用核磁共振圖就能3D列印出心臟模型

2020-12-06 中國科學院

用核磁共振圖就能3D列印出心臟模型

2015-09-26 科技日報 劉歲晗

【字體：大 中 小】

語音播報

　　美國麻省理工學院和波士頓兒童醫院的科研人員近日開發出一種新的計算機算法系統，可以在幾小時內將患者心臟的核磁共振（MRI）圖像快速標示，並經3D列印造出心臟模型，讓心臟外科醫生能夠更直觀地為患者規劃出有針對性的手術方案。

　　MRI能將三維物體的橫截面進行斷層成像。但每個斷層有其明暗區域，而區域的邊界可能是某個解剖構造的邊緣。計算機「圖像分割」技術可判定哪些是特定物體的邊界，但現有算法在外科手術領域不夠可靠。

　　為了把心臟MRI掃描圖的邊界畫得精度夠高，需要人工繪製二百張左右的高清掃描圖，這會耗費8到10個小時，再加上後期處理影像的時間，整個心臟手術的準備期要花上兩三天的功夫。

　　新方法卻非常高效，相關專家只把橫斷面成像的一小塊邊界標識出來，其他邊界交給計算機算法去標識。採用這種人工與計算機混合的方法標定邊界，大大縮短了生成三維數碼心臟模型的時間，大約只需要一小時。再花幾個小時進行3D列印，外科醫生就可以在心臟模型上做一個虛擬手術了。該項研究的領導者、麻省理工學院電子工程與計算機科學教授波利娜·格蘭德表示，新系統將徹底改變傳統外科醫生「用手觸摸對象」的方式。

　　根據麻省理工學院官網報導，格蘭德的團隊正在致力於計算機算法的改善提高，使它不僅能夠將未經人工標識的相鄰橫斷面邊界辨識出來，還能斜跨多個橫斷面去標識邊界。7位波士頓兒童醫院的心臟外科醫生還將評估3D列印心臟模型的臨床實用性。

　　美國麻省理工學院和波士頓兒童醫院的科研人員近日開發出一種新的計算機算法系統，可以在幾小時內將患者心臟的核磁共振（MRI）圖像快速標示，並經3D列印造出心臟模型，讓心臟外科醫生能夠更直觀地為患者規劃出有針對性的手術方案。
　　MRI能將三維物體的橫截面進行斷層成像。但每個斷層有其明暗區域，而區域的邊界可能是某個解剖構造的邊緣。計算機「圖像分割」技術可判定哪些是特定物體的邊界，但現有算法在外科手術領域不夠可靠。
　　為了把心臟MRI掃描圖的邊界畫得精度夠高，需要人工繪製二百張左右的高清掃描圖，這會耗費8到10個小時，再加上後期處理影像的時間，整個心臟手術的準備期要花上兩三天的功夫。
　　新方法卻非常高效，相關專家只把橫斷面成像的一小塊邊界標識出來，其他邊界交給計算機算法去標識。採用這種人工與計算機混合的方法標定邊界，大大縮短了生成三維數碼心臟模型的時間，大約只需要一小時。再花幾個小時進行3D列印，外科醫生就可以在心臟模型上做一個虛擬手術了。該項研究的領導者、麻省理工學院電子工程與計算機科學教授波利娜·格蘭德表示，新系統將徹底改變傳統外科醫生「用手觸摸對象」的方式。
　　根據麻省理工學院官網報導，格蘭德的團隊正在致力於計算機算法的改善提高，使它不僅能夠將未經人工標識的相鄰橫斷面邊界辨識出來，還能斜跨多個橫斷面去標識邊界。7位波士頓兒童醫院的心臟外科醫生還將評估3D列印心臟模型的臨床實用性。

