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

Wij zijn van harte danken de Nanovic Instituut voor Europese Studies, de Glynn Family Honors Program, de Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) en Carestream Health voor financiële steun voor dit project. Onderzoek naar konijn craniale ontwikkeling ondersteund door NSF BCS-1029149 om MJR.

1. Dieren <ol><li> Voor de resultaten hieronder vermelde, was een mannelijke Lobund-Wistar ratten van tien maanden oud verkregen uit de Freimann Life Science Center, University of Notre Dame (Notre Dame, Indiana, USA). Een ex vivo Nieuw-Zeeland White Rabbit (Man, leeftijd = 8 weken) schedel monster, bewaard in 10% formaline, werd verkregen uit het laboratorium van Prof Matthew Ravosa, Universiteit van Notre Dame. </li><li> Voor in vivo imaging, de rat werd verdoofd door Isofluorane (2,5% debiet) onderhoud via een neuskegel systeem. Het dier werd gepositioneerd gevoelig in de standaard rat bed (M2M Imaging Inc, Cleveland, Ohio) die bij de Albira beeld station. Ledematen werden geplaatst laterale van de romp voor een uniforme CT acquisitie. </li><li> Na beeldacquisitie was voltooid, werd de rat uit de neuskegel en keerde terug naar het herstel kooi tot ambulante. </li><li> Voor scans van het konijn schedel werd het monster geplaatst in de rat bedin een afgesloten plastic zak met formaline. </li></ol> 2. Image Acquisition en Wederopbouw <ol><li> In vivo en ex vivo Afbeelding overnames werden uitgevoerd met behulp van de Albira CT-systeem (Carestream Molecular Imaging, Woodbridge, CT). Het systeem is ingesteld op een bed van 180 mm lengte scannen door het uitvoeren van drie ronde scans (600 projecties per scan), elk met een 65 mm FOV, die vervolgens worden samengevoegd tijdens de wederopbouw. De röntgenbron werd een stroom van 400 uA en voltage van 45 kVp en gebruikt een 0,5 mm Al filter te harden de balk. Geschatte straling diep dosis equivalent voor CT instellingen was 660 mSv, en ondiepe dosisequivalent was 1171 mSv. Deze doses zijn meer dan 10-voudig lager dan gerapporteerd LD50-waarden. </li><li> Afbeeldingen worden gereconstrueerd met behulp van de FBP (Filtered Back Projection) algoritme via de Albira Suite 5.0 Reconstructor met behulp van &quot;Standaard&quot; parameters. De combinatie van deze acquisitie en reconstructie instellingen produceren een final beeld met 0.125 mm isotrope voxels, voldoende geacht voor hele dieren analyse en 3D printen van anatomische structuren. </li></ol> 3. Data Processing <ol><li> Skeletal functies van CT-scans kunnen worden afgedrukt vanuit de ruwe data zonder segmentatie. Echter segmentatie van zachte weefsels nodig voorafgaand aan verwerking van gegevens 3D printing. Hier laten we een voorbeeld met longweefsel. <ol><li> Open origineel microPET (data formaat voor alle modaliteiten op de Albira Imaging System)-bestand </li><li> Teken een volume van belang (VOI) rond de muis, zodat alle externe ruimte wordt verwijderd. </li><li> Onder &#39;Mask Buiten Selected VOI&#39; de &#39;VOI Tools&#39; tabblad te selecteren en stel de maskering waarde -1.000 Hounsfield Units (HU, radiodensity schaal voor CT), die de buitenruimte zal effectief ingesteld op de CT-dichtheid waarde van lucht. </li><li> Met alle externe ruimte verwijderd, onder de &#39;Tools&#39; tabblad &#39;Externe&#39;, klik vervolgens op drop-downpijl en selecteer &#39;Segmentatie&#39; </li><li> Stel het bereik -550 tot -200 en klik op &#39;Ok&#39;. </li><li> Als het bestand is zeer groot, &#39;Extra&#39; tabblad te selecteren, selecteert u &#39;Reduce,&#39; en voer het programma </li><li> Opslaan als Analyseer bestand </li></ol></li><li> De gegevens moeten eerst worden omgezet in DICOM-formaat met behulp PMOD (PMOD Technologies LTD, Zürich, Zwitserland) analyse software. <ol><li> Open de PMOD Image Processing Software Package. </li><li> Langs de bovenste rij, selecteer het tabblad Weergave. </li><li> In de lagere rechter werkbalk op de pijl omlaag label Database onder belasting. </li><li> Selecteer microPET voor de ruwe CT data, of analyseren voor de gesegmenteerde longen. </li><li> Selecteer het gewenste bestand en klik op Toevoegen aan geselecteerde. </li><li> Klik op Openen. </li><li> In de lagere rechter werkbalk op de opwaartsepijl onder Opslaan. </li><li> In dit menu kiest u het bestandstype DICOM. </li><li> Geef het bestand en selecteer Opslaan. </li><li> Sluit PMOD. </li></ol></li><li> DICOM data bevat volumetrische dichtheid voor elke voxel. Om deze gegevens af te drukken, moet worden verwerkt als een aanligvlak plaats van een volume. ImageJ v1.43u wordt gebruikt om oppervlakte renderings verkrijgen voor verdere verwerking. <ol><li> Open ImageJ Image Processing Software </li><li> Selecteer Bestand&gt; Importeren. </li><li> Selecteer Afbeelding Sequence. </li><li> Navigeer naar het bestand met de nieuwe DICOM en selecteer het. </li><li> Selecteer Plug-ins&gt; 3D&gt; 3D-viewer. </li><li> Er verschijnen twee vensters, de 3D-viewer wordt weergegeven en een ADD-venster. </li><li> Onder Weergeven als in het ADD-venster verandering Volumeaan de oppervlakte. </li><li> Wijzig de standaard waarde van Threshold tot 210. </li><li> Klik op OK. </li><li> In de 3D-viewer menubalk Bestand&gt; Exporteren