Name: 3d printing of preclinical x-ray computed tomographic data sets
Uploaded: 2013-03-22T13:00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets at JoVE.com

نشكر بحرارة معهد الدراسات الأوروبية Nanovic، وبرنامج جلين يكرم أسرة، نوتردام مرفق التصوير المتكاملة (NDIIF) والصحة Carestream للدعم المالي لهذا المشروع. البحث عن التنمية الأرانب الجمجمة بدعم من NSF-1029149 BCS إلى MJR.

<ol>
	<li>Kazmer, D. O., Speight, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+Injection+Molding+Technology+for+the+Next+Millennium.">Polymer Injection Molding Technology for the Next Millennium.</a> Journal of Injection Molding Technology. 1 (2), 81-90 (1997).</li><li>Bradshaw, S., Bowyer, A., Haufe, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+intellectual+property+implications+of+low-cost+3D+printing.">The intellectual property implications of low-cost 3D printing.</a> ScriptEd. 7 (1), 5-31 (2010).</li><li>Partridge, R., Conlisk, N., Davies, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-lab+three-dimensional+printing:+An+inexpensive+tool+for+experimentation+and+visualization+for+the+field+of+organogenesis.">In-lab three-dimensional printing: An inexpensive tool for experimentation and visualization for the field of organogenesis.</a> Organogenesis. 8 (1), 1-6 (2012).</li><li>Guillot, A., Champely, S., Batier, C., Thiriet, P., Collet, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+spatial+abilities,+mental+rotation+and+functional+anatomy+learning.">Relationship between spatial abilities, mental rotation and functional anatomy learning.</a> Adv. Health Sci. Educ. Theory Pract. 12, 491-507 (2007).</li><li>Cignoni, P., Scopigno, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampled+3D+models+for+CH+applications:+a+viable+and+enabling+new+medium+or+just+a+technological+exercise.">Sampled 3D models for CH applications: a viable and enabling new medium or just a technological exercise.</a> Association for Computing Machinery Journal on Computing and Cultural. 1 (1), 1 (2008).</li><li>Symes, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+3D-printed+reactionware+for+chemical+synthesis+and+analysis.">Integrated 3D-printed reactionware for chemical synthesis and analysis.</a> Nature Chemistry. 4, 349-354 (2012).</li><li>Sheridan, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabricating+consent:+three-dimensional+objects+as+rhetorical+compositions.">Fabricating consent: three-dimensional objects as rhetorical compositions.</a> Computers and Composition. 27, 249-265 (2010).</li><li>Windisch, G., Salaberger, D., Rosmarin, W., Kastner, J., Exner, G. U., Haldi-Brandle, V., Anderhuber, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Model+for+Clubfood+Based+on+Micro-CT.">A Model for Clubfood Based on Micro-CT.</a> Data. J. Anat. 210, 761-766 (2007).</li></ol>

