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

Vi varmt takke Nanovic institut for europæiske studier, den Glynn Family Honors Program, Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) og Carestream Sundhed for finansiel støtte til dette projekt. Forskning i kanin kranie udvikling støttet af NSF BCS-1029149 til MJR.

1. Dyr <ol><li> For resultaterne nedenfor rapporterede blev en mandlig Lobund-Wistar rotte af ti måneder opnået fra Freimann Life Science Center, University of Notre Dame (Notre Dame, Indiana, USA). En ex vivo New Zealand White Rabbit (Mand, alder = 8 uger) kranium prøve, konserveret i 10% formalin, blev opnået fra laboratoriet af professor Matthew Ravosa, University of Notre Dame. </li><li> Til in vivo afbildning, rotten anæsteseret med isofluoran (2,5% strømningshastighed) med vedligeholdelse via en næse-keglen system. Dyret blev anbragt tilbøjelige i standard rotte-bed (M2M Imaging Inc., Cleveland, Ohio) følger med Albira billedet station. Lemmerne var placeret sideværts fra torsoen af ​​en ensartet CT erhvervelse. </li><li> Efter billedoptagelse var afsluttet, blev rotten fjernet fra næsekeglen og returneres til genopretning bur indtil ambulant. </li><li> For scanninger af kanin kraniet blev prøven placeret i rottens sengeni en forseglet plastikpose med formalin. </li></ol> 2. Billede Acquisition og genopbygning <ol><li> I vivo og ex vivo Billede opkøb blev udført ved hjælp af Albira CT-systemet (Carestream Molecular Imaging, Woodbridge, CT). Systemet blev sat til at scanne en seng på 180 mm længde ved at udføre tre cirkulære scanninger (600 fremspring pr scanning), hver med en 65 mm FOV, som derefter syet sammen under genopbygning. The X-ray source blev sat til en strøm på 400 uA og spænding på 45 kVp, og anvendte en 0,5 mm Al filter at hærde strålen. Anslået stråling dyb dosisaekvivalent for CT-indstillinger var 660 mSv, og lavvandede dosisækvivalent var 1171 mSv. Disse doser er over 10 gange lavere end rapporterede LD50-værdier. </li><li> Billeder er rekonstrueret ved hjælp af FBP (Filtreret Back Projection) algoritme via Albira Suite 5,0 Reconstructor hjælp &quot;Standard&quot; parametre. Disse kombinerede erhvervelse og genopbygning indstillinger giver en final billede med 0,125 mm isotrope voxels, anses for tilstrækkeligt for hele dyr analyse og 3D-print af anatomiske strukturer. </li></ol> 3. Data Processing <ol><li> Skeletal funktioner fra CT-scanninger kan udskrives fra de rå data uden segmentering. Imidlertid er segmentering af bløde væv påkrævet forud for behandling af data for 3D-print. Her viser vi et eksempel med lungevæv. <ol><li> Open original MicroPET (data format for alle modaliteter på Albira Imaging System) fil </li><li> Tegne et volumen af ​​interesse (VOI) omkring musen således at alle udvendige rum fjernes. </li><li> Under afsnittet &quot;VOI Tools &#39;fanen vælge&#39; Mask Udenfor Selected VOI &#39;og indstille maskering værdi til -1.000 Hounsfield Units (HU, radiodensiteten skala for CT), som effektivt vil indstille den eksterne plads til CT-densitet værdi af luft. </li><li> Med alle de ydre rum fjernes, under &#39;Funktioner&#39; fanen, vælg &#39;Ekstern&#39; og derefter klikke drop downpil og vælg &#39;Segmentering&#39; </li><li> Indstil intervallet til -550 til -200 og klikke på &#39;OK&#39;. </li><li> Hvis filen er meget stor, skal du vælge &#39;Funktioner&#39; fanen, vælg &#39;Reducer&#39;, og kør programmet </li><li> Gem som en Analyser fil </li></ol></li><li> Oplysningerne må først omdannes til DICOM-format ved hjælp PMOD (PMOD Technologies