Цель этой процедуры состоит в том, чтобы продемонстрировать шаги по созданию 3D-печатных, полностью окрашенных, конкретных пациентов анатомических моделей с использованием данных из различных условий визуализации. На примере хондросаркомы вершины петроуса демонстрируются весь процесс синтеза изображений и сегментации, генерация виртуальной 3D-модели и изготовление 3D-печати. Кроме того, описывается объемная окраска 3D-отпечатков, пригодных для хирургического моделирования.
Различные методы визуализации, такие как компьютерная томография и магнитно-резонансная томография, показывают различные аспекты хирургического участка, такие как кости, мягкие ткани, опухоли и сосуды. Технологии 3D-печати предлагают уникальную возможность объединить эти различные аспекты в единый, компактный и материальный объект в реальных размерах, которые могут быть изучены и использованы для имитации хирургического подхода. Специально для хирургического моделирования, важно производить 3D отпечатки не только цветные на поверхности для обеспечения углубленной объемной окраски, чтобы четко визуализировать структуры, вложенные внутри друг друга, такие как кровеносный сосуд, пересекающий опухоль.
Это видео предлагает пошаговое руководство по изготовлению полностью цветной анатомической модели на примере хондросаркомы вершины петроуса. Ключевыми шагами в этой процедуре являются слияние и сегментация данных медицинской визуализации, за которыми следует создание виртуальной 3D-модели поверхности. В качестве третьего шага виртуальная модель подготовлена для многоцветной 3D-печати, включая модифицированный рабочий процесс, позволяющий объемную окраску конкретных деталей.
Наконец, описаны печать и постобработка. Важно использовать данные изображений с высоким пространственным разрешением, например, толщиной в один миллиметр или меньше. КТ использовался для сегментации костей.
Контрастные изображения T1 MRI использовались для сегментации опухолевых и нервных структур и изображений TOF для сосудов. Загрузите файлы DICOM на вашем компьютере и откройте Amira Software. Импорт файлов различных условий визуализации и выберите папку данных изображений.
Нажмите на изображения CT и соедините их с модулем Рендеринга громкости. Выберите Specular для более реалистичной визуализации и отрегулируйте ползунок передачи цвета, чтобы визуализировать только кости. Продолжайте импортировать последовательности МРТ и подключите их к модулю рендеринга громкости.
Поскольку изображения МРТ и КТ не пересекаются, необходимо сплавить различные данные изображений. Поэтому нажмите правой кнопкой мыши на набор данных МРТ и выберите Compute, Affine Registration. Выберите ссылку, а затем навемите курсор на КТ. В свойствах регистрационного модуля оставьте все настройки по умолчанию и нажмите на align Centers, после чего нажмите Регистр.
Два разных набора данных изображений теперь слиты. Повторите этот шаг для всех дальнейших наборов данных изображений. Проверьте точность соответствия, скрывая рендеринг громкости и добавляя модуль OrthoSlice к MR изображениям.
Выберите Colorwash. Затем следующий клик по данным, и подключить этот порт с КТ, перетащив мышь на него. Отрегулируйте цветовой ползунок, чтобы визуализировать нервные структуры, наложенные на костлявые структуры черепа.
Проверьте наличие каких-либо недопозволок путем toggling ползунок фактор веса и глядя на границу между черепом и поверхностью мозга, а также желудочков. Повторите эту процедуру на разных ломтиках и в корональных и стрельцах. Деактивировать видимость модуля OrthoSlice и активировать рендеринг громкости КТ. Перейдите к данным КТ и ищите наименьшее значение в этом наборе данных, в данном случае минус 2 048.
Затем добавьте модуль Volume Edit, соедините модуль Volren с выходными данными и установите значение Padding до минус 2 048. Нажмите на Cut Inside и отметьте область, которая будет удалена в 3D-представлении. Обратите внимание, важно избегать перекрытия с частями, не предназначенными для удаления.
В этом примере были удалены части нижней челюсти кости и верхних шейных позвонков. Далее оставшаяся кость будет сегментирована и преобразована в поверхностную сетку. Поэтому нажмите на редактор сегментации и выберите измененную последовательность изображений CT и добавьте новый набор меток.
Теперь выберите Порог в качестве опции сегментации. Установите нижний ползунок на значение около 250 в случае КТ. Обеспечь тонкие костные структуры, такие как височная кость или верхняя орбитальная область, которые будут выбраны в предварительном просмотре. В противном случае отрегулируйте нижний порог, но избегайте выбора мягких тканей.
Далее нажмите на Select. И, наконец, добавьте выделение в набор меток. Возвращение в вид на бассейн.
Для КТ создан новый набор меток. Нажмите правой кнопкой мыши и выберите Compute, Surface Gen, проверьте опцию Compactify и нажмите Кнопку Apply. Наконец, добавьте модуль Surface View и отрегулируйте цвет генерируемой сетки. Добавьте другие соответствующие структуры, повторив предыдущие шаги.
В случае опухоли использовалась ручная сегментация, а не пороговая операция. Таким образом, опухоль, зрительный нерв и внутричерепные сосуды были сегментированы и добавлены к модели. Наконец, экспорт генерируемых сеток путем правого нажатия на сетку и нажатия на Сохранить.
Выберите STL в качестве формата файла. Откройте Netfabb и импортируемые сетки на предыдущих этапах в качестве новых частей. Проверьте автоматический ремонт и нажмите Импорт.
Выберите череп и разделите его оболочки на части. Это отделяет любые свободные объекты, не связанные с черепной костью. Выберите кость черепа, и переключить его видимость.
