CT數(shù)據(jù)重建太慢?位圖技術(shù)讓你1小時內(nèi)獲得大腦的3D數(shù)據(jù)

Date:2018-06-02 09:21:06

3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用案例越來越多,然而仍然有很多技術(shù)痛點尚未解決,比如從CT數(shù)據(jù)三維重建獲得可3D打印的模型數(shù)據(jù),這個過程時間仍然比較長,影響了手術(shù)的進(jìn)度。2018年6月1日,南極熊從外媒獲悉,哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員提出了一種簡單的方法,在不到一個小時的時間內(nèi)就可以提取出可3D打印的精細(xì)人類大腦模型。


從理論上講,像MRI和CT掃描這樣的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)能夠產(chǎn)生高分辨率的圖像,并且可以使用3D打印機(jī)打印出模型。 但是,麻省理工學(xué)院畢業(yè)生Steven Keating發(fā)現(xiàn),當(dāng)他手術(shù)切除棒球大小的腫瘤后,想要檢查自己的大腦時,現(xiàn)有的方法過于耗時,麻煩,并且未能準(zhǔn)確揭示重要的特征。Keating與專家們合作,致力于開發(fā)一種新技術(shù),使MRI和CT掃描圖像能夠以前所未有的細(xì)節(jié)快速轉(zhuǎn)換為物理模型。



新方法提供了一種快速且高度精確的方法,可將復(fù)雜的圖像轉(zhuǎn)換為易于3D打印的格式。關(guān)鍵在于使用抖動位圖進(jìn)行打印,這是一種數(shù)字文件格式,其中灰度圖像的每個像素都被轉(zhuǎn)換為一系列黑白像素,而黑色像素的密度則是定義不同的灰度,而不是像素本身顏色不同。與黑白新聞報紙中的圖像類似,使用不同大小的黑色墨點傳達(dá)陰影,在給定區(qū)域中存在的黑色像素越多則越黑。通過將來自各種灰度陰影的所有像素簡化為黑色或白色像素的混合,抖動位圖允許3D打印機(jī)使用兩種不同的材料打印復(fù)雜的醫(yī)學(xué)圖像,從而以更高的精度和速度保留原始數(shù)據(jù)的所有細(xì)微變化。


研究人員使用基于位圖的3D打印來創(chuàng)建Keating的大腦和腫瘤模型,該模型忠實地保存了原始MRI數(shù)據(jù)中存在的所有細(xì)節(jié)層次,直至與人眼可區(qū)分的分辨率相同。使用這種相同的方法,他們還能夠使用不同材料打印出人體心臟瓣膜的可變剛度模型,從而做出有機(jī)械性能梯度的模型,便于深入了解斑塊對瓣膜功能的實際影響。



Weaver說:“我們的方法不僅可以保留高水平的細(xì)節(jié)并且可以用于3D打印醫(yī)療模型,而且還可以節(jié)省大量時間和金錢?!?“例如,手工分割一個健康人腳的CT掃描數(shù)據(jù),包括它所有的內(nèi)部骨骼結(jié)構(gòu),骨髓,肌腱,肌肉,軟組織和皮膚都需要超過30個小時,即使是訓(xùn)練有素的專業(yè)人員,而我們 能夠在不到一個小時的時間內(nèi)完成?!?/span>


 

△Ahmed Hosny拿著Steven Keating的腫瘤模型,Steven Keating拿著自己的頭骨模型,James Weaver拿著Keating的MRI掃描模型。


研究人員希望他們的方法能夠幫助3D打印成為常規(guī)檢查和診斷,患者教育更可行的工具。 “現(xiàn)在,對于醫(yī)院而言,聘請專家團(tuán)隊進(jìn)行手動分割3D打印的圖像數(shù)據(jù),除非是極其高風(fēng)險的病例,否則對醫(yī)院來說成本太高了,我們希望能夠改變這種情況, “Wyss研究所研究員Ahmed Hosny說。


“我想,在未來五年內(nèi)的某個時候,任何進(jìn)行CT或MRI掃描的患者都可以在幾天內(nèi)獲得他們的3D打印模型?!癢eaver說。


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