner der exportierten Bilder zu wechseln.
Wählen Sie durch Auswählen des Ziels und Auswählen einen Speicherort des Zielordners für die neuen Dateien aus, klicken Sie dann auf OK.In der Drucksoftware, klicken Sie auf Apps und starten Sie das Voxel-Druckdienstprogramm. Geben Sie dann das Präfix des PNG-Dateistapels in das Textfeld Für das Präfix der Slice-Dateien ein, und klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche Auswählen, um zu dem Ordner zu navigieren, in dem sich der PNG-Dateistapel befindet. Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf OK. Nachdem Sie im Slice-Bereich bestätigt haben, dass das erste Slice und die Anzahl der Slices mit der Anzahl der Dateien im erstellten Ordner übereinstimmen, überprüfen Sie die Slicing-Parameter, z. B. die Slice-Dicke, die mit den zuvor angegebenen Einstellungen übereinstimmt und die Slice-Breite und -Höhe mit der Breite und Höhe von PNG-Dateien übereinstimmen.
Stellen Sie unter der Hintergrundfarbe sicher, dass der Hintergrund mit der Hintergrundfarbe übereinstimmt, und legen Sie fest, dass nicht gedruckt wird. Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf die Schaltfläche Weiter. Wählen Sie auf der Seite Werkzeuge auf der Materialzuordnung das Material aus dem Dropdown-Menü aus, das der zugeordneten Farbe zugeordnet werden soll, die aus den PNG-Dateien abgeleitet wurde.
Wiederholen Sie den Vorgang für jede Farbe im Menü, und klicken Sie dann auf Fertig stellen und dann auf OK. Im Popup-Fenster Info GCVF-Erstellung erfolgreich. Verarbeiten Sie die erforderlichen Dateien über die 3D-Druckersoftware und überprüfen Sie dann die Dateien auf Druckbarkeit, bevor Sie sie zur Herstellung durch den 3D-Drucker senden. Der 3D-Drucker fertigt ein Modell Schicht für Schicht, bis das Objekt ausgefüllt ist.
Wenn der Drucker den Druckvorgang abgeschlossen hat, entfernen Sie das Teil mit einem Spatel aus dem Druckbett. Wenn das 3D-Druckerobjekt mit einer Schicht Stützmaterial vom Drucker kommt, entfernen Sie das Trägermaterial mit einem leistungsstarken Wasserstrahl, bis die gesamte Unterstützung entfernt ist. Wenn Sie fertig sind, schleifen und polieren Sie das 3D-gedruckte Objekt, bis es klar und glatt ist.
Die repräsentative Analyse zeigt ein positives Ergebnis für ein Querschnittsnierenmodell und ein schnittiges Herzmodell. Das endgültige Modell passt sich visuell dem Volume-Rendering in Größe, Form und Farbe an. In einigen Fällen können die Probleme im Zusammenhang mit der einheitlichen Skalierung zu einem Modell führen, das in eine Richtung gestreckt erscheint.
Auch die Probleme mit der Oberflächenlichtstreuung durch das gedruckte Modell führten zu untreuen Farbübersetzungen vom digitalen Rendering zum gedruckten Modell. Das erfolglose Modell zeigte die offenen Hohlräume, die tief in das Modell hineinlaufen, was zu einer optischen Verzerrung führte. Es ist wichtig, dass isotrope Bilder mit der höchsten räumlichen Auflösung und der dünnsten Schnitthöhe verwendet werden.
Diese Methode hat den Forschern den Weg geebnet, die Anwendung der Variation von Materialdichten zu untersuchen, so dass funktional realistische Modelle erstellt werden können.
