c++打印html文件_我的脑子—从核磁共振图像到3D打印

IU的Psychological & Brain Science部门每个学期都进行着各式各样的项目在招募志愿者。这些实验的范围从面对面采访&＃xff0c;调查问卷&＃xff0c;基于电脑的任务&＃xff0c;再到跟机器人互动&＃xff0c;头戴EEG(脑电图描记器)在校园逛一圈&＃xff0c;或戴着VR头显在MRI(核磁共振成像)里玩刺激的游戏。大部分都是有偿的。去年我在参加了一个神经语言学相关的实验&＃xff0c;需要被试者躺在核磁共振里完成一系列语言学的任务。在完成长达一小时的枯燥的反复的语义理解任务后&＃xff0c;我获得了一张包含我自己的脑成像光盘&＃xff0c;以及40刀现金。

这几天我把光盘找了出来&＃xff0c;在网上找了教程&＃xff0c;把这些数据转换成3D模型&＃xff0c;用3D打印机打印出了我的大脑。

主要参考的是Nikki Marinsek的How to 3D print your brain(阅读原文). Nikki这篇教程写于2015年&＃xff0c;那会儿3D打印还没有现在这么普及&＃xff0c;价格也相对较高。遵循她的教程所建的模型&＃xff0c;左右半脑是分开的&＃xff0c;我猜这可能跟她有神经动力学PhD的背景有关。虽然Nikki在2017年对她的教程做了更新&＃xff0c;但距离现在也有1年多了。我在这个教程中做了一些更新&＃xff0c;并且加入了新的步骤。

第一步&＃xff1a;准备

去Psychological and Brain Science逛一圈&＃xff0c;看看墙上有哪些用到MRI的实验在招募志愿者。邮件联系负责人&＃xff0c;预约时间&＃xff0c;完成MRI实验&＃xff0c;获取关于你的脑成像。读取光盘&＃xff0c;把文件夹传到自己的电脑里。检查是否含有名为DICOM的文件夹&＃xff0c;并且进入子目录&＃xff0c;查看是否含有后缀为.dcm的文件。

如果你的文件都有.dcm后缀&＃xff0c;请直接跳过以下内容。

我的DICOM文件夹里有200多个无后缀文件&＃xff0c;可能跟我使用的电脑是MacOS有关&＃xff0c;Windows和Linux不清楚。接下来我们用OsiriX Lite把这些文件转换成.dcm。

下载OsiriX Lite&＃xff0c;需要输入邮箱&＃xff0c;下载链接在邮件里。下载完成后&＃xff0c;打开OsiriX Lite:

Import -> DICOM (选取的是整个文件夹) -> Export -> 得到一个新的包含所有.dcm文件的文件夹

需要注意的是&＃xff0c;最好是T1类型的解刨成像。如果你不知道自己的脑部成像类型&＃xff0c;可以问问给你做实验的人。

第二步&＃xff1a;配置

下载并安装FreeSurfer&＃xff0c;这是一个由哈佛计算神经影像实验室开发的开源软件&＃xff0c;用于分析和可视化结构性或功能性脑部成像。仅限Linux和MacOS&＃xff0c;不支持Windows。如果你的电脑操作系统是Windows&＃xff0c;可以使用虚拟机。具体步骤我在这里不做阐述&＃xff0c;google一下就有。

MacOS

1. 下载FreeSurfer&＃xff0c;点此(https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall)进入下载页面。

2. 双击运行FreeSurfer的安装包&＃xff0c;留意README里的内容&＃xff0c;我看到的是这样&＃xff1a;

在Terminal中输入&＃xff1a;

$> touch ~/.bash_profile; open ~/.bash_profile

修改你的.bash_profile&＃xff0c;把README中的指令复制进去。根据使用情况的不同&＃xff0c;.bash_profile的内容也有所差异。以下是我的&＃xff1a;

3. 下载XQuartz(https://www.xquartz.org), 以便运行FreeSurfer。

4. 获取FreeSurfer的License(https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/registration.html)。填完之后会收到一份邮件&＃xff0c;讲附件license.txt保存到FreeSurfer文件夹中。在MacOS里&＃xff0c;FreeSurfer在Application中。如图&＃xff1a;

Linux

1. 打开Termianl&＃xff0c;输入以下指令&＃xff1a;

$> tar -C /usr/local -xzvf freesurfer-Linux-centos6_x86_64-stable-pub-v6.0.0.tar.gz

2. bash下输入&＃xff1a;

$> export FREESURFER_HOME&＃61;/usr/local/freesurfer

$> source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.sht

tcsh下输入&＃xff1a;

$> setenv FREESURFER_HOME /usr/local/freesurfer

$> source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.csh 

在电脑上安装并配置好FreeSurfer后&＃xff0c;要指定数据的路径(这一步MacOS和Linux都需要)

bash(MacOS中Terminal自带bash)&＃xff1a;

$> export SUBJECTS_DIR&＃61;

tcsh&＃xff1a;

