Name: scaled anatomical model creation of biomedical tomographic imaging data and associated labels for subsequent sub-surface laser engraving (ssle) of glass crystals
Uploaded: 2017-04-25T14:00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving SSLE of Glass Crystal

אנו מודים מכללת מלגת מחקר לתואר הראשון קיץ המדעי (SURF) עבור התמיכה הכספית שלהם של הפרויקט הזה. המחברים מודים גם פרופ &#39;גלן Niebur, אוניברסיטת נוטרדאם, למתן דגימות העצם (כמפורט לעיל) השתמשו במחקר זה.

<ol>
	<li>Edelman, R., Warach, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Resonance+Imaging.">Magnetic Resonance Imaging.</a> N. Engl. J. Med. 328 (10), 708-716 (1993).</li><li>Momose, A., Takeda, T., Itai, Y., Hirano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase-contrast+X-ray+computed+tomography+for+observing+biological+soft+tissues.">Phase-contrast X-ray computed tomography for observing biological soft tissues.</a> Nat. Med. 2 (4), 473-475 (1996).</li><li>Paulus, M., Gleason, S., Kennel, S., Hunsicker, P., Johnson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Resolution+X-ray+Computed+Tomography:+An+Emerging+Tool+for+Small+Animal+Cancer+Research.">High Resolution X-ray Computed Tomography: An Emerging Tool for Small Animal Cancer Research.</a> Neoplasia. 2 (1), 62-70 (2000).</li><li>Robb, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+visualization+in+biomedical+applications.">3D visualization in biomedical applications.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 1 (1), 377-399 (1999).</li><li>Hsieh, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+12,+Section+1,+Advanced+CT+Applications.">Chapter 12, Section 1, Advanced CT Applications.</a> Computed Tomography: Principles, Design, Artifacts, and Recent Advances. , (2009).</li><li>Robb, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomedical+imaging+resource+at+Mayo+Clinic.">The biomedical imaging resource at Mayo Clinic.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 20 (9), 854-867 (2001).</li><li>Davison, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodal+Optical,+X-Ray+CT,+and+SPECT+Imaging+of+a+Mouse+Model+of+Breast+Cancer+Lung+Metastasis.">Multimodal Optical, X-Ray CT, and SPECT Imaging of a Mouse Model of Breast Cancer Lung Metastasis.</a> Curr. Mol. Med. 13 (3), 368-376 (2013).</li><li>Preece, D., Williams, S., Lam, R., Weller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&amp;#34;Let's+Get+Physical&amp;#34;:+Advantages+of+a+physical+model+over+3D+computer+models+and+textbooks+in+learning+imaging+anatomy.">&amp;#34;Let's Get Physical&amp;#34;: Advantages of a physical model over 3D computer models and textbooks in learning imaging anatomy.</a> Anat. Sci. Educ. 6 (4), 216-224 (2013).</li><li>Torres, K., Staskiewicz, G., Sniezynski, M., Drop, A., Maciejewski, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+rapid+prototyping+techniques+for+modelling+of+anatomical+structures+in+medical+training+and+education.">Application of rapid prototyping techniques for modelling of anatomical structures in medical training and education.</a> Folia Morphol. 70 (1), 1-4 (2011).</li><li>Camaros, E., Sanchez-Hernandez, C., Rivals, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Make+it+clear:+molds,+transparent+casts+and+lightning+techniques+for+stereomicroscopic+analysis+of+taphonomic+modifications+on+bone+surfaces.">Make it clear: molds, transparent casts and lightning techniques for stereomicroscopic analysis of taphonomic modifications on bone surfaces.</a> J. Anthropol. Sci. 94, 223-230 (2016).</li><li>Rengier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printing+based+on+imaging+data:+review+of+medical+applications.">3D Printing based on imaging data: review of medical applications.</a> Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 5 (4), 335-341 (2010).</li><li>Esses, S., Berman, P., Bloom, A., Sosna, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+Applications+of+Physical+3D+Models+Derived+From+MDCT+Data+and+Created+by+Rapid+Prototyping.">Clinical Applications of Physical 3D Models Derived From MDCT Data and Created by Rapid Prototyping.</a> AJR Am. J. Roentgenol. 196 (6), W683-W688 (2011).</li><li>Canessa, E., Fonda, C., Zennaro, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+3D+Printing+for+Science,+Education+and+Sustainable+Development.">Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development.</a> Low-Cost 3D Printing. , (2013).</li><li>Schelly, C., Anzalone, G., Wijnen, B., Pearce, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-source+3-D+printing+technologies+for+education:+Bringing+additive+manufacturing+to+the+classroom.">Open-source 3-D printing technologies for education: Bringing additive manufacturing to the classroom.</a> J. Vis. Lang. Comput. 28, 226-237 (2015).</li><li>Bourke, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scientific+Data+Visualization+Using+Techniques+Normally+Reserved+for+more+Frivolous+Activities.">Scientific Data Visualization Using Techniques Normally Reserved for more Frivolous Activities.</a> GTSF Int. J. Comput. 4 (3), 35-41 (2015).</li><li>Evans, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+World+of+3D+Printers.">A World of 3D Printers.</a> Practical 3D Printers: The Science and Art of 3D Printing. , (2012).</li><li>Berman, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-D+printing:+The+new+industrial+revolution.">3-D printing: The new industrial revolution.</a> Bus. Horizons. 55, 155-162 (2012).</li><li>Macken, J., Palanos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+Transfer+Laser+Engraving.">Image Transfer Laser Engraving.</a> United States Patent. , (1979).</li><li>. National Biomedical Imaging Archive Available from: <a target="_blank" href="https://imaging.nci.nih.gov/ncia/login.jsf">https://imaging.nci.nih.gov/ncia/login.jsf</a> (2016)</li></ol>