LTD, Zürich, Schweiz) analyse software. <ol><li> Åbn PMOD Image Processing Software Package. </li><li> Langs den øverste række, skal du vælge fanen Vis. </li><li> I nederste højre hånd på værktøjslinjen, klik på den nedadgående pil mærket Database under belastning. </li><li> Vælg MicroPET for de rå CT-data, eller analysere for det segmenterede lunge. </li><li> Vælg den ønskede fil, og klik på Tilføj til valgte. </li><li> Klik på Åbn. </li><li> I nederste højre hånd værktøjslinjen, klik på opadgåendepil under Gem. </li><li> Fra denne menu, vælge filtypen DICOM. </li><li> Navngiv filen og vælg Gem. </li><li> Tæt PMOD. </li></ol></li><li> DICOM data indeholder volumetrisk tæthedsværdier for hver voxel. For at udskrive disse data, skal det behandles som et sammenhængende overflade i stedet for en volumen. ImageJ v1.43u vil blive anvendt til at opnå overflade gengivelser til yderligere bearbejdning. <ol><li> Open ImageJ Image Processing Software </li><li> Vælg File&gt; Import. </li><li> Vælg billedsekvens. </li><li> Naviger til den fil, der indeholder den nyoprettede DICOM og vælg det. </li><li> Vælg Plug-ins&gt; 3D&gt; 3D-fremviseren. </li><li> To vinduer vises, 3D-fremviser vises, og en ADD vindue. </li><li> Under Display som i ADD vindue skift Volumetil overfladen. </li><li> Skift standard værdi af Threshold til 210. </li><li> Klik på OK. </li><li> I 3D-fremviseren menulinjen, skal du vælge Filer&gt; Eksporter overflader som&gt; bølgefront. </li><li> Navngiv filen og klik på Gem. </li></ol></li><li> To programmer, Meshlab V1.3.1 og Netfabb Studio Basic 4,9, vil samtidig fjerne overskydende maske, slutte sig sammen afbrudt masker, reparation huller, og udjævne den endelige mesh. Den primære forskel mellem disse to programmer er værktøjet sætter stilles til rådighed for brugeren, og noget af grænsefladen navigationskontrol. De er begge 3D mesh redigeringssoftware programmer, og deres anvendelse sammen giver den nemmeste tilgang til redigering af modellen. <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /> indikerer, at disse tiltag bør gennemføres i Meshlab V1.3.1 <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /> indikerer, at disse foranstaltninger bør gennemføres i Netfabb Studio Basic 4,9 <ol><li> Hvis du vil importere masker i redigeringssoftware: <ol><li> Åben Meshlab V1.3.1 <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Fra menulinjen vælge Filer&gt; Ny Empty Project. </li><li> SELCT Filer&gt; Importer Mesh. </li><li> Vælg filen og klik på Åbn. </li><li> Når filen er indlæst, vil en dialogboks åbnes. Holde Saml duplikerede kontrollerede Hjørner, tryk på OK. <ol><li> Åbn Netfabb Studio Basic 4,9. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Træk den ønskede fil direkte på Netfabb Studio Basic skærm. </li></ol></li></ol></li><li> For at fjerne uønsket mesh fra overfladen: <ol><li> Fra menulinjen i Meshlab,&gt; vælg Filtre rengøring og reparation&gt; Fjern Isolerede Pieces (WRT Diameter). <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Fjern isolerede tilsluttede komponenter, hvis diameter er mindre end den angivne konstant. Indtast en maksimal diameter for disse komponenter, og klik på Anvend. </li><li> Gradvist øge den maksimale diameter for at fjerne større stykker. Klik på Anvend efter hver diameter modifikation. </li></ol></li><li> Hvis du vil deltage usammenhængende stykker, skal huller skæres i de nuværende masker på de ønskede steder i en ny obligation, og en bro af mesh must blive bygget mellem. <ol><li> Brug markeringsværktøjet, syvende værktøj fra venstre i menulinjen til at vælge de stykker af net, der vil blive skåret ud. <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Slet valgte stykker mesh med Slet Faces knappen, den tredje værktøj fra venstre i menulinjen. </li><li> Fra menulinjen, skal du vælge Filer&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Navngiv filen og ændre filtypen til STL. </li><li> Tryk på Gem. </li><li> En dialogboks med at spare valgmuligheder vises, tryk på OK. