位图技术让你1小时内获得大脑的3D数据

寂静回声

3D打印技术在医疗领域的应用案例越来越多，然而仍然有很多技术痛点尚未解决，比如从CT数据三维重建获得可3D打印的模型数据，这个过程时间仍然比较长，影响了手术的进度。2018年6月1日，哈佛大学和麻省理工学院的研究人员提出了一种简单的方法，在不到一个小时的时间内就可以提取出可3D打印的精细人类大脑模型。

从理论上讲，像MRI和CT扫描这样的医学成像技术能够产生高分辨率的图像，并且可以使用3D打印机打印出模型。 但是，麻省理工学院毕业生Steven Keating发现，当他手术切除棒球大小的肿瘤后，想要检查自己的大脑时，现有的方法过于耗时，麻烦，并且未能准确揭示重要的特征。Keating与专家们合作，致力于开发一种新技术，使MRI和CT扫描图像能够以前所未有的细节快速转换为物理模型。

新方法提供了一种快速且高度精确的方法，可将复杂的图像转换为易于3D打印的格式。关键在于使用抖动位图进行打印，这是一种数字文件格式，其中灰度图像的每个像素都被转换为一系列黑白像素，而黑色像素的密度则是定义不同的灰度，而不是像素本身颜色不同。与黑白新闻报纸中的图像类似，使用不同大小的黑色墨点传达阴影，在给定区域中存在的黑色像素越多则越黑。通过将来自各种灰度阴影的所有像素简化为黑色或白色像素的混合，抖动位图允许3D打印机使用两种不同的材料打印复杂的医学图像，从而以更高的精度和速度保留原始数据的所有细微变化。
研究人员使用基于位图的3D打印来创建Keating的大脑和肿瘤模型，该模型忠实地保存了原始MRI数据中存在的所有细节层次，直至与人眼可区分的分辨率相同。使用这种相同的方法，他们还能够使用不同材料打印出人体心脏瓣膜的可变刚度模型，从而做出有机械性能梯度的模型，便于深入了解斑块对瓣膜功能的实际影响。

Weaver说：“我们的方法不仅可以保留高水平的细节并且可以用于3D打印医疗模型，而且还可以节省大量时间和金钱。” “例如，手工分割一个健康人脚的CT扫描数据，包括它所有的内部骨骼结构，骨髓，肌腱，肌肉，软组织和皮肤都需要超过30个小时，即使是训练有素的专业人员，而我们 能够在不到一个小时的时间内完成。“

△Ahmed Hosny拿着Steven Keating的肿瘤模型，Steven Keating拿着自己的头骨模型，James Weaver拿着Keating的MRI扫描模型。

研究人员希望他们的方法能够帮助3D打印成为常规检查和诊断，患者教育更可行的工具。 “现在，对于医院而言，聘请专家团队进行手动分割3D打印的图像数据，除非是极其高风险的病例，否则对医院来说成本太高了，我们希望能够改变这种情况， “Wyss研究所研究员Ahmed Hosny说。
“我想，在未来五年内的某个时候，任何进行CT或MRI扫描的患者都可以在几天内获得他们的3D打印模型。“Weaver说。