JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

توضح هذه الورقة العمليات الآلية لتخطيط جراحة الأعصاب غير البشرية للرئيسيات بناء على التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). تستخدم هذه التقنيات خطوات إجرائية في منصات البرمجة والتصميم لدعم تصميم الزرع المخصص ل NHPs. يمكن بعد ذلك تأكيد صحة كل مكون باستخدام نماذج تشريحية ثلاثية الأبعاد (3D) مطبوعة بالحجم الطبيعي.

Abstract

تصف هذه الورقة طريقة داخلية لنمذجة الدماغ والجمجمة 3D من التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) المصممة خصيصا لتخطيط جراحة الأعصاب غير البشرية (NHP). توفر هذه التقنية الآلية القائمة على البرامج الحسابية طريقة فعالة لاستخراج ميزات الدماغ والجمجمة من ملفات التصوير بالرنين المغناطيسي بدلا من تقنيات الاستخراج اليدوي التقليدية باستخدام برامج التصوير. علاوة على ذلك ، يوفر الإجراء طريقة لتصور الدماغ والجمجمة القحفية معا من أجل التخطيط الجراحي الافتراضي البديهي. وهذا يولد انخفاضا كبيرا في الوقت والموارد من تلك التي يتطلبها العمل السابق ، والتي اعتمدت على الطباعة 3D التكرارية. تخلق عملية نمذجة الجمجمة بصمة يتم تصديرها إلى برنامج النمذجة لتصميم غرف الجمجمة وأغطية الرأس المناسبة للزرع الجراحي. تعمل الغرسات الجراحية المخصصة على تقليل الفجوات بين الغرسة والجمجمة التي يمكن أن تسبب مضاعفات ، بما في ذلك العدوى أو انخفاض الاستقرار. من خلال تنفيذ هذه الخطوات قبل الجراحة ، يتم تقليل المضاعفات الجراحية والتجريبية. يمكن تكييف هذه التقنيات للعمليات الجراحية الأخرى ، مما يسهل التخطيط التجريبي الأكثر كفاءة وفعالية للباحثين ، وربما جراحي الأعصاب.

Introduction

الرئيسيات غير البشرية (NHPs) هي نماذج لا تقدر بثمن للبحث الطبي الانتقالي لأنها تشبه البشر تطوريا وسلوكيا. اكتسبت NHPs أهمية خاصة في الدراسات قبل السريرية للهندسة العصبية لأن أدمغتهم هي نماذج ذات صلة كبيرة بالوظيفة العصبية والخلل الوظيفي1,2,3,4,5,6,7,8. من الأفضل تقديم بعض تقنيات تحفيز الدماغ وتسجيله القوية ، مثل علم البصريات الوراثي وتصوير الكالسيوم وغيرها ، من خلال الوصول المباشر إلى الدماغ من خلال نوافذ الجمجمة9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. في NHPs ، غالبا ما يتم تحقيق نوافذ الجمجمة بغرفة وجافية اصطناعية لحماية الدماغ ودعم التجارب طويلة المدى8,10,12,17,18,24,25,26,27. وبالمثل ، غالبا ما تصاحب أعمدة الرأس الغرف لتثبيت ومحاذاة الرأس أثناء التجارب14,15,25,26,28,29,30. تعتمد فعالية هذه المكونات بشكل كبير على مدى ملاءمتها للجمجمة. يعزز الملاءمة الأقرب إلى الجمجمة تكامل العظام وصحة الجمجمة عن طريق تقليل احتمالية الإصابة بالعدوى ونخر العظم وعدم استقرار الزرع31. طرق التصميم التقليدية، مثل ثني عمود الرأس يدويا أثناء الجراحة25,29 وتقدير انحناء الجمجمة عن طريق تركيب دوائر على الشرائح الإكليلية والسهمية لفحوصات الرنين المغناطيسي (MR)9,12 يمكن أن يؤدي إلى مضاعفات بسبب عدم الدقة. حتى أكثرها دقة تخلق فجوات 1-2 مم بين الغرسة والجمجمة ، مما يوفر مساحة لتراكم الأنسجة الحبيبية29. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي هذه الفجوات إلى صعوبة وضع البراغي في الجراحة9، مما يعرض استقرار الغرسة للخطر. تم تطوير غرسات مخصصة مؤخرا لتحسين الاندماج العظمي وطول عمر الغرسة9,29,30,32. رافقت التكاليف الإضافية التقدم في تصميم الغرسات المخصصة بسبب الاعتماد على النماذج الحسابية. تتطلب الطرق الأكثر دقة معدات متطورة مثل أجهزة التصوير المقطعي المحوسب (CT) بالإضافة إلى أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)30,32,33 وحتى آلات طحن التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC) لتطوير نماذج أولية للزرع25,29,32,34. قد لا يكون الوصول إلى كل من التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب ، خاصة للاستخدام مع NHPs ، ممكنا للمختبرات التي تحتاج إلى غرسات مخصصة مثل غرف الجمجمة وأعمدة الرأس.

نتيجة لذلك ، هناك حاجة في المجتمع لتقنيات غير مكلفة ودقيقة وغير جراحية لجراحة الأعصاب والتخطيط التجريبي التي تسهل تصميم الغرسات والتحقق من صحتها قبل الاستخدام. تصف هذه الورقة طريقة لتوليد تمثيلات افتراضية للدماغ والجمجمة 3D من بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي لتخطيط موقع حج القحف وتصميم غرف الجمجمة المخصصة وأغطية الرأس التي تناسب الجمجمة. يوفر هذا الإجراء المبسط تصميما موحدا يمكن أن يفيد النتائج التجريبية ورفاهية البحث. مطلوب فقط التصوير بالرنين المغناطيسي لهذه النمذجة لأن كل من العظام والأنسجة الرخوة مصورة في التصوير بالرنين المغناطيسي. بدلا من استخدام آلة طحن CNC ، يمكن طباعة النماذج 3D بتكلفة زهيدة ، حتى عند الحاجة إلى تكرارات متعددة. وهذا يسمح أيضا للتصميم النهائي أن تكون 3D المطبوعة في المعادن المتوافقة حيويا مثل التيتانيوم للزرع. بالإضافة إلى ذلك ، وصفنا تصنيع الجافية الاصطناعية ، والتي يتم وضعها داخل غرفة الجمجمة عند الزرع. يمكن التحقق من صحة هذه المكونات قبل الجراحة عن طريق تركيب جميع الأجزاء على نموذج مطبوع بالحجم الطبيعي 3D للجمجمة والدماغ.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

تمت الموافقة على جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوانات من قبل معهد رعاية ولجنة استخدامه في جامعة واشنطن. تم استخدام ما مجموعه أربعة ذكور من المكاك الريسوس البالغة (Macaca mulatta) في هذه الدراسة. في وقت الحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي ، كان H يبلغ من العمر 7 سنوات ، وكان L يبلغ من العمر 6 سنوات ، C يبلغ من العمر 8.5 عاما ، وكان B يبلغ من العمر 5.5 عاما. تم زرع H و L بغرف مزمنة مخصصة في عمر 9 سنوات.

