從MRI到3D Modeling

IU的Psychological & Brain Science部門每個學期都進行著各式各樣的項目在招募志愿者。這些實驗的范圍從面對面采訪，調查問卷，基于電腦的任務，再到跟機器人互動，頭戴EEG(腦電圖描記器)在校園逛一圈，或戴著VR頭顯在MRI(核磁共振成像)里玩刺激的游戲。大部分都是有償的。去年我在參加了一個神經語言學相關的實驗，需要被試者躺在核磁共振里完成一系列語言學的任務。在完成長達一小時的枯燥的反復的語義理解任務后，我獲得了一張包含我自己的腦成像光盤，以及40刀現金。

這幾天我把光盤找了出來，在網上找了教程，把這些數據轉換成3D模型，用3D打印機打印出了我的大腦。

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主要參考的是Nikki Marinsek的How to 3D print your brain(閱讀原文). Nikki這篇教程寫于2015年，那會兒3D打印還沒有現在這么普及，價格也相對較高。遵循她的教程所建的模型，左右半腦是分開的，我猜這可能跟她有神經動力學PhD的背景有關。雖然Nikki在2017年對她的教程做了更新，但距離現在也有1年多了。我在這個教程中做了一些更新，并且加入了新的步驟。

第一步：準備

去Psychological and Brain Science逛一圈，看看墻上有哪些用到MRI的實驗在招募志愿者。郵件聯系負責人，預約時間，完成MRI實驗，獲取關于你的腦成像。讀取光盤，把文件夾傳到自己的電腦里。檢查是否含有名為DICOM的文件夾，并且進入子目錄，查看是否含有后綴為.dcm的文件。

如果你的文件都有.dcm后綴，請直接跳過以下內容。

我的DICOM文件夾里有200多個無后綴文件，可能跟我使用的電腦是MacOS有關，Windows和Linux不清楚。接下來我們用OsiriX Lite把這些文件轉換成.dcm。

下載OsiriX Lite，需要輸入郵箱，下載鏈接在郵件里。下載完成后，打開OsiriX Lite:

Import -> DICOM (選取的是整個文件夾) -> Export -> 得到一個新的包含所有.dcm文件的文件夾

需要注意的是，最好是T1類型的解刨成像。如果你不知道自己的腦部成像類型，可以問問給你做實驗的人。

第二步：配置

下載并安裝FreeSurfer，這是一個由哈佛計算神經影像實驗室開發的開源軟件，用于分析和可視化結構性或功能性腦部成像。僅限Linux和MacOS，不支持Windows。如果你的電腦操作系統是Windows，可以使用虛擬機。具體步驟我在這里不做闡述，google一下就有。

MacOS

1. 下載FreeSurfer，點此(https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall)進入下載頁面。

2. 雙擊運行FreeSurfer的安裝包，留意README里的內容，我看到的是這樣：

在Terminal中輸入：

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

修改你的.bash_profile，把README中的指令復制進去。根據使用情況的不同，.bash_profile的內容也有所差異。以下是我的：

3. 下載XQuartz(https://www.xquartz.org), 以便運行FreeSurfer。

4. 獲取FreeSurfer的License(https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/registration.html)。填完之后會收到一份郵件，講附件license.txt保存到FreeSurfer文件夾中。在MacOS里，FreeSurfer在Application中。如圖：

Linux

1. 打開Termianl，輸入以下指令：

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

2. bash下輸入：

$> export FREESURFER_HOME=/usr/local/freesurfer

$> source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.sht

tcsh下輸入：

$> setenv FREESURFER_HOME /usr/local/freesurfer

$> source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.csh?

在電腦上安裝并配置好FreeSurfer后，要指定數據的路徑(這一步MacOS和Linux都需要)

bash(MacOS中Terminal自帶bash)：

$> export SUBJECTS_DIR=

tcsh：

$> setenv SUBJECTS_DIR

在MacOS中，可以直接把文件拖到temrinal中，獲取路徑。

第三步：建模

打開Terminal，輸入以下指令建立FreeSurfer：

$> source /Applications/freesurfer/SetUpFreeSurfer.sh??

