Este protocolo é significativo para o campo da engenharia neural porque oferece um procedimento conciso e unimodal projetado para aumentar a precisão e a segurança da neurocirurgia em primatas não humanos. Esta técnica oferece aos pesquisadores a capacidade única de visualizar cada aspecto de seu procedimento de implantação ou injeção, e garante que eles possam entrar em uma sala de cirurgia o mais preparado possível. A demonstração visual desse método é fundamental porque destaca o impacto e a clareza que os modelos físicos em tamanho real podem ter no planejamento cirúrgico.
Para extrair o cérebro no software de ressonância magnética, abra o menu suspenso dos plugins e selecione o cérebro extrato. Coloque o limiar de intensidade de extração em 2,5, 2,7 e o valor do gradiente limiar seja zero. Depois de criar um bitmap da imagem cerebral, selecione construir superfície sob o menu de imagem e insira o limiar usado para criar o bitmap contendo a região de interesse.
Em seguida, clique bem para criar a superfície. E salvar a região de interesse do cérebro extraído como um NII ou NII. Arquivo GZ.
Para gerar um modelo cerebral, abra o arquivo cerebral extraído no software de processamento de imagem médica apropriado. E no menu do módulo do editor, selecione o efeito limiar, ajuste os controles deslizantes de alcance de limiar para que a parte do bitmap contendo o cérebro seja destacada em todas as três fatias. Abra o módulo do fabricante de modelos e no menu suspenso de volumes de entrada, selecione o arquivo bitmap.
Em modelos, selecione criar nova hierarquia de modelos e clique em aplicar para criar o volume. Quando a superfície cerebral de malha importada tiver sido importada, selecione um gráfico. E suprimir quaisquer características gráficas desnecessárias até que apenas as características que contêm o cérebro permaneçam no arquivo.
Em seguida, salve os arquivos no formato PRT para mais manipulação e como um STL para impressão 3D. Para a moldagem cerebral, carregue o modelo cerebral extraído em um programa de software de design computadorizado apropriado. Sob a seção de características do menu de inserção selecione converter em corpo de malha e no corpo gráfico do cérebro para convertê-lo, e abra esta guia de esboço e clique em esboço para selecionar o plano superior como o plano de esboço.
Desenhe um retângulo em todo o hemisfério de interesse, e selecione o recurso de base do chefe extrude para extrusir um retângulo cúbico contendo a parte superior do cérebro. Na seção características do menu de inserção, selecione converter para corpo de malha e selecione o cubo extrudado na pasta de corpos sólidos para convertê-lo. Para criar o espaço negativo, use o recurso de combinação e selecione a opção subtraída para subtrair o modelo do cérebro do cubo recém-extrudado.
Para modelagem do crânio, importe a ressonância magnética rápida de MPRAGE em um programa de software de manipulação de matriz apropriado como um arquivo DICOM. E use os comandos para combinar todos os quadros em uma única matriz 3D, conforme necessário. Certifique-se de que cada quadro 2D da matriz exibe uma fatia coronal e use uma fatia coronal maior que a do operador para valores individuais de pixels para limiar da matriz 3D para criar uma máscara binária.
Em seguida, ajuste o limiar de modo que a anatomia do crânio é capturada pela máscara. Para remover a camada de musculatura, pegue iterativamente uma fatia 2D da máscara para processar cada quadro da máscara 3D separadamente, e use o operador de tilde para inverter os valores da máscara. Os valores do crânio serão os dos dois.
O exterior e o cérebro terão valores de zero. Adicione voxels vazios adicionais à máscara 3D até que a dimensão de resolução mais baixa da máscara seja maior por um fator definido pelo fator de escala. E interpolar linearmente valores na máscara até que a máscara preencha o novo espaço.
Em seguida, exporte o crânio como um arquivo STL ou um tipo de arquivo semelhante para impressão 3D. Para criar uma craniotomia no modelo de crânio 3D, abra o arquivo de ressonância magnética e digitalize manualmente através da matriz 3D para identificar a localização aproximada da craniotomia usando marcos anatômicos encontrados no atlas cerebral de macaque. Para criar um molde de agarose, despeje a solução agarose em um molde cerebral de hemisfério completo ou meio e permita que a solução se solidifique dentro do molde por cerca de duas horas.
Quando a agarose tiver definido, use uma espátula para remover suavemente o modelo de gel do molde, tomando cuidado, para não danificar a superfície do molde. Para uma infusão simulada do modelo de gel agarose, monte uma bomba de seringa em um braço estereotaxic em um quadro estereotaxico e encha uma seringa de 250 microliter com a água ionizada. Coloque a seringa na bomba de seringa e encha completamente a cânula de injeção com a água.
Use o driver da bomba para carregar o volume alvo da coloração dos alimentos na seringa para injeção. E ejete a coloração dos alimentos até que uma pequena pérola se forme na ponta da cânula. Seque a conta da ponta da cânula e posicione o modelo de gel sob a cânula.
Abaixe a cânula até que a ponta toque a superfície do modelo de gel, e observe as medidas no braço estereotaxic. Em seguida, abaixe suavemente e rapidamente a cânula no modelo de gel para a profundidade de injeção do alvo. Certificando-se de que a superfície do gel selou ao redor da cânula e executa a bomba enquanto observa a propagação do dado até que o volume alvo tenha sido entregue.
Usando este protocolo, um modelo físico anatomicamente preciso do cérebro primata não humano pode ser criado. Da mesma forma, um modelo físico anatomicamente preciso do crânio primata extraído de imagens de ressonância magnética também pode ser gerado. Os modelos físicos do crânio e do cérebro podem ser combinados com um ajuste de interferência apertado, validando a precisão dos dois modelos em relação um ao outro e legitimando os dados extrapolados de análise de ressonância magnética.
A inserção de uma craniotomia no crânio antes da impressão, permite a combinação de todas as partes da interface amostral para avaliação da geometria de vários componentes em relação ao crânio e cérebro. Por exemplo, neste experimento, os pés do poste da cabeça foram manipulados e instalados na curvatura do crânio no local da implantação antes do procedimento. Resultando em um tempo cirúrgico reduzido de aproximadamente 2,5 horas para uma hora da abertura à implantação, reduzindo consideravelmente o risco de complicações operatórias.
Modelos cerebrais da mistura de agarose podem ser injetados com corante amarelo em uma área de interesse para estimar o volume da infusão proposta e combinar o modelo de agarose com um crânio impresso em 3D pode ser usado para modelar cirurgia de injeção de vetor viral. Levando em conta as variações da anatomia do crânio e do cérebro em diferentes animais, o sucesso no processo de extração exigirá ajustes nas etapas iterativas. Assim, esta caixa de ferramentas pode ser usada para reduzir o risco em neurocirurgia de primatas não humanos e as técnicas de fabricação podem melhorar o processo experimental na vanguarda da neurociência.