1. عزل الجمجمة والدماغ (الشكل 1)

  1. الحصول على ملف T1 Quick Magnetization Prepared Gradient Echo (MPRAGE) للجمجمة والدماغ باستخدام جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي 3T. استخدم المعلمات التالية لاكتساب التصوير بالرنين المغناطيسي35: زاوية الوجه = 8 درجات ، وقت التكرار / وقت الصدى = 7.5 / 3.69 ثانية ، حجم المصفوفة = 432 × 432 × 80 ، مدة الاستحواذ = 103.7 ثانية ، متعدد الملفات ، سمك الشريحة = 1 مم ، عدد المتوسطات = 1.
  2. قم بتنزيل المجلد المسمى supplemental_code (ملف الترميز التكميلي 1). يجب أن يحتوي هذا المجلد على الملفات التالية: brain_extract.m ، brain_extraction.m ، make_stl_of_array.m36 ، stl_write.m37.
  3. أضف ملف التصوير بالرنين المغناطيسي إلى المجلد supplemental_code . في البرنامج الحسابي ، حدد المجلد supplemental_code كمسار الملف وقم بتشغيل brain_extract.m.
  4. تحدد الخطوات التالية طريقة شبه آلية لعزل الجمجمة والدماغ باستخدام MATLAB (الشكل 1) ، والتي تم تجميعها من تقنيات الاستخراج السابقة35. ستطالب نافذة الأوامر بالمعلمات اللازمة لعزل الدماغ والجمجمة وتصور حج القحف. بعد إدخال كل استجابة في نافذة الأوامر ، انقر فوق إدخال.
    1. ستطالب نافذة الأوامر أولا باسم ملف MPRAGE. اكتب اسم الملف (على سبيل المثال ، MRIFile.dcm) وتأكد من عرض التصوير بالرنين المغناطيسي بشكل صحيح (الشكل 1 أ).
    2. لعزل الجمجمة (الشكل 1B - D) ، اتبع الخطوات التفصيلية الموضحة في نافذة الأوامر. حدد قيمة عتبة مناسبة تفصل الجمجمة عن الأنسجة المحيطة دون القضاء على مادة الجمجمة (الشكل التكميلي 1 أ). قم بتأكيد قيمة العتبة بالضغط على (y).
    3. يتم استخدام تقنية مماثلة لعزل الدماغ (الشكل 1E - G). عند المطالبة في نافذة الأوامر ، أدخل حدا للدماغ. قم بتقييم الرقم المنبثق وضبط العتبة إذا لزم الأمر. تأكد من عزل الدماغ عن الجمجمة والأنسجة المحيطة بها وأنه لا يتم إزالة أنسجة المخ في هذه العملية. قم بتأكيد قيمة العتبة بالضغط على (y).
    4. انتقل إلى قسم الاهتمام.

2. تخطيط موقع حج القحف (الشكل 2)

  1. بعد استخراج الدماغ والجمجمة ، أدخل إحداثيات حج القحف. إذا لم تكن الإحداثيات معروفة بعد ، فأشر إلى (n) ل "لا" ، وسيتم عرض رقم (الشكل التكميلي 1B). حدد إحداثيات حج القحف عن طريق اختيار إطار z (المستوى الإكليلي) واختيار نقطة على الإطار z المختار لمركز حج القحف.
    1. إذا كانت الإحداثيات معروفة ، فقم بالإشارة إليها بقيم x (سهمية) و y (محورية) و z (إكليلية).
  2. أدخل نصف قطر حج القحف بالمليمترات (على سبيل المثال ، 10 مم) واختر عدم وجود نصف قطر خارجي.
  3. حدد ما إذا كانت هناك حاجة إلى شريط مقياس لصور الجمجمة والدماغ. تساعد أشرطة القياس في تأكيد صحة أبعاد النماذج.
  4. احفظ ملفات الدماغ والجمجمة ك STL للطباعة ثلاثية الأبعاد إذا رغبت في ذلك (الشكل 1D ، G).
  5. بعد ذلك ، سيتم عرض شخصية مع الدماغ والجمجمة القحفية. يمكن استخدام هذا للتحقق من الوصول إلى مناطق الدماغ المستهدفة. يتم تمثيل الدماغ باللون الأزرق ، والجمجمة باللون الرمادي الفاتح (الشكل 2B ، E).
  6. اختر (n) لإكمال تقليل حجم SLT ، وهي ميزة سيتم استخدامها للخطوات المستقبلية (انظر أدناه).
  7. كرر القسمين 1 و 2 لكل تكرار حج القحف.

3. تصميم غرفة الجمجمة (الشكل 3)

