Name: 3d printing of preclinical x-ray computed tomographic data sets
Uploaded: 2013-03-22T13:00:00
Duration: 11 min 6 s
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हम दिल से यूरोपीय अध्ययन, Glynn परिवार के सम्मान कार्यक्रम, Notre Dame एकीकृत इमेजिंग सुविधा (NDIIF) और Carestream स्वास्थ्य के लिए इस परियोजना के लिए वित्तीय सहायता के लिए NanoVic संस्थान धन्यवाद. खरगोश कपाल विकास पर अनुसंधान BCS-1029149 NSF द्वारा MJR समर्थित है.

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डब्ल्यू मैथ्यू Leevy Carestream आण्विक इमेजिंग के लिए एक सलाहकार है. ब्रायन Stamile MakerBot उद्योग के लिए एक समर्थन इंजीनियर है.

एक्स - रे सीटी डेटा एक जीवित चूहा Lobund Wistar के सेट और एक पूर्व vivo न्यूजीलैंड व्हाइट खरगोश खोपड़ी के पूर्व नैदानिक ​​जैविक डेटा से 3D वस्तु उत्पादन की व्यवहार्यता का प्रदर्शन करने के लिए उपयोग किया गया. 1) लोकप्रिय Makerbot रेप्लिकेटर, 2) 3 पार्टी कंपनी Shapeways इंक, और 3) उच्च ग्रेड वाणिज्यिक PROJET HD 3000 मॉडल तीन अंतर स्रोतों का उपयोग कर उत्पन्न किया गया. प्रत्येक प्रिंटर वस्तुओं है कि बढ़ाया डेटा दृश्य के सिद्धांत लक्ष्य संतुष्ट उत्पन्न करने में सक्षम था. पूर्व नैदानिक ​​सीटी डेटा छपाई की प्रक्रिया के दौरान, मुद्रण के प्रत्येक विधि के फायदे और नुकसान का पता लगाया थे और अंत उपयोगकर्ता के लिए संक्षेप. MakerBot रेप्लिकेटर एक सस्ती ($ 1750) बेंच शीर्ष समाधान है कि वस्तुतः विश्व भर में किसी भी प्रयोगशाला में पहुँचा जा सकता है है. यह सस्ती आदानों (प्लास्टिक में 3.50 डॉलर के बारे में इस्तेमाल फेफड़ों के साथ एक चूहे सीटी) के साथ कई रंगों में मुद्रित कर सकते हैं. हालांकि, Makerbot संकल्प द्वारा सीमित है,और इस तरह कुछ मॉडलों के लिए उचित बाहर निकालना और इरादा संरचना के दृश्य के लिए विस्तारित किया जा होगा. Shapeways इंक रंग और सामग्री के संबंध में चयन का एक उत्कृष्ट संख्या प्रदान करता है. मॉडल उच्च संकल्प और मजबूत कर रहे हैं. जबकि उनकी कीमतों के बारे में 10 गुना एक प्रति इकाई (फेफड़ों के साथ एक चूहे सीटी 41.61 डॉलर थी) के आधार पर MakerBot की तुलना में अधिक हैं, एक उपयोगकर्ता नौकरियों की एक सीमित संख्या निष्पादित और एक प्रिंटर खरीदने की अग्रिम लागत से बचने कर सकते हैं. दो सप्ताह Shapeways से नेतृत्व समय एक मामूली नुकसान है. PROJET HD 3000 संकल्प और शक्ति के मामले में बकाया मॉडल प्रदान की है. हम Notre डेम PROJET अभिनव पार्क में HD 3000 (के बारे में श्रम और सामग्री के लिए फेफड़ों के साथ एक चूहे सीटी के लिए 30 डॉलर) पर हमारे वस्तुओं का मुद्रण अनुबंध काफी भाग्यशाली थे. उपयोगकर्ताओं को उपकरण के इस प्रकार के उपयोग के साथ कठिनाई के रूप में वे कीमत 80,000 डॉलर की रेंज में कर रहे हैं, हो सकता है और यह कई रंगों के साथ के रूप में अच्छी तरह से मुद्रित करने के लिए बोझिल है. चूंकि प्रत्येक साधन / निर्मातावस्तु मुद्रण (विस्तार के Shapeways न्यूनतम स्तर = 0.2 मिमी, न्यूनतम दीवार मोटाई = 0.7 मिमी, 5 MakerBot टुकड़ा मोटाई = एक 0.4 मिमी नोक के साथ 0.2-0.3 