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Træk den nye fil ind Netfabb. </li><li> På den øverste menu, vælge Reparer, Det fjerde værktøj fra venstre. </li><li> Vælg Add trekanter værktøjet, trettende fra venstre. </li><li> Klik på en åben kant (de vil være gul) på den ene side og derefter klikke på en åben kant på det andet stykke. Opret 5-10 broer hen over kløften. </li><li> Vælg Automatisk Repair knappen nederst til højre </li><li> Fremhæv Standard Repair. </li><li> Klik på Udfør. </li><li> Tryk på Annuller, når reparationen er udført. </li></ol> Valgfrit: Nogle oprettede trekanter kan være den forkerte retning. Følgende trin kan anvendes til at omdirigere disse trekanter. <ol><li> Vælg Flip Selected Triangles Button. </li><li> Klik på eventuelle desorienterede trekanter til at rotere alle trekanter i den rigtige retning. </li></ol></li><li> Tilreparation kratere og huller, må hele huller og kratere fjernes og slå bro på hver side af nettet. <ol><li> Klik på Selection Tool. <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Vælg krateret eller hullet skal fyldes. </li><li> Klik på Slet Faces knappen. </li><li> Fra menulinjen, skal du vælge Filer&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Navngiv filen og ændre filtypen til STL. </li><li> Tryk på Gem. </li><li> En dialogboks med at spare valgmuligheder vises, tryk på OK. </li><li> Træk den nye fil ind Netfabb. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> På den øverste menu, vælge Reparer </st<html> rong&gt;, det fjerde værktøj fra venstre. </li><li> Vælg Add trekanter værktøjet, trettende fra venstre. </li><li> Klik på en åben kant (de vil være gul) på den ene side og derefter klikke på en åben kant på det andet stykke. Opret 5-10 broer hen over kløften. </li><li> Vælg Automatisk Repair knappen nederst til højre </li><li> Fremhæv Standard Repair. </li><li> Klik på Udfør. </li><li> Tryk på Annuller, når reparationen er udført. </li></ol></li><li> Laplace udglatning, den udglattende algoritme i Meshlab, anvendes til at udjævne objektet samtidig bevare den strukturelle integritet af modellen. <ol><li> Naviger Filtre&gt; Smoothing&gt; spartling og Deformation&gt; Laplace Smooth.iles/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Vælg et antal udjævning iterationer. Flere iterationer vil resultere i en glattere model, men hver gentagelse langsomt nedbryder volumenet af modellen, hvilket kan resultere i uforbundne stykker og skarpe kanter. 1-5 iterationer anbefales. </li><li> Tryk på OK. </li><li> Fra menulinjen, skal du vælge Filer&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Navngiv filen og ændre filtypen til STL. </li><li> Tryk på Gem. </li><li> En dialogboks med at spare valgmuligheder vises, tryk på OK. </li><li> Træk den nye fil ind Netfabb. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> På den øverste menu, vælg Reparer, den fjerde værktøj fra venstre. </li><li> Vælg Add trekanter værktøj, thirteenth fra venstre. </li><li> Klik på en åben kant (de vil være gul) på den ene side og derefter klikke på en åben kant på det andet stykke. Opret 5-10 broer hen over kløften. </li><li> Vælg Automatisk Repair knappen nederst til højre </li><li> Fremhæv Standard Repair. </li><li> Klik på Udfør. </li><li> Tryk på Annuller, når reparationen er udført. </li><li> Fra menulinjen, skal du vælge Filer&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Navngiv den endelige fil og ændre filtypen til STL. </li><li> Tryk på Gem. </li><li> En dialogboks med at spare valgmuligheder vises, tryk på OK. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Udskrivning <ol><li> Udskrivning ved hjælp af Makerbot <ol><li> Åbne STL fil i ReplicatorG. ReplikatorG er en Makerbot Industries program anvendes til at kommunikere med Makerbot. </li><li> Klik på Skala fra det nederste højre hjørne, og vælg Fyld Build Space! </li><li> Vælg Roter og klik Lay Flat. </li><li> Klik Center. </li><li> For modeller med fine detaljer, skal du vælge fyld bygge platform til at skalere op model. </li><li> Fra samme menu, klik på Flyt, og vælg Sæt Platform. </li><li> Når den korrekte orientering er opnået, skal du vælge Generer GCODE fra den øverste menu bar. * Et vindue med udskrivningsindstillinger vises. </li><li> Vælg ekstruderen, der vil give glødetråden for at udskrive objektet (Venstre eller Højre). </li><li> Vælg Brug Raft / Support. </li><li> Fra drop down menu med titlen Ose bæremateriale, skal du vælge Full Support. </li><li> Vælg Generer GCODE. Et pop-up-boks viser forløbet af GCODE vises. </li><li> Når GCODE er afsluttet, skal du vælge Byg til fil til brug med SD-kort. </li><li> Klik på Gem. </li><li> Træk filen på et SD-kort. </li><li> Placer SD-kortet i Makerbot og bruge Makerbot tastatur vælg Udskriv fra SD. </li><li> Under Print fra SD, skal du vælge det ønskede filnavn. Det Makerbot vil automatisk begynde at varme op til at udskrive objektet. </li></ol></li><li> Shapeways Printing <ol><li> Efter oprettelse af en gratis konto hos Shapeways kan STL-filen direkte uploades til Shapeways hjemmeside: <a href="http://www.shapeways.com/upload/" target="_blank">http://www.shapeways.com/upload/</a> </li><li> Klik på Upload og vælg STLfil. </li><li> Vælg en titel til den uploadede fil. </li><li> Vælg en måleenhed fra rullemenuen. </li><li> Klik på Upload Model. </li><li> Filen er nu klar til udskrivning gennem Shapeways. Når filen er uploadet Shapeways vil tage et par minutter at behandle filen for at være sikker på det faktisk kan udskrives. Du vil være i stand til at udskrive den model fra &quot;mine modeller&quot; side efter omkring ti minutter. </li><li> Den &quot;hvide stærke fleksibel&quot; udvælgelse blev brugt til at udskrive skeletstrukturer, mens &quot;lilla stærk fleksibel&quot; blev brugt til lungevævet. </li></ol></li><li> ProJet HD 3000 Printing <ol><li> STL-filen kan også trykkes ud ved hjælp af en kommerciel høj opløsning tredimensionale printer ligesom ProJet HD 3000 (Springboard Engineering Solutions LLC, Innovation Park, Notre Dame, IN, USA). </li><li> STL-filen er indlæst i 3D Systems proprietær software til layout jobbet på platfOrm. Dette kræver ændring af orienteringen af ​​modellen rundt for at minimere anvendelsen af ​​voks støtte og udskrivningstiden. Denne fil gemmes. </li><li> Jobbet elektronisk sendes til printeren. </li><li> En platform af aluminium er indlæst i printeren og ProJet HD 3000 begynder at udskrive objektet. </li><li> Modellen fjernes derefter fra platformen og anbragt i en ovn ved ca 73 ° C for at smelte støtte voks fra modellen. </li><li> Formålet fjernes varm og tørres af med en Kimwipe at fjerne tilbageværende overflade voks. </li></ol></li></ol>