W. ماثيو Leevy هو مستشار للتصوير الجزيئي Carestream. بريان Stamile هو مهندس الدعم للصناعات MakerBot.

الأشعة السينية CT مجموعات البيانات من الفئران ويستار Lobund-المعيشة واستخدمت سابق الجسم الحي الجديد الأرنب الأبيض نيوزيلندا الجمجمة لبيان جدوى الإنتاج كائن 3D من ما قبل السريرية البيانات البيولوجية. تم إنشاؤها باستخدام نماذج مصادر الفرق الثلاثة: 1) وحدة النسخ المتماثل Makerbot شعبية، 2) وطرف ثالث شركة Shapeways المؤتمر الوطني العراقي، و 3) وعالية الجودة HD التجارية PROJET 3000. كان كل طابعة قادرة على توليد الكائنات التي اقتنعت الهدف مبدأ التصور البيانات المحسنة. خلال عملية طباعة البيانات ما قبل السريرية CT، كانت مزايا وعيوب كل طريقة الطباعة والتأكد تلخيص للمستخدم النهائي. المكرر MakerBot هو غير مكلفة الأعلى مقاعد البدلاء ($ 1،750) الحل الذي هو في متناول أي مختبر تقريبا في جميع أنحاء العالم. ويمكن طباعة ألوان متعددة في المدخلات غير مكلفة مع (أ CT الفئران مع الرئتين عن استخدام البلاستيك في 3،50 $). ومع ذلك، يقتصر Makerbot بموجب القرار،وبالتالي فإن بعض النماذج لا بد من توسيع للقذف والتصور السليم للهيكل المقصود. Shapeways شركة توفر عدد من الاختيارات المتميزة فيما يتعلق الألوان والمواد. النماذج هي ارتفاع القرار، وقوية. بينما أسعارها حوالي 10 أضعاف أعلى من MakerBot على أساس وحدة في (أ CT الفئران مع الرئتين كان 41،61 $)، يمكن للمستخدم تنفيذ عدد محدود من فرص العمل وتجنب تكاليف مقدما لشراء طابعة. المهلة لمدة أسبوعين من Shapeways هو وضع غير مؤات طفيفة. قدمت HD 3000 PROJET النماذج المتميزة من حيث القرار والقوة. كنا محظوظين بما فيه الكفاية للتعاقد على طباعة الأجسام دينا على 3000 HD PROJET في حديقة الابتكار في جامعة نوتردام (حوالي 30 دولارا للCT الفئران مع الرئتين عن العمل والمواد). قد يكون لدى المستخدمين صعوبة في الوصول إلى هذا النوع من المعدات، وتسعيرها في حدود 80،000 دولار، وأنه هو مرهقة للطباعة مع ألوان متعددة أيضا. منذ كل صك / الصانعيوفر متري مختلفة لوصف القرار للطباعة الكائن (الحد الأدنى من التفاصيل Shapeways = 0.2 ملم، والحد الأدنى = سمك الجدار 0.7 مم، 5 = سمك شريحة MakerBot 0،2-0،3 ملم مع 0،4 مم فوهة، 6 PROJET HD 3000 = 656 DPI X 656 × 800 مع دقة ،025-0،05 مم)، والتقييم النوعي لقرارات النسبية بين كل نظام على حد سواء تشير إلى أن Shapeways ونظام HD PROJET يمكن طباعة بالتفصيل الأعلى إلى النطاق، في حين يجب توسيع بعض الكائنات للاستخدام الناجح لل وMakerBot. بشكل جماعي، جميع الطرق الثلاث هي صديقة للبيئة وتوفر وسيلة مريحة لتحقيق الإنتاج السهل مفصلة للغاية من ما قبل السريرية نماذج CT الأشعة السينية. اختتام تدريجيا، أصبحت تكنولوجيا الطباعة 3D للوصول بشكل أفضل حيث تم التقليل من التكاليف والتعقيد. 8 و 9 والآن، حرفيا أي شخص قد طباعة عالية الدقة ثلاثية الأبعاد الكائنات من حفرملفات ITAL. يمكن لهذه مفصلة ثلاثية الأبعاد كائنات يمكن أن تكون أدوات مفيدة لكلا المربين والباحثين على حد سواء. وعلاوة على ذلك، لأنها توفر وسيلة للاتصال البصرية التي تساعد في تحقيق فهم أوضح 10 على سبيل المثال، يمكن استخدام الباحثين في مجال الطب عينة أو نماذج محددة المريض على حد سواء لتحسين الاتصال والفهم مع زملائهم المرضى و11 على الرغم من أن التمثيل على شاشات 2D لديه قطعنا شوطا طويلا، ليست هناك اي بديل للتجربة البصرية والحسية عقد الهدف الحقيقي هو أن تتمكن من المقرر عقده، استدارة، وانتقل فحص حولها. نموذج يقترن تمثيل البيانات الإلكترونية هو أكثر قوة لأنها تسمح للباحثين لدراسة الشيء المادي للمناطق ذات الاهتمام، وإيجاد تلك المناطق على نموذج على الحاسوب لمزيد من التحليل الكمي. مع جمع البيانات المناسبة، وجعلها السطح، وتحرير التصوير النحتي المجسم، فمن الممكن أن تنتج بسرعة مفصلة، ​​relatiنماذج من البيانات غير مكلفة vely CT الأشعة السينية. هنا، ونحن نقدم تفصيلا، وخطوة خطوة طريقة لإنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد من بيانات ما قبل السريرية الحيوانات الصغيرة التي تم جمعها مع CT-X الصغرى السينية. حصلنا لدينا في الجسم الحي وخارج الجسم الحي باستخدام مجموعات البيانات CT محطة صورة البيرة، وإجراء معالجة لاحقة مع PMOD، يماغيج، وحزم البرمجيات Meshlab Netfabb. وأخيرا، ونحن نقدم تعليمات مفصلة لتمكين الطباعة ثلاثية الأبعاد مع نموذج مجموعة من الحلول التجارية. في كل حالة، والنتيجة النهائية هي النموذج الذي يوفر فريدة من نوعها، باليد، مظهر مادي للتصوير الشعاعي الطبقي البيانات المكتسبة التي عادة ما يتم يقتصر على شاشة الكمبيوتر.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> برامج المطلوبة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البيرة صورة المشترى </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> PMOD </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يماغيج </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Meshlab </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Netfabb </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ReplicatorG </li></ol></td></tr></tbody></table>