मिमी, 6 PROJET HD 3000 डीपीआई = 656 के लिए संकल्प का वर्णन करने के लिए एक अलग मीट्रिक प्रदान करता है x 656 x 800 मिमी .025-0.05 के एक सटीकता के साथ), प्रत्येक प्रणाली के बीच रिश्तेदार के प्रस्तावों की एक गुणात्मक मूल्यांकन से पता चलता है है कि दोनों Shapeways और PROJET HD प्रणाली पैमाने पर करने के लिए उच्च विस्तार में मुद्रित कर सकते हैं, जबकि कुछ वस्तुओं के सफल प्रयोग के लिए विस्तारित किया जाना चाहिए MakerBot. सामूहिक रूप से, सभी तीन तरीकों के पर्यावरण के अनुकूल हैं और अत्यधिक विस्तृत पूर्व नैदानिक ​​एक्स - रे सीटी मॉडलों के सतही उत्पादन प्राप्त करने के लिए एक सुविधाजनक साधन उपलब्ध कराने के. निष्कर्ष धीरे - धीरे, 3 डी मुद्रण की तकनीक के रूप में दोनों लागत और जटिलता को कम से कम किया गया है और अधिक सुलभ हो गया है 8, 9 अब, सचमुच किसी खुदाई से उच्च संकल्प, तीन आयामी वस्तुओं मुद्रित कर सकते हैं.डिजिटल फ़ाइलें. ये विस्तृत तीन आयामी वस्तुओं दोनों शिक्षकों और शोधकर्ताओं के लिए एक जैसे उपयोगी उपकरण हो सकता है. इसके अलावा, वे दृश्य संचार का एक साधन है कि एक स्पष्ट समझ प्राप्त करने में सहायता प्रदान करते हैं, उदाहरण के लिए 10 मेडिकल शोधकर्ताओं नमूना या रोगी विशेष के मॉडल का उपयोग करने के लिए दोनों और उनके सहयोगियों और रोगियों के साथ संचार समझ में सुधार कर सकते हैं. 11 हालांकि 2 डी स्क्रीन पर प्रतिनिधित्व किया है एक लंबा सफर तय किया है, वहाँ बिल्कुल एक वास्तविक वस्तु है कि करने के लिए आयोजित की, घुमाया हो सकता है, की जांच की और चारों ओर ले जाया करने के लिए सक्षम है जोत के दृश्य और संवेदी अनुभव के लिए कोई जगह है. एक मॉडल एक इलेक्ट्रॉनिक डेटा प्रतिनिधित्व के साथ जोड़ा भी अधिक शक्तिशाली है के रूप में यह शोधकर्ताओं हित के क्षेत्रों के लिए भौतिक वस्तु की जांच करने के लिए, और आगे मात्रात्मक विश्लेषण के लिए एक कंप्यूटर मॉडल पर उन क्षेत्रों का पता लगाने की अनुमति देता है. उचित डेटा संग्रह, सतह प्रतिपादन, और stereolithographic संपादन के साथ, यह संभव है करने के लिए तेजी से विस्तृत relati, उत्पादनएक्स - रे सीटी डेटा से vely सस्ती मॉडल. यहाँ, हम पूर्व नैदानिक ​​छोटे जानवर एक एक्स - रे सूक्ष्म सीटी के साथ एकत्र किए गए आंकड़ों से एक तीन आयामी मॉडल के उत्पादन के लिए कदम विधि द्वारा एक विस्तृत कदम, प्रदान करते हैं. हम vivo और पूर्व vivo सीटी डेटा एक Albira छवि स्टेशन का उपयोग कर सेट में हमारे हासिल कर ली है, और बाद के प्रसंस्करण PMOD, ImageJ, Meshlab और Netfabb सॉफ्टवेयर संकुल के साथ प्रदर्शन किया. अंत में, हम विस्तृत वाणिज्यिक समाधान की एक सीमा के साथ तीन आयामी मॉडल मुद्रण को सक्रिय करने के निर्देश प्रदान करते हैं. प्रत्येक मामले में, अंत परिणाम एक मॉडल है कि एक अद्वितीय, हाथ से आयोजित tomographic डेटा हासिल कर ली है कि आम तौर पर एक कंप्यूटर स्क्रीन के लिए प्रतिबंधित किया जाएगा की शारीरिक अभिव्यक्ति प्रदान करता है.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> आवश्यक कार्यक्रम <ol><li> Albira छवि अधिग्रहण </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

