이 절차의 목표는 다른 이미징 양식의 데이터를 사용하여 3D 인쇄, 완전히 착색된 환자 별 해부학 모델을 만드는 단계를 입증하는 것입니다. 페트로우스 정점의 콘드로육종의 예를 이용하여, 이미지 융합 및 세분화의 전체 공정을 사용함으로써, 가상 3D 모델의 생성 및 3D 인쇄의 제조가 입증된다. 또한, 수술 시뮬레이션에 적합한 3D 프린트의 체적 착색이 설명된다.
컴퓨터 단층 촬영 및 자기 공명 화상 진찰과 같은 다양한 화상 진찰 양식은 뼈, 연조직, 종양 및 혈관과 같은 외과 부위의 다른 양상을 보여줍니다. 3D 프린팅 기술은 이러한 다양한 측면을 단일 컴팩트하고 유형의 물체에 결합하여 실제 크기 차원에서 연구하고 수술 방법을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있는 고유한 가능성을 제공합니다. 특히 외과 시뮬레이션의 경우, 종양을 가로지르는 혈관과 같이 서로 내부에 중첩된 구조를 명확하게 시각화하기 위해 심층 적인 체적 착색을 제공하기 위해 표면에 착색된 3D 인쇄물을 생산하는 것이 중요합니다.
이 비디오는 석유 정점의 연골 육종의 예를 기반으로 완전히 착색 된 해부학 모델의 제조를위한 단계별 가이드를 제공합니다. 이 절차의 중요한 단계는 의료 이미징 데이터의 융합 및 세분화이며 가상 3D 표면 모델을 생성합니다. 세 번째 단계로 가상 모델은 특정 부품의 볼륨 색상을 허용하는 수정된 워크플로를 포함하여 다색 3D 프린팅을 위해 준비됩니다.
마지막으로 인쇄 및 후처리가 설명되어 있습니다. 예를 들어, 1밀리미터 이하의 슬라이스 두께와 같은 높은 공간 해상도의 이미징 데이터를 사용하는 것이 중요합니다. CT는 골격의 세분화에 사용되었습니다.
대조적으로 향상된 T1 MRI 이미지는 혈관에 대한 종양 및 신경 구조 및 TOF 이미지의 세분화에 사용되었습니다. 컴퓨터에서 DICOM 파일을 다운로드하고 아미라 소프트웨어를 엽니다. 서로 다른 이미징 양식의 파일을 가져오고 이미징 데이터의 폴더를 선택합니다.
CT 이미지를 클릭하고 볼륨 렌더링 모듈에 연결합니다. 보다 사실적인 렌더링을 위해 Specular를 선택하고 색상 전달 슬라이더를 조정하여 골격만 시각화합니다. MRI 시퀀스를 계속 가져오고 볼륨 렌더링 모듈에도 연결합니다.
MRI 및 CT 이미지가 겹치지 않기 때문에 다양한 이미징 데이터를 융합할 필요가 있습니다. 따라서 MRI 데이터 집합을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컴퓨트, Affine 등록을 선택합니다. 참조를 선택한 다음 커서를 CT로 지시합니다. 등록 모듈의 속성에서 모든 설정을 기본값으로 두고 정렬 센터를 클릭한 다음 등록을 클릭합니다.
이제 두 가지 이미징 데이터 집합이 융합되었습니다. 모든 추가 이미징 데이터 집합에 대해 이 단계를 반복합니다. 볼륨 렌더링을 숨기고 MR 이미지에 OrthoSlice 모듈을 추가하여 일치 정확도를 확인합니다.
컬러 워시를 선택합니다. 그런 다음 데이터를 클릭하고 마우스를 마우스로 드래그하여 이 포트를 CT와 연결합니다. 색상 슬라이더를 조정하여 뼈 가루 두개골 구조에 겹쳐진 신경 구조를 시각화합니다.
체중 계수 슬라이더를 전환하고 두개골과 뇌 표면 사이의 경계와 심실 사이의 경계를 조사하여 정렬불량을 확인하십시오. 다른 조각과 관상 및 처상 방향으로이 절차를 반복합니다. OrthoSlice 모듈의 가시성을 비활성화하고 CT의 볼륨 렌더링을 다시 활성화합니다. CT 데이터로 이동하여 이 데이터 집합에서 가장 낮은 값을 찾습니다.이 경우 마이너스 2, 048을 찾습니다.