oppervlakken&gt; Wavefront. </li><li> Noem het bestand en klik op Opslaan. </li></ol></li><li> Twee programma&#39;s, meshlab v1.3.1 en Netfabb Studio Basic 4.9, zal gelijktijdig verwijder eventueel overtollig gaas, samen te voegen losgekoppeld mazen, reparatie gaten en glad de uiteindelijke mesh. De voornaamste verschillen tussen deze twee programma stelt het hulpprogramma ter beschikking van de gebruiker, en sommige van de interface navigatiebediening. Ze zijn beide 3D mesh editing software programma&#39;s en hun gebruik in combinatie biedt de eenvoudigste benadering bewerken van het model. <img alt="Icoon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /> geeft aan dat deze acties moeten worden uitgevoerd in meshlab v1.3.1 <img alt="Icoon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /> geeft aan dat deze acties moeten worden uitgevoerd in Netfabb Studio Basic 4.9 <ol><li> Om mazen importeren in software voor het bewerken: <ol><li> Open meshlab v1.3.1 <img alt="Icoon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Klik in de menubalk selecteert u Bestand&gt; Nieuw leeg project. </li><li> Selct Bestand&gt; Importeren Mesh. </li><li> Selecteer het bestand en klik op Openen. </li><li> Zodra het bestand is geladen, wordt er een dialoogvenster te openen. Het houden van Verenig gecontroleerd Dubbele Hoekpunten, drukt u op OK. <ol><li> Open Netfabb Studio Basic 4.9. <img alt="Icoon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Sleep het gewenste bestand direct op de Netfabb Studio Basic-scherm. </li></ol></li></ol></li><li> Om ongewenste gaas te verwijderen van het oppervlak: <ol><li> Klik in de menubalk in meshlab, selecteer Filters&gt; Schoonmaken en herstellen&gt; Verwijder Geïsoleerde Pieces (WRT Diameter). <img alt="Icoon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Verwijder geïsoleerde aangesloten componenten waarvan de diameter kleiner is dan de aangegeven constante. Voer een maximum diameter van deze componenten en klik op Toepassen. </li><li> Geleidelijk verhogen van de maximale diameter om grotere stukken te verwijderen. Klik op Toepassen na elke diameter wijziging. </li></ol></li><li> Om losgekoppeld stukken mee moet gaten worden gesneden in de huidige mazen op de gewenste plaatsen van een nieuwe band, en een brug van gaas must worden gebouwd tussen. <ol><li> Gebruik de Selection Tool, zevende middel van links in de menubalk, om de stukken van gaas die zal worden weggesneden te selecteren. <img alt="Icoon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Verwijder geselecteerde stukken van mesh met de Delete-knop Faces, het derde instrument van links in de menubalk. </li><li> Vanuit de menubalk Bestand&gt; Exporteren Mesh As. </li><li> Noem het bestand en het bestandstype wijzigen naar STL. </li><li> Druk op Opslaan. </li><li> Er verschijnt een dialoogvenster met opties voor opslaan verschijnt, drukt u op OK. <img alt="Icoon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Sleep deze nieuwe bestand in Netfabb. </li><li> Op de bovenste menu herstellenDe vierde van links gereedschap. </li><li> Selecteer de Add driehoeken gereedschap, dertiende van links. </li><li> Klik op een open rand (zullen zij geel) aan de ene kant en klik vervolgens op een open rand op het andere stuk. Maak 5 tot 10 bruggen over de kloof. </li><li> Schakel het selectievakje Automatische Repair knop aan de onderkant rechts </li><li> Markeer Standaard Herstellen. </li><li> Klik op Uitvoeren. </li><li> Druk op Annuleren na de reparatie is uitgevoerd. </li></ol> Optioneel: Sommige gecreëerd driehoeken kan de verkeerde richting zijn. De volgende stappen kunnen worden gebruikt om deze driehoeken heroriënteren. <ol><li> Selecteer de Flip Geselecteerde Driehoeken Button. </li><li> Klik op een gedesoriënteerd driehoeken aan alle driehoeken roteren in de juiste richting. </li></ol></li><li> Naarreparatie kraters en gaten moeten gehele gaten en kraters worden verwijderd en bruggen worden gebouwd aan weerszijden van de maas. <ol><li> Klik op de Selection Tool. <img alt="Icoon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Selecteer de krater of gat te vullen. </li><li> Klik op de Delete-knop Faces. </li><li> Vanuit de menubalk Bestand&gt; Exporteren Mesh As. </li><li> Noem het bestand en het bestandstype wijzigen naar STL. </li><li> Druk op Opslaan. </li><li> Er verschijnt een dialoogvenster met opties voor opslaan verschijnt, drukt u op OK. </li><li> Sleep deze nieuwe bestand in Netfabb. <img alt="Icoon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Op de bovenste menu herstellen </st<html> rong&gt;, de vierde gereedschap van links. </li><li> Selecteer de Add driehoeken gereedschap, dertiende van links. </li><li> Klik op een open rand (zullen zij geel) aan de ene kant en klik vervolgens op een open rand op het andere stuk. Maak 5 tot 10 bruggen over de kloof. </li><li> Schakel het selectievakje Automatische Repair knop aan de onderkant rechts </li><li> Markeer Standaard Herstellen. </li><li> Klik op Uitvoeren. </li><li> Druk op Annuleren na de reparatie is uitgevoerd. </li></ol></li><li> Laplacian smoothing de glad algoritme in meshlab, wordt gebruikt om het object glad met behoud van de structurele integriteit van het model. <ol><li> Navigeer Filters&gt; Smoothing&gt; Kuip en vervorming&gt; Laplace Smooth.iles/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Selecteer een aantal smoothing iteraties. Meer iteraties resulteert in een gladder model, maar elke iteratie langzaam afgebroken het volume van het model, wat kan resulteren in stukken verbroken en scherpe randen. 