तीन आयामी मुद्रण एक additive विनिर्माण के रूप में जाना जाता प्रक्रिया के माध्यम से अत्यधिक विस्तृत वस्तुओं के उत्पादन के लिए अनुमति देता है. पारंपरिक, मोल्ड इंजेक्शन मॉडल या भागों बनाने के तरीकों कई सीमाएं हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण एक समय पर, लागत प्रभावी ढंग से करने में अत्यंत जटिल उत्पादों को बनाने में कठिनाई है 1 हालांकि, तीन आयामी मुद्रण प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में धीरे - धीरे सुधार के परिणामस्वरूप है. दोनों उच्च अंत और अर्थव्यवस्था उपकरणों है कि अब अनुकूलित मॉडल की सतही उत्पादन के लिए उपलब्ध 2. इन प्रिंटर बाहर निकालना उच्च संकल्प वस्तुओं के लिए पर्याप्त विस्तार के साथ करने की क्षमता के लिए सही vivo एक preclinical एक्स - रे सीटी स्कैनर से जनित छवियों में प्रतिनिधित्व . उचित डेटा संग्रह, सतह प्रतिपादन, और stereolithographic संपादन के साथ, यह अब संभव है और सस्ता करने के लिए तेजी से एक्स - रे सीटी डेटा से विस्तृत कंकाल और नरम ऊतक संरचनाओं का उत्पादन है. यहां तक ​​कि विकसित की प्रारंभिक अवस्था मेंजाहिर है, इस विधि परिणाम के संरचनात्मक तीन आयामी मुद्रण दोनों शिक्षकों और शोधकर्ताओं जो तकनीक का उपयोग करने के लिए दृश्य दक्षता में सुधार कर सकते हैं अपील के द्वारा उत्पादित मॉडल 3, 4 वास्तविक लाभ ठोस अनुभव से एक शोधकर्ता डेटा है कि नहीं किया जा सकता है के साथ हो सकता है पर्याप्त रूप से एक कंप्यूटर स्क्रीन के माध्यम से अवगत करा दिया है. पूर्व नैदानिक ​​एक भौतिक वस्तु है कि विषय की परीक्षा के एक सटीक प्रतिलिपि है 3D डेटा का अनुवाद दृश्य और संचार के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के लिए विशेष रूप से, छात्रों, या अन्य क्षेत्रों में उन लोगों के लिए इमेजिंग अनुसंधान से संबंधित है. यहाँ, हम हड्डी और एक्स - रे सीटी से प्राप्त अंग संरचनाओं की प्लास्टिक मॉडल को स्कैन करता है PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb के साथ संयोजन के रूप में एक Albira एक्स - रे सीटी सिस्टम का उपयोग, छपाई और सॉफ्टवेयर संकुल ReplicatorG के लिए एक विस्तृत विधि प्रदान करते हैं.