  1. قبل البدء في تصميم الغرفة ، تأكد من موقع حج القحف ونصف قطر حج القحف باستخدام إجراء تخطيط موقع حج القحف.
  2. بعد الانتهاء من عزل الجمجمة والدماغ ، ستكون الخطوة التالية هي إدخال الإحداثيات النهائية لمركز حج القحف. أدخل قيم x (سهمي) و y (محوري) و z (إكليلي).
  3. ستطالب نافذة الأوامر بعد ذلك بإدخال أنصاف الأقطار الداخلية والخارجية ، والتي تحدد منطقة الجمجمة للعمل معها لتصميم الغرفة. اختر نصف قطر داخلي أصغر من نصف قطر حج القحف الفعلي (على سبيل المثال ، 5 مم لنصف قطر حج القحف 10.0 مم) ونصف قطر خارجي ثان أكبر من نصف القطر المخطط لتنورة الغرفة (على سبيل المثال ، 26 مم لتنورة الغرفة التي سيكون نصف قطرها 22 مم). سيوفر هذا هيكل جمجمة على شكل حلقة كأساس للغرفة التي سيتم البناء عليها.
    ملاحظة: لتصميم غرفة نصف قطر حج القحف 10 مم ، تم اختيار نصف قطر داخلي 5 مم. يوفر هذا تمثيلا دقيقا للجمجمة عند حافة حج القحف مع الحفاظ على دائرة صغيرة بما يكفي بحيث يمكن التعرف بسهولة على مركز حج القحف عند تصدير تمثيل الجمجمة إلى برنامج التصميم. تم استخراج نصف قطر خارجي يبلغ 26 مم لغرفة نصف قطرها 22 مم لضمان توفر منطقة جمجمة إضافية. تم تطوير أبعاد الغرفة مع القيود التي وضعتها احتياجات التجربة. سيتم تحديد أنصاف الأقطار المستخدمة في هذه الخطوة من خلال حجم حج القحف وحجم تنورة الغرفة ، والتي تعتمد على أحجام المسمار والمساحة المتاحة على الجمجمة.
  4. حدد ما إذا كانت هناك حاجة إلى أشرطة المقياس لصور الجمجمة والدماغ.
  5. حفظ ملفات الدماغ والجمجمة إذا رغبت في ذلك.
  6. سيظهر شكل مع الدماغ (باللون الأزرق) ومنطقة الجمجمة (باللون الرمادي) التي تم اختيارها (الشكل 3 أ). يجب بعد ذلك تطبيق تقليل حجم STL على منطقة الجمجمة المحددة لتسهيل التعامل مع الملف في برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD).
  7. اختر (y) لبدء تخفيض حجم STL. سيؤدي تقليل الحجم إلى إنشاء ملف STL بحجم ملف مصغر يمكن استيراده بسهولة إلى برنامج CAD لتصميم الأجهزة المخصصة.
  8. باستخدام الشكل مع الدماغ والجمجمة المتراكبة (الشكل 3 أ) ، استخدم الماوس لتحديد نقاط على سطح الجمجمة لاستخدامها في تقليل الملف. اضغط مع الاستمرار على مفتاح shift لوضع أكثر من نقطة واحدة.
    1. ضع نقاطا لتغطية منطقة الاهتمام ، وهي في هذه الحالة منطقة الجمجمة المحددة. ضع النقاط قريبة من بعضها البعض قدر الإمكان لضمان تمثيل أكثر دقة ودقة للجمجمة (الشكل التكميلي 2). قد يفضل بعض المستخدمين تحديد ~ 20 نقطة حرجة وإكمال بقية تصميم الغرفة كممارسة قبل اختيار جميع نقاط الاهتمام للمنتج النهائي.
    2. عند اختيار النقاط ، من الأفضل وضع أكبر عدد ممكن من النقاط في المنطقة المحددة. بشكل عام ، ~ 200 نقطة تمثل انحناء الجمجمة جيدا. ضع المزيد من النقاط حول حواف المنطقة المحددة للتأكيد على الحدود بين الدماغ والجمجمة.
      ملاحظة: تجنب النقر فوق زر الإدخال قبل الانتهاء من وضع النقاط في جميع أنحاء المنطقة ، حيث سيؤدي ذلك إلى تقدم الكود قبل الأوان ، وسيتعين تكرار عملية اختيار النقاط.
  9. اضغط على Enter عند الانتهاء من وضع النقاط على الجمجمة المحددة. اكتب اسم الملف المخفض في نافذة الأوامر.
  10. استيراد الملف إلى برنامج CAD لتصميم غرفة مخصصة. ابدأ بفتح برنامج CAD.
  11. انقر فوق ملف > فتح وحدد اسم ملف تخفيض STL من الدليل.
    1. قبل النقر فوق فتح، انقر فوق الزر خيارات ، وفي القائمة استيراد باسم ، انقر فوق Surface Body. انقر فوق موافق ثم فتح.
  12. بمجرد استيراد STL ، تحقق من وجود ثقوب صغيرة على السطح ، يشار إليها بخطوط زرقاء. إذا كانت هناك ثقوب في منطقة الجمجمة ستغطيها الغرفة (الشكل التكميلي 3) ، أكمل إجراء ثقوب التثبيت (القسم 6) في الخطوة 3.19.1.
  13. عرض سطح الجمجمة للغرفة في برنامج CAD كما في الشكل 3B. تأكد من أن حواف المنطقة المحددة مرئية في تمثيل الجمجمة.
  14. أوجد مخطط الدائرة الداخلية في مركز السطح المستورد لتحديد مركز حج القحف. قم بإنشاء مستوى محاذ للدائرة الداخلية بالنقر فوق إدراج > هندسة مرجعية > مستوى. استخدم ثلاث نقاط موزعة بالتساوي على طول محيط الدائرة الداخلية كنقاط مرجعية للمستوى.
  15. قم بإنشاء دائرة تتوافق مع الدائرة الداخلية بالنقر فوق رمز الدائرة في علامة التبويب رسم . اختر المستوى من الخطوة السابقة كمستوى مرجعي وحدد النقاط على طول الحافة حتى توفر معاينة الدائرة تمثيلا دقيقا لمخطط الدائرة الداخلية. قد يتعين اختبار عدة مجموعات مختلفة من النقاط للعثور على النقاط التي تناسب الدائرة الداخلية بشكل أفضل.
  16. باستخدام الدائرة كمرجع، قم بإنشاء نقطة في منتصف الدائرة بالنقر فوق إدراج > > نقطة هندسية مرجعية واستخدم خيار مركز القوس. تمثل هذه النقطة مركز حج القحف.
  17. كمستوى مرجعي للسحب المستقبلي ، قم بعمل مستوى ثان مواز للمستوى الأولي ويقابله 10 مم. عند اختيار اتجاه الإزاحة، تأكد من أن السهم يشير لأعلى من الكائن.
  18. إنشاء حلقة داخلية للغرفة (الشكل 3C)
    1. قم بعمل محور يمتد بشكل عمودي عبر كل من مستوى حج القحف والمستوى العلوي بالنقر فوق إدراج > هندسة مرجعية > المحور ، وتمييز خيار النقطة والوجه / المستوى ، واستخدام المستوى العلوي والنقطة المركزية لحج القحف كمراجع. حدد نقطة أخرى عند تقاطع هذا المحور والمستوى العلوي.
    2. حدد Extrude Boss/Base والمستوى العلوي كسطح يتم البثق منه. قم بعمل رسم تخطيطي للمقطع العرضي للحلقة الداخلية عن طريق إنشاء دائرتين متحدتي المركز مع النقطة الموجودة على المستوى العلوي كنقطة مركزية (على سبيل المثال ، نصف قطر 11.35 مم و 12.25 مم). حدد Up to Surface في قائمة الاتجاه وحدد السطح المدرج كسطح يتم البثق إليه.
    3. انسخ السطح المستورد عن طريق تحديد إدراج > السطح > نقل/نسخ وارفع السطح المنسوخ إلى ارتفاع الحلقة الداخلية والتنورة (على سبيل المثال، 3.5 مم). استخدم خيار الترجمة في قائمة نقل/نسخ وترجم السطح على طول المحور عموديا على كلا المستويين.
    4. قم بإجراء قطع دائري مقذوف من المستوى العلوي إلى السطح المنسوخ. ابدأ بالنقر فوق قص مقذوف وتحديد السطح العلوي للحلقة الداخلية كنقطة بداية للقطع المبثوق. أكمل البثق باختيار السطح المنسوخ كنقطة نهاية.
    5. احذف السطح الأصلي المدرج باستخدام أداة إدراج ميزات > > حذف/الاحتفاظ بالجسم . باستخدام أداة إخفاء/إظهار في علامة التبويب عرض ، يمكن إخفاء السطح المنسوخ لعرض الحلقة الداخلية والتحقق من صحة تصميمها.
  19. إنشاء تنورة غرفة (الشكل 3D)