1 tot 5 iteraties worden aanbevolen. </li><li> Druk op OK. </li><li> Vanuit de menubalk Bestand&gt; Exporteren Mesh As. </li><li> Noem het bestand en het bestandstype wijzigen naar STL. </li><li> Druk op Opslaan. </li><li> Er verschijnt een dialoogvenster met opties voor opslaan verschijnt, drukt u op OK. </li><li> Sleep deze nieuwe bestand in Netfabb. <img alt="Icoon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Op het bovenste menu, selecteer Herstellen, de vierde gereedschap van links. </li><li> Selecteer de Add driehoeken tool, eirteenth van links. </li><li> Klik op een open rand (zullen zij geel) aan de ene kant en klik vervolgens op een open rand op het andere stuk. Maak 5 tot 10 bruggen over de kloof. </li><li> Schakel het selectievakje Automatische Repair knop aan de onderkant rechts </li><li> Markeer Standaard Herstellen. </li><li> Klik op Uitvoeren. </li><li> Druk op Annuleren na de reparatie is uitgevoerd. </li><li> Vanuit de menubalk Bestand&gt; Exporteren Mesh As. </li><li> Noem het uiteindelijke bestand en wijzig het bestandstype naar STL. </li><li> Druk op Opslaan. </li><li> Er verschijnt een dialoogvenster met opties voor opslaan verschijnt, drukt u op OK. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Afdrukken <ol><li> Afdrukken met de MakerBot <ol><li> Open het STL-bestand in ReplicatorG. ReplicatorG is een MakerBot Industries programma dat wordt gebruikt om te communiceren met de MakerBot. </li><li> Klik op schaal van de onderste rechterhoek menu en selecteert u Vul de Build Space! </li><li> Selecteer Draaien en klik op Lay Flat. </li><li> Klik Center. </li><li> Voor modellen met fijne details, selecteer vullen bouwen platform op te schalen model. </li><li> Vanuit hetzelfde menu, klikt u op Verplaatsen en selecteer Zet Platform. </li><li> Zodra de juiste richting is bereikt, selecteer Genereer GCODE van de top menu balk. * Er wordt een venster met afdrukopties verschijnt. </li><li> Selecteer de extruder dat de gloeidraad zal het object (links of rechts) te drukken. </li><li> Selecteer Gebruik Raft / Support. </li><li> Uit het drop down menu getiteld onse ondersteunend materiaal, selecteert u Volledig Support. </li><li> Selecteer genereren GCODE. Er verschijnt een pop-up box met de voortgang van het GCODE zal verschijnen. </li><li> Zodra de GCODE is voltooid, selecteert u Build tot het dossier voor gebruik met SD-kaart. </li><li> Klik op Opslaan. </li><li> Sleep het bestand naar een SD-kaart. </li><li> Plaats de SD-kaart in de MakerBot en het gebruik van de MakerBot toetsenbord selecteert u Afdrukken in SD. </li><li> Onder Afdrukken vanaf SD, selecteert u de gewenste bestandsnaam. De MakerBot zal automatisch beginnen te warm-up van het object af te drukken. </li></ol></li><li> Shapeways afdrukken <ol><li> Na het aanmaken van een gratis account met Shapeways, kan het STL-bestand direct worden geüpload naar de Shapeways website: <a href="http://www.shapeways.com/upload/" target="_blank">http://www.shapeways.com/upload/</a> </li><li> Klik op Uploaden en selecteer de STLbestand. </li><li> Selecteer een titel voor de foto bestand. </li><li> Selecteer een maateenheid uit het dropdown menu. </li><li> Klik op Uploaden Model. </li><li> Het bestand is nu klaar voor het afdrukken via Shapeways. Zodra het bestand is geupload Shapeways zal een paar minuten duren om het bestand te verwerken om er zeker van het daadwerkelijk kan worden afgedrukt. Je zult in staat zijn om het model van de &quot;mijn modellen&quot; pagina af te drukken na ongeveer tien minuten. </li><li> De &quot;witte sterke, flexibele&quot; selectie werd gebruikt om het skelet structuren af ​​te drukken, terwijl &quot;paars sterke, flexibele&quot; werd gebruikt voor longweefsel. </li></ol></li><li> ProJet HD 3000 Afdrukken <ol><li> De STL-bestand kan ook worden afgedrukt met behulp van een commercieel hoge resolutie driedimensionale printer, zoals de ProJet HD 3000 (Springboard Engineering Solutions LLC, Innovation Park, de Notre Dame, IN, USA). </li><li> De STL-bestand wordt geladen in de 3D Systems eigen software om de layout van de baan op de platform. Dit vereist de oriëntatie van het model rond het gebruik van was steun en druk te minimaliseren. Dit bestand wordt opgeslagen. </li><li> De afdruktaak wordt vervolgens elektronisch verzonden naar de printer. </li><li> Een platform van aluminium wordt geladen in de printer en de ProJet HD 3000 begint af te drukken het object. </li><li> Het model wordt vervolgens uit het platform en geplaatst in een oven bij ongeveer 73 ° C aan de drager was van het model smelt. </li><li> Het object wordt warm verwijderd en afgeveegd met een Kimwipe om resterende oppervlakte was te verwijderen. </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 is een consultant voor Carestream Molecular Imaging. Brian Stamile is een support engineer voor MakerBot Industries.