<img alt="चित्रा 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> चित्रा 1. फेफड़े और एक चूहे की एक्स - रे सीटी डेटा सेट के कंकाल सुविधाओं की 3 डी मुद्रित मॉडल ऑब्जेक्ट्स. एक PROJET HD 3000 (बाएं), Shapeways इंक (केंद्र) या एक Makerbot रेप्लिकेटर (दाएं) का उपयोग कर मुद्रित किया गया. पैमाने बार 2 सेमी अर्थ. ध्यान दें कि पैनल सी में बड़े पैमाने बार ए और बी, जो दर्शाता है कि कुछ मामलों में Makerbot एक बढ़े हुए वस्तु प्रिंट क्रम में उत्पादन पर्याप्त विस्तार करना चाहिए कि तुलना में छोटी है. चित्रा 1 vivo चूहे सीटी डेटा सेट में तीन उसी के मुद्रण के तरीके के लिए अंतिम उत्पाद को दर्शाया गया है. सभी तीन मॉडलों एक फसली कंकाल संरचना और हटाने योग्य फेफड़ों जो स्वतंत्र रूप से मुद्रित किया गया है और एक साथ pieced से मिलकर. बाईं मॉडल PROJET HD 3000 प्रिंटर उच्च संकल्प, पारदर्शी ऐक्रेलिक प्लास्टिक का उपयोग कर बनाया का परिणाम है. केन्द्र पर आपत्तिएक तीसरी पार्टी कंपनी, Shapeways इंक, जिसमें कंकाल संरचना नायलॉन 12 सफेद प्लास्टिक का उपयोग कर मुद्रित किया गया था है जबकि सांस संरचनाओं बैंगनी में गढ़े गए थे का उपयोग कर उत्पादन किया. ये पहली दो मॉडल वास्तविक पैमाने पर करने के लिए मुद्रित किया गया है, लंबाई में लगभग 11 सेमी. सही वस्तु MakerBot का उपयोग किया गया था. कंकाल संरचना प्राकृतिक रंग ABS (acrylonitrile butadiene styrene) प्लास्टिक और चूने के हरे ABS के साथ फेफड़ों का उपयोग कर मुद्रित किया गया था. MakerBot के संकल्प की सीमा की वजह से, इस मॉडल रिब पिंजरे की तरह ठीक संरचना की गिरावट के बिना पैमाने मुद्रित नहीं सकता है. इसके बजाय, मॉडल लगभग 2X द्वारा बढ़ाया गया था का उपयोग वांछित दृश्य विस्तार प्राप्त करने का विकल्प है, लंबाई में 21 सेमी की एक वस्तु में जिसके परिणामस्वरूप &quot;जगह बनाने भरने&quot;. <img alt="चित्रा 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> चित्रा 2. एक पूर्व vivo खरगोश sku की 3 डी मुद्रित मॉडलकरूँगा डेटा सेट प्रदर्शित वस्तुओं एक PROJET HD 3000 (बाएं), Shapeways इंक (केंद्र) और एक Makerbot रेप्लिकेटर (दाएं) का उपयोग कर मुद्रित किया गया. पैमाने बार 1 सेमी अर्थ. चित्रा 2 पूर्व vivo खरगोश खोपड़ी सीटी डेटा सेट के लिए मुद्रण के प्रत्येक विधि के अंतिम उत्पादों से पता चलता है. बाईं मॉडल PROJET HD 3000 उच्च संकल्प पारदर्शी ऐक्रेलिक प्लास्टिक का उपयोग प्रिंटर से परिणाम है. केंद्र में मॉडल सफेद nylon12 प्लास्टिक में Shapeways मुद्रण के माध्यम से छपा था. सही वस्तु सफेद प्लास्टिक का उपयोग कर MakerBot में छपा था. सभी तीन वस्तुओं के पैमाने पर करने के लिए और उपाय लगभग लंबाई में 8.5 सेमी मुद्रित किया गया. <img alt="चित्रा 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> चित्रा 3. एक पूर्ण चूहे एक्स - रे सीटी डेटा सेट के 3 डी मुद्रित मॉडल ऑब्जेक्ट्स. Projet HD (बाएं) 3000, और Shapeways इंक (दाएं) का उपयोग कर मुद्रित किया गया. पैमाने खगिरफ्तारी 1 सेमी अर्थ. चित्रा 3 vivo सीटी एक चूहे के डेटा सेट में एक पूर्ण के मुद्रण के दो तरीके के लिए अंतिम उत्पाद को दर्शाया गया है. दोनों मॉडल एक पूरा कंकाल संरचना (पूंछ ऋण) और हटाने योग्य फेफड़ों से मिलकर बनता है. बाईं मॉडल एक प्रिंटर उच्च संकल्प, projet 3000 HD, पारदर्शी ऐक्रेलिक प्लास्टिक का उपयोग कर मुद्रित की परिणामी है. सही पर मॉडल Shapeways मुद्रण का उपयोग कर मुद्रित किया गया था, कंकाल संरचना के साथ सफेद nylon12 प्लास्टिक और बैंगनी में फेफड़ों का उपयोग कर बनाया. ये दो मॉडल वास्तविक पैमाने पर करने के लिए मुद्रित किया गया है, लंबाई में लगभग 19 सेमी. जटिल आवश्यक विस्तार के कारण, पूर्ण कंकाल MakerBot Replicator के साथ मुद्रित नहीं किया जा सकता है. तीन आयामी मुद्रण तकनीक की खोज के दौरान, कुछ फायदे और नुकसान को देखा और तालिका 1 में उल्लिखित है. <table border="1"><tbody><tr><td><stroएनजी&gt; मुद्रण की विधि </td><td> लाभ </td><td> नुकसान </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> बहुत तेजी से, रंग विकल्पों की विविधता, दो रंगों में मुद्रित करने में सक्षम है, अत्यंत सस्ती </td><td> विस्तार के निम्नतम स्तर है. सहायता सामग्री हटाने धीमी गति से (एक दो घंटे के आदेश पर) है. </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> रंग विकल्पों के विभिन्न प्रकार, सामग्री के मुद्रण के लिए विभिन्न प्रकार के विस्तार के उच्च स्तर, अपेक्षाकृत सस्ती </td><td> दो सप्ताह के लिए प्रक्रिया और एक आदेश प्राप्त करने के लिए समय </td></tr><tr><td> Projet HD 3000 </td><td> अपेक्षाकृत जल्दी बदलाव, विस्तार के उच्चतम स्तर, उच्च throughput, समर्थन सामग्री (मोम) को दूर करना आसान है. </td><td> सबसे महंगी अप सामने लागत, व्यावहारिक उपयोग के दौरान केवल एक रंग विकल्प. </td></tr></tbody></table> तालिका 1. तुलना3 डी मुद्रण सीटी डेटा सेट प्रिंट उपलब्ध प्रौद्योगिकियों के.

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

आधुनिक प्लास्टिक बाहर निकालना और मुद्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग करना है, यह संभव है कि अब जल्दी से और सस्ते में एक्स - रे सीटी एक प्रयोगशाला में किए गए डेटा के भौतिक मॉडलों का उत्पादन. तीन आयामी tomographic डेटा के मुद्रण एक शक्तिशाली दृश्य, अनुसंधान, और शैक्षिक उपकरण है कि अब preclinical इमेजिंग समुदाय द्वारा पहुँचा जा सकता है.

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