患者影像数据是开发解剖学准确和功能性的3D模型的强而可靠的来源。保存创建 3D 模型所需数据的成像方式是计算机断层扫描 (CT) 和磁共振成像 (MRI)。两者都生成 DICOM 数据集。这个数据集被称为体数据，因为它的数据有 3 个维度，由体素组成，体素类似于像素，因为它们具有颜色和不透明度，但也具有与宽度、深度和高度相关的体积量。正如像素聚集在一起生成 2D 图像一样，体素聚集在一起生成 3D 体积。 使用这些数据，软件可用于在与感兴趣的解剖结构有关的数据集中选择体素，以生成 3D 体积，并随后生成模型。存在允许用户创建分割的程序，例如3DSlicer和InVesalius（均免费）。分割是使用它们之间共享的控制特征创建识别的体素子集的过程。完成此任务的一种方法是“阈值分割”，该方法对识别的体素强度内的所有体素进行分割。不同的身体组织和材料会有不同的体素强度阈值来捕捉它们。这使得可以设置体素强度以独立捕获骨骼、空气和软组织。 上面的图像（DICOM数据示例）显示了将 DICOM 数据阈值化到一个范围的示例，该范围从胸部 CT 捕获骨骼和变化的脉管系统，并生成生成的 3D 表面。该程序通过在数据集切片之间插入图像差异来计算这些分割。对于更高分辨率的分割，最好使用更高分辨率的 CT，理想情况下约为 1 毫米或更小。 用于上述分割的 InVesalius 软件根据分割的体素创建 3D 表面渲染，绘制捕获指定强度范围（CT 集中的绿色高光）的体素。 该过程的下一步是以适当的文件类型导出 3D 渲染，如 STL（stereolithography，光固化立体造型术的缩写）。STL 文件很常见，适用于生成功能模型。 由于用于分割模型的方法，可能需要修改以将感兴趣的解剖结构与生成的模型分离。模型操作可以包括切割、简化和平滑模型以获得所需的最终形状。Meshmixer是一个用户友好的平台，我们可以用它来完成这些任务。 出于演示的目的，我将之前的表面作为 STL 导入 Meshmixer，并使用可用的工具来修复由原始阈值分割导致的任何表面缺陷。我从模型中移除了额外的工件以保留椎骨，作为感兴趣的解剖结构示例。 对于功能建模，重要的是模型没有任何缺陷或不一致。上面的屏幕截图显示了手动表面修复的结果。使用 Meshmixer 强大的“Select”工具去除表面不连续性，使用“Inspector”工具找到存在孔的地方并将其替换为连续表面。根据应用，确保在此阶段使用的工具不会改变模型的整体形状或大小，并保留原始解剖结构变得越来越重要。 在此阶段，已创建 STL 文件，清除任何缺陷，并对其进行处理以适应模型生成的目的。此时对模型执行的操作取决于预期用途。为了说明快速原型制作能力，我加入了脊椎动物的表面以制作一个同质模型并将其加载到3D打印机中以模拟 3D 打印。我选择了一个椎骨作为我的示范模型，但这个过程适用于骨骼、手、脚、耳朵、鼻子、肺、心脏等。 完成这些，你需要什么 ？
下面我们分步骤来完成一个演示: 第 1 步：生成网格的软件 InVesalius 是一款免费的多平台软件，由巴西的 Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI) 在拉丁美洲国家卫生部的支持下开发。 它是一款 3D 医学影像重建软件，能够打开 DICOM 格式的文件，然后创建可以以多种 3D 格式（二进制和 ASCII STL、PLY、OBJ、VRML、Inventor）导出的 3D 曲面。 *注意，仅用于研究！ 一旦你得到一个 .STL 文件，它就可以被打印出来。 InVesalius 可以从以下位置下载： 按照简要步骤从 InVesalius 生成 3D 网格
第 2 步：InVesalius 流程启动 InVesalius 并导入 DICOM 文件 (a) 选择包含数据的目录导入选定的一组图像 (b) 或整个目录加载后，您将获得一个分为四个区域的视图，其中包含轴向、矢状和冠状切片以及三维视图，该软件可以提供由各种预设驱动的数据的即时 3D 显示。
要得到这个，请按右侧的头骨图标 (c)
您可以从预设列表中选择可视化类型，要放大窗口，请按窗口右上角的小方块 这只是一个 3D 可视化，对于创建可打印的 3D 网格没有用，要获得可打印的 3D 模型，您必须生成一个Mask，以使软件了解要进行体积插值连接的区域加载数据后会自动生成掩码，并在左侧的选项卡 n ° 2（选择感兴趣区域）中进行管理。您可以决定名称、颜色和与要识别的组织类型相关的一系列预设 (d)。
然后您可以通过移动滑块 (e) 来调整输入和输出阈值
也可以通过手动绘制或删除某些区域来调整Mask (f) 您可以调整画笔的形状和大小。阈值用于添加或删除遵循阈值范围的区域。
要滚动图层并验证蒙版覆盖率，请使用窗口右侧的滑块或鼠标滚轮。一旦对遮罩感到满意，我们就可以按“生成表面”按钮 (g)继续生成 3d 表面。如果在没有对掩码进行任何手动修改的情况下使用阈值分割，则启用默认方法。这种方法不使用Mask图像，而是使用原始图像，并生成更平滑的表面。 如果您手动编辑了Mask，则只有Binary二进制和Centent aware smoothing上下文感知平滑 (g) 可用。二进制生成具有块状外观的表面。第二种方法从二进制开始，然后使用算法平滑表面以避免台阶状表面。
生成表面后，您可以在左侧面板的下一个选项卡3中对其进行管理：配置 3D 表面。您可以更改颜色并调整透明度。在高级选项中，您可以管理断开的曲面以保持更大的体积、仅选定曲面或将所有曲面拆分为独立的网格。结果可在“数据”选项卡 (h) 下方的左下面板中找到。
在这些处理结束时，如果我们对获得的表面感到满意，为了使其可打印，我们必须导出为 stl 格式。(i)从左侧面板选项卡 4. 导出数据 单击导出 3d 曲面，键入文件名并选择所需的导出格式 (stl)，然后单击保存。 第 3 步：在 Meshmixer 中细化从 InVesalius 获得 3d 模型并不意味着这是可打印的，为了使 3d 模型可打印，我们必须确保它是“防水的”，由正面多边形制成，并避免使用“非流形”模型Meshmixer 可以自动修复表面错误并使模型可打印。
在 meshmixer 中导入 InVesalius 生成的 stl在“Analysis”选项卡中，单击“Inspector”(a)。将出现许多引脚，显示与 3D模型相关的问题。
（b）蓝色图钉表示 3D 网格中的孔。红色别针“非歧管”区域。品红色别针表示小的断开的部件。
要修复错误，您可以一个接一个地选择引脚，也可以通过单击“Auto Repair All”按钮来更正整个模型。 在此之后，如果我们对模型不满意，我们可以增加表面的平滑度：单击选项卡“Select”然后CTRL+A选择整个模型（模型突出显示）然后变形，然后Smooth（c）将出现一个对话框。您可以选择平滑的类型并使用一组滑块进行调整。
建议保留默认的“Shape Preserving”形状保留并尝试仅使用平滑比例将值保持在 4 (e) 左右，现在模型是修复完成，可以打印了。 第 4 步：最终打印
必须进入开始将 3D 模型导入 3D 打印机软件，然后开始 3D 打印过程。 大约需要 4-5 个小时的打印时间才能完成。 最后，我还花了一些时间去去除支撑物的毛刺。 专业应用请联系我们！ |
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