列印 責任編輯：侯茜

相關焦點

  • 科技• 3D列印人類心臟的全尺寸模型
    美國研究人員稱自己用3D列印技術製作了第一個全尺寸的人類心臟模型。科學家之前就曾使用過3D列印的人類心臟模型。研究人員就能對3D印表機做出一些額外的改動來製作更大一些的物體。 They were able to use MRI images from a patient to model and print a full-size human heart.他們可以用病人的MRI圖片來製作並列印全尺寸的人類心臟模型。
  • 【VOA慢速 12.25】科學家3D列印人類心臟的全尺寸模型
    美國研究人員稱自己用3D列印技術製作了第一個全尺寸的人類心臟模型。 科學家之前就曾使用過3D列印的人類心臟模型。 他們可以用病人的MRI圖片來製作並列印全尺寸的人類心臟模型。
  • 科學家3D列印出逼真的心臟瓣膜模型
    近幾年來，3D列印技術可謂是突飛猛進的發展，幾個月就上升一個新高度。近日，發表在《Science Advances》上的一項新研究中，來自美國明尼蘇達大學的研究人員在美敦力公司的支持下，開發出一種突破性的技術，用多材料3D列印出了逼真的心臟主動脈瓣和周圍結構模型，它可以模仿真實病人的外觀和感覺。
  • 研究人員3D列印出栩栩如生的心臟瓣膜模型
    心臟瓣膜模型明尼蘇達大學( University of Minnesota)的研究人員在美敦力( Federal Reserve Bank)的支持下，開發了一個開創性的工藝，可以將心臟主動脈瓣和周圍結構的逼真模型進行多材質3D列印
  • 研究人員3D列印出栩栩如生的心臟瓣膜模型
    研究人員3D列印出栩栩如生的心臟瓣膜模型 明尼蘇達大學( University of Minnesota)的研究人員在美敦力( Federal Reserve Bank)的支持下，開發了一個開創性的工藝，可以將心臟主動脈瓣和周圍結構的逼真模型進行多材質
  • 3D生物列印再立新功!美國科學家成功列印柔軟的全尺寸心臟模型
    ，它利用一臺特製的3D印表機，依照核磁共振數據製程，逼真地模擬了心臟組織。大醫院通常有3D列印病人身體模型的設施，供外科醫生現場使用，然而這些組織和器官只能用硬塑料或橡膠建模。此前，費恩伯格實驗室發明了新的3D生物列印技術，以滿足人們對3D列印軟性聚合物的需求。這種軟性聚合物缺乏剛度，無法像普通3D列印物一樣支撐起來。因此，這種叫FRESH 3D的列印技術使用針頭將生物墨水注入水凝膠中，讓水凝膠在列印時起到支撐作用。
  • 3D生物列印全尺寸人體心臟的模型
    「我們現在可以建立一個模型，該模型不僅可以進行視覺規劃，還可以進行體育鍛鍊。」 一種「新鮮」的新型3D列印方法 越來越多的外科醫生正在採用3D列印作為開發定製模型的方法，這些模型可以使他們向患者解釋心臟程序。
  • 3D列印的人類心臟:質感足以亂真|3D列印|心臟
    從核磁共振掃描到海藻酸鹽3D列印心臟的變化過程，可以看到完好的內部結構 　　研究人員將他們的技術稱為「自由式可逆嵌入懸浮水凝膠」（Freeform Reversible範伯格說：「無論擠壓出什麼東西，它都會固定在某個地方，就像髮膠裡的那些氣泡。」　　在心臟器官列印完成後，研究人員需要一種方法來溶解其周圍的凝膠格架，他們使用了一種很常見的方法。「我想很多人都有過在烘焙或製作果凍時使用明膠的經歷，」範伯格說，「當你加熱明膠時，它實際上是一種液體，但當你冷卻它時，它又變成了固體凝膠。我們利用了這一點。」
  • 懸浮生物3D列印人類心臟的全尺寸模型
    該組去年Science主刊發表「生物3D列印膠原心臟」，轟動一時，感興趣的可以點擊連結閱讀。摘要：三維（3D）生物列印技術的最新進展擴大了使用具有與人體天然組織和器官相當的機械性能的水凝膠來製造幾何形狀複雜的組織支架的設計空間。懸浮水凝膠等方法的優點是能夠將柔軟的生物材料嵌入尺寸從幾毫米到幾釐米的熱可逆支持浴中。
  • 3D列印的人類心臟:質感足以亂真
    這種以海藻酸鹽為原料的3D列印心臟有著和真實心臟一樣的手感在HBO的科幻劇《西部世界》中，3D印表機已經可以大量生產出人形機器人，並精細地組裝成複雜得令人難以置信的人類形態從核磁共振掃描到海藻酸鹽3D列印心臟的變化過程，可以看到完好的內部結構研究人員將他們的技術稱為「自由式可逆嵌入懸浮水凝膠」（Freeform Reversible
  • 漢高醫療3D列印材料 用於心臟解剖模型
    漢高化學公司宣布與溫哥華的聚合物3D列印公司NewPro3D合作。兩家公司將利用各自的專業知識領域，共同開發用於醫療行業的先進3D列印解決方案，以用於製作解剖模型和假肢等領域。漢高醫療材料 3D列印心臟軟組織結構模型NewPro3D是數字光處理（DLP）3D列印技術的專家，最近成為漢高開放材料平臺的成員，目標是達到生產規模的增材製造。現在，雙方的合作將重點轉移到醫療領域，這可以從針對患者的3D列印解剖模型、定製義肢以及相關3D列印解決方案中受益。
