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

Мы искренне благодарим Nanovic Института европейских исследований, семьи Глинн отличием программы, Нотр-Дам Комплексная изображений фонда (NDIIF) и Carestream здравоохранения за финансовую поддержку этого проекта. Исследования кролика черепно развития поддержке NSF BCS-1029149 на MJR.

<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>

У. Мэтью Leevy является консультантом Carestream молекулярной визуализации. Брайан Stamile является поддержка инженер по MakerBot Industries.

Рентгеновская КТ наборы данных живого Lobund-Wistar крысах и бывших естественных условиях Новой Зеландии Белый Кролик черепа были использованы для демонстрации возможностей 3D производственного объекта от доклинических биологических данных. Модели были получены с помощью трех разницу источников: 1) популярное Replicator Makerbot, 2) третьей стороной компании Shapeways Inc, и 3) полноценное коммерческое ProJet HD 3000. Каждый принтер был в состоянии генерировать объекты, которые удовлетворяют принципу целью расширения визуализации данных. В процессе печати доклинические данные КТ, преимущества и недостатки каждого метода печати были установлены и обобщены для конечного пользователя. Replicator MakerBot является недорогой ($ 1750), настольный решение, которое является доступной практически для любой лаборатории по всему миру. Он может печатать в несколько цветов с недорогими входов (крысы КТ легких использовано около $ 3,50 в пластик). Тем не менее, Makerbot ограничен резолюции,и, таким образом некоторые модели должны быть увеличены для правильного экструзии и визуализации предназначены структуры. Shapeways Инк предоставляет выдающимся число выбор с учетом цвета и материала. Модели имеют высокое разрешение и надежный. В то время как цены на них примерно в 10 раз выше, чем MakerBot в расчете на единицу (крыса КТ легких составила $ 41,61), пользователь может выполнять ограниченное число рабочих мест и избежать авансовых затрат на покупку принтера. Две недели сроков от Shapeways это небольшой недостаток. ProJet HD 3000 при условии, выдающихся моделей в соответствии с резолюцией и силы. Нам достаточно повезло заключить контракт печати наших объектов на ProJet HD 3000 на Парк инноваций в Нотр-Дам (около $ 30 за крысой КТ легких для труда и материалов). Пользователи могут возникнуть трудности с доступом к этому типу оборудования, как они стоят в диапазоне от $ 80000, и это громоздко для печати с нескольких цветов. Так как каждый инструмент / производителяпредоставляет различные метрики для описания объекта разрешения для печати (Shapeways минимального уровня детализации = 0,2 мм, минимальная толщина стенки = 0,7 мм, 5 MakerBot толщина среза = 0.2-0.3 мм с 0,4 мм сопло, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 х 656 х 800 с точностью до 0,025-0,05 мм), качественная оценка относительной резолюций между каждой системы предполагает, что оба Shapeways и системы ProJet HD может печатать в высокой детализации в масштабе, а некоторые объекты должны быть увеличены для успешного использования MakerBot. В совокупности все три метода являются экологически чистыми и обеспечивают удобное средство для достижения поверхностное производство высоко детализированных доклинических рентгеновского модели CT. Заключение Постепенно технология 3D-печати стала более доступной, как затраты и сложности были сведены к минимуму. 8, 9 Сейчас, буквально каждый желающий может распечатать высокого разрешения, трехмерные объекты из раскопокItal файлов. Эти подробные трехмерные объекты могут быть полезными инструментами для преподавателей и исследователей. Кроме того, они обеспечивают средства визуальной коммуникации, который помогает в достижении четкого понимания 10. Например, медицинские исследователи могут использовать образец или конкретного пациента моделей для улучшения как связь и понимание с коллегами и пациентами. 11 Хотя представительство в 2D-экранами долгий путь, нет абсолютно никакой замены для визуального и чувственного опыта проведения реального объекта, который может быть проведен, поворачивать, рассмотрены и перемещать. Модель в паре с электронным представлением данных является еще более мощным, так как позволяет исследователям изучить физический объект для регионов, представляющих интерес, и найти те области, на компьютерной модели для дальнейшего количественного анализа. При правильном сборе данных, визуализации поверхности, и стереолитографической редактирования, можно быстро произвести подробный, релятивистВели недорогих моделей с рентгеновскими данными КТ. Здесь мы предоставляем подробные, шаг за шагом метод для производства трехмерной модели от доклинических данных о малых животных, собранных с рентгеновским микро-КТ. Мы приобрели наш в естественных условиях и бывших естественных условиях CT наборы данных, использование станции Albira изображения, и выполняется последующая обработка с PMOD, ImageJ, MeshLab и пакеты Netfabb программного обеспечения. Наконец, мы предоставляем подробные инструкции, позволяющие трехмерной модели печати с рядом коммерческих решений. В любом случае, конечным результатом является моделью, которая предоставляет уникальный, ручной, физические проявления полученных данных томографических, которые обычно ограничены экране компьютера.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Необходимые программы <ol><li> Albira изображения Приобретатель </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