החוקרים אין לחשוף.

ערכות נתונים פרה-קליניות וקליניות רכשו באמצעות שיטות הדמיה ביו כבר סייעו מחקר מודרני פיתוחים רפואיים. אמצעים לפני להדמיה של נתונים ביו כללו צג מחשב מודלים פיסיים המופקים ליהוק מסורתי או גישות הדפסת 3D מודרניות. כאן אנו מתארים שיטת חריטת קריסטל 3D כחלופת פירושו המאפשר הדמית נתונים ביו טומוגרפית מכיוון שהוא מייצר מוגדר היטב, מודלים שכותרתו בצורה פשוטה. דגמים זולים יחסית אלה עשויים להיות בשימוש נרחב ככלי חינוכי. ניצול חריטת קריסטל לייצג נתונים אנטומיים במדויק נותן לו פוטנציאל גבוה במסגרות קליניות וחינוכיות. היכולת לדמיין נתונים בפורמט פיזי, תלת ממדי מתגברת על המגבלות של צורות מסורתיות של חינוך באמצעות תמונות שטוחות או 9 הדמיות וירטואליות. רזולוציה גבוהה של מבנים חרוטים ואת דבקותו שלתוויות לתכונות גלויות ספציפית להקל על השימוש במודלים אלה לחינוך חולה או סטודנט. בנוסף, אפנות זו מציעה את היכולת לזהות ולבחון גורמים והיבטים של המחלה מדינות בתוך הדגימה. לדוגמא, הסיווג והמיקום של שברים בעצמות, כמו היד השבורה ציינה באיור 2, מספקים הבנה מקיפה יותר של היחס של מדינות מחלה וסימנים לכאורה אחרים פיסיים ו / או סימפטומים חולים. באמצעות חריטת קריסטל 3D, ערכות נתוני CT פרה-קליניות וקליניות הוצגו כגורם מבנים פיסיים חרוטים בתוך קריסטלים. נתונים פרה-קליניים CT נרכשו באמצעות סורק microCT, בעוד תמונות CT קליניים נאספו ממקורות רדיולוגי קליניים. לפני עיבוד נוסף, נתוני הדמיה קליניים מומרים קבצי DICOM ביטול דחיסה באמצעות תוכנת הדמיה. תוכנות לאחר להפוך קבצי DICOM המשוחזר לתוך מפות השטח. שינוי של מפות השטח האלה דור תוויות אנטומיים וברי מידה הם השיגו עם תוכנת הכנת נתוני תכנון בעזרת מחשב (CAD). קבצי STL שהושלמו מופחתים ו להמיר קבצי SCAX. לאחר גודל גביש וכוח לייזר נקבעים, קבצי נקראים על ידי מכונת חריטה לייזר 3D שיוצרת מבנים אנטומיים בצורה חופשית ב קריסטל. התהליך המתואר לעיל ניתן ליישם ערכות נתונים קליניות פרה-קליניות שונות. בעוד מערכי נתונים CT יושמו בפרויקט זה, יתכן כי נתונים המתקבלים ממערכות הדמיה אחרות ניתן דמיינו קריסטל, כולל אולטרסאונד 3D (ארה&quot;ב), דימות תהודה מגנטית (MRI), ו פוזיטרון פליטה טומוגרפיה (PET). כמו כן, מבנים אנטומיים אחרים דגימות ביולוגיות ניתן לצלם וייצגו במדיום הזה. עם זאת, את הגבישים באים בגדלים ומבנים קבועים מראש יהיה צורך לחתוך או מדורגים בהתאמה. רצוי להתאים thE גיאומטריה של החלק האנטומי עם גודל של הגביש. לדוגמה, רגל הכי מתאים ב 5 ס&quot;מ x 5 ס&quot;מ x 8 ס&quot;מ מלבני מוצק ( איור 4 ), בעוד רגל מתאים קובייה 8 ס&quot;מ ( איור 3 ). שינויים בגודל, גופן ועובי הטקסט יכולים להתבצע בתוכנת CAD. בנוסף, עדיף לשים תוויות על מטוס אחד או שניים כדי לקרוא בבירור תוויות מבלי לחסום את התצוגה של האנטומיה בעת סיבוב הגביש על פרצופים אחרים. שני גורמים נוספים יש לקחת בחשבון בעת ​​ביצוע SSLE של נתונים אנטומיים: מספר פרצופים בתוך מפת פני השטח, ואת הגודל של כל נקודה לייזר הוא חקוק לתוך הגביש. גורמים אלה משפיעים על מספר וגודל הנקודות שיספגו את אור התקרית ובכך יגבירו או יגרמו מויזואליזציה של SSLE. ראשית, מספר פרצופים, אשר ביחס ישר למספר הנקודות בחלל 3D,ישפיע הן ברזולוציה הכוללת &quot;בהירות / ניגודיות&quot; של המודל המוצג. בכל הדוגמות שהוצגו במסמך זה, את קובץ STL השלים הופחת 100,000 פניהם ללא השפלה