$> setenv SUBJECTS_DIR

在MacOS中&＃xff0c;可以直接把文件拖到temrinal中&＃xff0c;获取路径。

第三步&＃xff1a;建模

打开Terminal&＃xff0c;输入以下指令建立FreeSurfer&＃xff1a;

$> source /Applications/freesurfer/SetUpFreeSurfer.sh  

$> recon-all -i -subjid -all  

举个例子&＃xff0c;如果选择DICOM文件夹中名为IM-0001-0020.dcm的文件&＃xff0c;该文件路径是/Users/hotthoughts/Desktop/brain/DICOM/IM-0001-0020.dcm 。假设用于储存模型的新文件夹命名为my_3d_brain的话&＃xff0c;我们输入的指令如下&＃xff1a;

$> recon-all -i /Users/hotthoughts/Desktop/brain/DICOM/IM-0001-0020.dcm -subjid my_3d_brain -all

接着需要调用recal-all函数来建模&＃xff0c;把改成DICOM文件中的任意一个.dcm文件的路径&＃xff0c;是用于储存建模数据的新文件夹的名字。

完成这一步后&＃xff0c;如果一切顺利的话&＃xff0c;后台就会开始分析数据并且给你的大脑建3D模型了。这一计算过程的耗时可能需要5&＃xff5e;20小时。在Macbook Pro 256GB 16RAM上&＃xff0c;我只花了大概5个小时。

切记不要让电脑在计算过程中进入睡眠状态。我使用Amphetamine来保持电脑活跃&＃xff0c;在App Store中可以下载。Linux的话&＃xff0c;推荐Caffeine.

分析完成后&＃xff0c;所有输出数据都在你之前命名的文件夹中。在Termianl中进入子文件夹surf &＃xff0c;里面含有脑部表面重建的所有文件。我们需要把文件的格式转换到可用于3D打印的 .stl格式。用以下指令&＃xff1a;

$> mris_convert lh.pial lh.pial.stl

$> mris_convert rh.pial rh.pial.stl   

注&＃xff1a;你需要懂一点shell&＃xff0c;在terminal中进入surf。再执行这两条命令。换句话说&＃xff0c;你需要位于surf目录下才能执行这两条命令。

以上分别转换了你的左右半球。

第四步&＃xff1a;打印

优化大脑表面

目前我们的lh.pial.stl和rh.pial.stl还是比较粗糙的(如下图)&＃xff0c;用其他工具让脑子的表面磨皮使其光滑。我在这里介绍用Meshlab的Laplaican Smooth。点此(http://www.meshlab.net/#download)下载Meshlab。

用Meshlab打开lh.pial.stl&＃xff0c;在上方工具栏&＃xff0c;Fliters -> Smoothing, Fairing and Deformation -> Laplaican Smooth。在弹出窗口点击apply&＃xff0c;然后保存。对rh.pial.stl重复这个步骤。

合并左右半球

左右半球的3D模型已经可以打印了&＃xff0c;但是&＃xff0c;我们也可以把左右半球合成一个完整的大脑。我用的是Meshmixer来合并两个3D模型。点此(http://www.meshmixer.com/download.html)下载Meshmixer。

下载完成后&＃xff0c;再Meshmixer中打开lh.pial.stl&＃xff0c;再导入rh.pial.stl。点击Combine&＃xff0c;左右半球就合并成一个完整的?了。

导出&＃xff0c;保存。可以打印了&＃xff01;

送去3D打印

我自己没有打印机&＃xff0c;所以考虑了两种途径&＃xff1a;

1. 使用3D打印服务的初创公司&＃xff0c;例如3DHub&＃xff0c;Shapeways等。优点是可选择的打印材料非常之多&＃xff0c;缺点是价格高&＃xff0c;时间久。

2. 在学校的3D打印实验室打印。优点是便宜&＃xff0c;快捷。缺点是可选择打印材料只有几种。

如果你是IU的&＃xff0c;可在这里(https://3dprint.uits.iu.edu)查看IUTS 3D Print Lab使用的器材和打印材料。

点此(https://3dprint.uits.iu.edu/request/index.html)提交打印请求。价格是$0.2每克。如果重量不满5刀&＃xff0c;则会收取5刀的费用。

以下是我询问IUTS 3D Print Lab打印大脑的价格&＃xff1a;

提交完请求后&＃xff0c;工作人员会给你回邮件协商。协商满意后&＃xff0c;要去给CrimsonCard充足够的钱&＃xff0c;工作人员会在CrimsonCash上扣除相应的钱。打印好了工作人员会给你发邮件。我的大脑隔了一周才打印好。成品超级好&＃xff0c;打印材料我选的Pearl(珍珠白)&＃xff0c;这是IUTS 3D Print Lab提供的最接近大脑的颜色了。当然如果你选择专业的3D打印公司&＃xff0c;会找到接近大脑肤质的粉色材料。

如有任何3D建模/打印的疑问&＃xff0c;欢迎后台留言。

(谢谢)