Трехмерная печать позволяет производить высоко детализированных объектов посредством процесса, известного как добавка производства. Традиционные формы впрыска методы для создания модели или детали имеют ряд ограничений, самым важным из которых является трудность в создании очень сложных продуктов в своевременной и экономически эффективным образом. 1 Тем не менее, постепенное улучшение в трехмерной технологии печати привели в обоих высокого класса и экономика инструментов, которые теперь доступны для поверхностной производства специализированных моделей. 2 Эти принтеры имеют возможность выдавливания высокого разрешения объектов с достаточно подробно, чтобы точно представлять в естественных изображений, полученных от доклинических рентгеновский компьютерный томограф . При правильном сборе данных, визуализации поверхности, и стереолитографической редактирования, теперь можно и недорого, чтобы быстро произвести подробный скелета и мягких тканей с рентгеновскими данными КТ. Даже в ранней стадии разработкиния, анатомических моделей, выпускаемых трехмерной печати призыв к обеим преподавателей и исследователей, которые могут использовать технологии, чтобы улучшить визуализацию языком. 3, 4 реальных преимуществ этого метода результат ощутимый опыт исследователя может иметь с данными, которые не могут быть адекватно передается через экран компьютера. Перевод доклинических 3D-данных на физический объект, который является точной копией испытуемого представляет собой мощный инструмент для визуализации и коммуникации, особенно для визуализации исследований, касающихся студентов, или тех, и в других областях. Здесь мы предоставляем подробные метод для печати пластиковых моделей костей и органов структур, полученных от рентгеновского КТ использованием Albira рентгеновской КТ системы в сочетании с PMOD, ImageJ, MeshLab, Netfabb, и ReplicatorG пакетов программного обеспечения.