X-ray CT datasets van een levend Lobund-Wistar rat en een ex vivo Nieuw-Zeeland White Rabbit schedel werden gebruikt om de haalbaarheid van de 3D-object de productie van pre-klinische biologische gegevens te tonen. Modellen werden gegenereerd met behulp van drie verschillende bronnen: 1) De populaire MakerBot Replicator, 2) Het derde bedrijf Shapeways Inc, en 3) De hoogwaardige commerciële ProJet HD 3000. Elke printer was in staat om objecten die het principe doel van verbeterde data visualisatie tevreden te genereren. Tijdens het afdrukken van preklinische CT data, de voordelen en nadelen van elk printmethode zijn geverifieerd en samengevat voor de eindgebruiker. De MakerBot Replicator is een goedkoop ($ 1.750) bench top-oplossing die toegankelijk is voor vrijwel elke lab over de hele wereld. Het systeem kan printen in meerdere kleuren met goedkope ingangen (een rat CT met longen gebruikt ongeveer $ 3,50 in plastic). Echter, de MakerBot beperkt door resolutie,en dus sommige modellen moeten worden vergroot voor een goede extrusie en visualisatie van de beoogde structuur. Shapeways Inc biedt een uitstekende aantal selecties met betrekking tot kleur en materiaal. De modellen zijn hoge resolutie, en robuust. Terwijl hun prijzen zijn ongeveer 10-maal hoger dan de MakerBot op een per eenheid (een rat CT met longen was 41,61 dollar), kan een gebruiker uitvoeren van een beperkt aantal banen en voorkomen dat de upfront kosten van de aanschaf van een printer. De twee weken doorlooptijd van Shapeways is een klein nadeel. De ProJet HD 3000 uitstekende modellen die in termen van resolutie en kracht. We waren gelukkig genoeg om het afdrukken van onze objecten contract op de ProJet HD 3000 op Innovation Park in de Notre Dame (ongeveer $ 30 voor een rat CT met longen voor arbeid en materialen). Gebruikers hebben problemen met toegang tot dit soort apparatuur zoals ze zijn geprijsd in het bereik van $ 80.000 en is het lastig te drukken met meerdere kleuren ook. Aangezien elk instrument / fabrikantbiedt een andere metriek om de resolutie voor object afdrukken (Shapeways minimumniveau van detaillering = 0,2 mm, wanddikte = 0,7 mm, 5 MakerBot plakdikte = 0,2-0,3 mm met een 0,4 mm nozzle, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 beschrijven x 656 x 800 met een nauwkeurigheid van ,025-+0.05 mm), een kwalitatieve beoordeling van de relatieve resoluties tussen elk systeem suggereert dat zowel Shapeways en het ProJet HD systeem kan afdrukken in hoog detail op schaal, terwijl sommige objecten moet worden vergroot voor een succesvol gebruik van de MakerBot. Gezamenlijk drie methoden zijn milieuvriendelijk en een handig middel om gemakkelijke productie van zeer gedetailleerde preklinische Röntgen CT modellen bereiken. Conclusie Geleidelijk heeft de technologie van 3D printen toegankelijker geworden omdat zowel de kosten en complexiteit zijn geminimaliseerd. 8, nu 9, letterlijk iedereen kan met een hoge resolutie, drie-dimensionale objecten af te drukken vanaf gravenItal bestanden. Deze gedetailleerde driedimensionale objecten kunnen nuttige hulpmiddelen voor zowel docenten en onderzoekers. Bovendien zijn ze een middel van visuele communicatie die helpt bij het ​​bereiken van een beter begrip. 10 Bijvoorbeeld, medische onderzoekers kan monster of patiënt-specifieke modellen te gebruiken om zowel de communicatie en begrip met hun collega&#39;s en patiënten te verbeteren. 11 Hoewel de vertegenwoordiging in 2D-schermen heeft een lange weg afgelegd, er is absoluut geen vervanging voor de visuele en zintuiglijke ervaring van het houden van een echt object dat in staat is te houden, geroteerd, onderzocht en verplaatst. Een model gepaard met een elektronische representatie nog krachtiger omdat hiermee onderzoekers het fysieke object onderzoeken voor gebieden van belang, en deze ruimte zoeken op een computermodel voor verdere kwantitatieve analyse. Met de juiste verzamelen van gegevens, oppervlakte rendering en stereolithografische bewerken, is het mogelijk om snel te produceren gedetailleerde, relatitief goedkope modellen van X-ray CT data. Hier geven we een gedetailleerde, stap voor stap methode voor de productie van een driedimensionaal model van preklinische klein dier verzamelde gegevens met een X-ray micro-CT. We verworven ons in vivo en ex vivo CT datasets met behulp van een Albira beeld station, en trad op latere verwerking met PMOD, ImageJ, meshlab en Netfabb softwarepakketten. Tot slot bieden we gedetailleerde instructies om drie-dimensionaal model afdrukken in te schakelen met een scala aan commerciële oplossingen. In elk geval, het eindresultaat is een model dat een unieke, met de hand-held, fysieke manifestatie van de verworven tomografische gegevens die normaal zou worden beperkt tot een computer scherm biedt.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Verplichte Programma&#39;s <ol><li> Albira Afbeelding Acquirer </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

