基于位圖的3D打印可在1h內(nèi)獲大腦的3D打印模型

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責任編輯：六月芳菲時間：2018-06-01 09:59

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[導(dǎo)讀]只需要一小部分低質(zhì)量產(chǎn)品所需的成本和人力。

哈佛大學和麻省理工學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)3D打印高度詳細的人類大腦模型 - 只需要一小部分低質(zhì)量產(chǎn)品所需的成本和人力。

從理論上講，像MRI和CT掃描這樣的醫(yī)學成像技術(shù)能夠產(chǎn)生高分辨率的圖像，并將其作為一系列“切片”，使其成為3D打印機的明顯補充，這些打印機也以切片打印。但是，麻省理工學院畢業(yè)生Steven Keating發(fā)現(xiàn)，當他想要在手術(shù)切除棒球大小的腫瘤后檢查自己的大腦時，現(xiàn)有的方法過于耗時，麻煩，并且未能準確揭示重要的特征。

基廷與一個科學家小組合作，其中包括Wyss研究所的資深研究科學家James Weaver博士; Neri Oxman博士是麻省理工學院媒體實驗室Mediated Matter小組的主任，也是媒體藝術(shù)與科學學院的副教授，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節(jié)輕松快速轉(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)換為可輕松進行3D打印的格式。關(guān)鍵在于使用抖動位圖進行打印，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灰度的灰度，而不是像素本身顏色不同。

與黑白新聞紙中的圖像使用不同大小的黑色墨點以傳達陰影相似，在給定區(qū)域中存在的黑色像素越多，其出現(xiàn)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打印機使用兩種不同的材料打印復(fù)雜的醫(yī)學圖像，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)中存在的所有細節(jié)層次，直至與人眼可區(qū)分的分辨率相同9-10英寸遠。使用這種相同的方法，他們還能夠使用瓣膜組織的不同材料與瓣膜內(nèi)已形成的礦物斑塊打印出人體心臟瓣膜的可變剛度模型，從而產(chǎn)生了表現(xiàn)出機械性能梯度的模型并提供了新的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節(jié)并將其打印到醫(yī)療模型中，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，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個小時，即使是由訓(xùn)練有素的專業(yè)人員 - 我們能夠在不到一個小時的時間內(nèi)完成。”

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

來源：哈佛大學Wyss研究所

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，患者教育以及理解人體的更可行的工具。 “現(xiàn)在，對于醫(yī)院而言，聘請專家團隊進行手動分割3D打印的圖像數(shù)據(jù)集，除非是極其高風險或高風險的病例，這對醫(yī)院來說太昂貴了，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，任何進入醫(yī)生辦公室進行常規(guī)或非常規(guī)CT或MRI掃描的患者都可以獲得他們的特定患者的3D打印模型數(shù)據(jù)在幾天之內(nèi)”，韋弗說。

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