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研究人员离3D打印生命器官模型更近了一步
未知大陆发表于 2023-01-31浏览量:评论数:
科罗拉多大学的一组研究人员开发了一种新策略,用于将医学图像(例如 CT 或 MRI 扫描)转换为极其详细的数字3D模型。 这一进步标志着朝着3D打印逼真的人体解剖学模型迈出了重要的一步,医疗专业人员可以在身体上参与其中。



这一发现源于科罗拉多大学博尔德分校和安舒茨医学院的科学家们的合作,旨在解决医学界的一个主要需求——长期以来,外科医生在进入手术室前使用成像工具,而不是触摸和感觉来规划他们的手术过程。


人体肾脏横截面的体素图

“我们的方法解决了外科医生和患者在手术前更深入地了解患者特定解剖结构的关键需求,”该论文的资深作者、CU Boulder大学Paul M. Rady机械工程系助理教授Robert MacCurdy说。他的团队想给医生们提供一种新方法,3D打印出病人身体各个部位的逼真且易于掌握的模型,甚至可以精确到微小血管的细节。换句话说,这是一个完全由柔软柔韧的聚合物制成的人体肾脏模型。

在这项研究中,Robert MacCurdy 和他的同事提出了一种使用扫描数据绘制由数十亿体素组成的器官图谱的方法。 研究人员目前正在试验如何使用3D打印机将这些数据转化为比现有工具更准确的物理模型。

“在我的实验室里,我们寻找替代的表现方式,以满足而不是中断外科医生的思维过程,”CU Anschutz的Nicholas Jacobson说,他是Inworks创新计划的临床设计研究员,也是该项目的联合负责人。“这些表象成为想法的来源,帮助我们和我们的外科合作者看到更多可用数据,并对其做出反应。”

目前,医学专业人员试图使用“边界表面”映射来捕捉人体器官的结构——本质上,它将一个物体表示为一系列表面。罗伯特·麦克迪说:“现有的方法只考虑橙子皮的外部,就可以代表整个橙子。”“从这个角度看,整个橙子都是果皮。”这项研究试图展示整个橙子的内部和外部的细节。


人体心脏横截面的体素图

该方法从医学数字成像和通信 (DICOM) 文件开始——CT 和 MRI 扫描产生的标准3D数据。 使用定制软件,研究人员将这些信息转换为体素——本质上是将器官切成体积比典型泪滴小得多的微小立方体。 根据罗伯特·麦克柯迪 (Robert MacCurdy) 的说法,该小组可以完成所有这些工作,而不会在此过程中丢失有关器官的任何信息——这是现有绘图方法无法做到的。

为了测试这些工具,该团队获取了人类心脏、肾脏和大脑的真实扫描数据,然后为每个结构创建了一张地图。 由此产生的地图非常详细,例如,它们可以区分肾脏的肉质内部或髓质及其外层或皮质——两者在人眼看来都是粉红色的。

“外科医生不断接触组织并与之互动,”罗伯特·麦克柯迪 (Robert MacCurdy) 说。 “所以我们想给他们提供既有视觉又有触觉的模型,并尽可能地代表他们将要面对的事情。”

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