Набор инструментов для проектирования нейронных имплантатов для нечеловекообразных приматов

Summary

В данной статье описываются автоматизированные процессы нейрохирургического планирования нечеловеческих приматов на основе магнитно-резонансной томографии (МРТ). Эти методы используют процедурные этапы в программировании и разработке платформ для поддержки индивидуального дизайна имплантатов для NHP. Валидность каждого компонента может быть подтверждена с помощью трехмерных (3D) напечатанных анатомических моделей в натуральную величину.

Abstract

В данной статье описывается собственный метод 3D-моделирования мозга и черепа с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), адаптированный для нейрохирургического планирования у нечеловекообразных приматов (NHP). Этот автоматизированный метод, основанный на вычислительном программном обеспечении, обеспечивает эффективный способ извлечения признаков мозга и черепа из файлов МРТ, в отличие от традиционных методов ручного извлечения с использованием программного обеспечения для визуализации. Кроме того, процедура обеспечивает метод визуализации головного мозга и черепа вместе для интуитивно понятного, виртуального хирургического планирования. Это приводит к резкому сокращению времени и ресурсов по сравнению с предыдущими работами, которые полагались на итеративную 3D-печать. В процессе моделирования черепа создается след, который экспортируется в программное обеспечение для моделирования для проектирования индивидуальных камер черепа и оголовков для хирургической имплантации. Хирургические имплантаты, подобранные по индивидуальному заказу, сводят к минимуму зазоры между имплантатом и черепом, которые могут привести к осложнениям, включая инфекцию или снижение стабильности. Выполняя эти предоперационные этапы, уменьшаются хирургические и экспериментальные осложнения. Эти методы могут быть адаптированы для других хирургических процессов, что способствует более эффективному и действенному планированию экспериментов для исследователей и, возможно, нейрохирургов.

Introduction

Нечеловекообразные приматы являются бесценными моделями для трансляционных медицинских исследований, потому что они эволюционно и поведенчески похожи на людей. NHP приобрели особое значение в доклинических исследованиях нейроинженерии, потому что их мозг является очень релевантной моделью нейронной функции и дисфункции^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Некоторые мощные методы стимуляции и регистрации мозга, такие как опто....

Protocol

Все процедуры, связанные с животными, были одобрены Комитетом Института по уходу за животными и их использованию при Вашингтонском университете. Всего в этом исследовании были использованы четыре взрослых самца макак-резусов (Macaca mulatta). На момент получения МРТ обезьяне H было 7 лет, .......

Discussion

В этой статье описывается простой и точный метод нейрохирургического планирования, который не только полезен для разработки компонентов, используемых для имплантации краниального окна NHP, но и может быть перенесен в другие области исследований в области нейробиологии NHP 13,15,25.

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