利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件

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作者:赵端允  菏泽市立医院 神经外科

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导言

对于颅内深部血肿的穿刺,3D打印制作的导航模件具有独特的优势,目前已经引起国内外同仁的广泛兴趣,近年来与之相关的论文也呈现出爆发式增长的态势。社区中已经有多位老师发表过通过3D slicer制作打印模件的文章,但是大部分均需要其它的设计型软件的参与,如Blender、3Dmax、maya等,另外mimics是一款比较流行的医用3D打印及设计软件,但是其不菲的价格,让人望而却步,近期Materialise公司关于版权的诉讼官司也让人明白应用破解软件不是长久之计,且将来如果发表相关的论文,也可能会遭到版权的掣肘。那么免费而又开源的3D slicer能否独自完成导航管3D打印模件的制作呢?答案是肯定的!今将教程与大家分享,以共同学习与进步。本教程的制作得到了霍显浩医师的大力支持,在此表示特别感谢!

利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件

操作步骤

第一步:制作血肿模型,以了解其在3D状态下的特点,结合其在颅内的位置,选取最佳穿刺方向。血肿的具体建模过程不再赘述,具体可关注公众号,里面有各种建模方法的详细介绍,本例选择阈值法,穿刺方向选择血肿最长轴。

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第二步:制作体表贴敷模件

1、进入Segment Editor模块,点击Add segment,添加Segment_1

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2、选择Effects中的阈值模块利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件,调整滑块,使着色范围刚好覆盖住头皮表面。

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然后点击Margin利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件,然后点击Apply按钮1-2次,点击的次数越多,将来生成的模型越厚,大家可以根据实际操作情况自己掌握。

3、再次点击Add segment,添加Segment_2,同样点击阈值按钮,注意此时不要调整滑块,然后点击Apply,此时Segment_2着色范围(黄色)会和扩张之前的Segment_1一致。如图所示边缘绿色的染色其实就是Segment_1在Margin作用下扩张的范围。

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4、点击logical operators按钮利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件,下拉菜单选Subtract,如图所示

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然后下方选择Segment_1,上方选择Segment_2,Bypass masking不勾选,然后点击Apply,如图所示。

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然后关掉上面Segment_2前方小眼睛会得到Segment_1减去Segment_2着色范围,其实就是Segment_1在应用Margin后厚于头皮的那一部分,如图所示。此时Segment_2已经完成使命,可以删去。

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5、然后进入Curve maker模块,在Source points中点击Create newMarkups Fiducial弹出的对话框中,命名为F,Curve model命名暂为TDC(通道粗),Radius可选择4,如果想让将来的套筒更粗一些,数值可以更大一些。

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上述操作完成后,数据项目如下图

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6、然后在3D窗口或2D窗口上放置种子,点击Generate Curve生成柱状模型,如果位置不理想,可以调整种子,使之位于血肿的长轴,如下图。

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7、同样再次在Source points中点击Create new Markups Fiducial弹出的对话框中,命名为D,Curve model命名暂为TDX(通道细),Radius可选择3,然后在3D窗口或2D窗口上放置种子,种子的位置要与F种子重合(小技巧,可以使用十字线定位),然后Generate Curve,生成model,此时在3D窗口下可能看不到TDX的model,是由于其被TDC的model所覆盖,此时可进入Models模块关闭TDC,同时为了进一步突出TDX,可以修改TDX的model颜色。

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此时3D窗口可以看到以下视图

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如果TDX的长度稍微比TDC的长一点,在不关闭TDC的情况下可以看到如下效果

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8、进入Segmentations模块利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件,然后进入下面的Export/import segments,将刚才制作的TDC与TDX模型导入,如图

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此时会弹出如下对话框,点击Yes。

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完成后会看到两个模型会导入到上方,然后点击Edit selected,进入到Segment Editor模块下

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9.在Segment Editor模块点击logical operators按钮,此时会弹出如下对话框,点击Yes,点击后如果电脑配置低,可能等待时间比较长。

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10、此时做如下选择

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运行结果即TDC(通道粗)减去TDX(通道细),得到中空的管道,如下图(注意要在Models模块下将管道的所有model视图关掉,同时关掉TDX在Segment Editor的视图,否则原来的模型及视图会遮挡这个生成的管道视图)

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11、将已经成为中空的TDC与原来的Segment_1进行融合,该过程仍是应用logicaloperators按钮利用3D Slicer软件制作穿刺导航管3D打印模件,不过这次选择的是Add,使Segment_1与TDC融合,如下图

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此时管道的颜色会与头皮贴敷块的颜色变为一致,但是管道在穿过贴敷块的地方是不通的,如图

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此时有多种解决方案,可以在二维视图中用橡皮擦去此处的贴敷块,使管道通畅,也可以通过logical operators将已经融合处理过的Segment_1减去TDX,就会得到彻底通畅的管道了。如图

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12、此时主要的步骤已经完成,然后应用小剪刀将Segment_1修建为所需要打印的形状。

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13、此时还有最重要的一步,由于SegmentEditor所得到的3D图像不是Model,不能导出为STL,此时要再次应用Segmentations模块,进入下面的Export/importsegments,将刚才制作的模型导出为model,如图

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14、最后一步将得到的Segment_1模型保存为stl或obj格式,至此所有工作完成。

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总结:本教程整体思路很简单,但是步骤却略显复杂,主要原因在于Model模型与Segment Editor所制作的Creat surface模型不能直接通用,中间必须通过Segmentations模块进行相互转换,而且在转换的时候会造成一定程度的细节丢失,这是略微不完美的地方。但是目前Segment Editor功能越来越强大,相信将来能够解决这个问题。

免责声明:本教程仅作为技术交流使用,不得作为商业用途及临床相关的应用,由此产生的纠纷本教程相关人员一概不负责任。

文章审校:束旭俊  解放军82医院 神经外科