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 hjertelig takke NanoVic Institutt for europeiske studier, Glynn Family Honors Program, Notre Dame Integrert Imaging Facility (NDIIF) og Carestream Helse for økonomisk støtte til dette prosjektet. Forskning på kanin cranial utvikling støttes av NSF BCS-1029149 til MJR.

1. Dyr <ol><li> For resultatene rapportert nedenfor, ble en mannlig Lobund-Wistar rotter av ti måneders alder hentet fra Freimann Life Science Center, University of Notre Dame (Notre Dame, Indiana, USA). En ex vivo New Zealand White Rabbit (Mann, alder = 8 uker) skull prøve, bevart i 10% formalin, ble hentet fra laboratoriet av Prof Matthew Ravosa, University of Notre Dame. </li><li> For in vivo avbildning, var rotte bedøvd ved Isofluorane (2,5% strømningshastighet) med vedlikehold via en nese-konus-systemet. Dyret ble plassert utsatt i standard rotte seng (M2M Imaging Inc., Cleveland, Ohio) som følger med Albira image stasjon. Lemmer ble plassert sideveis fra torso for en enhetlig CT oppkjøpet. </li><li> Etter bildeopptak var fullført, ble rotten fjernet fra nesen membran og returnerte til utvinning buret inntil oppegående. </li><li> For gjennomsøking av kaninen hodeskallen ble prøven plassert i rotte sengeni en forseglet plastpose inneholdende formalin. </li></ol> 2. Image Acquisition and Reconstruction <ol><li> In Vivo og ex vivo Bilde oppkjøp ble utført ved hjelp av Albira CT-systemet (Carestream Molecular Imaging, Woodbridge, CT). Systemet ble satt til å skanne en seng på 180 mm lengde ved å utføre tre sirkulære skanner (600 anslag pr scan), hver med en 65 mm FOV, som deretter sydd sammen under gjenoppbygging. X-ray kilde ble satt til en strøm av 400 μA og spenningen 45 Kvp, og brukte en 0,5 mm Al filteret å herde strålen. Omtrentlig stråling dyp doseekvivalent for CT-innstillinger var 660 mSv, og grunne doseekvivalent var 1171 mSv. Disse dosene er over 10 ganger lavere enn rapportert LD50 verdier. </li><li> Bilder blir rekonstruert ved hjelp av FBP (Filtrert Tilbake Projection) algoritme via Albira Suite 5.0 Reconstructor bruke &quot;Standard&quot; parametere. Disse kombinert oppkjøp og gjenoppbygging innstillinger produsere en final bilde med 0.125 mm isotrope voksler, anses tilstrekkelig for hele dyr analyse og 3D-utskrift av anatomiske strukturer. </li></ol> 3. Data Processing <ol><li> Skjelettlidelser funksjoner fra CT kan skrives ut fra rådata uten segmentering. Imidlertid er segmentering av bløtvev nødvendig før behandler dataene for 3D utskrift. Her viser vi et eksempel med lungevevet. <ol><li> Åpen opprinnelige MicroPET (data format for alle modaliteter på Albira Imaging System) fil </li><li> Tegn et volum av interesse (VOI) rundt musen slik at alle ytre rom er fjernet. </li><li> Under &quot;VOI Verktøy&quot;-fanen velger du &quot;Mask Utenfor Valgte VOI&quot; og sette maskering verdien til -1000 Hounsfield Units (HU, radiodensity skala for CT), som vil effektivt sette den eksterne plass til CT tetthet verdien av luft. </li><li> Med alle de ytre rommet fjernet, under fanen Verktøy, velg &#39;External &quot;og deretter klikke slippe nedpil og velg &quot;segmentering&quot; </li><li> Definert intervall til -550 til -200 og klikk &quot;Ok&quot;. </li><li> Hvis filen er svært stor, velger fanen Verktøy, velg &quot;Reduser&quot;, og kjør programmet </li><li> Lagre som Analyser fil </li></ol></li><li> Data må først konverteres til DICOM-format ved hjelp av PMOD (PMOD Technologies LTD, Zürich, Sveits) analyse