<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. Matthew Leevy er en konsulent for Carestream Molecular Imaging. Brian Stamile er en support ingeniør til MakerBot Industries.

X-ray CT datasæt af en levende Lobund-Wistar rotte og en ex vivo New Zealand White Rabbit kranium blev udnyttet til at demonstrere gennemførligheden af 3D objekt produktion fra prækliniske biologiske data. Modeller blev genereret ved hjælp af tre forskel kilder: 1) Den populære Makerbot Replicator, 2) Den tredje part virksomhed Shapeways Inc, og 3) den høje kvalitet kommerciel ProJet HD 3000. Hver printer var i stand til at generere objekter, der opfyldte princippet mål om øget data visualisering. Under processen med at udskrive prækliniske CT-data, var fordele og ulemper ved hver metode til udskrivning konstateret og sammenfattes for slutbrugeren. Det MakerBot Replicator er en billig ($ 1.750) bænk top løsning, der er tilgængelig for stort set alle lab rundt om i verden. Den kan udskrive i flere farver med billige indgange (en rotte CT med lunger, der anvendes omkring 3,50 dollar i plastik). Imidlertid er Makerbot begrænset af opløsning,og således nogle modeller skal udvides for korrekt ekstrudering og visualisering af bestemt struktur. Shapeways Inc. giver en fremragende antal valg med hensyn til farve og materiale. Modellerne er i høj opløsning, og robust. Mens deres priser er omkring 10-fold højere end MakerBot på en per enhed basis (en rotte CT med lunger var $ 41,61), kan en bruger udføre et begrænset antal arbejdspladser og undgå upfront udgifter til indkøb af en printer. De to-ugers leveringstid fra Shapeways er en mindre ulempe. Den ProJet HD 3000 forudsat udestående modeller i form af opløsning og styrke. Vi var heldige nok til at optage trykning af vores genstande på ProJet HD 3000 kl Innovation Park på Notre Dame (omkring $ 30 for en rotte CT med lungerne arbejdskraft og materialer). Brugere kan have svært med adgang til denne type udstyr, som de er prissat i intervallet $ 80.000, og det er besværligt at udskrive med flere farver så godt. Da hvert instrument / fabrikantgiver en anden parameter for at beskrive opløsningen for objekt udskrivning (Shapeways minimum detaljeringsgrad = 0,2 mm, mindste vægtykkelse = 0,7 mm, 5 MakerBot snittykkelse = 0,2-0,3 mm med en 0,4 mm dyse, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 med en nøjagtighed på 0,025-0,05 mm), en kvalitativ vurdering af de relative resolutioner mellem hvert system tyder på, at både Shapeways og ProJet HD-systemet kan udskrive i høj detalje i skala, mens nogle objekter bør udvides for vellykket brug af den MakerBot. Kollektivt alle tre metoder er miljøvenlige og giver en bekvem måde at opnå facile produktion af meget detaljerede prækliniske X-ray CT-modeller. Konklusion Efterhånden er teknologien af 3D-print er blevet mere tilgængelige som både omkostninger og kompleksitet er blevet minimeret. 8, 9 Nu, bogstaveligt alle kan udskrive i høj opløsning, tredimensionale genstande fra graveregulering, hvor filer. Disse detaljerede tredimensionale objekter kan være nyttige redskaber for både undervisere og forskere. Endvidere indfører de et middel til visuel kommunikation, der hjælper med at opnå en klarere forståelse. 10 For eksempel kan medicinske forskere bruge prøve eller patient-specifikke modeller for at forbedre både kommunikation og forståelse med deres kolleger og patienter. 11 Selvom repræsentation på 2D-skærme har kommet en lang vej, er der absolut ingen erstatning for den visuelle og sensoriske oplevelse af at holde en reel objekt, der er i stand til at blive afholdt, roteres, undersøges og flyttes rundt. En model parret med en elektronisk data repræsentation er endnu mere kraftfuld, som den giver forskerne at undersøge den fysiske genstand for regioner af interesse, og til at finde de områder på en computer model for yderligere kvantitativ analyse. Med korrekt dataindsamling, overfladegengivelse, og stereolitografiske redigering, er det muligt hurtigt at fremstille detaljerede, relatively billige modeller fra X-ray CT-data. Her giver vi en detaljeret, trinvis metode til fremstilling af en tredimensionel model fra prækliniske små dyr, der indsamles med en X-ray mikro-CT. Vi købte vores in vivo og ex vivo CT datasæt ved hjælp af en Albira billede station, og udførte efterfølgende bearbejdning med PMOD, ImageJ, Meshlab og Netfabb softwarepakker. Endelig giver vi detaljerede instruktioner for at aktivere tredimensionelle model udskrivning med en række kommercielle løsninger. I hvert tilfælde er slutresultatet en model, der giver en unik, håndholdt, fysisk manifestation af de erhvervede tomografiske data, der normalt begrænset til en computerskærm.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Krævede Programs <ol><li> Albira Billede Indløser </li><li> PMOD </li><li> ImageJ </li><li> Meshlab </li><li> Netfabb </li><li> ReplicatorG </li></ol></td></tr></tbody></table>