לכאורה של מוצר הקריסטל שהתקבל, ללא קשר לגודל או גדלה. The / ניגודיות הבהירות הכוללות היו מקובלות גם באמצעות גישה זו. השווי 100,000 הוא בטווח הבטוח עבור החרט משמש לא overtax התוכנה והחומרה. עם זאת, במקרים מסוימים, פרצופים נוספים עשויים להידרש להציג מערך נתונים נתון כראוי, וקבצים אלה עשויים להיחשב ניסיוני עד הושלמו בהצלחה. בנוסף, בגודל של כל נקודה כי הוא &quot;נשרף&quot; לתוך גביש עשוי להיות מכוון באמצעות מתח וערכים קלט &quot;צפיפות&quot; של חרט על מנת לשפר את הניגודיות והבהירות פלט. במקרים הנוכחיים, ערכי ברירת מחדל של מתח: 8.5 וצפיפות: 0.2 נבחרו. בעוד ערכים אלה מייצגים נקודת התחלה, הם עשויים להשתנות בתוךניסוי וטעייה אופנה לשפר להדמיה נתונים לפי הצורך. ישנם מספר היתרונות של ניצול חריטת קריסטל 3D עבור התצוגה של נתוני הדמיה פרה-קליניים וקליניים. קריסטלים בדרך כלל מיוצרים תחת 30 דקות, בעוד מבנים מודפסים 3D עלולים לארוך מספר שעות, בהתאם לגודלם ומורכבות 16, 20, 22. חריטת לייזר עשויה לשמש לייצוג מבנים תלויים ללא שימוש תמיכה, הקלת ייצור של תכונות מורכבות או תלויים של האנטומיה מבלי להקטין דיוק עם חומר נוסף 16. עם רזולוציה של 800-1,200 DPI ועל דיוק פחות מ 10 מיקרומטר, מודלים אלה דומים לנתונים רפואיים מקרוב 24. בעוד מדפסות 3D ברמה מקצועית יש החלטה דומה של בערך 600 DPI ב XY ו- 1600 DPI ב- Z, הם בדרך כלל פחות acאוצרים (20-200 מיקרומטר) 17, 19, 20 (לוח 1). חריטת קריסטל 3D בעל פוטנציאל חזק אך היא מוגבלת כמה תחומים. מאחר שהמידע חרוט בתוך גביש, משתמשים לא יכולים לקבל חוויה מישוש עם חלקים אנטומיים. כדי מידת ייצוגים קשים לייצר כפי נתונים בדרך כלל מדורגים למעלה או למטה כדי להתאים את הגבישים. יתר על כן, הלייזר יכול רק לחרוט בגווני אפור עם ניגודיות מינימלי. הצפיפות של המבנה היא מוגבלת גם על ידי היכולת של הליזר כדי לעבד את הנתונים. היציבות הכוללת של גבישי יתרון לשימוש פוטנציאלי על פני כמה שנים, אבל הזכוכית המוצקה לא יכול לעמוד להפיל על משטחים קשים (לוח 1). למרות מגבלות אלה, חריטת קריסטל 3D מחזיקה ערך משמעותי כמדיום עבור להדמיה של נתונים ביו. בעוד מתחילתמיכה חומרית צריכים להילקח בחשבון עם מדפסות 3D, היבטים אלה אינם צריכים להיחשב עבור חריטה בלייזר. עוד חלקים מורכבים, כגון כף הרגל האנושית, יכולים להיות מיוצגים כתוצאה מכך. בעוד העלאות זמן ייצור מעט עם מבנים מורכבים יותר, ללא חומר נוסף נדרשות ועלות המודל נשארה זהה. היכולת של לייזר כדי לשרוף זכוכית בצורה dot-ידי-dot מייצרת מוגדר מאוד מבנים להציג את הפרטים הקטנים של נתוני ביו, כפי שמצוין רדיוס שבור באיור 2. בנוסף, המיקום של מבנים אלה בתוך גבישים שהופך אותם עמידים נזק מבחוץ. בניגוד פלסטיק מוצק מנוצל על פלטפורמות הדפסת 3D רבות, משטחי הזכוכית השקופים מאפשרים מבנים פנימיים להיות דמיינו בצורה פשוטה. אחד הכלים החזקים ביותר של חריטת קריסטל 3D הוא ביכולתה לתייג חלקים בודדים, וגם להוסיף סרגל קנה מידה לעיון גודל. זֶההטכניקה מוסיפה ערך חינוכי משמעותי לקריסטלים, כאשר תלמידים מכל הרמות יכולים ללמוד אנטומיה ולפעול עם נתונים קליניים, שני מרכיבים חשובים של חינוך ביולוגי ורפואי, במודל אחד. בשילוב עם היכולת להחזיק אותם בכף יד ולהציג מבנים במגוון זוויות, תיוג מאוד משפר את הערך החינוכי של מודלים אלה. כתוצאה מכך, 3D גבישים חרוט יש תחולה רחב לשימוש קורסים אנטומיה, קליני בפועל, וחינוך כללי.