Driedimensionale druktechniek maakt de productie van zeer gedetailleerde materialen via een proces dat additieve productie. Traditionele, schimmel-injectie methoden om modellen of onderdelen te creëren hebben verschillende beperkingen, de belangrijkste daarvan is een probleem in het maken van zeer complexe producten in een tijdige en kosteneffectieve manier. 1 echter geleidelijke verbeteringen in de drie-dimensionale printtechnologie hebben geleid zowel high-end en economie instrumenten die nu beschikbaar zijn voor de gemakkelijke productie van aangepaste modellen. twee Deze printers hebben het vermogen om hoge resolutie extrusie voorwerpen met voldoende detail om zo nauwkeurig mogelijk in vivo gegenereerde beelden van preklinische Röntgen CT scanner . Met de juiste verzamelen van gegevens, oppervlakte rendering en stereolithografische bewerken, is het nu mogelijk en goedkoop om snel gedetailleerde skelet en de weke delen structuren te produceren van X-ray CT data. Zelfs in de vroege stadia van ontwikkelingment, de anatomische modellen geproduceerd door drie-dimensionale afdrukken beroep op zowel de docenten en onderzoekers die de technologie gebruiken om visualisatie taalvaardigheid te verbeteren. 3, 4 De echte voordelen van deze methode voortvloeien uit de concrete ervaring van een onderzoeker kan hebben met gegevens die niet kunnen worden adequaat overgebracht door middel van een computerscherm. De vertaling van pre-klinische 3D-gegevens naar een fysiek object dat een exacte kopie van de proefpersoon is een krachtige tool voor visualisatie en communicatie, in het bijzonder voor het relateren van imaging onderzoek aan studenten, of die op andere gebieden. Hier bieden we een gedetailleerde methode voor het afdrukken van plastic modellen van het bot en orgel structuren afgeleid van X-ray CT-scans met behulp van een Albira X-ray CT-systeem in combinatie met PMOD, ImageJ, meshlab, Netfabb en ReplicatorG softwarepakketten.