programvare. <ol><li> Åpne PMOD Image Processing Software Package. </li><li> Langs den øverste raden, velg kategorien Vis. </li><li> I nedre høyre klikker på nedoverpilen merket Database under belastning. </li><li> Velg MicroPET for rå CT data, eller Analyser for segmentert lunge. </li><li> Velg den aktuelle filen og klikk på Legg til valgt. </li><li> Klikk på Åpne. </li><li> I nedre høyre klikker oppoverpilen under Lagre. </li><li> Fra denne menyen velger filtypen DICOM. </li><li> Filen et navn, og velg Lagre. </li><li> Lukk PMOD. </li></ol></li><li> DICOM data inneholder volumetriske tettheten for hver voxel. For å skrive ut data, må det bli behandlet som et sammenhengende overflate i stedet for et volum. ImageJ v1.43u vil bli brukt til å skaffe overflaten gjengivelser for videre behandling. <ol><li> Åpen ImageJ bildebehandling </li><li> Velg File&gt; Import. </li><li> Velg Image Sequence. </li><li> Naviger til filen som inneholder den nyopprettede DICOM og velg den. </li><li> Velg Plug-ins&gt; 3D&gt; 3D Viewer. </li><li> To vinduer vises, 3D-visningen vises og en ADD vindu. </li><li> Under Vis som i ADD vinduet endre volumettil overflaten. </li><li> Endre standardverdien Threshold til 210. </li><li> Klikk på OK. </li><li> I 3D Viewer menylinjen velger du Fil&gt; Eksporter overflater som&gt; Wavefront. </li><li> Filen et navn og klikk på Lagre. </li></ol></li><li> To programmer, v1.3.1 Meshlab og Netfabb Studio Basic 4.9, vil samtidig fjerne overflødig mesh, delta sammen frakoblet maskene, reparasjon hull, og glatt den endelige mesh. De primære forskjeller mellom disse to programmene er verktøyet sett gjort tilgjengelig for brukeren, og noen av grensesnittet navigasjon kontroll. De er både 3D mesh redigering programvare, og deres bruk sammen gir den enkleste måten å redigere modellen. <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /> indikerer at disse handlingene bør utføres i Meshlab v1.3.1 <img alt="Ikon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /> indikerer at disse handlingene bør utføres i Netfabb Studio Basic 4.9 <ol><li> Slik importerer du maskene til redigering programvare: <ol><li> Åpne 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 menylinjen velger Fil&gt; Ny tomt prosjekt. </li><li> Selct File&gt; Import Mesh. </li><li> Velg filen og klikk på Åpne. </li><li> Når filen er lastet, vil en dialogboks åpnes. Holde Samle Duplisert Vertices sjekket, trykk OK. <ol><li> Åpne Netfabb Studio Basic 4.9. <img alt="Ikon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Dra den ønskede filen rett på Netfabb Studio Basic skjermen. </li></ol></li></ol></li><li> Å fjerne uønsket mesh fra overflaten: <ol><li> Fra menylinjen i Meshlab, velger Filter&gt; Rengjøring og reparere&gt; Fjern Isolerte 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 isolerte tilkoplede komponenter hvis diameter er mindre enn det angitte konstant. Angi en maksimal diameter for disse komponentene, og klikk Bruk. </li><li> Gradvis, øke den maksimale diameter for å fjerne større stykker. Klikk på Bruk etter hvert diameter modifisering. </li></ol></li><li> Å bli med frakoblet stykker, må hull kuttes i dagens masker på de ønskede steder av en ny binding, og en bro av mesh must skal bygges mellom. <ol><li> Bruk markeringsverktøyet, syvende verktøyet fra venstre i menylinjen, for å velge deler av mesh som vil bli kuttet ut. <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Slett valgte stykker av mesh med Slett Faces knappen, den tredje verktøyet fra