    1. اصنع إزاحة سطح منسوخ ثانية أقل من السطح الحالي بسمك تنورة الحجرة (على سبيل المثال ، -1.5 مم). في قائمة الترجمة ، اختر المحور العمودي على المستويات كنقطة مرجعية وقيمة إزاحة لإنشاء السطح الجديد أسفل السطح الأولي.
      ملاحظة: اعتمادا على الاتجاه الافتراضي لاتجاه الإزاحة، قد يلزم تعيين قيمة الإزاحة على أنها سالبة للذهاب في الاتجاه الصحيح.
      1. إذا كانت هناك ثقوب في المنطقة التي ستغطيها الغرفة ، فاتبع الخطوات الموضحة في القسم 6 (إصلاح الثقوب) قبل متابعة بقية إجراءات تصميم الغرفة.
    2. قم بإجراء بثق من المستوى العلوي إلى السطح السفلي على شكل الغرفة. ابدأ بتحديد Extrude Boss / Base وتحديد المستوى العلوي كمستوى البثق.
      1. اتبع الخطوة 6.2 للتعامل مع عمليات البثق الموجودة من إجراء فتحة التثبيت.
    3. ارسم شكل تنورة الحجرة على هذه الطائرة. اجعل الدائرة الداخلية للغرفة دائرة بنفس حجم نصف القطر الأصغر للحلقة الداخلية (على سبيل المثال ، 11.35 مم) ، وقم بتوسيطها حول النقطة الموجودة على المستوى العلوي ، واجعل الحدود الخارجية لتنورة الحجرة باستخدام مزيج من الأقواس والخطوط لزيادة مساحة التنورة إلى أقصى حد. قذف إلى أسفل السطحين.
      ملاحظة: إذا ظهر خطأ مع البثق ، فمن المحتمل أن يكون الرسم أوسع من السطح. في هذه الحالة ، قم بتقليل حجم حدود التنورة الخارجية.
    4. قطع البثق من المستوى العلوي إلى أعلى السطحين المنسوخين على شكل مخطط الغرفة.
      1. راجع الخطوة 6.2 للحصول على معلومات إضافية حول البثق المتبقي من إجراء تثبيت الثقوب.
    5. للكشف عن تنورة الحجرة والحلقة الداخلية ، احذف كلتا النسختين المتبقيتين من السطح المستورد. يجب أن يظهر الكائن الناتج مشابها لذلك الموجود في الشكل 3D.
    6. أثناء عملية إجراء تخفيض STL واستيراده ، يتم عكس نموذج الجمجمة. للتعويض عن هذا ، يجب عكس التنورة الناتجة. في قائمة الميزات ، انقر فوق عكس التنورة وعكسها عبر المستوى العلوي. احذف التنورة الأصلية باستخدام وظيفة الحذف / الاحتفاظ بالجسم .
  20. الجمع بين أعلى الغرفة والتنورة (الشكل 3 هاء)
    1. افتح ملف STL أعلى الحجرة في البرنامج المستخدم لتصميم تنورة الغرفة. بعد ذلك ، أدخل تنورة الحجرة كجزء بالنقر فوق إدراج > الجزء ، وتحديد التنورة المخصصة في القائمة ، والنقر في أي مكان على الشاشة لاستيراد الجزء.
    2. لمحاذاة سطح الحجرة والتنورة، انقر على إدراج > الميزات > نقل/نسخ. حدد تنورة الحجرة وانقر فوق الزر "قيود " في أسفل القائمة. قم بتمييز الحلقة الداخلية للتنورة والسطح الداخلي لأعلى الحجرة كزملاء متحدي المركز (الشكل التكميلي 4 أ).
      1. تأكد من محاذاة الجزء العلوي من التنورة مع الجزء السفلي من الجزء العلوي من الحجرة ، وقم بتبديل اتجاه محاذاة رفيقه إذا لزم الأمر.
    3. استخدم Move / Copy لترجمة التنورة لأسفل أسفل سطح الحجرة مباشرة. سيتطلب ذلك تكرارات متعددة للعثور على المسافة الصحيحة بحيث لا يمتد الجزء العلوي من الحجرة أسفل تنورة الحجرة ويعيق التنورة (الشكل التكميلي 4 ب والشكل التكميلي 5).
    4. قم بتدوير الجزء العلوي من الحجرة لمحاذاة الفجوات بين علامات التبويب بحيث يكون أحدهما عموديا والآخر موازيا لخط الوسط في الدماغ. استخدم أداة التدوير والمحور الموجود في مركز الكائن كمحور استدارة. اضبط درجات الدوران حتى يصبح سطح الحجرة والتنورة في الاتجاه الصحيح بالنسبة لبعضهما البعض.
    5. قم بتوصيل الأشياء معا عن طريق البثق من أسفل الحجرة أعلى مباشرة نحو التنورة. استخدم Extrude Boss / Base ، وحدد السطح السفلي لأعلى الغرفة ، وقم بإنشاء رسم تخطيطي على هذا السطح بنفس نصف القطر الداخلي والخارجي مثل هذه الحلقة ، باستخدام المحور المركزي كنقطة مركزية. اختر Up To Body كاتجاه البثق وأشر إلى تنورة الغرفة.
    6. قم بإجراء قطع مقذوف من سطح سطح الغرفة الذي يحمل علامات التبويب. بعد تحديد هذا السطح كمستوى قذف ، ارسم دائرة لها نفس نصف القطر الداخلي للحلقة الداخلية. اخرج من الرسم وقم بإجراء قطع مقذوف أعمى يتجاوز الجزء السفلي من تنورة الحجرة (على سبيل المثال ، 10 مم).
    7. أضف اثني عشر ثقبا لولبيا متباعدة بالتساوي حول تنورة الغرفة. ضع ثقوب البراغي بحيث تكون متباعدة بالتساوي ولكن أيضا متباعدة بما يكفي بحيث يمكن الوصول إليها أثناء الجراحة ولكنها قريبة بما يكفي لتجنب وجود بصمة غرفة كبيرة دون داع.
    8. استخدم أداة معالج الثقب لوضع ثقب المسمار. اختر المعلمات في قائمة مواصفات الفتحة - النوع . يجب أن تتوافق المعلمات مع البراغي التي سيتم استخدامها أثناء الزرع الجراحي (على سبيل المثال ، قياسي: مقياس ANSI ، النوع: برغي مسطح الرأس - ANSI B18.6.7M ، الحجم: M2 ، مناسب: فضفاض ، الحد الأدنى للقطر: 3.20 مم ، القطر الأقصى: 4.00 مم ، زاوية المغتصل: 90 درجة ، حالة النهاية: من خلال الكل).
    9. انقر فوق علامة التبويب المواضع لبدء وضع الثقوب. لوضع ثقب ، مرر مؤشر الماوس فوق طائرة على الغرفة وانقر بزر الماوس الأيمن. ضع جميع الثقوب اللولبية الاثني عشر ، وتأكد من وضعها بالتساوي ويمكن الوصول إليها.
    10. إذا بقيت عوائق داخل فتحة لولبية بعد وضعها (الشكل التكميلي 6 أ) ، فاختر مستوى مختلفا لوضع الفتحة عليه أو استخدم الخطوات التالية لإجراء قطع مقذوف لأعلى عبر الفتحة.
      1. ابدأ القطع المبثوق لأعلى عن طريق إنشاء مستوى مواز للمستوى المتبقي ولكن يتم إزاحته لأسفل بمقدار 0.00001 مم بحيث يكون المستوى تحت العائق مباشرة.
      2. قم بإجراء القطع المبثوق باستخدام الطائرة التي تم إنشاؤها في الخطوة الأخيرة كمرجع. باستخدام مجموعة من الأقواس والخطوط ، ارسم شكل المنطقة التي يجب إزالتها. تأكد من أن الرسم يحتوي على أي جزء من المستوى موجود داخل نصف القطر الخارجي لفتحة المسمار (الشكل التكميلي 6B). قطع البثق 1 مم لأعلى.
    11. بعد وضع فتحات المسمار ، قم بقص التنورة لتقليل الحواف الحادة وتقليل مساحة التنورة غير الضرورية. قم بإجراء قطع مقذوف من السطح العلوي للغرفة لأسفل بعد تنورة الحجرة (على سبيل المثال ، 30 مم). اصنع البثق في شكل ينعم أي حواف خشنة ويقطع منطقة التنورة الخارجية.
      1. قد تكون هناك حاجة إلى تخفيضات مخصصة إضافية لإزالة جميع الحواف الحادة والتنورة الزائدة. إذا تعذر قطع مناطق التنورة باستخدام السطح العلوي للغرفة كمستوى مرجعي ، فقم بإنشاء مستوى بزاوية وإنشاء قطع مقذوفة إضافية باستخدام هذا المستوى.
    12. انظر الشكل 3F للحصول على تمثيل تصميم الغرفة النهائي. يمكن طباعة هذا التصميم ثلاثي الأبعاد ووضعه على دماغ نموذجي وجمجمة حج القحف إذا رغبت في ذلك (الشكل 3G).

