哈佛大學和麻省理工學院通過半色調方法大大縮短從掃描到3D打印的過程

  3D打印醫療模型能夠形象的將病人解剖結構呈現給醫生，是醫生進行手術預規劃的輔助工具，骨科、心臟外科、神經外科等越來越多的醫學學科已經利用3D打印醫療模型進行手術預規劃，一定程度上幫助醫生提高復雜手術的成功率、降低手術風險。

  3D打印醫療模型是通過軟件對CT、核磁共振等設備產生的醫學影像進行三維建模，并將建模文件傳輸給3D打印設備進行打印而產生的。總體來說，將位圖格式的圖像轉化為3D打印機可以讀取的三維模型數據，這個過程不僅耗費時間，還容易出現精度不高的問題。如今哈佛大學Wyss實驗室和麻省理工學院多媒體實驗室的研究人員通過一種新的方法，實現了一小時的時間內打印出高精度的人類大腦模型。

  核磁共振和CT掃描等醫學成像技術可以產生一系列高分辨率的平面化的位圖圖像，通過這些圖像可以獲得如何來建立三維建模的信息。但是，研究人員發現現有的建模方法仍存在耗費時間長、過程繁瑣，分辨率低等問題。

  與灰度圖片不同，灰度圖片需要幾種灰度來表達漸變（左圖），而半色調（新聞圖片中常見）可以僅使用單一顏色的墨跡（右圖）來保留灰度漸變。

  半色調又稱灰度級，它是反映圖像亮度層次、黑白對比變化的技術指標。這種半色調的方法被哈佛大學Wyss研究所James Weaver采用，從而使得核磁共振和CT掃描的圖像更容易、更快速地被3D打印設備讀取。半色調的方式能夠支持3D打印機使用兩種不同的材料打印復雜的醫學圖像，形成一種易于3D打印的格式，以便于能夠更好地表達原始掃描數據所記錄的所有細節。

  研究人員使用基于半色調的3D打印方法來創建大腦和腫瘤模型，該模型忠實地保存了原始MRI數據中存在的所有細節層次，幾乎與人眼可區分的分辨率相同。使用這種相同的方法，還能夠使用瓣膜組織的不同材料與瓣膜內形成的鈣沉積物相對應地打印出人體心臟瓣膜的可變剛度模型，從而產生表現出機械性能梯度的模型，方便醫生深入了解鈣沉積對瓣膜功能的實際影響。

  這種方法不僅可以保留高水平的細節并將其打印到醫學模型中，而且還可以節省大量的時間和金錢，例如，原來的方式需要手工分割一個健康人腳的CT掃描，例如，它的所有內部骨骼結構，骨髓，肌腱，肌肉，軟組織和皮膚都需要超過30個小時，即使是經過培訓的專業人員也是如此，而這種方法能夠在一個小時內完成。

  通過這種方法，3D打印的鈣化心臟瓣膜的多材料模型可以顯示具有礦物質密度的精細梯度的硬鈣沉積物（白色），這是原來的生物醫學3D打印方法不可能完全捕獲的。

  結果是令人滿意的，根據華盛頓大學放射學助理教授，西雅圖弗吉尼亞州臨床放射學家Beth Ripley博士，當看到這項技術能夠做什么時，感到不可思議，這種方法可以快速創建精美細致的3D打印醫學模型，使得3D打印醫療模型更容易被醫療領域作為研究和診斷的工具。

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