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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(zé)任編輯：六月芳菲時(shí)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(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(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)3D打印高度詳細(xì)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(xué)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(jī)的明顯補(bǔ)充，這些打印機(jī)也以切片打印。但是，麻省理工學(xué)院畢業(yè)生Steven Keating發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(shí)，現(xiàn)有的方法過于耗時(shí)，麻煩，并且未能準(zhǔn)確揭示重要的特征。

基廷與一個(gè)科學(xué)家小組合作，其中包括Wyss研究所的資深研究科學(xué)家James Weaver博士; Neri Oxman博士是麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室Mediated Matter小組的主任，也是媒體藝術(shù)與科學(xué)學(xué)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(xì)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(jìn)行3D打印的格式。關(guān)鍵在于使用抖動(dòng)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(gè)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(diǎn)以傳達(dá)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(dòng)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(shí)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9-10英寸遠(yuǎn)。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(jī)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(shí)際影響。

Weaver說：“我們的方法不僅可以保留高水平的細(xì)節(jié)并將其打印到醫(yī)療模型中，而且還可以節(jié)省大量時(shí)間和金錢。” “例如，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)，即使是由訓(xùn)練有素的專業(yè)人員 - 我們能夠在不到一個(gè)小時(shí)的時(shí)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(xué)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(tuán)隊(duì)進(jìn)行手動(dòng)分割3D打印的圖像數(shù)據(jù)集，除非是極其高風(fēng)險(xiǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)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(gè)時(shí)候，任何進(jìn)入醫(yī)生辦公室進(jìn)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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