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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我々は温かく、このプロジェクトへの財政支援のためにヨーロッパの研究Nanovic研究所、グリンファミリー特別プログラム、ノートルダム統合イメージング機能（NDIIF）とケアストリームヘルスに感謝します。 NSFのMJRにBCS-1029149でサポートされているウサギ頭蓋開発に関する研究。

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	<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·マシューLeevyはケアストリーム分子イメージングのためのコンサルタントです。ブライアンStamileはMakerBot産業のためのサポート·エンジニアです。

X線CTデータは、リビングLobund-Wistarラット及び ex vivoニュージーランドホワイトウサギの頭蓋骨のセット前臨床生物学的データからの3次元物体の製造の実現可能性を実証するために利用された。 1）人気のあるMakerbotレプリケータ、2）第三者会社Shapewaysの株式会社、3）高品位な商業挙HD 3000：モデルは、3つの異なるソースを使用して生成された。各プリンタには、高度なデータ可視化の原則の目標を満足するオブジェクトを生成することができました。 前臨床CTデータの印刷処理中に、印刷の各方法の利点と欠点が確認されたと、エンドユーザーのためにまとめ。 MakerBot Replicatorは世界中で事実上すべてのラボにアクセス可能である安価な（1750ドル）ベンチトップ·ソリューションです。これは、安価な入力（プラスチックで約3.50ドルを使用し、肺を持つラットCT）を使用して複数の色で印刷することができます。しかし、Makerbotは、分解能によって制限されるしたがって、一部のモデルには、適切な押出及び意図された構造の可視化のために拡大されなければならないでしょう。 Shapewaysのインクは色や素材に関する選択の傑出した数を提供します。モデルは、高分解能、堅牢です。その価格は原単位でMakerBot（肺ラットのCTは41.61ドルだった）よりも10倍程度であるが、ユーザはジョブの数が限られて実行し、プリンタをお買い上げの先行コストを回避することができます。 Shapewaysのから2週間のリードタイムは、マイナーな欠点である。挙HD 3000は、分解能と強度の面で傑出したモデルを提供した。我々はノートルダム（人件費や材料の肺を持つラットのCTの約30ドル）でイノベーションパークにおける挙HD 3000の私たちのオブジェクトの印刷を縮小するのに十分幸運だった。ユーザーは、それらが$ 80,000の範囲で値を付けられるようにこのタイプの装置へのアクセスの難しさがあるかもしれません、そしてそれは同様に複数の色を使って印刷するのは面倒です。以来、各インストゥルメント/製造オブジェクトの印刷の解像度を記述するために別々のメトリックを提供します（詳細のShapewaysの最低レベル= 0.2ミリメートル、最小肉厚= 0.7ミリメートル、5 MakerBotスライス厚0.4mmのノズルを用い= 0.2〜0.3ミリメートル、6挙HD 3000 DPI = 656 0.025〜0.05ミリメートルの精度を持つx 656×800）、各システムとの間の相対的な解像度の定性評価は、いくつかのオブジェクトを正しく利用するために拡大しなければならないとしながらShapewaysの挙HDシステムの両方が、スケールに高詳細に印刷できることを示唆しているMakerBot。総称して、すべての3つの方法は、環境に優しく、非常に詳細な前臨床X線CTモデルの容易な生産を実現するための便利な手段を提供します。 結論徐々に、3Dプリントの技術は、コストと複雑さの両方が最小化されているなど、よりアクセスできるようになった。8,9さて、文字通り誰もが掘るから高解像度、3次元オブジェクトを印刷することができますイタルファイル。これらの詳細な3次元オブジェクトは、同様に教育者や研究者の両方のための有用なツールであることができます。さらに、彼らは明確な理解を達成することを助ける視覚的なコミュニケーションの手段を提供します10例えば、医学研究者が同僚や患者とのコミュニケーションと理解の両方を向上させるためには標本や患者固有のモデルを使用することができます11の 2D画面上の表現がありますが長い道のりを歩いて、、、回転を開催し検討し、移動することができます、実際のオブジェクトを保持しての視覚的および感覚的な体験に代わる機能は絶対にありません。それは研究者が関心のある領域のための物理的なオブジェクトを調べるために、さらに定量分析のためのコンピュータモデルにそれらの領域を見つけることができるように、電子データ表現とペアモデルには、さらに強力です。適切なデータの収集、表面レンダリング、そして造形の編集と、それは急速に詳細な、relatiを製造することが可能であるX線CTデータからvely安価なモデル。ここでは、X線マイクロCTで収集前臨床小動物データから3次元モデルの生産のためのステップ法による詳細なステップを提供します。我々 は 、in vivo および ex vivo CTデータAlbiraイメージステーションを使用して設定し、当社を買収し、PMOD、ImageJは、MeshlabとNetfabb·ソフトウェア·パッケージに、後続の処理を行った。最後に、我々は商用ソリューションの範囲で3次元モデルの印刷を可能にするための詳細な手順を説明しています。それぞれのケースでは、最終的な結果は、通常、コンピュータの画面に限定されている取得した断層データの一意の、ハンドヘルド、物理的な症状を提供するモデルです。