venstre i menylinjen. </li><li> Fra menylinjen velger du Fil&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Filen et navn og endre filtypen til STL. </li><li> Trykk på Lagre. </li><li> En dialogboks med sparealternativer vises, trykker du på OK. <img alt="Ikon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Dra denne nye filen til Netfabb. </li><li> På toppmenyen, velg Reparer, Den fjerde verktøyet fra venstre. </li><li> Velg Legg til trekanter verktøyet, Kirkens trettende fra venstre. </li><li> Klikk på en åpen kant (de vil være gul) på den ene siden og klikk deretter på en åpen kant på den andre delen. Lag 5-10 broer over gapet. </li><li> Velg Automatisk Repair-knappen nederst til høyre </li><li> Markere Standard Repair. </li><li> Klikk på Execute. </li><li> Trykk Avbryt etter at reparasjonen er utført. </li></ol> Valgfritt: Noen opprettet trekanter kan være feil retning. Følgende trinn kan brukes til omorientere disse trekanter. <ol><li> Velg Flip Valgte Triangles Button. </li><li> Klikk på eventuelle desorientert trekanter å rotere alle trekanter i riktig retning. </li></ol></li><li> Tilreparasjon kratere og hull, må hele hull og kratere fjernes og broer må bygges på hver side av nettet. <ol><li> Klikk Selection Tool. <img alt="Ikon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Velg krateret eller hull som skal fylles. </li><li> Klikk på Slett Faces-knappen. </li><li> Fra menylinjen velger du Fil&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Filen et navn og endre filtypen til STL. </li><li> Trykk på Lagre. </li><li> En dialogboks med sparealternativer vises, trykker du på OK. </li><li> Dra denne nye filen til Netfabb. <img alt="Ikon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> På toppmenyen, velg Reparer </st<html> rong&gt;, den fjerde verktøyet fra venstre. </li><li> Velg Legg til trekanter verktøyet, Kirkens trettende fra venstre. </li><li> Klikk på en åpen kant (de vil være gul) på den ene siden og klikk deretter på en åpen kant på den andre delen. Lag 5-10 broer over gapet. </li><li> Velg Automatisk Repair-knappen nederst til høyre </li><li> Markere Standard Repair. </li><li> Klikk på Execute. </li><li> Trykk Avbryt etter at reparasjonen er utført. </li></ol></li><li> Laplace glatting, utjevning algoritmen i Meshlab, brukes til å jevne objektet samtidig som man beholder den strukturelle integriteten av modellen. <ol><li> Navigere Filter&gt; Utjevning&gt; Fairing og Deformasjon&gt; Laplace glatt.iles/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Velg en rekke jevne iterasjoner. Flere iterasjoner vil resultere i en jevnere modell, men hver iterasjon langsomt degraderer volumet av modellen, noe som kan resultere i løsrevne stykker og skarpe kanter. 1-5 iterasjoner anbefales. </li><li> Trykk OK. </li><li> Fra menylinjen velger du Fil&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Filen et navn og endre filtypen til STL. </li><li> Trykk på Lagre. </li><li> En dialogboks med sparealternativer vises, trykker du på OK. </li><li> Dra denne nye filen til Netfabb. <img alt="Ikon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> På toppmenyen, velg Repair, den fjerde verktøyet fra venstre. </li><li> Velg Legg til trekanter verktøyet, thirteenth fra venstre. </li><li> Klikk på en åpen kant (de vil være gul) på den ene siden og klikk deretter på en åpen kant på den andre delen. Lag 5-10 broer over gapet. </li><li> Velg Automatisk Repair-knappen nederst til høyre </li><li> Markere Standard Repair. </li><li> Klikk på Execute. </li><li> Trykk Avbryt etter at reparasjonen er utført. </li><li> Fra menylinjen velger du Fil&gt; Eksporter Mesh som. </li><li> Nevne den endelige filen og endre filtypen til STL. </li><li> Trykk på Lagre. </li><li> En dialogboks med sparealternativer vises, trykker du på OK. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Utskrift <ol><li> Utskrift med Makerbot <ol><li> Åpne STL-filen i ReplicatorG. PortreplikatorG er en Makerbot Industries program som brukes til å kommunisere med Makerbot. </li><li> Klikk Skala fra nedre høyre hjørne og velg Fyll Build Space! </li><li> Velg Roter og klikk Lay Flat. </li><li> Klikk Center. </li><li> For modeller med fine detaljer, velger fylle bygge plattform for å skalere opp modellen. </li><li> Fra den samme menyen, klikker du på Flytt og velger Sett på plattformen. </li><li> Når riktig retning er oppnådd, velg Generer GCODE fra menylinjen øverst. * Et vindu med utskriftsalternativer vises. </li><li> Velg ekstruder som vil gi filament å skrive ut objektet (Venstre eller Høyre). </li><li> Velg Bruk Raft / Support. </li><li> Fra rullegardinmenyen rett osse støtte materiale, velger du Full støtte. </li><li> Velg Generer GCODE. En pop-up boks som viser fremdriften av GCODE vises. </li><li> Når GCODE er fullført, velg Bygg til fil for bruk med SD-kort. </li><li> Klikk på Lagre. </li><li> Dra filen til et SD-kort. </li><li> Sett SD-kortet inn i Makerbot og bruke Makerbot tastaturet, velger Skriv ut fra SD. </li><li> Under Utskrift fra SD, velger du ønsket filnavn. Den Makerbot vil automatisk begynne å varme opp for å skrive ut objektet. </li></ol></li><li> Shapeways Utskrift <ol><li> Etter å opprette en gratis konto hos Shapeways kan STL-filen direkte opp til Shapeways hjemmeside: <a href="http://www.shapeways.com/upload/" target="_blank">http://www.shapeways.com/upload/</a> </li><li> Klikk Last opp og velg STLfilen. </li><li> Velg en tittel for den opplastede filen. </li><li> Velg et Enhet fra rullegardinmenyen. </li><li> Klikk Last Model. </li><li> Filen er nå klar for utskrift via Shapeways. Når filen er lastet opp Shapeways vil ta noen minutter å behandle filen for å være sikker på at det faktisk kan skrives ut. Du vil være i stand til å skrive ut modellen fra &quot;mine modeller&quot; side etter ca ti minutter. </li><li> Den &quot;hvite sterk og fleksibel&quot; utvalg ble brukt til å skrive ut skjelettstrukturer, mens &quot;lilla sterk og fleksibel&quot; ble brukt til lungevevet. </li></ol></li><li> Projet HD 3000 Printing <ol><li> STL-filen kan også skrives ut ved hjelp av en kommersiell høy oppløsning tredimensjonal skriver som Projet HD 3000 (Springboard Engineering Solutions LLC, Innovation Park, Notre Dame, IN, USA). </li><li> STL-filen er lastet inn i 3D Systems proprietær programvare til layout jobben på platform. Dette krever endring av orienteringen modellen rundt for å minimere bruken av voks støtte og utskrift. Denne filen er lagret. </li><li> Jobben elektronisk sendes til skriveren. </li><li> En plattform av aluminium er lastet inn i skriveren og Projet HD 3000 begynner å skrive ut objektet. </li><li> Modellen fjernes deretter fra plattformen og som er lagt inn i en ovn ved ca 73 ° C for å smelte bæreren voks fra modellen. </li><li> Objektet fjernes varmt og tørkes med en Kimwipe å fjerne gjenværende overflaten 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 konsulent for Carestream Molecular Imaging. Brian Stamile er en støtte ingeniør for MakerBot Industries.