4. تصميم العمود الفقري (الشكل 4)

  1. لاحظ أن موقع مركز حج القحف النهائي والحد الأقصى لمساحة التنورة في الغرفة سيكون مطلوبا لتصميم عمود الرأس.
  2. أدخل إحداثيات حج القحف المعروفة (قيم x و y و z) في نافذة الأوامر.
  3. لتصميم عمود الرأس ، مطلوب نصف قطر واحد فقط لتمثيل المنطقة الموجودة على الجمجمة المتوفرة حول الغرفة. في هذه الخطوة ، أدخل الحد الأقصى لنصف قطر الغرفة التي تم تصميمها في القسم السابق (على سبيل المثال ، 25 مم). بعد ذلك ، أشر إلى عدم الحاجة إلى نصف قطر خارجي.
  4. استخدم نافذة الأوامر للدلالة على ما إذا كانت أشرطة القياس مطلوبة لتأكيد الأبعاد.
  5. على غرار الأقسام السابقة ، احفظ ملفات STL للدماغ والجمجمة إذا لزم الأمر للطباعة ثلاثية الأبعاد.
    سيظهر الشكل التالي الذي يتم عرضه منطقة الجمجمة التي تحيط بالغرفة لإنشاء بصمة عمود الرأس. استخرج هذه المنطقة باستخدام تقليل حجم STL ليتم استيراده إلى برنامج التصميم.
  6. اختر (y) للإشارة إلى أن من المرغوب فيه تخفيض حجم المحكمة الخاصة بلبنان. حدد النقاط على الشكل مع تراكب الدماغ (باللون الأزرق) والجمجمة (باللون الرمادي) معا. تأكد من اختيار النقاط بالقرب من بعضها البعض قدر الإمكان وتوزيعها بالتساوي عبر منطقة الجمجمة الرمادية (الشكل التكميلي 7 أ). لمزيد من التفاصيل حول عملية اختيار النقاط، راجع الخطوة 3.8.
  7. اضغط على Enter بعد الانتهاء من تحديد النقطة لتغطية منطقة الجمجمة الرمادية حيث ستجلس عمود الرأس. حدد اسم ملف للملف المخفض الذي تم تنزيله في نافذة الأوامر.
  8. قم باستيراد الملف المخفض إلى برنامج CAD لتصميم بصمة عمود الرأس المخصصة. تأكد من استيراد الملف كجسم Surface.
  9. بعد استيراد الملف ، تحقق من وجود ثقوب في السطح المشار إليها بخطوط زرقاء. إذا كانت هناك ثقوب في المنطقة العامة التي سيغطيها عمود الرأس ، فيجب إكمال إجراء ثقوب التثبيت (القسم 6) في الخطوة 4.11.
  10. تتمثل الخطوة الأولى في تصميم عمود الرأس في العثور على مستوى على السطح يحاذي المستوى المحوري بحيث عندما يتم الجمع بين أعلى وأسفل عمود الرأس ، يكون الجزء العلوي من عمود الرأس عموديا على الجمجمة (الشكل التكميلي 7B ، C). إذا تعذر العثور على مستوى يحاذي المستوى المحوري مباشرة على سطح الجمجمة ، فقم بإنشاء مستوى جديد باستخدام مستوى موجود على السطح وقم بتدويره لمحاذاته بشكل صحيح. من المفيد أن يكون لديك نموذج جمجمة 3D مادي يمكن استخدامه للمقارنة مع تمثيل الجمجمة الافتراضية.
    1. قد يلزم تعديل هذه الخطوة عدة مرات لإنشاء قمة عمود رأس عمودي مباشرة على الجمجمة. لتغيير زاوية الجزء العلوي من عمود الرأس فيما يتعلق ببصمة عمود الرأس ، قم بتعديل المستوى المستخدم في هذه الخطوة. قد يلزم اختبار مستويين لإيجاد مستوى مواز للمستوى المحوري.
  11. استخدم المستوى الذي تم العثور عليه أو إنشاؤه في الخطوة السابقة لإنشاء مستوى متوازي 3 مم فوق السطح والذي سيوفر مرجعا لاتجاه الجزء العلوي من عمود الرأس.
    1. أكمل إجراء تثبيت الثقوب الموضح في القسم 6 مع ظهور فجوات في منطقة العمود الرئيسي.
  12. إنشاء أسفل عمود الرأس (الشكل 4 ج)
    1. انقر فوق Extrude Boss / Base ، وحدد المستوى الجديد ، وقم بإنشاء رسم تخطيطي لبصمة عمود الرأس باستخدام مجموعة من الأقواس والخطوط. اجعل أرجل عمود الرأس ذات الطول المماثل والزوايا بينهما متطابقة (انظر المثال في الشكل 4 أ). استخدم الأقواس لتوصيل أرجل عمود الرأس لضمان حواف ناعمة حول البصمة وقذف الرسم إلى السطح المستورد.
      ملاحظة: يعتمد عدد أرجل عمود الرأس على المساحة المتاحة المحيطة بالغرفة. ومع ذلك ، يجب أن يكون لعمود الرأس ثلاثة أرجل على الأقل لضمان الاستقرار الميكانيكي المناسب.
      1. راجع الخطوة 6.2 للحصول على إرشادات حول كيفية السحب حول البثق الموجود من إجراء ثقب التثبيت.
    2. في هذه المرحلة ، يكون السطح السفلي لعمود الرأس متاحا للتأكد من أن السطح يتطابق مع انحناء الجمجمة. إذا كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) مطلوبة للتحقق من الملاءمة ، فأكمل الخطوات الأربع التالية.
      1. احذف جسم السطح المستورد. عكس البصمة عبر المستوى الذي تم إنشاؤه في الخطوة 4.10. في القائمة معكوسة ، تأكد من أن المربع دمج المواد الصلبة غير محدد.
      2. للتحقق من تطابق البصمة مع انحناء الجمجمة، استخدم Delete/Keep Body لحذف البصمة الأصلية، مع ترك النسخة المتطابقة فقط.
      3. اطبع 3D الكائن على أنه STL وضعه على نموذج الجمجمة ثلاثي الأبعاد لاختبار ما إذا كان يتطابق مع انحناء الجمجمة.
      4. لمتابعة تصميم عمود الرأس، استخدم سهم التراجع في أعلى شريط الأدوات للتراجع عن الخطوتين السابقتين (النسخ المتطابق والحذف). هذا يجب أن يعيد البصمة الأصلية وجسم السطح.
    3. قم بإنشاء نقطة في وسط السطح المسطح على البصمة. قم بإنشاء محور باستخدام هذه النقطة والمستوى المرجعي العلوي.
    4. انقر فوق أداة النقل / النسخ وقم بإنشاء نسخة من السطح المستورد المرفوع إلى سمك أسفل عمود الرأس (على سبيل المثال ، 1.35 مم). استخدم المحور الذي تم إنشاؤه في هذه الخطوة كمرجع ترجمي وتحقق من تحديد مربع النسخ لمنع تعديل السطح الأصلي.
    5. قم بإجراء قطع مقذوف من السطح المسطح لبصمة عمود الرأس إلى السطح المنسوخ (المرتفع). احذف السطح الأصلي ونسخته. يمكن رؤية الجزء الناتج في الشكل 4B.
      1. اتبع الخطوة 6.3 للسحب الموجود من إجراء فتحة التثبيت.
    6. قم بإنشاء مستوى جديد مواز للمستوى المرجعي ولكن ترجمته لأعلى أو لأسفل ليحوم على الأقل 1 مم فوق أسفل عمود الرأس. لتحديد طول الترجمة، استخدم أداة القياس في علامة التبويب تقييم . قم بعمل قذف دائري من المستوى الجديد إلى أسفل عمود الرأس لإنشاء منصة حيث ستجلس قاعدة عمود الرأس وتأكد من تمركز المنصة حول خط الوسط للجمجمة.
    7. استخدم أداة الفيليه في قائمة المعالم لتنعيم التقاطع بين البثق وبصمة عمود الرأس. اختبر قيم أنصاف أقطار مختلفة باستخدام المعلمة غير المتماثلة واختر أكبر قيم أنصاف أقطار ممكنة.
    8. في هذه المرحلة ، تحقق من وضع المنصة العلوية الرئيسية عن طريق طباعة 3D الإصدار الحالي واختباره مقابل نموذج الجمجمة.
    9. ضع ثقوب البراغي على طول الجزء السفلي من عمود الرأس باستخدام نفس التقنية المستخدمة في فتحات براغي الحجرة (الخطوة 3.20.7). أضف ما لا يقل عن ثلاثة ثقوب لولبية على كل ساق عمود رأس. تأكد من أن النقطة المركزية لكل ثقب لولبي لا تقل عن 5 مم من مركز الفتحة التالية ، وأن حواف كل ثقب تبعد 2.5 مم على الأقل عن حافة الساق.
      1. لتجنب الأوعية الدموية التي تجري تحت الجمجمة وبالقرب من خط الوسط ، تأكد من أن ثقوب البراغي لا تعبر خط الوسط وقم بتحريكها إذا لزم الأمر. يجب أن يبدو المنتج مشابها للتصميم في الشكل 4C.
    10. قم بعكس الجزء باستخدام أداة المرآة لتعويض الانعكاس الذي يحدث أثناء استيراد سطح الجمجمة. استخدم الجزء العلوي من القاعدة الدائرية كمستوى مرآة.
    11. احذف الجزء الأصلي باستخدام ميزة Delete/Keep Body بحيث تبقى النسخة المتطابقة فقط.
  13. الجمع بين أعلى وأسفل عمود الرأس (الشكل 4 د)
    1. قم باستيراد الجزء العلوي من عمود الرأس كجزء من القائمة إدراج . بعد تمييز الجزء في القائمة ، انقر في أي مكان على الشاشة لإضافة الجزء.
    2. باستخدام وظيفة النقل / النسخ ، قم بمحاذاة عمود الرأس لأعلى وأسفل. ابدأ بتحديد الجزء العلوي من عمود الرأس على أنه الجسم المراد تحريكه. ثم قم بعمل الزملاء الثلاثة التاليين في قائمة القيود :
      1. تأكد من تزاوج السطح العلوي لمنصة عمود الرأس الدائرية والسطح السفلي لأعلى عمود الرأس بشكل متزامن.
      2. تأكد من تزاوج الحواف المحددة للأسطح في زوج الرفيق الأخير بشكل مركز.
      3. قم بتزويج خط يسير عموديا على طول الساق الخلفية لعمود الرأس وخط يمتد أفقيا على طول الجزء الخلفي من الجزء العلوي من عمود الرأس (الجانب المسطح) بشكل عمودي. تأكد من أن الوجه المنحني للجزء العلوي متجها للأمام (الأمامي) وأن الوجه المسطح متجها بالقرب من الساق الخلفية لعمود الرأس (الخلفي).
      4. تأكد من أن كل اتصال في الاتجاه الصحيح وقم بتبديل اتجاهات التزاوج في القائمة إذا لزم الأمر (انظر الشكل التكميلي 8 للحصول على مثال على الزملاء).
        ملاحظة: يستخدم الإجراء الخاص بدمج الجزء السفلي والعلوي المخصص لعمود الرأس قمة عمود رأس عامة تم تصميمها باستخدام برنامج CAD. هنا ، تم تصميم الجزء العلوي بناء على عمود رأس Crist Instrument. إجراء التزاوج الموضح أعلاه خاص بهذه الأجزاء وقد يتعين تعديله إذا تم استخدام أجزاء تزاوج مختلفة.
    3. تأكد من أن عمود الرأس المدمج أعلى وأسفل يشبه الشكل 4D.
      1. إذا لم تتم محاذاة الجزء العلوي من عمود الرأس بشكل صحيح، فقم بتعديل المستوى المرجعي المستخدم في الخطوة 4.11.