שיטות הדמיה ביו כמו טומוגרפיה ממוחשבת (CT) או הדמיה בתהודה מגנטית (MRI) משמשים באופן שגרתי על ידי, מחקר רפואי, ואת הקהילות האקדמיות הלא פולשני לבחון את המבנים הפנימיים של סובייקטים אנושיים או ביולוגי 1, 2, 3. ברפואה המודרנית, הטכנולוגיה הזו מאפשרת אבחנות מושכלות יותר, וכתוצאה מכך, משופרת טיפול 4 המטופל. בפרט, CT מספק הזדמנות מצוינת עבור שחזור 3-D בשל ברזולוציה הגבוהה שלה ומאפייני voxel איזוטרופיים (אורך זהה של כל קצה קובייה). 5 בהמשך, חבילות תוכנה זמינות אשר הופכים נתוני הדמיה ביו בשלושה ממדים (3D) עבור פונקציות מסדר גבוה כמו ניתוחים מבוססי מחשב הווירטואלי אנדוסקופיה 6. בתוך המחקר הפרה-קליני, שאינו הרסני הדמיה מספקת פלטפורמה translationalשעליו ללמוד מודלים המחלה בעכברים וחולדות 7. ספריות דיגיטליות, כגון מסד נתונים הביולוגיים מורפולוגיה דיגיטלית (http://digimorph.org), כבר מאוכלסות עם נתוני CT נגזרו דגימות שונות או מצבי מחלה קליניים עבור גישה מוכנה על ידי הקהילות המדעיות ורפואיות הרחבות 8. נכון לעכשיו, נתוני הדמיה ביו כבר דמיינו בחלל הווירטואלי על מסכי המחשב, או בחלל פיזי עם מודלים כף יד. בעוד תוכנת מחשב המאפשרת למשתמשים לנתח ולטפל נתונים, העתקים פיסיים הם מוצר משלים נחמד עם תועלת מצוינת חינוכית 9, 10. מודלים מסורתיים נוצרו באמצעות תהליך ליהוק בעלות נמוכה שבה תבניות בסיסיות מלאות שרף זה מקשה לתוך המבנה הרצוי 11. מודלי Casted ניתנים לייצור המוני זול, אבל מוגבלים בסיסימבנים שאינם נגזרים מערכי נתונים חולים. בחמש השנים האחרונות, העתקים מודפסים 3D של האנטומיה האנושית הפכו נפוצות יותר ויותר בשל מורכבות גבוהה, ולעתים קרובות פעמים החולה הספציפי, חפצים שעלולים להיווצר ומוצג. מודלים אלה נוצרים על ידי מכונות נוזלי פיקדון או פלסטיק מותך בשכבות תוסף, וכן סייעו רופאים עם אבחנות, ניתוחים מורכבים, לטיפול במחלות, עיצוב תותב, ותקשורת חולה 12, 13. בנוסף, הזמינות הנרחבת של מדפסות 3D צרכן כיתה בתוך הגדרות ספר יסודיות, תיכון, או מכללות משמשת כדי להגביר את ההשפעה הפדגוגית של מודל אנטומי קבצים משותף 14, 15. בסך הכל, הדפסה 3D יש הרבה מתקדמת בפיתוח מודלים אנטומיים בתוך הרפואה, ובכל זאת יש מגבלות. ראשית, יצירת ריבוימודלים אנטומיים -part עשויים להיות מאתגרים מאז עבודה נוספת נדרשת לעתים קרובות לקשור פיסות נפרדות דיגיטלי יחד שעשויה אחרת להתפרק 16. כמו כן, את האטימות של חומרים רבים 3D מודפסים, במיוחד למכונות צרכן כיתה, מונעות ויזואליזציה של מבנים תת פנימיים המספקים תובנה נוספות לגבי העצם של דגימת רקמות רכות. בהמשך, extruders פלסטיק נוזלי או מותך להגביל את הרזולוציה של הדפסים 3D. Extruders של מדפסות מקצועיות הן כ 50 מיקרומטר בקוטר לאפשר עובי שכבה של 14 מיקרומטר, עם רזולוציה של עד 600 נקודות לאינץ &#39;(DPI) של צירי X ו- Y. ו 1600 DPI ב- Z ציר 17, 18 . לשם השוואה, מדפסות 3D הצרכן כיתה יש extruders כי הם סביב 400 מיקרומטר בקוטר לתת עובי שכבת 100 מיקרומטר החלטה שווה בערך ל 42 DPI 19, <sעד class = &quot;Xref&quot;&gt; 20. המחיר גם משתנה באופן משמעותי מן הצרכן כיתה למדפסות מקצועיות 20, 21. בנוסף, עלויות חומר גבוהות למנוע ייצור תעשייתי המוני מהשגת יתרון לגודל 22. Surface תת חריטה בלייזר (SSLE), או חריטה קריסטל 3D, מנצל קרן לייזר כדי ליצור קטן &quot;בועות&quot; או נקודות עם דיוק גבוה באלפי X, Y, Z קואורדינטות בתוך טוהר נוקשה, גבוה, מעוקב, זכוכית מטריקס 23. כל נקודה היא 20-40 מיקרומטר, אשר מניב ברזולוציה בין 800-1,200 DPI 24. בהמשך כל נקודה