X-ray CT datasett av en levende Lobund-Wistar rotter og en ex vivo New Zealand White Rabbit skallen ble brukt til å demonstrere gjennomførbarheten av 3D objektet produksjon fra pre-kliniske biologiske data. Modellene ble generert ved hjelp av tre forskjellen kilder: 1) Den populære Makerbot Replicator, 2) tredjepart Shapeways Inc, og 3) Den førsteklasses kommersielle Projet HD 3000. Hver skriveren var i stand til å generere objekter som tilfredsstiller prinsippet målet for økt data visualisering. Under prosessen med å skrive pre-kliniske CT data, var fordeler og ulemper ved hver metode for utskrift konstatert og oppsummert for sluttbrukeren. Den MakerBot Replicator er en billig ($ 1750) benk toppen løsning som er tilgjengelig for nesten alle lab hele verden. Den kan skrive ut i flere farger med billig innganger (en rotte CT med lungene brukes ca $ 3,50 i plast). Imidlertid er Makerbot begrenset av oppløsning,og dermed noen modeller må forstørres for riktig ekstrudering og visualisering av tiltenkt struktur. Shapeways Inc. gir en enestående antall valg med hensyn til farge og materiale. Modellene er høy oppløsning, og robust. Mens prisene er omtrent 10 ganger høyere enn MakerBot på en per enhet basis (en rotte CT med lungene var $ 41,61), kan en bruker utføre et begrenset antall arbeidsplasser og unngå forhånd kostnaden ved å kjøpe en skriver. To-ukers leveringstid fra Shapeways er en mindre ulempe. Den Projet HD 3000 gitt fremragende modeller i form av oppløsning og styrke. Vi var heldig nok til å trekke sammen utskrift av våre objekter på Projet HD 3000 på Innovation Park på Notre Dame (ca $ 30 for en rotte CT med lungene for arbeidskraft og materialer). Brukere kan få problemer med tilgang til denne type utstyr som de er priset i størrelsesorden $ 80.000, og det er tungvint å skrive ut med flere farger også. Siden hvert instrument / produsentgir en annen beregning for å beskrive oppløsning for objektet utskrift (Shapeways minimum detaljnivå = 0,2 mm, minimum veggtykkelse = 0,7 mm, 5 MakerBot skivetykkelse = 0,2 til 0,3 mm med en 0,4 mm dyse, 6 Projet HD 3000 DPI = 656 x 656 x 800 med en nøyaktighet på 0,025 til 0,05 mm), antyder en kvalitativ vurdering av relative oppløsninger mellom hvert system som både Shapeways og Projet HD system kan skrive ut i høy detalj for å skalere, mens enkelte objekter må utvides for vellykket bruk av den MakerBot. Kollektivt, alle tre metodene er miljøvennlige og gir en praktisk måte å oppnå lettvinte produksjon av svært detaljerte pre-kliniske X-ray CT-modeller. Konklusjon Gradvis har teknologien for 3D-utskrift blir mer tilgjengelig som både kostnader og kompleksitet har blitt minimert. 8, 9 Nå bokstavelig noen kan skrive ut med høy oppløsning, tredimensjonale objekter fra digital filer. Disse detaljerte tredimensjonale objekter kan være nyttige verktøy for både lærere og forskere alike. Videre gir de et middel for visuell kommunikasjon som bistår i å oppnå en klarere forståelse. 10 For eksempel kan medisinske forskere bruker prøve eller pasient-spesifikke modeller for å forbedre både kommunikasjon og forståelse med sine kolleger og pasienter. 11 Selv om representasjon i 2D-skjermer har kommet langt, er det absolutt ingen erstatning for den visuelle og sensoriske opplevelse av å holde en ekte objekt som er i stand til å bli holdt, roteres, undersøkt og flyttet rundt. En modell sammen med en elektronisk data representasjon er enda mer kraftig som det tillater forskerne å undersøke det fysiske objektet for regioner av interesse, og for å finne disse områdene på en datamodell for videre kvantitativ analyse. Med riktig datainnsamling, overflate rendering, og stereolithographic redigering, er det mulig å raskt produsere detaljert, relativtvt billigste modellene fra X-ray CT data. Her gir vi en detaljert, trinnvis fremgangsmåte for fremstilling av en tre-dimensjonal modell av prekliniske små dyr innsamlet med en røntgen mikro-CT. Vi kjøpte vår in vivo og ex vivo CT datasett ved hjelp av en Albira bilde stasjon, og utførte påfølgende behandling med PMOD, ImageJ, Meshlab og Netfabb programvarepakker. Til slutt gir vi detaljerte instruksjoner for å aktivere tredimensjonal modell utskrift med en rekke kommersielle løsninger. I hvert fall er sluttresultatet en modell som gir en unik, håndholdt, fysisk manifestasjon av de oppkjøpte tomographic data som normalt ville bli begrenset til en dataskjerm.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Nødvendige programmer <ol><li> Albira Bilde overtakende </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