5. تصنيع الجافية الاصطناعية 11 (الشكل 5)

  1. الحصول على قالب الجافية الاصطناعي (الشكل 5 ب).
  2. قم بإنشاء خليط السيليكون الجافية الاصطناعي عن طريق خلط السيليكون KE1300-T و CAT-1300 بنسبة 10: 1.
  3. صب 1 مل من الخليط على السطح العلوي للأسطوانة في وسط القالب.
  4. لمنع فقاعات الهواء ، ضع القالب في غرفة مفرغة لمدة 15 دقيقة تقريبا.
  5. أضف الطبقة الثانية من القالب ، باستخدام الأعمدة الموجودة على جانبي الأسطوانة لتوجيه محاذاة القطعة.
  6. صب 3-4 مل من خليط السيليكون في القالب وضع قطعة الأكريليك الشفافة على الجزء العلوي من القالب (الشكل 5 أ). استخدم مشبك C لربط القالب معا.
  7. تحقق من وجود فقاعات هواء في النافذة البصرية وقم بإزالتها بغرفة مفرغة حسب الضرورة.
  8. علاج الهيكل الناتج بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة. تتم إزالة فقاعات الهواء المتبقية من خلال الضغط الناتج عندما يتم تثبيت القالب قبل المعالجة.
  9. تفكيك بعد المعالجة عن طريق إزالة كل جزء صب وإزالة بعناية جافية السيليكون.

