Uma caixa de ferramentas de design de implante neural para primatas não humanos

Summary

Este artigo descreve processos automatizados para planejamento neurocirúrgico de primatas não humanos com base em exames de ressonância magnética (RM). Essas técnicas usam etapas processuais em plataformas de programação e projeto para apoiar o projeto de implantes personalizados para NHPs. A validade de cada componente pode então ser confirmada usando modelos anatômicos tridimensionais (3D) impressos em tamanho real.

Abstract

Este artigo descreve um método interno de modelagem 3D do cérebro e crânio a partir de imagens de ressonância magnética (RM) adaptado para o planejamento neurocirúrgico de primatas não humanos (NHP). Esta técnica automatizada baseada em software computacional fornece uma maneira eficiente de extrair características do cérebro e do crânio de arquivos de ressonância magnética, em oposição às técnicas tradicionais de extração manual usando software de imagem. Além disso, o procedimento fornece um método para visualizar o cérebro e o crânio craniotomizado juntos para um planejamento cirúrgico virtual intuitivo. Isso gera uma redução drástica de tempo e recursos em relação aos exigidos por trabalhos anteriores, que dependiam da impressão 3D iterativa. O processo de modelagem do crânio cria uma pegada que é exportada para um software de modelagem para projetar câmaras cranianas e cabeçotes personalizados para implantação cirúrgica. Os implantes cirúrgicos personalizados minimizam as lacunas entre o implante e o crânio que podem apresentar complicações, incluindo infecção ou diminuição da estabilidade. Com a implementação dessas etapas pré-cirúrgicas, as complicações cirúrgicas e experimentais são reduzidas. Essas técnicas podem ser adaptadas para outros processos cirúrgicos, facilitando um planejamento experimental mais eficiente e eficaz para pesquisadores e, potencialmente, neurocirurgiões.

Introduction

Primatas não humanos (NHPs) são modelos inestimáveis para a pesquisa médica translacional porque são evolutiva e comportamentalmente semelhantes aos humanos. Os NHPs ganharam particular importância em estudos pré-clínicos de engenharia neural porque seus cérebros são modelos altamente relevantes de função neural e disfunção^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Algumas poderosas técnicas de estimulação e gravação cerebral, co....

Protocol

Todos os procedimentos envolvendo animais foram aprovados pelo Comitê do Institute for Animal Care and Use da Universidade de Washington. Foram utilizados quatro macacos rhesus (Macaca mulatta) machos adultos. No momento da aquisição da ressonância magnética, o macaco H tinha 7 anos, o macaco L 6 anos, o macaco C 8,5 anos e o macaco B 5,5 anos. Os macacos H e L foram implantados com câmaras crônicas personalizadas aos 9 anos de idade.

1. Isolamento craniano e cerebral (

Discussion

Este artigo descreve um método simples e preciso de planejamento neurocirúrgico que não só é benéfico para o desenvolvimento de componentes usados para o implante de janela craniana do NHP, mas também transferível para outras áreas de pesquisa em neurociência do NHP 13,15,25. Em comparação com outros métodos atuais de planejamento e desenho de implantes de PNH 25,29,30, esse procedimento tem potencial para ser adota.......

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