Tredimensjonal trykkteknikker tillater produksjon av svært detaljerte objekter gjennom en prosess kjent som additiv produksjon. Tradisjonelle, mold-injeksjon metoder for å lage modeller eller deler har flere begrensninger, er det viktigste som en vanskelighet i å lage svært komplekse produkter på en riktig og kostnadseffektiv måte. En har imidlertid gradvis bedring i tre-dimensjonale utskrift teknologi resulterte både avanserte og økonomi instrumenter som nå er tilgjengelig for den lettvinte produksjon av skreddersydde modeller. 2 Disse skriverne har evnen å ekstrudere høyoppløste objekter med nok detaljer å nøyaktig representere in vivo bilder generert fra en preklinisk røntgen CT-skanner . Med riktig datainnsamling, overflate rendering, og stereolithographic redigering, er det nå mulig og rimelig å raskt produsere detaljerte skjelett og bløtvev strukturer fra X-ray CT data. Selv i de tidlige stadier av utviklingment, de anatomiske modeller produsert av tre-dimensjonale utskrift appellere til både lærere og forskere som kan utnytte teknologien til å forbedre visualisering ferdigheter. 3, 4 Den virkelige fordelene med denne metoden resultatet fra den konkrete opplevelsen en forsker kan ha med data som ikke kan tilstrekkelig formidlet gjennom en dataskjerm. Oversettelsen av pre-kliniske 3D data til et fysisk objekt som er en eksakt kopi av testpersonen er et kraftig verktøy for visualisering og kommunikasjon, spesielt for om Imaging Research til studenter, eller de på andre områder. Her gir vi en detaljert fremgangsmåte for utskrift plast modeller av bein og orgel strukturer som stammer fra X-ray CT skanner utnytte en Albira X-ray CT-systemet i forbindelse med PMOD, ImageJ, Meshlab, Netfabb, og ReplicatorG programvarepakker.

