应用3DSlicer实现模型的3D打印

3DSlicer之模型3D打印

背景

近年来3D打印技术突飞猛进,已广泛应用于好多领域,随着新材料的出现,目前3D打印技术已经应用于骨折手术、骨结构重建,器官打印、组织工程等多个领域。3D Slicer是一款免费开源的医学影像处理软件,能将患者的CT、MRI、DSA等影像数据进行三维重建,突破二维影像观察解剖的局限,能随意360°无死角的直观地观看组织、血管、神经、病变的关系。同时它能将模型输出常见3D打印格式,通过打印,进一步将虚拟三维影像转化成现实的实体便于实际操作。目前3D打印价格十分昂贵,尚未普及,但“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”这一天肯定会到来。在此分享3D模型制作方法以备打印,让大家到时能有备无患。本次教程使用的是643D Slicer软件,版本号4.70-2017-03-12 (下载地址:http://www.slicer.org);PC端操作系统为64windows 10家庭创意者更新版本;影像为颅脑CTA数据;模型打印和浏览软件为win10创意者更新版本自带的view 3D

打印目标的确定

熟悉3D slicer的朋友都能够很熟练的用Model Maker做出血肿、脑室、肿瘤、颅骨等模型,这些模型做出来后就可以保存用于打印了,建议将模型保存成stlobj格式,因为目前这两种格式最普遍,与其他软件兼容性好。大部分时候,我们需要模型是空心的,壁厚要均匀,比如血管、脑室、头颅等,空心模型能减少耗材,也减少打印成本。下面就头颅外观像为例,来看看如何用3DSlicer做这些模型。

头颅模型的制作

2.1CTACTMRI数据载入3DSlicer(本次以CTA为例)

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.2 打开segment editor模块(4.7.0以上版本才有),选中Threshold阈值工具,阈值范围选中整个头颅,然后点击Apply。如果升级扩展模块后可能不支持直接Apply操作,则需要点选Use for masking,选取笔刷工具在阈值范围内对头颅进行染色。或者卸载相应模块,目前已知有冲突的模块为PET Tumor Segmentation。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.3 点击Apply之后如下图,可见头颅染色完全。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.4点击create surface可在3D视窗中预览被选择区域的三维化效果

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.5 如果对三维模型满意,就可接下来做掏空步骤。此时,再次点击create surface关闭三维视图以减少PC的运算负荷。然后新建一个segment(黄色)。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.6 将绿色的segment复制到黄色的segment。打开效果栏中的logical operators,选择copy选项,然后在下面的方框里选择绿色的segment_1,最后点击apply,得到下图。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

点击Apply后如下图

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.7 选中黄色segment_2设置为显示状态(点亮前面的眼睛),同时将绿色segment_1设置为不显示(点击使前面的眼睛图标变为闭眼状态),现在就可以对segment_2进行编辑了。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.8 对黄色segment_2进行边界缩小编辑。选择效果栏中的Margin工具,下拉菜单中选择Shrink,厚度可以根据需要自己调,我们想让模型的壁厚一些而选择了5mm,然后点apply

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

点击Apply后得到下图,可见头颅轮廓缩小了一圈。(注:如果你需要打印面具,贴合在脸上,则需要选择Grow而不是Shrink

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

2.9 两个segment重叠相减得到头颅轮廓模型。再次打开打开效果栏中的logical operators,选择subtract,然后点apply。

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设置绿色segment_1为显示状态,可以看到下图中的绿色边界。黄色segment_2设置为不显示, 选择segment_1后点击create surface以观察模型情况。(鼻腔内的结构可用橡皮擦去除)

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模型的保存和输出

3.1 空心头颅模型制作好之后,切换到segmentations模块进行模块输出。选中segment_1,下面Operation/Output type中分别选择ExportModels,然后点击Export

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3.2 model模块中查看模型,可见命名为segment_1的头颅空心模型,说明模型制作成功。

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3.3 保存模型。点击左上角Save,弹出对话框,在segemtn_1前打勾,后面格式选择stlobj,选择保存路径保存。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

打印预览

找到保存的模型,win10 创意者更新版本自带3D打印软件,可用于浏览和打印。如果还没有升级win10创意者更新版本,旧版3D Builder软件也可打开3D模型。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

打印成品图

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

增强现实(全息影像)侧脑室额角穿刺。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

后记: 用3D Slicer做这种模型的方法有很多种,用这种边界缩放法特别适合做中空的模型,且边界的厚度是可控的。尤其适合打印血管,模拟介入情况或用来做血流受力分析研究。最后我再用上述方法做一个血管模型以飨读者并抛砖引玉。

血管模型建立,可见ICA管壁厚度。

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

如何用3D Slicer实现模型的3D打印

slicer上模拟微导管摆放,最后奉上一段虚拟血管内镜视频

作者:束旭俊 解放军第82医院神经外科

编审:曹玉福 黑龙江鹤岗市人民医院神经外科

致谢:DSA数据由曹玉福主任提供

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3D Slicer系列教程

001 软件安装及设置

002 数据导入

003 MRA实体重建

005 颅内病变体表定位

004 血肿建模(一)

006 血肿建模(二)

007 血肿建模(三)

008 血肿建模(四)

009 血肿建模(五)

010 血肿建模(六)

011 血肿建模(七)

012 血肿建模(八)

013 3DSlicer教程之CTA(一)

014 3DSlicer教程之CTA(二)

015 3DSlicer教程之CTA(三)

016 3DSlicer教程之CTA(四)

更多教程请关注公众号:鹤岗神经外科(HGsjwk)

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教程视频下载地址关注公众号后回复“Print”可获得

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