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

Tre-dimensionel udskrivning giver mulighed for produktion af meget detaljerede objekter gennem en proces kendt som tilsætningsstof fremstilling. Traditionel, skimmel-injektion metoder til at skabe modeller eller dele har flere begrænsninger, hvoraf de vigtigste er en vanskelighed i at gøre meget komplekse produkter på en rettidig og omkostningseffektiv måde. 1 har imidlertid en gradvis forbedring i tre-dimensionelle printteknologi resulteret i både high-end og økonomi instrumenter, der nu foreligger for letkøbt produktion af kundespecifikke modeller. 2 Disse printere har evnen til at ekstrudere høj opløsning objekter med tilstrækkelig detaljeret til præcist at repræsentere in vivo billeder genereret fra en præklinisk X-ray CT-scanner . Med korrekt dataindsamling, overfladegengivelse, og stereolitografiske redigering, er det nu muligt og billigt at hurtigt at udarbejde detaljerede skelet og bløde vævsstrukturer fra X-ray CT-data. Selv i de tidlige stadier af udviklingling, de anatomiske modeller produceret af tre-dimensionelle udskrivning appel til både undervisere og forskere, der kan bruge teknologien til at forbedre visualisering færdigheder. 3, 4 De reelle fordele ved denne metode skyldes konkret erfaring en forsker kan have med data, der ikke kan tilstrækkeligt transporteres gennem en computerskærm. Oversættelsen af ​​prækliniske 3D-data til et fysisk objekt, der er en nøjagtig kopi af forsøgspersonen er et kraftfuldt værktøj til visualisering og kommunikation, især for at relatere billeddannelse forskning til studerende, eller dem på andre områder. Her giver vi en detaljeret metode til trykning af plast modeller af knogler og orgel strukturer afledt af X-ray CT scanner anvender en Albira X-ray CT-systemet i forbindelse med PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb, og ReplicatorG softwarepakker.

