Beyninizin Bir Kopyasını Avuçlarınızda Tutabilirsiniz

0
387

Steven Keating’in kafatası ve beyninin 3D baskılı modeli, bilim adamalrının öncülük ettiği yeni veri işleme yöntemi sayesinde beyin tümörünü ve diğer ince detayları açıkça gösteriyor.

Yeni 3D baskı tekniği, araştırma ve teşhis için hastaya özgü tıbbi verilerin daha hızlı, daha iyi ve daha ucuz modellerini sunmaktadır.

Kendi beyninizin fiziksel bir modelini elinizde tutmuş olsaydınız, her benzersiz katına kadar doğru bir şekilde gözlemleyebilseydiniz o an ne düşünürdünüz? Steven Keating, MIT Media Lab’in Arabuluculu Matter grubunda lisansüstü bir öğrenci iken, 26 yaşında beyninden beyzbol büyüklüğünde bir tümör çıkarılmıştır. Keating, tümörün çıkarılmasından önce beyninin neye benzediğini hakkında merak uyandı ve tanı ve tedavi seçeneklerini daha iyi anlama amacı ile Keating, tıbbi verilerini topladı ve MRI ve BT taramalarını 3D yazdırmaya başladı, ancak mevcut yöntemlerin hayal kırıklığına uğramıştı. Zorlayıcı, yoğun zaman gerektiren, hantal ve önemli özelliklerin doğru bir şekilde ortaya koyulmasında başarısız oldu. Keating, Harvard Üniversitesi’ndeki Wyss Enstitüsü üyeleri de dahil olmak üzere, grubun işbirlikçilerinden bazılarına, 3D baskı biyolojik örnekleri için yeni bir yöntem araştırdı.

Steve, bize gelene kadar insan anatomisi için bu yaklaşımı kullanmayı hiç denemedi ve ‘Çocuklar, işte benim verilerim, ne yapabiliriz?’ Dedi. Zamanın Wyss Enstitüsünde Araştırma Görevlisi olan ve şu anda Dana-Farber Kanser Enstitüsü’nde bir makine öğrenimi mühendisi olan Ahmed Hosny diyor.

Wets Enstitüsü’nün üst düzey araştırmacı bilim adamı James Weaver, Ph.D.’nin dahil olduğu bu anlaşmaz işbirliğinin sonucu; MIT Media Lab’in Arabuluculuk Maddesi ve Medya Sanatları ve Bilimleri Doçenti Direktörü Neri Oxman; ve ABD ve Almanya’daki diğer akademik ve tıp merkezlerindeki araştırmacı ve doktorlardan oluşan bir ekip – MRI, CT ve diğer tıbbi taramalardan alınan görüntülerin eşi görülmemiş bir ayrıntıya sahip fiziksel modellere kolayca ve hızla dönüştürülmesini sağlayan yeni bir tekniktir. Araştırma 3D Baskı ve Katkı Üretimi’nde rapor edilmiştir .

Washington Üniversitesi Radyoloji Yardımcı Doçenti ve Seattle VA klinik radyologlarından Dr. Beth Ripley, “Bu teknolojinin neler yapabildiğini görünce neredeyse sandalyemden atladım” diyor. “Bu, şu anda gerekli olan manuel işçiliğin bir kesimi ile son derece detaylı 3D-basılı medikal modeller yaratıyor, 3D baskıyı tıp alanında araştırma ve teşhis için bir araç olarak daha erişilebilir hale getiriyor.”

MRI ve BT taramaları gibi görüntüleme teknolojileri, insan vücudunun içindeki yapıların ayrıntılarını ortaya koyan ve “tıbbi koşulları” değerlendirmek ve teşhis etmek için paha biçilemez bir kaynak haline getiren bir dizi “dilim” olarak yüksek çözünürlüklü görüntüler üretir. Çoğu 3D yazıcı, katman katman işleminde fiziksel modeller oluşturur, bu nedenle sağlam bir yapı oluşturmak için medikal görüntü katmanlarını beslemek, iki teknoloji arasındaki belirgin bir sinerjidir.

Bununla birlikte, bir sorun var: MRI ve CT taramaları, çok fazla ayrıntıya sahip görüntüler üretir, ilgili nesnenin / nesnelerin, çevre dokudan izole edilmesi ve basılmak üzere yüzey ağlarına dönüştürülmesi gerekir. Bu, bir radyologun her bir görüntü dilindeki istenen nesneyi (bazen tek bir örnek için yüzlerce resim) veya bir bilgisayardaki otomatik “eşikleme” işlemini manuel olarak izlediği “segmentasyon” adı verilen çok yoğun bir süreçle gerçekleştirilir. Bu program, gri tonlamalı pikselleri içeren alanları, siyah ve beyaz arasındaki eşik olarak seçilen gri tonu temel alarak, ya katı siyah ya da düz beyaz piksellere dönüştürür.Bununla birlikte, tıbbi görüntüleme veri setleri sıklıkla düzensiz şekilli ve net, iyi tanımlanmış sınırlara sahip olmayan nesneler içerir; Sonuç olarak, otomatik eşikleme (veya manuel bölümleme) genellikle bir özelliğin boyutunu fazla veya az abartır ve kritik ayrıntıları yıkar.