6. إصلاح الثقوب الإجراء

  1. قم بإجراء تثبيت الثقوب إذا تم العثور على ثقوب في تمثيل الجمجمة (يشار إليها بخطوط زرقاء في برنامج CAD). أكمل الخطوات التالية بعد إنشاء الأسطح السفلية (الأسطح التي ستنهي عمليات البثق). بالنسبة للغرفة ، هذا يتبع الخطوة 3.19. بالنسبة لعمود الرأس، ابدأ هذا الإجراء بعد اكتمال الخطوة 4.12.
    1. قم بإخفاء أي أسطح أو بثق بجانب السطح السفلي بحيث يمكن تصور السطح السفلي بشكل مستقل.
    2. استخدم Insert > Surface > Planar لإنشاء سطح مستو على كل وجه ملامس للفجوة، وكذلك فوق الفجوة إن أمكن. لتعيين سطح، حدد كل حافة ككيان محيط.
    3. اصنع أسطحا مستوية حتى يتم تطويق كل فجوة ، بما في ذلك زوايا الفجوات وحواف الخطوط.
    4. انقر فوق إدراج > Surface > Knit وحدد كل سطح مستو يحيط بالفجوة. انظر الشكل التكميلي 9 أ للحصول على صورة للأسطح المحبوكة.
    5. قم بإنشاء محور مرجعي عند كل نقطة على طول حافة السطح المحبوك باختيار النقطة والوجه / المستوى كنوع مرجعي وتحديد نقطة على حافة السطح والمستوى العلوي. كرر لكل نقطة على حافة السطح المحبوك (الشكل التكميلي 9 ب).
    6. قم بإنشاء نقطة عند تقاطع كل محور حول السطح المحبوك مع المستوى المرجعي العلوي. اختر التقاطع كنوع مرجعي وحدد محورا واحدا والمستوى العلوي. تأكد من إنشاء نقطة تتوافق مع كل محور.
    7. قم بعمل رسم يربط كل نقطة مرجعية تم إجراؤها في الخطوة السابقة. اختر Up to Surface للاتجاه وحدد السطح المحبوك كسطح للبثق إليه.
    8. كرر الخطوات 6.1.2-6.1.7 لجميع الفجوات في المنطقة التي ستغطيها الغرفة أو العمود الرئيسي (انظر الشكل التكميلي 9C للحصول على النتيجة النهائية لإجراء تثبيت الثقوب).
  2. عند إجراء البثق من المستوى المرجعي العلوي إلى السطح الأدنى (الخطوة 3.19.2 أو الخطوة 4.12.1) ، تأكد من رسم مخطط الغرفة / عمود الرأس حول البثق الموجود.
  3. وبالمثل ، عند إجراء القطع المبثوق من المستوى العلوي إلى أعلى السطحين (الخطوة 3.19.4 أو الخطوة 4.12.5) ، قم بإجراء القطع الرئيسي المبثوق بشكل منفصل عن البثق الناتج عن إجراء فتحات التثبيت (الشكل التكميلي 10A).
    1. لإجراء عمليات قطع مقذوفة من ثقوب التثبيت ، قم ببثق السطح العلوي للسحب الموجود إلى مستوى على السطح المرتفع يوفر سطحا علويا أملسا للغرفة أو عمود الرأس (الشكل التكميلي 10 ب). إذا كان القطع المبثوق يخلق سطحا صلبا ، فاستخدم طائرة مختلفة أو قم بإجراء عمليات بثق لاحقة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تم التحقق من صحة هذه المكونات مسبقا باستخدام مزيج من تصورات التصوير بالرنين المغناطيسي والنماذج التشريحية المطبوعة 3D. من خلال مقارنة تصور حج القحف الآلي بحج القحف المطبوع 3D والتصوير بالرنين المغناطيسي في موقع حج القحف ، من الواضح أن تمثيل حج القحف الافتراضي يعكس بدقة من...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

تحدد هذه الورقة طريقة مباشرة ودقيقة لتخطيط جراحة الأعصاب التي لا تفيد فقط لتطوير المكونات المستخدمة في زرع نافذة الجمجمة NHP ولكن أيضا قابلة للتحويل إلى مجالات أخرى من أبحاث علم الأعصاب NHP13،15،25. بالمقارنة مع الطرق الحالية الأخرى لتخطيط وت...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

لا شيء للكشف عنه.

Acknowledgements

نود أن نشكر توني هون وكيث فوغل وشون فيشر على مساعدتهم الفنية ودعمهم. تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة ماري جيتس بجامعة واشنطن (RI) ، والمعهد الوطني للصحة NIH 5R01NS116464 (T.B. ، A.Y.) ، NIH R01 NS119395 (D.J.G. ، A.Y) ، مركز واشنطن الوطني لأبحاث الرئيسيات (WaNPRC ، NIH P51 OD010425 ، U42 OD011123) ، مركز التكنولوجيا العصبية (EEC-1028725 ، Z.A. ، D.J.G.) و Weill Neurohub (Z. I.).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3D Printing Software (Simplify 3D) (Paid)Simplify3DVersion 4.1Used for 3D printing using MakerGear printer
C-ClampBesseyCM22Used for artificial dura fabrication, 2-1/2 Inch Capacity, 1-3/8 Inch Throat
Formlabs Form 3+ 3D PrinterFormlabsForm 3+Used for precise 3D printing
MakerGear M2 3D PrinterMakerGearM2 revGUsed for 3D printing implant prototypes
MATLAB (Paid)MathWorksR2021bUsed for brain and skull isolation, virtual craniotomy visualization and skull STL reduction
Phillips Acheiva MRI SystemPhilips4522 991 19391Used for non-human primate imaging
Photopolymer ResinFormlabsFLGPGR041L, Grey, used for precise 3D prints with Formlabs printer 
PreForm Print Preparation SoftwareFormlabsVersion 2.17.0Used for 3D printing with Formlabs printer 
Printing Filament (PLA)MatterHackers88331PLA 1.75 mm White. Used for 3D printing with MakerGear printer
Silicone CAT-1300Shin-EtsuUsed for artificial dura fabrication
Silicone KE1300-TShin-EtsuUsed for artificial dura fabrication
SolidWorks (Paid)Dassault Systems2020Used for chamber and headpost design
Syn.Flex-S MulticoilPhilips45221318123Used for non-human primate imaging

