Una cassetta degli attrezzi per la progettazione di impianti neurali per primati non umani

Summary

Questo documento delinea i processi automatizzati per la pianificazione neurochirurgica dei primati non umani basata su scansioni di risonanza magnetica (MRI). Queste tecniche utilizzano passaggi procedurali nella programmazione e nelle piattaforme di progettazione per supportare la progettazione di impianti personalizzati per NHP. La validità di ogni componente può quindi essere confermata utilizzando modelli anatomici tridimensionali (3D) stampati a grandezza naturale.

Abstract

Questo documento descrive un metodo interno di modellazione 3D del cervello e del cranio dalla risonanza magnetica (MRI) su misura per la pianificazione neurochirurgica dei primati non umani (NHP). Questa tecnica automatizzata e computazionale basata su software fornisce un modo efficiente per estrarre le caratteristiche del cervello e del cranio dai file di risonanza magnetica rispetto alle tradizionali tecniche di estrazione manuale che utilizzano software di imaging. Inoltre, la procedura fornisce un metodo per visualizzare il cervello e il cranio craniotomizzato insieme per una pianificazione chirurgica intuitiva e virtuale. Questo genera una drastica riduzione di tempo e risorse rispetto a quelle richieste dal lavoro passato, che si basava sulla stampa 3D iterativa. Il processo di modellazione del cranio crea un'impronta che viene esportata nel software di modellazione per progettare camere craniche e copricapi su misura per l'impianto chirurgico. Gli impianti chirurgici su misura riducono al minimo gli spazi tra l'impianto e il cranio che potrebbero introdurre complicazioni, tra cui infezioni o diminuzione della stabilità. Implementando queste fasi pre-chirurgiche, si riducono le complicanze chirurgiche e sperimentali. Queste tecniche possono essere adattate ad altri processi chirurgici, facilitando una pianificazione sperimentale più efficiente ed efficace per i ricercatori e, potenzialmente, i neurochirurghi.

Introduction

I primati non umani (NHP) sono modelli inestimabili per la ricerca medica traslazionale perché sono evolutivamente e comportamentalmente simili agli esseri umani. Gli NHP hanno acquisito particolare importanza negli studi preclinici di ingegneria neurale perché i loro cervelli sono modelli altamente rilevanti della funzione e della disfunzione neurale^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Alcune potenti tecniche di stimolazio....

Protocol

Tutte le procedure che coinvolgono gli animali sono state approvate dall'Institute for Animal Care and Use Committee dell'Università di Washington. In questo studio sono stati utilizzati un totale di quattro macachi rhesus maschi adulti (Macaca mulatta). Al momento dell'acquisizione della risonanza magnetica, la scimmia H aveva 7 anni, la scimmia L 6 anni, la scimmia C 8,5 anni e la scimmia B 5,5 anni. Alle scimmie H e L sono state impiantate camere croniche personalizzate all'età di 9 anni.

Discussion

Questo documento delinea un metodo semplice e preciso di pianificazione neurochirurgica che non è solo utile per lo sviluppo di componenti utilizzati per l'impianto della finestra cranica NHP, ma anche trasferibile ad altre aree di ricerca neuroscientifica NHP 13,15,25. Rispetto ad altri metodi attuali di pianificazione e progettazione dell'impianto NHP 25,29,30, questa procedura ha il potenziale per ess.......

Materials

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