그런 다음 볼륨 편집 모듈을 추가하고 Volren 모듈을 출력 데이터와 연결하고 패딩 값을 마이너스 2, 048로 설정합니다. 내부 컷을 클릭하고 3D 뷰포트에서 제거할 지역을 표시합니다. 제거하지 않으려는 부품과 겹치지 않도록 하는 것이 중요합니다.
이 예에서는 하악골 뼈와 상부 자궁 경부 척추의 일부가 제거되었습니다. 다음으로 나머지 골격은 분할되어 표면 메시로 변환됩니다. 따라서 세분화 편집기를 클릭하고 수정된 CT 이미지 시퀀스를 선택하고 새 레이블 집합을 추가합니다.
이제 임계값을 세분화 옵션으로 선택합니다. CT의 경우 아래쪽 슬라이더를 약 250값으로 설정합니다. 미리 보기에서 선택될 측두골 또는 상부 궤도 영역과 같은 얇은 뼈 구조를 확인합니다. 그렇지 않으면, 낮은 임계값을 조정하지만, 연조직을 선택하지 마십시오.
다음으로 선택 선택을 클릭합니다. 마지막으로 레이블 집합에 선택 항목을 추가합니다. 풀 뷰로 돌아갑니다.
CT에 대한 새 레이블 집합이 만들어졌습니다. 마우스 오른쪽 단추를 클릭하고 계산, 표면 생성을 선택하고 압축 옵션을 확인하고 적용을 클릭합니다. 마지막으로 Surface View 모듈을 추가하고 생성된 메시의 색상을 조정합니다. 이전 단계를 반복하여 다른 관련 구조를 추가합니다.
종양의 경우, 수동 세분화는 임계값 조작보다는 사용되었다. 따라서, 종양, 시신경 및 두개 내 혈관이 분할되어 모델에 첨가되었다. 마지막으로 메시를 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 저장을 클릭하여 생성된 메시를 내보냅니다.
STL을 파일 형식으로 선택합니다. Netfabb을 열고 이전 단계에서 생성된 메쉬를 새 부품으로 가져옵니다. 자동 복구를 확인하고 가져오기를 클릭합니다.
두개골을 선택하고 껍질을 부분으로 분할합니다. 이것은 두개골 뼈에 연결되지 않은 느슨한 물체를 분리합니다. 두개골 뼈를 선택하고 가시성을 떨어 뜨린다.
이제 다른 모든 부품을 선택하고 삭제합니다. 다른 모든 개체에 대해 이 단계를 반복합니다. 주, 두개골의 페트로우스 정점 내부의 종양과 같은 일부 지역에서는 두 물체의 형상이 서로 교차합니다.
인쇄 오류를 방지하려면 이러한 교차를 제거해야 합니다. 따라서 교차하는 두 개체를 선택하고 부울 연산을 클릭합니다. 개체를 다른 오브젝트에서 다른 오브젝트에서 목록의 빨간색 으로 빼고 적용을 클릭합니다.
이제 두 개체가 명확하게 분리되어 가시성을 전환하여 확인해야 합니다. 이러한 단계를 반복함으로써 종양 과 종양 내부의 동맥은 서로 명확하게 분리됩니다. 바실라 동맥의 경우 인쇄 후 물체가 느슨한 부품이 되는 것을 방지하기 위해 추가 지원이 필요합니다.
이 경우 새 개체를 추가하고 필요에 따라 크기와 세분화를 조정합니다. 원통을 두개골과 혈관 형상과 완전히 교차합니다. 이제 뼈와 혈관 내의 부품을 빼기 위해 다시 부울 작업을 수행합니다.
이 단계를 반복하여 필요한 경우 더 많은 지원을 추가합니다. 특정 부품의 체적 착색을 허용하려면 오브젝트 내부에 하나의 표면 쉘뿐만 아니라 많은 하위 셸을 생성해야 합니다. 종양을 선택하고 종양에서 새 쉘을 생성합니다.
15mm의 정확도로 내부 오프셋 모드에서 3mm의 쉘 두께를 설정하고 적용합니다. 이렇게 하면 원래 표면에 3밀리미터의 거리가 있는 내부 쉘이 생성됩니다. 외부 셸을 선택하고 새 셸을 생성합니다.
15mm의 정확도로 할로우 모드에서 25mm의 쉘 두께를 선택합니다. 또한 원래 부품 제거 확인란을 선택합니다. 이렇게 하면 인접한 두 포탄 사이에 05밀리미터의 공간이 생성됩니다.
이러한 단계를 반복하면 일정한 두께와 불변 오프셋이 있는 여러 내부 쉘이 만들어집니다. 35~25mm의 쉘 두께와 1~05mm의 오프셋을 사용하여 매끄러운 체적 착색을 달성하는 것이 좋습니다. 혈관과 같은 다른 모든 물체와 함께 이 단계를 반복하십시오.