<img alt="Рисунок 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> Рисунок 1. 3D-моделей печатных легких и скелетных особенностей крыс рентгеновского набора данных КТ. Объекты были напечатаны при использовании ProJet HD 3000 (слева), Shapeways Inc (Center) или Makerbot Replicator (справа). Шкалы обозначает 2 см. Обратите внимание, что шкалы на панели C меньше, чем у А и B, которая показывает, что в некоторых случаях Makerbot необходимо распечатать увеличенный объект для вывода достаточно подробно. На рисунке 1 показаны конечные продукты в течение трех методов печати одного и того же в естественных условиях крысы набора данных КТ. Все три модели состоят из обрезанной скелетной структуры и съемных легких, которые были напечатаны самостоятельно и образует вместе. Модель на левом является результатом ProJet HD 3000 с высоким разрешением принтера, созданные с помощью полупрозрачного акрилового пластика. Объект в центребыла произведена с использованием сторонней компании, Shapeways Inc, в котором скелетной структуры был напечатан нейлон 12 белого пластика, а дыхательные структуры были изготовлены в фиолетовый цвет. Эти первые две модели были напечатаны в реальных масштабах, размером примерно 11 см в длину. Объект справа была сделана с помощью MakerBot. Скелетная структура была напечатана с использованием натуральных цветных ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) пластика и легких с лимонно-зеленый ABS. В связи с резолюцией пределы MakerBot, эта модель не могла быть напечатана в масштабе без ухудшения тонкой структуры, как грудную клетку. Вместо этого, модель расширены почти 2X с помощью &quot;заполнить построить пространство&quot;, чтобы получить желаемый визуальных деталей, в результате чего объект 21 см в длину. <img alt="Рисунок 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> Рисунок 2. 3D-моделей печатных бывших естественных условиях кролика SKULL набор данных. объекты, отображаемые были напечатаны при использовании ProJet HD 3000 (слева), Shapeways Inc (Центр) и Makerbot Replicator (справа). Шкалы обозначает 1 см. На рисунке 2 показаны конечные продукты каждого способа печати для бывших естественных условиях кроликов череп набора данных КТ. Модель на левом является результатом ProJet HD 3000 с высоким разрешением принтера с помощью полупрозрачного акрилового пластика. Модель в центре была напечатана в пластиковой белой nylon12 через Shapeways печати. Объект справа был напечатан в белый пластик использованием MakerBot. Все три объекта были напечатаны в масштабе, и составляет примерно 8,5 см в длину. <img alt="Рисунок 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> Рисунок 3. 3D-моделей печатных полной крыс рентгеновского набора данных КТ. Объекты были напечатаны при использовании ProJet HD 3000 (слева) и Shapeways Inc (справа). Масштабы бAR обозначает 1 см. На рисунке 3 показаны конечные продукты в течение двух методов печати в естественных условиях полной данным КТ множество крыс. Обе модели состоят из полных скелета (без хвоста) и съемные легких. Модель на левом является результирующей принтере с высоким разрешением, ProJet HD 3000, печатается с использованием полупрозрачного акрилового пластика. Модель справа был напечатан Shapeways печать, с скелетную структуру, созданную с использованием белого nylon12 пластик и легкие в фиолетовый цвет. Эти две модели были напечатаны в реальных масштабах, размером примерно 19 см в длину. Из-за сложных деталей требуется, полный скелет не могли быть напечатаны с Replicator MakerBot. Во время изучения трехмерной технологии печати, определенные преимущества и недостатки были обнаружены и описаны в таблице 1. <table border="1"><tbody><tr><td><stroнг&gt; Метод печати </td><td> Преимущества </td><td> Недостатки </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> Чрезвычайно быстро, разнообразие цветовых вариантов, возможность печати в два цвета, очень недорого </td><td> Самый низкий уровень детализации. Удаление вспомогательных материалов медленный (порядка нескольких часов). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> Разнообразие вариантов цвета, разнообразие материалов для печати, высокий уровень детализации, относительно недорогой </td><td> Две недели времени, чтобы обработать и получить заказ </td></tr><tr><td> ProJet HD 3000 </td><td> Относительно быстрый поворот, высокий уровень детализации, высокой пропускной способностью, легко удалить вспомогательные материалы (воск). </td><td> Самые дорогие впереди стоимость, только один вариант цвета при практическом использовании. </td></tr></tbody></table> Таблица 1. Сравнение3D-технологии печати доступны для печати CT наборов данных.

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

Использование современных экструзионных пластиковых и технологии печати, теперь это возможно быстро и недорого производить физические модели рентгеновским данным КТ, принятых в лаборатории. Трехмерной печати томографических данных является мощным визуализации, научно-исследовательских и образовательных инструментов, которые могут теперь получить доступ к доклинической сообщества изображений.

3D печать Доклинические рентгеновской компьютерной томографии наборов данных

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

Неинвазивная 3D-визуализации с суб-микронных Резолюция Использование синхротронного рентгеновского томографии

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

Микроконтактной печати белков для клеточной биологии

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

Кристаллизации белков для рентгеновской кристаллографии

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

И что нельзя делать крио-электронной микроскопии: учебник по пробоподготовки и высокое качество сбора данных для высокомолекулярных 3D реконструкции

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

Производство человека Norovirus выступающую Домены в<em&gt; E. палочки</em&gt; Для рентгеновской кристаллографии

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

Высок объём измерения кишки транзитного времени используя личиночной данио рерио

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

Мкм шкала фенотипирование методы кукурузы сосудистых пучков, основанный на Microcomputed рентгеновская томография

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

Дозиметрия для облучения клеток с помощью рентгеновских лучей Orthovoltage (40-300 кВ)

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

3D-картографическое описание клетки с помощью криомягтической рентгеновской томографии

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

Построение реалистичной трехмерной модели скелета лошадей всего тела с использованием данных компьютерной томографии

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