Makalenin yazarları tarafından tanımlanan yeni yöntem, tıp profesyonellerine her iki dünyanın en iyilerini sunarken, karmaşık görüntüleri kolayca 3D basılabilen bir formata dönüştürmek için hızlı ve oldukça doğru bir yöntem sunuyor. Anahtar, tonlamalı bir görüntünün her bir pikselinin bir dizi siyah beyaz piksele dönüştürüldüğü dijital bir dosya formatı olan dithered bitmap’lerle yazdırmaya dayanır ve siyah piksellerin yoğunluğu, griden farklı gri tonlarını tanımlayan şeydir yani piksellerin renkleri farklıdır.

Siyah-beyaz gazete kağıdındaki görüntülerin, gölgelendirme yapmak için değişen boyutlarda siyah mürekkep noktaları kullanmasına benzer şekilde, belirli bir alanda bulunan daha fazla siyah piksel, daha koyu görünür. Çeşitli piksellerden gelen tüm pikselleri siyah veya beyaz piksellerden oluşan bir karışıma basitleştirerek, dithered bitmap’ler bir 3D yazıcının, orijinal verinin tüm ince varyasyonlarını çok daha fazla doğruluk ve hız ile koruyan iki farklı malzeme kullanarak karmaşık medikal görüntüler basmasına olanak tanır.

Araştırmacılardan oluşan ekip, Keating’in beyin ve tümör modellerini oluşturmak için bitmap tabanlı 3D baskı kullandı. Bu, ham MRI verilerinde bulunan ayrıntıların tüm ayrıntılarını, insan gözünün birbirinden ayırt edebileceği bir çözünürlüğe kadar koruyordu. 9-10 inç uzakta. Aynı yaklaşımı kullanarak, aynı zamanda, valf dokusu için valf malzemesi için farklı malzemeler kullanarak bir insan kalp valfinin değişken sertlik modelini basabilirlerdi, bu da, valf içinde oluşan mineral plaklara karşı, mekanik özellik gradyanları sergileyen ve yeni bir model sağlayan bir modele neden oldu. Valf fonksiyonu üzerindeki plakların gerçek etkilerini kavramak için gereklidir.

“Bizim yaklaşımımız, sadece yüksek düzeyde ayrıntıların korunmasına ve tıbbi modellere basılmasına olanak tanımakla kalmıyor, aynı zamanda çok fazla zaman ve para tasarrufu sağlıyor” diyor makalenin ilgili yazarı Weaver. “Sağlıklı bir insan ayağının CT taramasını, tüm iç kemik yapısı, kemik iliği, tendonlar, kaslar, yumuşak doku ve cilt ile manuel olarak bölümlere ayırmak, eğitimli bir profesyonel tarafından bile 30 saatten fazla sürebilir biz bunu bir saatten daha az sürede yapabildik. “

Araştırmacılar, yöntemlerinin, 3D baskıyı rutin muayeneler ve teşhisler, hasta eğitimi ve insan vücudunun anlaşılması için daha uygun bir araç haline getirmesine yardımcı olacağını umuyorlar.”Şu anda, hastaneler için son derece yüksek riskli veya yüksek profilli vakalar haricinde, 3D baskı için görüntü veri setlerine girip el-segmenti oluşturacak bir uzman ekibini kullanmaları çok pahalı. Bunu değiştirmeyi umuyoruz, “diyor Hosny.

Bunun gerçekleşebilmesi için, tıbbi alanın bazı yerleşik unsurlarının da değişmesi gerekiyor. Çoğu hastanın verileri hastane sunucularına yer açmak için sıkıştırılır, bu nedenle yüksek çözünürlüklü 3D baskı için gereken ham MRI veya CT tarama dosyalarını almak genellikle zordur. Buna ek olarak, ekibin araştırması, 3D yazıcılarının kendi bitmap baskı yeteneklerine erişim sağlayan lider 3D yazıcı üreticisi Stratasys ile ortak bir işbirliği ile kolaylaştırıldı. Bu yeteneklerden daha iyi yararlanabilmek ve onları tıp uzmanları için daha erişilebilir kılmak için yeni yazılım paketlerinin geliştirilmesi gerekmektedir.

Bu engellere rağmen, araştırmacılar başarılarının tıbbi topluluk için önemli bir değer sunduğundan emindir. “Bir sonraki 5 yıl içinde, rutin veya rutin olmayan BT veya MRI taraması için bir doktorun ofisine giden herhangi bir hastanın hastalarına özgü 3D baskı modelini alabileceğini hayal edebiliyorum. Veriler birkaç gün içinde, “diyor Weaver.

Hastaların kendi tıbbi verilerine ulaşmalarını sağlamak için çabalarının tutkulu bir savunucusu haline gelen Keating, hala 3D, MRI taramalarını, ameliyat sonrası kafatası nasıl iyileştiğini görmek ve tümörünün gelmediğinden emin olmak için beynini kontrol etmek için yazdırıyor. “İçinizde olup bitenleri anlama, onu elinizde tutmanın ve tedavinin etkilerini görebilme yeteneği inanılmaz derecede güçleniyor” diyor.

“Merak, özellikle disiplinler ve kurumlar arasında soruları araştırmayı gerektirdiğinde, yenilik ve değişimin en büyük itici güçlerinden biridir. Wyss Enstitüsü, bu tür bir alandaki yeniliklerin gelişebileceği bir alan olmaktan gurur duyar.” Harvard Tıp Okulu’nda (HMS) Judah Folkman Vasküler Biyoloji Profesörü ve Boston Çocuk Hastanesi’nde Vasküler Biyoloji Programı’nın yanı sıra Harvard’s John’da Biyomühendislik Profesörü olan Wyss Institute Kurucu Direktör Donald Ingber, Ph.D. A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu (SEAS).