היא שקופה למחצה, המאפשר הדמיה של מבנים תת פנימי. חלקים מרובים, מנותקים מיוצגים באותה הקריסטל וחומר נוסף אינו נדרש עבור מבנים גדולים, מורכבים. מאז מטריקס הוא מוצק, תוויות אנטומיים וברי מידת גודל ניתן להוסיף ולשפראת הפוטנציאל החינוכי של נתוני ההדמיה מוצגים בתוך. כאן אנו מציגים תהליך שבו רנטגן טומוגרפיה ממוחשבת (CT) נתונים שערוכים SSLE קריסטל. ראשית, ייתכן שהנתונים שנאספו ממערכות microCT מסחריות פרה-קליניות, סורקים קליניים ממחלקות הרדיולוגיה / Unis, או שמקורן מאגרים מקוונים כמו ארכיון הדמית ביו הלאומי (https://imaging.nci.nih.gov/ncia/login.jsf הנה 25) אנחנו מדגימים את הגישה הזו עם ליבת עצם כבשים, יד שבורה, רגל מסומן, וקריסטלים הרגל שכותרתו כדי להמחיש את היכולת לשלב את שניהם הנתונים פרה-קליניים וקליניים, להתאים את קנה המידה של מבנים אנטומיים, ולתאם גיאומטריית מבנה עם גודל גביש. בהתחשב באופי הקליל של SSLE וכבר שימוש נרחב של קבצי STL בהדפסת 3D, הייצור של גבישים אנטומיים שכותרתו מספק כלי ויזואליזציה שנערך מרגש, יד-ביד לשימוש בתוך הקהילות האקדמיות לחינוך.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1388">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">3D Laser Engraving Machine</td>
			<td style="width:473px;">Wuhan Synpny Laser Co., Ltd.</td>
			<td style="width:235px;">STNP-801AB4</td>
			<td style="width:431px;">3D Laser Engraver</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">3D Slicer</td>
			<td style="width:473px;">Slicer</td>
			<td style="width:235px;">Version 4.3.1</td>
			<td style="width:431px;">Surface Map Generator Program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Albira micro CT</td>
			<td>Bruker Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Alternatively, a PET/SPECT/CT scanner can be utilized</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Autodesk Inventor Professional 2013</td>
			<td>Autodesk, Inc.</td>
			<td>64bit edition, 2013 RTM, Build 138</td>
			<td>CAD program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Clinical CT data sets</td>
			<td>Saint Joseph Regional Medical Center</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MeshLab</td>
			<td>Institute of the National Research Council of Italy (ISTI-CNR)</td>
			<td>Volume 1.3.4 BETA</td>
			<td>3D Mesh Processing Program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Netfabb Studio Basic</td>
			<td>netfabb GmbH</td>
			<td>Version 4.9.0</td>
			<td>3D Data Prepartion Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Netfabb Studio Professional</td>
			<td>netfabb GmbH</td>
			<td>Version 5.2.1 64bit</td>
			<td>3D Data Prepartion Software-Professional</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">OsiriX Lite Imaging Software</td>
			<td>Pixmeo</td>
			<td>Version 7.0.3</td>
			<td>DICOM Imaging Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PMOD</td>
			<td>PMOD Technologies LLC</td>
			<td>Version 3.306</td>
			<td>Image Processing Software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scaled anatomical model creation of biomedical tomographic imaging data and associated labels for subsequent sub-surface laser engraving (ssle) of glass crystals