$> recon-all -i -subjid -all??

舉個例子，如果選擇DICOM文件夾中名為IM-0001-0020.dcm的文件，該文件路徑是/Users/hotthoughts/Desktop/brain/DICOM/IM-0001-0020.dcm 。假設用于儲存模型的新文件夾命名為my_3d_brain的話，我們輸入的指令如下：

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

接著需要調用recal-all函數來建模，把改成DICOM文件中的任意一個.dcm文件的路徑，是用于儲存建模數據的新文件夾的名字。

完成這一步后，如果一切順利的話，后臺就會開始分析數據并且給你的大腦建3D模型了。這一計算過程的耗時可能需要5～20小時。在Macbook Pro 256GB 16RAM上，我只花了大概5個小時。

切記不要讓電腦在計算過程中進入睡眠狀態。我使用Amphetamine來保持電腦活躍，在App Store中可以下載。Linux的話，推薦Caffeine.

分析完成后，所有輸出數據都在你之前命名的文件夾中。在Termianl中進入子文件夾surf ，里面含有腦部表面重建的所有文件。我們需要把文件的格式轉換到可用于3D打印的 .stl格式。用以下指令：

$> mris_convert lh.pial lh.pial.stl

$> mris_convert rh.pial rh.pial.stl???

注：你需要懂一點shell，在terminal中進入surf。再執行這兩條命令。換句話說，你需要位于surf目錄下才能執行這兩條命令。

以上分別轉換了你的左右半球。

第四步：打印

優化大腦表面

目前我們的lh.pial.stl和rh.pial.stl還是比較粗糙的(如下圖)，用其他工具讓腦子的表面磨皮使其光滑。我在這里介紹用Meshlab的Laplaican Smooth。點此(http://www.meshlab.net/#download)下載Meshlab。

用Meshlab打開lh.pial.stl，在上方工具欄，Fliters -> Smoothing, Fairing and Deformation -> Laplaican Smooth。在彈出窗口點擊apply，然后保存。對rh.pial.stl重復這個步驟。

合并左右半球

左右半球的3D模型已經可以打印了，但是，我們也可以把左右半球合成一個完整的大腦。我用的是Meshmixer來合并兩個3D模型。點此(http://www.meshmixer.com/download.html)下載Meshmixer。

下載完成后，再Meshmixer中打開lh.pial.stl，再導入rh.pial.stl。點擊Combine，左右半球就合并成一個完整的?了。

導出，保存?？梢源蛴×?#xff01;

送去3D打印

我自己沒有打印機，所以考慮了兩種途徑：

1. 使用3D打印服務的初創公司，例如3DHub，Shapeways等。優點是可選擇的打印材料非常之多，缺點是價格高，時間久。

2. 在學校的3D打印實驗室打印。優點是便宜，快捷。缺點是可選擇打印材料只有幾種。

如果你是IU的，可在這里(https://3dprint.uits.iu.edu)查看IUTS 3D Print Lab使用的器材和打印材料。

點此(https://3dprint.uits.iu.edu/request/index.html)提交打印請求。價格是$0.2每克。如果重量不滿5刀，則會收取5刀的費用。

以下是我詢問IUTS 3D Print Lab打印大腦的價格：

ScaleWeight (grams)Cost

100%	622	$124.40
50%	124	$24.80
30%	39	$7.80
25%	26	$5.20

提交完請求后，工作人員會給你回郵件協商。協商滿意后，要去給CrimsonCard充足夠的錢，工作人員會在CrimsonCash上扣除相應的錢。打印好了工作人員會給你發郵件。我的大腦隔了一周才打印好。成品超級好，打印材料我選的Pearl(珍珠白)，這是IUTS 3D Print Lab提供的最接近大腦的顏色了。當然如果你選擇專業的3D打印公司，會找到接近大腦膚質的粉色材料。

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如有任何3D建模/打印的疑問，歡迎后臺留言。

(謝謝)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的3d需要学linux_我的脑子—从核磁共振图像到3D打印的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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