發(fā)布日期:2018-06-08 13:53:02
3D打印醫(yī)療模型能夠形象的將病人解剖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)給醫(yī)生,是醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)預(yù)規(guī)劃的輔助工具,骨科、心臟外科、神經(jīng)外科等越來越多的醫(yī)學(xué)學(xué)科已經(jīng)利用3D打印醫(yī)療模型進(jìn)行手術(shù)預(yù)規(guī)劃,一定程度上幫助醫(yī)生提高復(fù)雜手術(shù)的成功率、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
3D打印醫(yī)療模型是通過軟件對(duì)CT、核磁共振等設(shè)備產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行三維建模,并將建模文件傳輸給3D打印設(shè)備進(jìn)行打印而產(chǎn)生的??傮w來說,將位圖格式的圖像轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)可以讀取的三維模型數(shù)據(jù),這個(gè)過程不僅耗費(fèi)時(shí)間,還容易出現(xiàn)精度不高的問題。如今哈佛大學(xué)Wyss實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院多媒體實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過一種新的方法,實(shí)現(xiàn)了一小時(shí)的時(shí)間內(nèi)打印出高精度的人類大腦模型。
核磁共振和CT掃描等醫(yī)學(xué)成像技術(shù)可以產(chǎn)生一系列高分辨率的平面化的位圖圖像,通過這些圖像可以獲得如何來建立三維建模的信息。但是,研究人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的建模方法仍存在耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、過程繁瑣,分辨率低等問題。
與灰度圖片不同,灰度圖片需要幾種灰度來表達(dá)漸變(左圖),而半色調(diào)(新聞圖片中常見)可以僅使用單一顏色的墨跡(右圖)來保留灰度漸變。
半色調(diào)又稱灰度級(jí),它是反映圖像亮度層次、黑白對(duì)比變化的技術(shù)指標(biāo)。這種半色調(diào)的方法被哈佛大學(xué)Wyss研究所James Weaver采用,從而使得核磁共振和CT掃描的圖像更容易、更快速地被3D打印設(shè)備讀取。半色調(diào)的方式能夠支持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,形成一種易于3D打印的格式,以便于能夠更好地表達(dá)原始掃描數(shù)據(jù)所記錄的所有細(xì)節(jié)。
研究人員使用基于半色調(diào)的3D打印方法來創(chuàng)建大腦和腫瘤模型,該模型忠實(shí)地保存了原始MRI數(shù)據(jù)中存在的所有細(xì)節(jié)層次,幾乎與人眼可區(qū)分的分辨率相同。使用這種相同的方法,還能夠使用瓣膜組織的不同材料與瓣膜內(nèi)形成的鈣沉積物相對(duì)應(yīng)地打印出人體心臟瓣膜的可變剛度模型,從而產(chǎn)生表現(xiàn)出機(jī)械性能梯度的模型,方便醫(yī)生深入了解鈣沉積對(duì)瓣膜功能的實(shí)際影響。
這種方法不僅可以保留高水平的細(xì)節(jié)并將其打印到醫(yī)學(xué)模型中,而且還可以節(jié)省大量的時(shí)間和金錢,例如,原來的方式需要手工分割一個(gè)健康人腳的CT掃描,例如,它的所有內(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(gè)小時(shí),即使是經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員也是如此,而這種方法能夠在一個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。
通過這種方法,3D打印的鈣化心臟瓣膜的多材料模型可以顯示具有礦物質(zhì)密度的精細(xì)梯度的硬鈣沉積物(白色),這是原來的生物醫(yī)學(xué)3D打印方法不可能完全捕獲的。
結(jié)果是令人滿意的,根據(jù)華盛頓大學(xué)放射學(xué)助理教授,西雅圖弗吉尼亞州臨床放射學(xué)家Beth Ripley博士,當(dāng)看到這項(xiàng)技術(shù)能夠做什么時(shí),感到不可思議,這種方法可以快速創(chuàng)建精美細(xì)致的3D打印醫(yī)學(xué)模型,使得3D打印醫(yī)療模型更容易被醫(yī)療領(lǐng)域作為研究和診斷的工具。
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