שיטות הדמית ביו כמו טומוגרפיה ממוחשבת (CT) ותהודה מגנטית (MR) לספק פלטפורמות מעולות לאיסוף ערכות נתונים תלת ממדיות של חולה או דגימה האנטומיה במסגרות קליניות או פרה-קליניות. עם זאת, שימוש תצוגה וירטואלית, על המסך מגביל את היכולת של תמונות טומוגרפית אלה להעביר את המידע אנטומיים המשובץ במלואם בתוך. פתרון אחד הוא ממשק נתוני הדמיה ביו להגדיר עם טכנולוגיית הדפסת 3D כדי ליצור העתק פיזי. כאן אנו בפירוט שיטה משלימה לדמיין נתונים הדמיה טומוגרפית עם מודל כף יד: חריטה בלייזר Surface Sub (SSLE) זכוכית קריסטל. SSLE מציעה מספר יתרונות ייחודיים כוללים: היכולת הקלילה לכלול תוויות אנטומיים, כמו גם בר מידה; הרכבה מרובה חלקים יעיל של מבנים מורכבים במדיום אחד; רזולוציה גבוהה X, Y, Z ו מטוסים; ו שקופים למחצה פגזים עבור להדמיה של גבי תשתיות של אנטומי פנימיים. הנה wדואר להדגים את תהליך SSLE עם ערכות נתונים CT ממקורות טרום קליניים וקליניים. פרוטוקול זה ישמש כלי חדש ורב עוצמה וזולה שבה לדמיין מבנים אנטומיים מורכבים עבור מדענים וסטודנטים בכמה הגדרות חינוך ומחקר.