<img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> Figur 1. 3D trykte modeller av lungene og skjelettlidelser funksjoner i en rotte X-ray CT datasett. Objekter ble trykket ved hjelp av en Projet HD 3000 (til venstre), Shapeways Inc. (Center) eller en Makerbot Replicator (til høyre). Målestokk betegner 2 cm. Merk at målestokken for i panel C er mindre enn den for A og B, noe som gjenspeiler at i noen tilfeller Makerbot må skrive ut en forstørret gjenstand for å utgang tilstrekkelig detalj. Figur 1 viser de endelige produkter for tre metoder for utskrift av den samme in vivo rotte CT datasett. Alle tre modellene består av et beskåret grunnstruktur og flyttbare lungene som ble trykt uavhengig og sydde sammen. Modellen ved venstre er et resultat av den Projet HD 3000 skriver med høy oppløsning, opprettet ved hjelp av gjennomsiktig akrylplast. Objektet i senterble produsert ved hjelp av en tredjepart, Shapeways Inc., der skjelettstruktur ble skrevet ut ved hjelp nylon 12 hvit plast, mens de respiratoriske strukturer ble fabrikkert i lilla. Disse to første modellene ble trykt til faktiske skala, måler ca 11 cm i lengde. Objektet til høyre ble gjort ved hjelp av MakerBot. Skjelettstrukturen ble trykt med naturlig farget ABS (akrylnitril butadien styren) plast og lungene med limegrønn ABS. På grunn av oppløsning grensene for MakerBot, kunne denne modellen ikke skrives til å skalere uten degradering av fin struktur som brystkassen. Istedenfor ble modellen oppskalert med nesten 2X bruke &quot;fyll bygge plass&quot; for å oppnå den ønskede visuelle detaljer, noe som resulterer i en gjenstand av 21 cm i lengde. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> Figur 2. 3D trykte modeller av en en ex vivo kanin skull datasett. gjenstandene som vises ble trykt ved hjelp av en Projet HD 3000 (til venstre), Shapeways Inc. (Center) og en Makerbot Replicator (til høyre). Målestokk betegner en cm. Figur 2 viser de endelige produkter av hver metode utskrift for ex vivo kanin skull CT datasett. Modellen til venstre er resultatet fra Projet HD 3000 skriver med høy oppløsning ved hjelp av gjennomsiktig akryl plast. Modellen i midten ble trykt i hvitt nylon12 plast gjennom Shapeways utskrift. Objektet til høyre ble trykt i hvit plast med MakerBot. Alle tre objektene ble trykt å skalere og måle ca 8,5 cm i lengde. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> Figur 3. 3D trykte modeller av en full rotte X-ray CT datasett. Objekter ble trykket ved hjelp av en Projet HD 3000 (venstre), og Shapeways Inc. (til høyre). Skalaen bar betegner en cm. Figur 3 viser den endelige produkter for to metoder for utskrift av en full in vivo CT datasett av en rotte. Begge modellene består av en komplett skjelettstruktur (minus halen) og flyttbare lungene. Modellen til venstre er den resulterende av en skriver med høy oppløsning, den Projet HD 3000, skrives ut med gjennomsiktig akryl plast. Modellen til høyre ble skrevet ut med Shapeways utskrift, med skjelettstruktur opprettet ved hjelp av hvit nylon12 plast og lungene i fiolett. Disse to modellene ble trykket til faktiske skala, måler ca 19 cm i lengde. På grunn av den intrikate detaljer som kreves, kan den fulle skjelettet ikke skrives ut med MakerBot Replicator. Under leting av tredimensjonale utskrift teknikker, ble visse fordeler og ulemper observert og er beskrevet i Tabell 1. <table border="1"><tbody><tr><td><strong&gt; Metode for utskrift </td><td> Fordeler </td><td> Ulemper </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> Ekstremt rask, rekke fargealternativer, i stand til å skrive ut i to farger, ekstremt billig </td><td> Laveste detaljnivå. Fjerning av hjelpemidler er langsom (i størrelsesorden et par timer). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> Varity av fargealternativer, ulike materialer for utskrift, høyt detaljnivå, relativt billig </td><td> To-ukers tid til å behandle og motta en ordre </td></tr><tr><td> Projet HD 3000 </td><td> Relativt rask behandlingstid, høyeste detaljnivået, høy gjennomstrømning, lett å fjerne hjelpemidler (voks). </td><td> Dyreste opp foran kostnader, bare én farge alternativet under praktisk bruk. </td></tr></tbody></table> Tabell 1. Sammenligningav 3D-utskrift teknologier tilgjengelig for å skrive ut CT datasett.

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 hjelp av moderne plast ekstrudering og utskrift teknologier, er det nå mulig å raskt og rimelig produsere fysiske modeller av X-ray CT data tatt i et laboratorium. De tre-dimensjonale utskrift av tomographic data er en kraftig visualisering, forskning og pedagogisk verktøy som kan nå nås av prekliniske bildebehandling samfunnet.

3D Printing av Preklinisk X-ray computertomografi datasett

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

Gjøre og ikke gjøre av Cryo-elektronmikroskopi: En Primer på Prøvepreparering og High Quality datainnsamling for Macromolecular 3D Rekonstruksjon

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

Produksjon av menneske norovirus utstående domener i<em&gt; E. coli</em&gt; For 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

Høy gjennomstrømming-måling av Gut transittiden bruker larver sebrafisk

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 Phenotyping teknikker av mais vaskulær pakker basert 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 for cellebestråling ved bruk av Orthovoltage (40-300 kV) røntgenanlegg

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 av cellen av 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

Bygging av en realistisk, helkropps, tredimensjonal hesteskjelemodell ved hjelp av beregnede tomografidata

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