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> 必要なプログラム <ol><li> Albira画像買付</li><li> PMOD </li><li> ImageJの</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

三次元印刷は、添加剤の製造と呼ばれるプロセスを通じて、非常に詳細なオブジェクトの生成を可能にする。モデルや部品を作成するための伝統的な、金型注入方法は、いくつかの制限があり、その中で最も重要なのは、タイムリーに、費用対効果の高い方法で、非常に複雑な製品を作ることが困難であることである。1ただし、3次元印刷技術は徐々に改善がもたらした今ではカスタマイズされたモデルの容易な生産のための使用可能な両方のハイエンドと経済楽器インチ2これらのプリンタは、正確には前臨床X線CTスキャナから生成された体内画像で表現するのに十分な詳細で押し出す高解像度のオブジェクトへの能力を持っている。適切なデータの収集、表面レンダリング、そして造形の編集と、それは急速に、X線CTデータからの詳細な骨格や軟部組織の構造を生成することが可能になり、安価である。でも、開発の初期段階でリーメントは、可視化の習熟度を向上させる技術を利用することができます両方の教育者や研究者への3次元印刷の魅力によって生成解剖モデル図3、図4は、このメソッドの結果の本当の利点は、有形の経験から、研究者ができないデータとすることができます適切にコンピュータの画面を介して搬送。被験者の正確なコピーである物理オブジェクトへの前臨床3Dデータの変換は、特に学生、または他の分野のものにイメージング研究に関連するため、可視化、コミュニケーションのための強力なツールです。ここでは、X線CT由来骨や臓器の構造のプラスチックモデルを印刷するための詳細な方法はPMOD、ImageJは、Meshlab、Netfabb、とReplicatorGソフトウェアパッケージと一緒にAlbira X線CTシステムを利用してスキャンしています。