<img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> Figuur 1. 3D geprinte modellen van de longen en het skelet kenmerken van een rat X-ray CT dataset. Objecten werden gedrukt met behulp van een ProJet HD 3000 (links), Shapeways Inc (Centrum) of een MakerBot Replicator (rechts). De schaal balk geeft 2 cm. Merk op dat de schaalbalk in paneel C is kleiner dan die van A en B, hetgeen betekent dat in sommige gevallen de MakerBot moet een vergrote object afdrukken om productie voldoende detail. Figuur 1 toont de eindproducten drie afdrukmethoden van dezelfde in vivo rat CT dataset. Alle drie de modellen bestaan ​​uit een bijgesneden skeletstructuur en verwijderbaar longen die onafhankelijk werden gedrukt en samengevoegd. Het model links is het resultaat van de HD 3000 ProJet hoge resolutie printer, gemaakt met doorschijnende acrylaat. Het object in het middenwerd geproduceerd met een derde bedrijf Shapeways Inc, waarin het skelet is gedrukt met nylon 12 wit plastic terwijl de luchtwegen structuren vervaardigd in paars. Deze eerste twee modellen gedrukt om de werkelijke omvang van ongeveer 11 cm in lengte. Het object rechts werd gemaakt met behulp van de MakerBot. Het skelet werd afgedrukt met behulp van natuurlijke gekleurde ABS (acrylonitril-butadieen-styreen) plastic en de longen met lime groen ABS. Door de resolutie grenzen van de MakerBot kan dit model niet worden afgedrukt om zonder degradatie van fijne structuur schalen zoals de ribbenkast. In plaats daarvan werd het model opgeschaald met bijna 2X de &quot;vullen bouwen space&quot; om de gewenste visuele details te verkrijgen, resulterend in een object van 21 cm lengte. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> Figuur 2. 3D geprinte modellen van een een ex vivo konijn skull dataset. weergegeven De objecten werden afgedrukt met een ProJet HD 3000 (links), Shapeways Inc (midden) en een MakerBot Replicator (rechts). De schaal balk geeft 1 cm. Figuur 2 de eindproducten van elk printmethode voor de ex vivo rabbit schedel CT dataset. Het model op links is het resultaat van de ProJet HD 3000 printer met hoge resolutie met behulp van doorzichtig acrylaat. Het model in het midden werd gedrukt in witte nylon12 kunststof door middel van Shapeways afdrukken. Het object rechts werd gedrukt in witte kunststof met behulp van de MakerBot. Alle drie de objecten werden gedrukt op schaal en zijn ongeveer 8,5 cm in lengte. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> Figuur 3. 3D geprinte modellen van een volledige rat röntgen-CT dataset. Objecten werden gedrukt met behulp van een ProJet HD 3000 (links) en Shapeways Inc (rechts). De schaal bar geeft 1 cm. Figuur 3 geeft de eindproducten twee afdrukmethoden een volledige in vivo CT dataset van een rat. Beide modellen bestaan ​​uit een compleet skelet (minus de staart) en afneembare longen. Het model links is de resultante van een hoge resolutie printer, de ProJet HD 3000, afgedrukt met doorschijnende acrylaat. Het model op de juiste is afgedrukt met Shapeways Printing, met het skelet gemaakt met behulp van witte nylon12 plastic en de longen in het paars. Deze twee modellen werden gedrukt op werkelijke schaal, van ongeveer 19 cm in lengte. Vanwege de vereiste ingewikkelde details kan de volledige skelet niet worden afgedrukt met de MakerBot Replicator. Tijdens de verkenning van driedimensionale druktechniek werden bepaalde voordelen en nadelen waargenomen en zijn opgesomd in tabel 1. <table border="1"><tbody><tr><td><strong&gt; Methode van afdrukken </td><td> Voordelen </td><td> Nadelen </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> Extreem snel, verscheidenheid van kleuren opties, in staat om af te drukken in twee kleuren, zeer goedkoop </td><td> Laagste detailniveau. Verwijdering van dragermaterialen is traag (in de orde van een paar uur). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> Varity van kleuren, verschillende materialen voor het afdrukken, hoog niveau van detail, relatief goedkope </td><td> Twee weken tijd om te verwerken en te ontvangen van een bestelling </td></tr><tr><td> ProJet HD 3000 </td><td> Relatief snelle doorlooptijd, hoogste niveau van detail, hoge doorvoersnelheid, gemakkelijk te ondersteunend materiaal (was) te verwijderen. </td><td> Duurste up front kosten, maar een kleur optie onder praktijkomstandigheden. </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Vergelijkingvan 3D printing technologieën beschikbaar voor CT datasets af te drukken.