Теперь выберите все остальные части и удалите их. Повторите этот шаг для всех других объектов. Обратите внимание, что в некоторых регионах, таких как опухоль внутри петроус вершины черепа, геометрии обоих объектов пересекаются друг с другом.
Чтобы избежать ошибок печати, необходимо удалить такие пересечения. Поэтому выберите два пересекающихся объекта и нажмите на Boolean Operations. Перемести объект, который будет вычитаться из другого, на красную сторону списка и нажмите на Apply.
Теперь два объекта четко разделены, которые должны быть проверены путем toggling их видимость. Повторяя эти шаги, опухоль, а также артерии внутри опухоли четко отделены друг от друга. В случае базилярной артерии необходимы дополнительные опоры, чтобы объект не был свободной частью после печати.
Добавьте новый объект, в данном случае, цилиндр, и отрегулируйте его размеры и подразделения по мере необходимости. Поместите цилиндр, чтобы полностью пересекаться с черепом и геометрией сосуда. Теперь выполните операцию Boolean снова вычесть части внутри кости и кровеносный сосуд.
Повторите этот шаг, чтобы добавить больше опор, где это необходимо. Чтобы обеспечить объемную окраску определенных частей, необходимо создать не только одну поверхностную оболочку, но и множество подсушек внутри объекта. Выберите опухоль, и генерировать новую оболочку из него.
Установите толщину оболочки 3 миллиметра во внутреннем режиме Offset с точностью 15 миллиметров и применить. Это создает внутреннюю оболочку с расстоянием 3 миллиметра до исходной поверхности. Выберите внешнюю оболочку и создать новую оболочку из нее.
Выберите толщину оболочки 25 миллиметров в режиме Холлоу с точностью 15 миллиметров. Кроме того, выберите удалить оригинальную часть флажока. Это создает пространство 05 миллиметров между двумя смежными оболочками.
Повторяя эти шаги, создается несколько внутренних оболочек с постоянной толщиной и ивариантных смещений. Рекомендуется использовать оболочку толщиной от 35 до 25 миллиметров, а также смещение от 1 до 05 миллиметров для достижения гладкой объемной окраски. Повторите эти шаги со всеми другими объектами, такими как кровеносные сосуды.
На последнем этапе должен быть установлен цвет печати каждого объекта. Поэтому выберите часть, которая будет окрашена. Дважды нажмите на текстуру и цветовую сетку, и выберите цвет.
Нажмите на значок Paint on Shells, а затем нажмите на модель, отображаемую в центре экрана. Наконец, примените изменения и обязательно подтвердите диалог Удалить старую часть. Повторите эти шаги со всеми другими объектами и оболочками, соответственно.
Наконец, экспортировать все объекты, которые будут напечатаны, включая опоры и внутренние оболочки, и экспортировать их в качестве отдельных файлов. Обязательно выберите формат VRML, так как формат STL не способен транспортировать цветную информацию. Откройте программное обеспечение 3D-печати 3D-системы и импортируемые на предыдущем этапе файлы VRML.
Выберите миллиметры как единицу. Проверьте позицию Keep и примените все файлы. И установите тип материала на ЗП151.
Теперь поместите 3D-модель в объем печати, регулируя ее положение и вращение. В случае модели черепа, убедитесь, что отверстие обращено вверх. Перейдите в Setup, выберите QP151 в качестве типов материала и установите толщину слоя до 1 миллиметра.
Проверьте Bleed Компенсации, и подтвердить. Далее нажмите на Build и оставьте все настройки в заранее определены. Наконец, проверьте состояние принтера и нажмите на Print.
После того, как печать закончена, распаковать модель, тщательно удаляя свободный порошок с пылесосом. Важно не связываться напрямую с моделью с всасывающей трубкой, чтобы тонкие структуры не распадались. Удалите модель и очистите ее, тщательно применяя воздух под давлением, а также очищая его мягкой щеткой.
В этом состоянии модель все еще очень хрупкая. Чтобы повысить стабильность и цветовую ситуацию, поместите модель в пластиковую ванну, и проникнуть в нее с затвердевающий раствор. Излишки раствора должны быть удалены с под давлением воздуха, чтобы сохранить все детали поверхности поддерживается.
Пусть модель вылечить в течение нескольких часов, пока он полностью сухой. Были созданы различные разноцветные 3D отпечатки пациентов с хондросаркомой. Техника многоцветной 3D-печати позволяет объединить различные анатомические аспекты, такие как костлявые и мягкие структуры тканей, каждая из которых получена из различных условий визуализации, в одном объекте.
В хирургической установки моделирования, гипсовый материал многоцветного печати показал кости, как свойства и могут быть легко пробурены и вырезать. Этот метод также предлагает возможность окрасить внутреннюю структуру объекта, такие как внутренняя сонная артерия, путешествующая через опухоль. Удаляя слои опухоли с помощью сверла, красная артерия раскрывается во время хирургического моделирования.
Чтобы доказать точность техники, 3D-модели были отсканированы в компьютерном томографе. Модели, созданные для печати, были наложены на эти сканы. Было создано отображение отклонений, и точность была определена в 50 случайно выбранных точках поверхности.
Среднее отклонение в 21 микрон демонстрирует высокое соответствие 3D-печати по сравнению с исходными данными. Было продемонстрировано, как объединить различные клинические условия визуализации в один разноцветный 3D-печать. Кроме того, была представлена модификация стандартного рабочего процесса 3D-печати, чтобы обеспечить производство объемно окрашенных моделей.
Кроме того, перекрывающаяся точность 3D-отпечатков по сравнению с исходными данными изображений показала высокую точность. В заключение, эти полностью цветные модели позволяют хирургическое моделирование даже сложных и анатомических ситуаций, таких как опухоли на основе черепа, который был представлен в серии тематических исследований.