חריטה בליזר תת-שטח של גבישי זכוכית היא אמצעי עמוק לדמיין סוגים רבים של נתוני הדמיה טומוגרפית ביו. איור 1 משלבת נתוני CT פרה-קליניים, בעוד איור 2, איור 3, &amp; איור 4 להדגים כיצד סריקות CT קליניות יכולות גם להיות מנוצלות. מאז מימדים משתנים לפני חריטה, מבנים בגדלים שונים יכול להיות מיוצג באמצעות חריטה בלייזר. בעוד איור 2 מדגים כיצד ניתן להדפיס anatomies סולם, רוב המבנים צריכים להיות מדורגים למעלה או למטה. שני סוגים של ברים בקנה מידה יכול להיות מיושם כדי למדוד שינויים מימד: אחד החובקת את צלעות המבנה ועוד עם שלושה צירים מתכנסים בכל פינה. הסוג הראשון הוא אידיאלי עבור מבנים מורחבים, כגון ליבת העצם, ואילו הסוג השני הוא מתאים ביותר עבור למבני -scale או מופחתים. בהמשך בגודל של הגביש הוא זיווג עם צורה של מבנה אנטומי. כתוצאה מכך, למרגלות הוצבו בתוך קובייה בעוד רגל הושעה בתוך מנסרה מלבנית. תכונה מרכזית של חריטה בתת הקרקע היא היכולת לצרף תוויות טקסט תכונות אנטומיות. הטכניקה ניתן ליישם סוגים שונים של נתוני הדמיה, עם מיקום תווית אופטימלית תלוי בגיאומטריה של המבנה. באיור 2, הטקסט הוצב בשני מישורים לחלל את התוויות ולהימנע ולהקשות על הרקע האנטומיה. לקבלת איור 3 &amp; איור 4, עצמות ניתן לראות בבירור מצד אחד כל כך התוויות הונחו על מטוס בודד. <img alt="איור 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55340/55340fig1.jpg" /> איור 1. נתונים קדם-קליניים של CT של קבוצת ליבה של כבשים, מוצגים כמעט ומושעים בחלטה תלת-ממדית. תוכנת הדמיה נוצל כדי ליצור ולצרף ברים בקנה מידה למפה משטח של עצם 1 ס&quot;מ איזוטופי כבשים (משמאל). המבנה עבר פי חמישה ממדים לאורך כל ציר, כפי שצוין על ידי ברים סולם, והיה לייזר חרוט גביש מרובע 8 ס&quot;מ (מימין). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55340/55340fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55340/55340fig2.jpg" /> איור 2. נתונים קליניים CT של מפרק שבור עם תוויות אנטומיים, מוצג כמעט חרוט גביש. נתונים קליניים CT של פרק כף היד האנושי עם רדיוס שבור הוסב מפה משטח באמצעות תוכנת מחשב. תוויות אנטומיות וסרגל 2 ס&quot;מ<html> ere שנוצר באמצעות תכנון בעזרת מחשב (CAD) ומצורף המודל (משמאל). תחריט לייזר 3D חקוקה המבנה בתוך גביש קוביית 8 ס&quot;מ (מימין). סרגל הסולם שומר גודל, הוכחת המפרק הופק להתרחב. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55340/55340fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55340/55340fig3.jpg" /> איור 3. אנטומית שכותרתו רגל אנושית עם תוויות אנטומיים, מוצג כמעט ו חקוק קריסטל. סט נתוני CT של כף רגל אנושית הוסב מודל בגוונים אפור עם תוכנת הדמיה. טקסט ובר בהיקף 4 ס&quot;מ נוצרו באמצעות CAD ומאוגדים מפת השטח (משמאל). המודל הופחת למחצית גודלו לייזר חקוקה קוביית קריסטל 8 ס&quot;מ (מימין).<html> 55,340 / 55340fig3large.jpg&quot; target = &#39;_ blank&#39;&gt; אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55340/55340fig4.jpg" /> איור 4. נתוני CT קליניים קבוצה של רגל אנושית שכותרתו אנטומית באמצעות תוכנות מחשב חקוקים קריסטל. חבילות תוכנה נוצלו כדי להכין מפת משטח מסריקת CT אנושית מלאה לסעיף הרגל משאר הגוף. תוויות אנטומי ובר בהיקף 2.5 ס&quot;מ נועד עם CAD צורפו (משמאל) ואת המבנה נחקקה גביש 5 ס&quot;מ X 5 ס&quot;מ x 8 ס&quot;מ (מימין). סרגל הסולם בגביש ממחיש את הרגל הייתה scaled למטה בתוך 5: יחס 3. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55340/55340fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> י&quot;ש &quot;&gt; <tbody><tr><td fo:width="1in" style="width:100px"></td><td> הדפסת 3D </td><td> חריטה בלייזר בתת הקרקע (SSLE) של קריסטלים </td></tr><tr><td rowspan="10"> יתרונות </td><td> ניסיון מגע </td><td> יצירה של מבנים בחלל חופשי </td></tr><tr><td> דגמי צבע מלא </td><td> הדור של מודלים רב-חלק </td></tr><tr><td> כדי מידת ייצוג אפשרי עם מגוון גדול של מבנים </td><td> Attachment תוויות אנטומיים </td></tr><tr><td> חומר פלסטי מוצק ועמיד בפני טיפות </td><td> ברי סולם מושעים בתוך מודל </td></tr><tr><td> מדפסות צרכן כיתה זולה זמינות </td><td> רזולוציה ודיוק גבוהה </td></tr><tr><td> רזולוציה גבוהה של מדפסות ברמה המקצועית </td><td> זמן ייצור קצר </td></tr><tr><td></td><td> קל לקשר יחידות משנת אנטומיים נפרדות יחד בחלל 3D </td></tr><tr><td></td><td> מבנים בתוך גביש לא חשד לנזק מחוץ </td></tr><tr><td></td><td> עלויות חומר נמוכות </td></tr><tr><td></td><td> חרטים לייזר במחיר בינוני </td></tr><tr><td rowspan="8"> חסרונות </td><td> קשה לקשר יחידות משנת אנטומיים נפרדות בחלל 3D </td><td> אין חווית מישוש </td></tr><tr><td> עלות וזמן ייצור להשתנות עם מורכבות </td><td> גוונים אפורים </td></tr><tr><td> רגיש יותר שגיאות ייצור </td><td> גודל מוגבל על ידי קריסטל </td></tr><tr><td> שטיפות פוסט פרודקשן עשויות להיות נחוצות </td><td> כדי מידת ייצוג קשה </td></tr><tr><td> רזולוציה מוגבלת על ידי extruders פלסטיק </td><td> צפיפות מוגבל על ידי לייזר </td></tr><tr><td> חלקים עשויים שבב מעל של מודל </td><td> קריסטלים עלולים לסדוק או לשבור כאשר ירד </td></tr><tr><td> מדפסות כיתה מקצועיות יקרות </td><td></td></tr><tr><td> מחירים חומריים להשתנות במידה ניכרת </td><td></td></tr></tbody></table> טבלה 1. יתרונות וחסרונות של דפוס 3D ו SSLE לייצור מודלים אנטומיים. 3D הדפסה SSLE הם שני אמצעי המאפשר הדמיה נתונים הדמיה טומוגרפית ביו, וכל אחד הוא בעל מספר עוצמות וחולשות בכל הקשור ליצירת מודלים פיזיים של נתונים.