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

Met behulp van moderne kunststof extrusie en printtechnologieën, is het nu mogelijk om snel en goedkoop te produceren fysische modellen van de X-ray CT-gegevens die in een laboratorium. De drie-dimensionale afdrukken van tomografische gegevens is een krachtige visualisatie, onderzoek, en een educatief instrument dat nu kan worden benaderd door de preklinische beeldvorming gemeenschap.

3D Printing van preklinisch X-ray computertomografie tomografische gegevens Sets

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

Niet-invasieve 3D-visualisatie met Sub-micron resolutie met behulp van synchrotronstraling-X-ray-tomografie

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

Microcontact afdrukken van eiwitten voor Celbiologie

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

Eiwitkristallisatie voor X-ray kristallografie

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

Do&#39;s en Don&#39;ts van cryo-elektronenmicroscopie: A Primer op Monstervoorbereiding en hoge kwaliteit Data Collection voor Macromolecular 3D Wederopbouw

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

De productie van de mens Norovirus uitstekende Domeinen in<em&gt; E. coli</em&gt; Voor röntgenkristallografie

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

High-throughput meting van darm transittijd met behulp van larvale zebravis

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-schaal fenotypering technieken van maïs vaatbundels gebaseerd op de X-ray Microcomputed tomografie

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

Dosimetrie voor celbestraling met orthovoltage (40-300 kV) röntgenfaciliteiten

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

Een 3D cartografische beschrijving van de cel door 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

Constructie van een realistisch, whole-body, driedimensionaal paardenskeletmodel met behulp van computertomografiegegevens

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