마지막 단계에서는 모든 개체의 인쇄 색상을 설정해야 합니다. 따라서 색칠할 부품을 선택합니다. 텍스처와 색상 메시를 두 번 클릭하고 색상을 선택합니다.
쉘 아이콘의 페인트를 클릭한 다음 화면 중앙에 표시된 모델을 클릭합니다. 마지막으로 변경 내용을 적용하고 이전 부품 제거 대화 상자를 확인하십시오. 다른 모든 개체 및 셸과 함께 이러한 단계를 반복합니다.
마지막으로 지지대와 내부 셸을 포함하여 인쇄할 모든 개체를 내보내고 개별 파일로 내보냅니다. STL 형식은 색상 정보를 전송할 수 없으므로 VRML 형식을 선택해야 합니다. 3D 시스템의 3D 프린팅 소프트웨어를 열고 이전 단계에서 만든 VRML 파일을 가져옵니다.
단위로 밀리미터를 선택합니다. 위치 유지를 확인하고 모든 파일에 적용합니다. 그리고 재료 유형을 ZP151로 설정합니다.
이제 위치와 회전을 조정하여 3D 모델을 인쇄 볼륨에 배치합니다. 두개골 모델의 경우 개구부가 위쪽으로 향하고 있는지 확인하십시오. 설정으로 이동하여 ZP151을 재료 유형으로 선택하고 레이어 두께를 1mm로 설정합니다.
출혈 보상을 확인하고 확인하십시오. 다음으로 빌드를 클릭하고 모든 설정을 미리 정의된 상태로 둡니다. 마지막으로 프린터 상태를 확인하고 인쇄를 클릭합니다.
인쇄가 끝나면 진공 청소기로 느슨한 분말을 조심스럽게 제거하여 모델을 풀수 있습니다. 얇은 구조물이 분해되는 것을 방지하기 위해 흡입 튜브와 모델에 직접 접촉하지 않는 것이 중요합니다. 모델을 제거하고 가압 공기를 조심스럽게 바르고 부드러운 브러시로 청소하여 청소하십시오.
이 상태에서 모델은 여전히 매우 취약합니다. 안정성과 색상 상황을 높이기 위해 모델을 플라스틱 욕조 에 넣고 경화 용액으로 침투하십시오. 잉여 용액은 모든 표면 세부 사항을 유지하도록 가압 된 공기로 제거해야합니다.
모델이 완전히 건조 될 때까지 몇 시간 동안 치료하자. 연골육종 환자의 다른 다색 3D 프린트가 만들어졌습니다. 다색 3D 프린팅 기술은 뼈와 연조직 구조와 같은 다른 해부학적 측면을 융합할 수 있으며, 각 기색은 서로 다른 이미징 양식에서 파생되어 하나의 단일 개체에 결합될 수 있습니다.
수술 시뮬레이션 설정에서 멀티 컬러 프린트의 석고 재료는 뼈와 같은 특성을 보였으며 쉽게 드릴링하고 절단 할 수 있었습니다. 이 기술은 또한 종양을 통해 이동하는 내부 경동맥과 같은 물체의 내부 구조를 색칠 할 수있는 가능성을 제공합니다. 드릴로 종양층을 제거함으로써 외과 시뮬레이션 중에 적색 동맥이 드러난다.
이 기술의 정확성을 증명하기 위해 3D 모델은 계산된 토모그래프에서 스캔되었습니다. 인쇄용으로 만든 모델이 이러한 검사에 중첩되었습니다. 편차 매핑이 만들어졌고 정확도는 무작위로 선택된 50개의 표면 점에서 결정되었습니다.
21 미크론의 평균 편차는 원래 데이터에 비해 3D 인쇄의 높은 성을 보여줍니다. 그것은 하나의 단일 멀티 컬러 3D 인쇄에 다른 임상 이미징 양식체를 결합하는 방법을 입증했다. 또한, 표준 3D 프린팅 워크플로우의 수정을 통해 볼륨으로 착색된 모델의 생산을 가능하게 했습니다.
또한 원래 이미징 데이터와 비교하여 3D 인쇄의 중복 정확도는 높은 정밀도를 보였다. 결론적으로, 이 완전히 색깔의 모형은 일련의 사례 연구 결과에서 제시된 두개골 기지를 둔 종양과 같은 조차 복잡하고 해부학적인 상황의 외과 시뮬레이션을 허용합니다.