Watch this Scientific Journal Video about Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving SSLE of Glass Crystal

Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving SSLE of Glass Crystals

מתודולוגיה מתוארת במסמך לייצוג נתוני הדמיה אנטומי בתוך קריסטלים. אנו יוצרים מדורגים מודלים תלת מימדיים של נתונים הדמיה ביו לשימוש חריטה בלייזר בתת הקרקע (SSLE) זכוכית קריסטל. כלי זה מציע השלמה שימוש תצוגה חישובית או בתלת ממד מודלים מודפסים בשימוש בתוך הגדרות קליניות או חינוכיות.

Scaled אנטומי דגם הבריאה של נתונים הדמיה טומוגרפית ביו Associated תוויות עבור תת-פני השטח לאחר חריטה בלייזר (SSLE) של קריסטלים זכוכית

Biomedical imaging modalities like computed tomography (CT) and magnetic resonance (MR) provide excellent platforms for collecting three-dimensional data ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving (SSLE) of Glass Crystals

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Surface פלזמה ליתוגרפיה דפוסים של יצירת רשתות Cell

Systematic manipulation of a cell microenvironment with micro- and nanoscale resolution is often required for deciphering various cellular and molecular ...

Anatomical Reconstructions of the Human Cardiac Venous System using Contrast-computed Tomography of Perfusion-fixed Specimens

שחזורים אנטומיים של מערכת ורידי לב האנושית באמצעות ניגודיות, טומוגרפיה ממוחשבת של דגימות זלוף-קבועות

A detailed  understanding of the complexity and relative variability within the human  cardiac venous system is crucial for the development of cardiac ...

Graphene Coatings for Biomedical Implants

ציפוי גרפן עבור שתלים ביו

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

עיצוב פרוטאין משי משי חומרי סגסוגת עבור יישומים ביו

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

המצאה של מכאני מתכוונן ויו מתכת פיגומים עבור יישומים ביו

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

סינתזה של nanofiber קראטין מבוסס על הנדסה ביו רפואית

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

בנייה של גיליונות מודולרי Hydrogel לאדריכלות סלולרית 3D המוקטן מאקרו micropatterned

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy (oSLO) and Optical Coherence Tomography (OCT)

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy oSLO and Optical Coherence Tomography OCT

עם מודאלים מרובים נפח הרשתית הדמיה על ידי עקיפה סריקת לייזר Ophthalmoscopy (אוסלו) ו טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר)

While fluorescence imaging is widely used in ophthalmology, a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence retinal image is still a big ...