<img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> Figur 1. 3D trykte modeller af lungerne og skeletale træk ved en rotte X-ray CT datasæt. Objekter blev trykt ved hjælp af en ProJet HD 3000 (til venstre), Shapeways Inc. (Center) eller en Makerbot Replicator (til højre). Skalaen bar betegner 2 cm. Bemærk, at Målestokken i panel C er mindre end A og B, der angiver, at i nogle tilfælde Makerbot skal udskrive et forstørret objekt for at output tilstrækkeligt detaljeret. Figur 1 viser de endelige produkter til tre metoder til trykning af samme in vivo rotte CT datasæt. Alle tre modeller består af en beskåret skeletstruktur og flytbare lungerne, som blev trykt uafhængigt og stykket sammen. Modellen til venstre er resultatet af ProJet HD 3000 højopløsningsprinter, skabt ved hjælp af gennemsigtig akryl plast. Formålet i centrumblev fremstillet ved anvendelse af en tredjepart, Shapeways Inc., hvor den skeletstruktur er trykt med nylon 12 hvid plast, mens de respiratoriske strukturer blev fremstillet i lilla. Disse to første modeller blev trykt til den faktiske skala, der måler cirka 11 cm i længden. Formålet ved retten blev lavet ved hjælp af MakerBot. Den skeletstrukturen blev udskrevet med naturfarvet ABS (acrylonitril butadien styren) plast og lungerne med lime grøn ABS. På grund af den resolution grænser for MakerBot, kunne denne model ikke blive udskrevet for at skalere uden forringelse af fine struktur som brystkassen. I stedet blev den model opskaleres ved næsten 2X hjælp af &quot;fill opbygge space&quot; for at opnå den ønskede visuelle detaljer, hvilket resulterer i en genstand af 21 cm lange. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> Figur 2. 3D trykte modeller af en en ex vivo kanin skull datasæt. De udstillede genstande blev trykt ved hjælp af en ProJet HD 3000 (venstre), Shapeways Inc. (Center) og en Makerbot Replicator (til højre). Skalaen bar betegner 1 cm. Figur 2 viser de endelige produkter af hver metode til udskrivning til ex vivo kanin kranie CT datasæt. Modellen til venstre er resultatet fra ProJet HD 3000 højopløsningsprinter hjælp gennemsigtig akryl plast. Modellen på centrum blev trykt i hvid nylon12 plast gennem Shapeways Printing. Formålet til højre blev trykt i hvid plast med MakerBot. Alle tre genstande blev udskrevet til at skalere og måle ca 8,5 cm i længden. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> Figur 3. 3D trykte modeller af en fuld rotte X-ray CT datasæt. Objekter blev trykt ved hjælp af en ProJet HD 3000 (til venstre), og Shapeways Inc. (til højre). Skalaen bar betegner 1 cm. Figur 3 viser de endelige produkter til to metoder til trykning af en fuldstændig in vivo CT datasæt af en rotte. Begge modeller bestå af en komplet skeletstruktur (minus halen) og flytbare lunger. Modellen til venstre er den resulterende af en printer med høj opløsning, den ProJet HD 3000, udskrevet med gennemsigtig akryl plast. Modellen til højre er trykt med Shapeways udskrivning med skeletstrukturen oprettet med hvid nylon12 plast og lungerne i lilla. Disse to modeller blev trykt til den faktiske skala, der måler ca 19 cm i længden. På grund af den indviklede detaljerede de skal kunne fulde skelet ikke blive udskrevet med MakerBot Replicator. Under udforskningen af tredimensionale trykketeknikker, blev visse fordele og ulemper observeres og er angivet i tabel 1. <table border="1"><tbody><tr><td><strong&gt; Metode til udskrivning </td><td> Fordele </td><td> Ulemper </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> Ekstremt hurtigt, forskellige farvemuligheder, i stand til at udskrive i to farver, ekstremt billig </td><td> Laveste niveau af detaljer. Fjernelse af bærematerialer er langsom (i størrelsesordenen et par timer). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> Varity af farveindstillinger, forskellige materialer til udskrivning, høj detaljeringsgrad, relativt billig </td><td> To uger tid til at behandle og modtage en ordre </td></tr><tr><td> ProJet HD 3000 </td><td> Relativt hurtig ekspeditionstid, højeste niveau af detaljer, high throughput, let at fjerne support materialer (voks). </td><td> Dyreste op foran omkostninger, kun en farve option i praksis. </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Sammenligningaf 3D print teknologier til rådighed til at udskrive CT datasæt.

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

Ved hjælp af moderne plast ekstrudering og printteknologier, er det nu muligt hurtigt og billigt producere fysiske modeller af X-ray CT-data, der er truffet i et laboratorium. Den tredimensionale udskrivning af tomografiske data er en kraftfuld visualisering, forskning og pædagogisk værktøj, der kan nu tilgås af den prækliniske imaging samfund.

3D Printing af præklinisk X-ray Computed tomografisk Datasæt

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

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

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

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

SKAL og MÅ af Cryo-elektronmikroskopi: En primer på Prøveforberedelse og data af høj kvalitet Indsamling til Macromolecular 3D Genopbygning

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

Produktion af Menneskelige Norovirus fremspringende domæner i<em&gt; E. coli</em&gt; Til røntgenkrystallografi

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

Høj overførselshastighed måling af tarm transittid ved hjælp af larve zebrafisk

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

Micron-skala fænotyper teknikker af majs kardiovaskulære bundter baseret på X-ray Microcomputed tomografi

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

Dosimetri til cellebestråling ved hjælp af orthovoltage (40-300 kV) røntgenfaciliteter

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

En 3D-kartografisk beskrivelse af cellen ved Hjælp af Cryo Soft X-ray Tomography

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

Konstruktion af en realistisk, helkrops, tredimensionel hesteskeletalmodel ved hjælp af computertomografidata

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