  • 3D教程丨漲知識了,教您用3D印表機列印照片
    比如，列印月球燈的時候我們可能會想到把照片貼圖，切合到月球燈上面去，這樣來顯現照片。但是不知道你們有沒有試過用3D印表機列印照片，這也是一個特別有趣的切片列印方式，今天我們就一起來看一下照片的列印。      第三步：將我們事先準備好的模型，進行拖拽至切片軟體Cura中，出現這樣的選項，如下圖：
  • Science子刊:明尼蘇達大學完成3D列印心臟瓣膜模型,模擬患者真實感受
    近日，美國明尼蘇達大學的研究人員在美敦力公司的支持下，開發了一種突破性的工藝，將心臟主動脈瓣和周圍結構的逼真模型進行多材質3D列印，模擬患者的真實外觀和感受，有助於改善患者的預後。這些患者特定的器官模型，包括集成到結構中的3D列印軟傳感器陣列，是使用專門的墨水和定製的3D列印工藝製造的。研究人員3D列印了主動脈根部，主動脈根部是離心臟最近並與心臟相連的部分，由主動脈瓣和冠狀動脈開口組成，具有三個瓣膜，稱為小葉，被纖維環包圍。該模型還包括左心室肌肉和升主動脈的一部分。患者特定的3D列印主動脈根部模型的概念和組件的概述。
  • 用3D列印,給你做個超級英雄的假肢
    舉個例子，有關3D列印醫療模型使用的前沿案例研究正在迅速地引起關注，例如兩歲的米娜？可汗（Mina Khan）和她所使用的心臟模型就使用了這一技術，該模型使外科醫生能構建定製的移植心臟來修補她心室的缺陷。外科醫生們認識到3D列印技術能減少手術時間，降低錯誤或是併發症的風險，並且可通過使用3D列印的手術模型和工具來為病人提供更好的結果——在目前實現面部移植的努力中這是顯而易見的。
  • 3D列印人體模型,將用於訓練外科醫生 慎入
    但實際上這個栩栩如生的「人」是一具3D列印的人體模型。這款模型簡直近乎真實的人體，它由有機矽凝膠和纖維組成，旨在模擬出真實的病人身體來對外科醫生進行訓練。研究人員已經研發出如圖所示的逼真人體，並用它來對外科醫生進行緊急手術的訓練。整個模型近似真人，皮膚和器官由3D列印製成，通過CT掃描真實的心臟、肺部和血管以求模型的逼真程度。
  • 世界首個人體組織3D列印心臟問世 將來有望移植人體
    近日，以色列的特拉維夫大學公布，使用人體組織3D列印出了全球首個完整心臟，該心臟包括細胞、血管、心臟以及心室，此前也有過3D列印心臟，但是都未列印血管、心臟也不包含細胞。據了解，研究者先從人的身上提取細胞組織，對其進行編輯使之成為幹細胞，再將其轉化為心肌細胞和內皮細胞，而提取的非細胞組織則轉變為一種「個人特有的凝膠」來充當列印「墨水」，這些由糖和蛋白質構成的材料能夠用於3D列印複雜的組織模型，該心臟長度只有2.5釐米，大小與兔子的心臟大小相當，目前還無法泵血，只能收縮。
  • 研究人員使用幹細胞3D列印心臟,新的技術已經遠超普通人的理解
    在一項開創性的新研究中，明尼蘇達大學的研究人員在實驗室使用幹細胞，列印出了一種功能良好的釐米級人體心臟泵。這一發現可能對研究心臟病產生重大影響，這項研究發表在美國心臟協會的出版物《流通研究》中。短期內，這項研究可以幫助研究人員更好的了解心臟的功能機制，幫助尋找應用心臟疾病的藥物或手術方法；長期來看，隨著幹細胞再生醫學的完善，研究人員甚至能使用幹細胞列印出合適的人類心臟，替換原本損傷的心臟。
  • 定製3D列印模型完成後如何進行噴漆
    3d列印模型完成後，為了使模型具備漂亮的外觀，需要進行噴漆出來，噴漆分為兩步底漆和面漆，那麼定製3D列印模型完成後如何進行噴漆呢？下面悟空列印坊為大家介紹。下圖為噴了灰色底漆的件圖中是一個噴了底漆的零件，一些細小的劃痕和層紋立馬就顯現出來，如果是較淺的劃痕我們使用砂紙打磨平整，如果是較深，我們可以使用原子灰或者502混合爽身粉來進行填補。
  • 福利:3D心臟模型,讓醫生看到你每一根血管
    去年 9 月，北京大學的研究團隊成功「列印」出了一塊鈦合金骨骼，並將它植入一名 12 歲男孩的脊椎。　　　　除了 3D 列印，3D 模型系統也能為現代醫療開啟新的大門。醫學研究和臨床領域都需要構建人體模型，用來模擬和實驗，而目前醫生們大多只能用標本或人造模型，周三，一家擅長飛行系統的法國公司 DASSAULT SYSTEMES 宣布，他們搞定了世界首個商用 3D 心臟模型。
  • 繼第一顆3D列印心臟問世後 現在怎麼樣了?
    即便3D列印技術已經發展多年，在醫療領域例如顱頜面外科、骨科、口腔科等不乏3D列印假體植入案的今天，想要3D列印一顆匹配患者的細胞學、生物化學、解剖學特性的心臟，依舊非常困難。3D列印心臟到底難在哪？　　3D列印心臟，絕不只是把一堆細胞堆成心臟的樣子那麼簡單。