<img alt="図1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> 図1。ラットX線CTデータセットの肺や骨格の特徴の3Dプリントモデル。オブジェクトが挙HD 3000（左）、Shapewaysの株式会社（センター）またはMakerbotレプリケータ（右）を使って印刷した。スケールバーは2cmを表します。パネルC中のスケールバーはいくつかのケースでは、出力Makerbot十分詳細に順に拡大したオブジェクトを印刷しなければならないことを反映しており、A、Bのそれよりも小さいことに注意してください。 図1 は 、in vivoラットCTデータセット内の同じの印刷の3つのメソッドの最終製品を示しています。 3つのモデルはすべて切り取ら骨格構造と独立して印刷し、つなぎ合わせたリムーバブル肺から構成されています。左のモデルは、半透明のアクリルプラスチックを使用して作成された挙HD 3000の高解像度プリンタ、の結果です。中央にオブジェクト呼吸器の構造が紫色で作製しながら、骨格構造はナイロン12の白いプラスチックを使用して印刷されたサードパーティの会社、Shapewaysの株を用いて製造した。これらの最初の2つのモデルは長さが約11センチメートルを測定し、実際のスケールに印刷されました。右側のオブジェクトがMakerBotを用いて作製した。骨格構造は、天然カラーのABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）プラスチックやライムグリーンABSと肺を使用して印刷されました。なぜならMakerBotの分解能の限界のために、このモデルは、胸郭のような微細構造の劣化させずにスケーリングするために印刷することができませんでした。代わりに、モデルはほぼ長さは21センチの物体で、その結果、所望の視覚的な情報を取得するためのオプション &quot;空間を構築埋める&quot;を使用して2倍に拡大した。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> 図2。 ex vivoでウサギSKUの3Dプリントされたモデルllのデータセット。表示されたオブジェクトは挙HD 3000（左）、Shapewaysの株式会社（センター）とMakerbot Replicatorを（右）使って印刷した。スケールバーは1cmを表します。 図2は、ex vivoでウサギの頭骨CTデータセットの印刷の各メソッドの最終製品を示しています。左のモデルは、半透明のアクリルプラスチックを使用して挙HD 3000高解像度のプリンタからの結果である。中心にモデルがShapewaysの印刷を通じて白いナイロン12プラスチックに印刷された。右側のオブジェクトがMakerBotを使用して白いプラスチックで印刷された。すべての3つのオブジェクトは、長さが約8.5センチメートルを拡張および測定するために印刷された。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> 図3。フルラットX線CTデータセットの3Dプリントモデル。オブジェクトが挙HD 3000（左）と、Shapewaysの社（右）を使って印刷した。スケールBarは1cmを表します。 図3は、ラットのセット生体 CTデータでいっぱいの印刷の2つの方法では最終製品を示しています。両方のモデルは、完全な骨格構造（マイナス尾）およびリムーバブル肺から構成されています。左のモデルは、高解像度のプリンタ、半透明のアクリルプラスチックを使用して印刷挙HD 3000の結果です。右側のモデルは白いナイロン12プラスチックや紫の肺を使用して作成された骨格構造と、Shapewaysの印刷を使用して印刷されました。これら二つのモデルは長さが約19センチメートルを測定し、実際のスケールに印刷されました。複雑な細部に求めているので、完全な骨格がMakerBot Replicatorで印刷することができませんでした。 3次元印刷技術の探索中に、特定の利点と欠点を観察し、 表1に概説されています。 <table border="1"><tbody><tr><td><stro印刷のng&gt;メソッド</td><td> 利点 </td><td> デメリット </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td>非常に、速いさまざまな色のオプションの、2色で印刷することができ、非常に安価</td><td>詳細の最下位レベル。支持材料の除去が（数時間程度）遅いです。 </td></tr><tr><td> Shapewaysの</td><td>カラーオプションのバラエティ、印刷のための様々な材料、細部の高レベル、比較的安価</td><td>注文を処理し、受信するために二週間の時間</td></tr><tr><td>挙HD 3000 </td><td>比較的迅速な対応、最高の詳細レベル、高スループット、支持材料（ワックス）を削除するのは簡単。 </td><td>最も高価なアップフロントコスト、実用化時にのみ、1カラーオプション。 </td></tr></tbody></table> 表1。比較CTデータセットを印刷することが可能な3D印刷技術。

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

現代のプラスチック押出成形と印刷技術を使用して、それは迅速かつ安価に実験室で撮影、X線CTデータの物理的なモデルを生成することが可能になりました。断層データの3次元印刷は現在、前臨床イメージング·コミュニティーによってアクセスすることができる強力な可視化、調査、および教育ツールです。

前臨床X線コンピュータ断層撮影データセットの3Dプリント

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

シンクロトロンX線トモグラフィを用いたサブミクロン分解能を持つ非侵襲的3次元可視化

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

細胞生物学のためのタンパク質のマイクロコンタクトプリンティング

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

X -線結晶構造のためのタンパク質の結晶化

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

高分子の3次元再構成のための試料調製のプライマーおよび高品質データ収集：クライオ電子顕微鏡ののいいことといけないことをやる

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

ヒトノロウイルス突出ドメインの生産で<em&gt; E。大腸菌</em&gt; X線結晶用

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

ゼブラフィッシュ稚魚を用いた消化管通過時間の高スループット測定

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

X 線マイクロ断層レントゲン写真撮影に基づいてトウモロコシの維管束のミクロン スケール表現型解析技術

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

オルソ電圧(40-300 kV)X線設備を用いた細胞照射用線量測定

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

クライオ軟X線断層撮影による細胞の3D地図作成記述

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

コンピュータ断層撮影データを用いたリアルな全身3次元馬骨格モデルの構築

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