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

3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用案例越來(lái)越多，然而仍然有很多技術(shù)痛點(diǎn)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(gè)過(guò)程時(shí)間仍然比較長(zhǎng)，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(jiǎn)單的方法，在不到一個(gè)小時(shí)的時(shí)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(shí)，現(xiàn)有的方法過(guò)于耗時(shí)，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(kāi)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(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的灰度，而不是像素本身顏色不同。

與黑白新聞報(bào)紙中的圖像類似，使用不同大小的黑色墨點(diǎn)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(guò)將來(lái)自各種灰度陰影的所有像素簡(jiǎn)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(lái)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。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(duì)瓣膜功能的實(shí)際影響。

Weaver說(shuō)：“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(shí)間和金錢。” “例如，手工分割一個(gè)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(guò)30個(gè)小時(shí)，即使是訓(xùn)練有素的專業(yè)人員，而我們 能夠在不到一個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)完成。“

△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(duì)于醫(yī)院而言，聘請(qǐng)專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行手動(dòng)分割3D打印的圖像數(shù)據(jù)，除非是極其高風(fēng)險(xiǎn)的病例，否則對(duì)醫(yī)院來(lái)說(shuō)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(shuō)。

“我想，在未來(lái)五年內(nèi)的某個(gè)時(shí)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。“Weaver說(shuō)。



編譯自：3ders