3d printing of preclinical x-ray computed tomographic data sets

الطباعة ثلاثية الأبعاد يسمح لإنتاج الأجسام مفصلة للغاية من خلال عملية تعرف باسم التصنيع المضافة. التقليدية، والعفن حقن طرق لخلق نماذج أو أجزاء على قيود عدة، وأهمها هو صعوبة في صنع منتجات معقدة للغاية في الوقت المناسب فعالة من حيث التكلفة. 1 إلا أن التحسن التدريجي في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد أدت في كل من الصكوك الراقية والاقتصاد التي أصبحت الآن متاحة لإنتاج نماذج مخصصة السهل .. 2 هذه الطابعات لديها القدرة على قذف الأجسام عالية الدقة مع ما يكفي من التفاصيل لتمثيل الصور بدقة في الجسم الحي ولدت من ماسح ضوئي قبل السريرية CT الأشعة السينية . مع جمع البيانات المناسبة، وجعلها السطح، والتصوير النحتي المجسم التحرير، أصبح من الممكن الآن وغير مكلفة لإنتاج هياكل الأنسجة بسرعة مفصلة الهيكل العظمي وميسرة من البيانات CT الأشعة السينية. حتى في المراحل المبكرة من تطويرمنة، ونماذج تشريحية التي تنتجها نداء الطباعة ثلاثية الأبعاد على كل من المربين والباحثين الذين يمكن الاستفادة من التكنولوجيا لتحسين الكفاءة التصور. 3، 4 الفوائد الحقيقية من هذه النتيجة طريقة من تجربة ملموسة يمكن الباحث يكون مع البيانات التي لا يمكن أن تكون نقل بشكل كاف من خلال شاشة الكمبيوتر. ترجمة ما قبل السريرية بيانات 3D إلى كائن المادية التي هي نسخة طبق الأصل من هذا الموضوع هو اختبار أداة قوية لرؤية والاتصالات، وخاصة لربط البحوث للطلاب التصوير، أو تلك الموجودة في الحقول الأخرى. هنا، ونحن نقدم طريقة مفصلة لطباعة نماذج بلاستيكية للعظام وهياكل الجهاز المستمدة من الأشعة السينية CT بفحص استخدام نظام البيرة CT الأشعة السينية بالتعاون مع PMOD، يماغيج، Meshlab، Netfabb، وحزم البرمجيات ReplicatorG.