References

  1. Mitchell, A. S., et al. Continued need for nonhuman primate neuroscience research. Current Biology. 28 (20), R1186-R1187 (2018).
  2. Stanis, N., Khateeb, K., Zhou, J., Wang, R. K., Yazdan-Shahmorad, A. Protocol to study ischemic stroke by photothrombotic lesioning in the cortex of nonhuman primates. STAR Protocols. 4 (3), 102496(2023).
  3. Tremblay, S., et al. An open resource for nonhuman primate optogenetics. Neuron. 108 (6), 1075-1090 (2020).
  4. Zhou, J., et al. Neuroprotective effects of electrical stimulation following ischemic stroke in nonhuman primates. 2022 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). 2022, 3085-3088 (2022).
  5. Yao, Z., Yazdan-Shahmorad, A. A quantitative model for estimating the scale of photochemically induced ischemic stroke. 2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). 2018, 2744-2747 (2018).
  6. Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Kharazia, V., Sabes, P. N. Targeted cortical reorganization using optogenetics in nonhuman primates. eLife. 7, e31034(2018).
  7. Macknik, S. L., et al. Advanced circuit and cellular imaging methods in nonhuman primates. The Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).
  8. Griggs, D. J., Belloir, T., Yazdan-Shahmorad, A. Large-scale neural interfaces for optogenetic actuators and sensors in non-human primates. SPIE BiOS. , (2021).
  9. Yazdan-Shahmorad, A., et al. A Large-scale interface for optogenetic stimulation and recording in nonhuman primates. Neuron. 89 (5), 927-939 (2016).
  10. Ruiz, O., et al. Optogenetics through windows on the brain in the nonhuman primate. Journal of Neurophysiology. 110 (6), 1455-1467 (2013).
  11. Griggs, D. J., Khateeb, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W., Yazdan-Shahmorad, A. Optimized large-scale optogenetic interface for nonhuman primates. SPIE BiOS. , (2019).
  12. Yazdan-Shahmorad, A., Diaz-Botia, C., Hanson, T., Ledochowitsch, P., Maharabiz, M. M., Sabes, P. N. Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in non-human primates. SPIE BiOS. , (2015).
  13. Bollimunta, A., et al. Head-mounted microendoscopic calcium imaging in dorsal premotor cortex of behaving rhesus macaque. Cell Reports. 35 (11), 109239(2021).
  14. Hacking, S. A., et al. Surface roughness enhances the osseointegration of titanium headposts in nonhuman primates. Journal of Neuroscience Methods. 211 (2), 237-244 (2012).
  15. Romero, M. C., Davare, M., Armendariz, M., Janssen, P. Neural effects of transcranial magnetic stimulation at the single-cell level. Nature Communications. 10 (1), 2642(2019).
  16. Khateeb, K., et al. A versatile toolbox for studying cortical physiology in primates. Cell Reports Methods. 2 (3), 100183(2022).
  17. Griggs, D. J., Khateeb, K., Zhou, J., Liu, T., Wang, R., Yazdan-Shahmorad, A. Multi-modal artificial dura for simultaneous large-scale optical access and large-scale electrophysiology in nonhuman primate cortex. Journal of Neural Engineering. 18 (5), 055006(2021).
  18. Belloir, T., et al. Large-scale multimodal surface neural interfaces for primates. iScience. 26 (1), 105866(2023).
  19. Khateeb, K., et al. A practical method for creating targeted focal ischemic stroke in the cortex of nonhuman primates. 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 3515-3518 (2019).
  20. Griggs, D., Belloir, T., Zhou, J., Yazdan-Shahmorad, A. Convection Enhanced Delivery of Viral Vectors. Vectorology for Optogenetics and Chemogenetics. , Humana. New York, NY. (2023).
  21. Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. Convection enhanced delivery of optogenetic adeno-associated viral vector to the cortex of Rhesus Macaque under guidance of online MRI images. Journal of Visualized Experiments. (147), e59232(2019).
  22. Yazdan-Shahmorad, A., et al. Widespread optogenetic expression in macaque cortex obtained with MR-guided, convection enhanced delivery (CED) of AAV vector to the thalamus. Journal of Neuroscience Methods. 293, 347-358 (2018).
  23. Griggs, D. J., et al. Improving the efficacy and accessibility of intracranial viral vector delivery in nonhuman primates. Pharmaceutics. 14 (7), 1435(2022).
  24. Chen, L. M., Heider, B., Williams, G. V., Healy, F. L., Ramsden, B. M., Roe, A. W. A chamber and artificial dura method for long-term optical imaging in the monkey. Journal of Neuroscience Methods. 113 (1), 41-49 (2002).
  25. Adams, D. L., Economides, J. R., Jocson, C. M., Horton, J. C. A Biocompatible titanium headpost for stabilizing behaving monkeys. Journal of Neurophysiology. 98 (2), 993-1001 (2007).
  26. Bloch, J., Greaves-Tunnell, A., Shea-Brown, E., Harchaoui, Z., Shojaie, A., Yazdan-Shahmorad, A. Network structure mediates functional reorganization induced by optogenetic stimulation of nonhuman primate sensorimotor cortex. iScience. 25 (5), 104285(2022).
  27. Bloch, J. A., Khateeb, K., Silversmith, D. B., O'Doherty, J. E., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. Cortical stimulation induces network-wide coherence change in nonhuman primate somatosensory cortex. 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 6446-6449 (2019).
  28. Vnek, N., Ramsden, B. M., Hung, C. P., Goldman-Rakic, P. S., Roe, A. W. Optical imaging of functional domains in the cortex of the awake and behaving monkey. Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (7), 4057-4060 (1999).
  29. Psarou, E., et al. Modular, cement-free, customized headpost and connector-chamber implants for macaques. Journal of Neuroscience Methods. 393, 109899(2023).
  30. Chen, X., Possel, J. K., Wacongne, C., van Ham, A. F., Klink, P. C., Roelfsema, P. R. 3D printing and modelling of customized implants and surgical guides for nonhuman primates. Journal of Neuroscience Methods. 286, 38-55 (2017).
  31. Prescott, M. J., Poirier, C. The role of MRI in applying the 3Rs to nonhuman primate neuroscience. NeuroImage. 225, 117521(2021).
  32. Basso, M. A., et al. Using non-invasive neuroimaging to enhance the care, well-being and experimental outcomes of laboratory nonhuman primates (monkeys). NeuroImage. 228, 117667(2021).
  33. Ahmed, Z., Agha, N., Trunk, A., Berger, M., Gail, A. Universal guide for skull extraction and custom-fitting of implants to continuous and discontinuous skulls. eNeuro. 9 (3), (2022).
  34. Blonde, J. D., et al. Customizable cap implants for neurophysiological experimentation. Journal of Neuroscience Methods. 304, 103-117 (2018).
  35. Ojemann, W. K. S., et al. A MRI-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates. Journal of Visualized Experiments. (161), e61098(2020).
  36. Safari, A. H. Make STL of 3D array (Optimal for 3D printing). MathWorks. , Available from: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing (2018).
  37. Lohsen, G. stlwrite - Write binary or ascii STL file. , Available from: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file (2023).
  38. Michikawa, T., Suzuki, H., Moriguchi, M., Ogihara, N., Kondo, O., Kobayashi, Y. Automatic extraction of endocranial surfaces from CT images of crania. PLoS One. 12 (4), 0168516(2017).
  39. Overton, J. A., Cooke, D. F., Goldring, A. B., Lucero, S. A., Weatherford, C., Recanzone, G. H. Improved methods for acrylic-free implants in nonhuman primates for neuroscience research. Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3252-3270 (2017).
  40. Ortiz-Rios, M., et al. Improved methods for MRI-compatible implants in nonhuman primates. Journal of Neuroscience Methods. 308, 377-389 (2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 204

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved