Une boîte à outils de conception d’implants neuronaux pour les primates non humains

Résumé

Cet article décrit les processus automatisés de planification neurochirurgicale des primates non humains basés sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Ces techniques utilisent des étapes procédurales dans les plateformes de programmation et de conception pour soutenir la conception d’implants personnalisés pour les PSN. La validité de chaque composant peut ensuite être confirmée à l’aide de modèles anatomiques grandeur nature imprimés en trois dimensions (3D).

Résumé

Cet article décrit une méthode interne de modélisation 3D du cerveau et du crâne à partir de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) adaptée à la planification neurochirurgicale des primates non humains (PNH). Cette technique logicielle automatisée et informatique offre un moyen efficace d’extraire les caractéristiques du cerveau et du crâne à partir de fichiers IRM, par opposition aux techniques d’extraction manuelle traditionnelles utilisant un logiciel d’imagerie. De plus, la procédure fournit une méthode pour visualiser le cerveau et le crâne craniotomisé ensemble pour une planification chirurgicale intuitive et virtuelle. Cela génère une réduction drastique du temps et des ressources par rapport à ceux requis par les travaux précédents, qui reposaient sur l’impression 3D itérative. Le processus de modélisation du crâne crée une empreinte qui est exportée dans un logiciel de modélisation pour concevoir des chambres crâniennes et des tenons de tête sur mesure pour l’implantation chirurgicale. Les implants chirurgicaux sur mesure minimisent les espaces entre l’implant et le crâne qui pourraient introduire des complications, notamment une infection ou une diminution de la stabilité. La mise en œuvre de ces étapes préopératoires permet de réduire les complications chirurgicales et expérimentales. Ces techniques peuvent être adaptées à d’autres processus chirurgicaux, ce qui facilite une planification expérimentale plus efficace pour les chercheurs et, éventuellement, les neurochirurgiens.

Introduction

Les primates non humains (PNH) sont des modèles inestimables pour la recherche médicale translationnelle car ils sont similaires aux humains sur le plan de l’évolution et du comportement. Les PSN ont acquis une importance particulière dans les études précliniques d’ingénierie neuronale car leur cerveau est un modèle très pertinent de la fonction et du dysfonctionnement neuronaux^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Certaines....

Protocole

Toutes les procédures impliquant des animaux ont été approuvées par le comité de l’Institute for Animal Care and Use de l’Université de Washington. Au total, quatre macaques rhésus mâles adultes (Macaca mulatta) ont été utilisés dans cette étude. Au moment de l’acquisition de l’IRM, le singe H avait 7 ans, le singe L 6 ans, le singe C 8,5 ans et le singe B 5,5 ans. Les singes H et L ont été implantés avec des chambres chroniques personnalisées à l’âge de 9 ans.

1. Isolement du crâne et du cerveau (Figure 1)

1. Acquérir un fichier d’écho de gradient préparé par magnétisation rapi....

Discussion

Cet article décrit une méthode simple et précise de planification neurochirurgicale qui est non seulement bénéfique pour le développement de composants utilisés pour l’implantation de fenêtres crâniennes de PSN, mais également transférable à d’autres domaines de la recherche en neurosciences des PSN 13,15,25. Par rapport à d’autres méthodes actuelles de planification et de conception d’implants de PSN 25,29.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Printing Software (Simplify 3D) (Paid)	Simplify3D	Version 4.1	Used for 3D printing using MakerGear printer
C-Clamp	Bessey	CM22	Used for artificial dura fabrication, 2-1/2 Inch Capacity, 1-3/8 Inch Throat
Formlabs Form 3+ 3D Printer	Formlabs	Form 3+	Used for precise 3D printing
MakerGear M2 3D Printer	MakerGear	M2 revG	Used for 3D printing implant prototypes
MATLAB (Paid)	MathWorks	R2021b	Used for brain and skull isolation, virtual craniotomy visualization and skull STL reduction
Phillips Acheiva MRI System	Philips	4522 991 19391	Used for non-human primate imaging
Photopolymer Resin	Formlabs	FLGPGR04	1L, Grey, used for precise 3D prints with Formlabs printer
PreForm Print Preparation Software	Formlabs	Version 2.17.0	Used for 3D printing with Formlabs printer
Printing Filament (PLA)	MatterHackers	88331	PLA 1.75 mm White. Used for 3D printing with MakerGear printer
Silicone CAT-1300	Shin-Etsu		Used for artificial dura fabrication
Silicone KE1300-T	Shin-Etsu		Used for artificial dura fabrication
SolidWorks (Paid)	Dassault Systems	2020	Used for chamber and headpost design
Syn.Flex-S Multicoil	Philips	45221318123	Used for non-human primate imaging