<img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> الشكل 1. تم طبع نماذج 3D مطبوعة من الرئتين وميزات الهيكل العظمي للفأر X السينية CT مجموعة البيانات. كائنات باستخدام HD PROJET 3000 (اليسار)، وشركة Shapeways (مركز) أو المكرر Makerbot (يمين). شريط مقياس يدل على 2 سم. لاحظ أن شريط النطاق في لوحة C هو أصغر من A B والذي يعكس أنه في بعض الحالات، يجب Makerbot طباعة كائن الموسع من أجل التفاصيل خرج كافية. الشكل 1 يصور المنتجات النهائية لثلاث وسائل للطباعة نفسها في الجسم الحي مجموعة الفئران البيانات CT. جميع النماذج الثلاثة تتكون من هيكل العظمي والرئتين اقتصاص القابلة للإزالة التي طبعت بشكل مستقل وتجميعها معا. النموذج على اليسار هو نتيجة للطابعة HD عالية الدقة PROJET 3000، التي تم إنشاؤها باستخدام البلاستيك الشفاف الاكريليك. الكائن في مركزتم إنتاج شركة باستخدام طرف ثالث، Shapeways شركة، والذي تم طباعة الهيكل العظمي باستخدام النايلون 12 بلاستيكية بيضاء بينما كانت ملفقة هياكل الجهاز التنفسي في الأرجواني. وطبعت هذه النماذج الأولى والثانية لمقياس الفعلية، ومساحتها تقريبا 11 سم في الطول. وقدم الكائن في حق استخدام MakerBot. تم طباعة باستخدام الهيكل العظمي الطبيعية الملونة ABS (الأكريلونيتريل بوتادين ستايرين) البلاستيك والرئتين مع الجير الخضراء ABS. بسبب حدود قرار MakerBot، لا يمكن أن تكون مطبوعة هذا النموذج على نطاق دون تدهور هيكل غرامة مثل القفص الصدري. بدلا من ذلك، تم تحجيم النموذج من قبل 2X تقريبا باستخدام &quot;ملء الفضاء بناء&quot; الخيار للحصول على التفاصيل المطلوبة البصرية، مما أدى إلى وجوه 21 سم في الطول. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> الشكل 2. 3D نماذج مطبوعة من أحد SKU السابقين فيفو الأرانبليرة لبنانية البيانات المحددة. تم طبع الكائنات المعروضة باستخدام HD PROJET 3000 (يسار)، Shapeways شركة (مركز) وحدة النسخ المتماثل Makerbot (يمين). شريط مقياس يدل على 1 سم. ويبين الشكل 2 المنتجات النهائية من كل أسلوب الطباعة للأرنب فيفو السابقين الجمجمة مجموعة البيانات CT. النموذج على اليسار هو نتيجة من الطابعة HD عالية الدقة PROJET 3000 باستخدام البلاستيك الشفاف الاكريليك. تم طباعة نموذج في مركز في البلاستيك الأبيض nylon12 من خلال طباعة Shapeways. تمت طباعة الكائن في حق من البلاستيك الأبيض باستخدام MakerBot. وطبعت كافة الكائنات ثلاثة إلى توسيع نطاق وقياس حوالي 8.5 سم في الطول. <img alt="الشكل 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> الشكل 3. تم طبع نماذج 3D مطبوعة من كامل الفئران للأشعة السينية CT مجموعة البيانات. كائنات باستخدام HD PROJET 3000 (اليسار)، وشركة Shapeways (يمين). مقياس بع يدل على 1 سم. يصور الشكل 3 المنتجات النهائية لطريقتين من طباعة البيانات كاملة في الجسم الحي CT مجموعة من الفئران. كلا النموذجين تتكون من هيكل العظمي الكامل (ناقص الذيل) والرئتين القابلة للإزالة. النموذج على اليسار هو الناتجة من طابعة ذات دقة عالية، وHD PROJET 3000، طبعت باستخدام البلاستيك الشفاف الاكريليك. تم طباعة النموذج على حق استخدام الطباعة Shapeways، مع بنية الهيكل العظمي التي تم إنشاؤها باستخدام الأبيض nylon12 البلاستيك والرئتين في الأرجواني. وطبعت هذين النموذجين لمقياس الفعلية، ومساحتها تقريبا 19 سم في الطول. بسبب التفاصيل الدقيقة المطلوبة، لا يمكن أن الهيكل العظمي الكامل سيتم طباعتها مع المكرر MakerBot. خلال استكشاف تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، شوهد بعض المزايا والعيوب وترد في الجدول 1. <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td><stroنانوغرام&gt; طريقة الطباعة </td><td> المزايا </td><td> عيوب </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> سريع للغاية، ومجموعة متنوعة من خيارات الألوان، وقادرة على الطباعة في لونين، وغير مكلفة للغاية </td><td> أدنى مستوى من التفاصيل. إزالة مواد الدعم بطيء (بناء على أمر من بضع ساعات). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> متنوعة من خيارات الألوان، متنوعة من المواد للطباعة، ومستوى عال من التفاصيل، غير مكلفة نسبيا </td><td> لمدة أسبوعين مرة لمعالجة وتلقي أمر </td></tr><tr><td> PROJET HD 3000 </td><td> تحول سريع نسبيا، أعلى مستوى من التفصيل، إنتاجية عالية وسهلة لإزالة مواد الدعم (الشمع). </td><td> أغلى تكلفة في خط الهجوم، سوى خيار واحد اللون خلال الاستخدام العملي. </td></tr></tbody></table> الجدول 1. مقارنةمن تقنيات الطباعة 3D المتاحة لطباعة CT مجموعات البيانات.

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets at JoVE.com

3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

باستخدام البثق البلاستيك الحديثة وتقنيات الطباعة، أصبح من الممكن الآن بسرعة وبتكاليف زهيدة إنتاج النماذج الفيزيائية للبيانات الأشعة السينية CT المتخذة في المختبر. طباعة ثلاثية الأبعاد للبيانات تصوير الشعاعي الطبقي هو التصور قوية، والبحوث، وأداة تعليمية يمكن الآن الوصول إليها من قبل المجتمع التصوير قبل السريرية.

3D الطباعة الأشعة السينية ما قبل السريرية البيانات المحسوبة تصوير الشعاعي الطبقي مجموعات

Three-dimensional printing allows for the production of highly detailed objects through a process known as additive manufacturing.  Traditional, ...

Research

JoVE Journal

Biology

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

غير الغازية مع التصور 3D - الفرعية ميكرون القرار باستخدام السنكروترون - X - أشعة التصوير المقطعي

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard ...

Microcontact Printing of Proteins for Cell Biology

الطبعة Microcontact من البروتينات لبيولوجيا الخلية

The ability to pattern proteins and other biomolecules onto substrates is important for capturing the spatial complexity of the extracellular environment. ...

Protein Crystallization for X-ray Crystallography

البلورة البروتين لالبلورات بالأشعة السينية

Using the three-dimensional structure of biological macromolecules to infer how they function is one of the most important fields of modern biology. The ...

Do's and Don'ts of Cryo-electron Microscopy: A Primer on Sample Preparation and High Quality Data Collection for Macromolecular 3D Reconstruction

ما يفعل وما يترك من المجهري البرد الإلكترون: وهو أول كتاب عن تحضير العينة وجمع البيانات عالية الجودة للتعمير الجزيئات 3D

Cryo-electron microscopy (cryoEM) entails flash-freezing a thin layer of sample on a support, and then visualizing the sample in its frozen hydrated state ...

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

إنتاج نوروفيروس الإبراز المجالات الإنسان في<em&gt; E. القولونية</em&gt; لأشعة البلورات

The norovirus capsid is composed of a single major structural protein, termed VP1. VP1 is subdivided into a shell (S) domain and a protruding (P) domain. ...

High-throughput Measurement of Gut Transit Time Using Larval Zebrafish

قياس وقت عبور الأمعاء استخدام اليرقات الزرد الفائق

Zebrafish are used as alternative model organisms for drug safety testing. The gastrointestinal (GI) tract of zebrafish has genetic, neuronal, and ...

Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography

تقنيات Phenotyping ميكرون-مقياس الذرة حزم وعائية استناداً إلى التصوير المقطعي بالأشعة السينية ميكروكومبوتيد

It is necessary to accurately quantify the anatomical structures of maize materials based on high-throughput image analysis techniques. Here, we provide a ...

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage (40-300 kV) X-Ray Facilities

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage 40-300 kV X-Ray Facilities

قياس الجرعات لإشعاع الخلايا باستخدام مرافق الأشعة السينية Orthovoltage (40-300 كيلو فولت)

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose ...

A 3D Cartographic Description of the Cell by Cryo Soft X-ray Tomography

وصف رسم الخرائط 3D للخلية بواسطة التصوير المقطعي بالأشعة السينية الناعمة Cryo

Imaging techniques are fundamental in order to understand cell organization and machinery in biological research and the related fields. Among these ...

Construction of a Realistic, Whole-Body, Three-Dimensional Equine Skeletal Model using Computed Tomography Data

بناء نموذج هيكلي واقعي للخيول كامل الجسم ثلاثي الأبعاد باستخدام بيانات التصوير المقطعي المحوسب

Therapies based upon whole-body biomechanical assessments are successful for injury prevention and rehabilitation in human athletes. Similar approaches ...