Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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 дисфункции1,2,3,4,5,6,7,8. 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, .......

Representative Results

Эти компоненты ранее были проверены с помощью комбинации МРТ-визуализации и анатомических моделей, напечатанных на 3D-принтере. Сравнивая автоматизированную визуализацию трепанации черепа с 3D-печатной трепанацией черепа и МРТ в месте трепанации черепа, становится оч.......

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.

Acknowledgements

Мы хотели бы поблагодарить Тони Хауна, Кита Фогеля и Шона Фишера за их техническую помощь и поддержку. Эта работа была поддержана Фондом Мэри Гейтс Вашингтонского университета (R.I.), Национальным институтом здравоохранения NIH 5R01NS116464 (T.B., A.Y.), NIH R01 NS119395 (D.J.G., A.Y.), Вашингтонским национальным исследовательским центром приматов (WaNPRC, NIH P51 OD010425, U42 OD011123), Центром нейротехнологий (EEC-1028725, Z.A., D.J.G.) и Weill Neurohub (Z.I.).

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3D Printing Software (Simplify 3D) (Paid)Simplify3DVersion 4.1Used for 3D printing using MakerGear printer
C-ClampBesseyCM22Used for artificial dura fabrication, 2-1/2 Inch Capacity, 1-3/8 Inch Throat
Formlabs Form 3+ 3D PrinterFormlabsForm 3+Used for precise 3D printing
MakerGear M2 3D PrinterMakerGearM2 revGUsed for 3D printing implant prototypes
MATLAB (Paid)MathWorksR2021bUsed for brain and skull isolation, virtual craniotomy visualization and skull STL reduction
Phillips Acheiva MRI SystemPhilips4522 991 19391Used for non-human primate imaging
Photopolymer ResinFormlabsFLGPGR041L, Grey, used for precise 3D prints with Formlabs printer 
PreForm Print Preparation SoftwareFormlabsVersion 2.17.0Used for 3D printing with Formlabs printer 
Printing Filament (PLA)MatterHackers88331PLA 1.75 mm White. Used for 3D printing with MakerGear printer
Silicone CAT-1300Shin-EtsuUsed for artificial dura fabrication
Silicone KE1300-TShin-EtsuUsed for artificial dura fabrication
SolidWorks (Paid)Dassault Systems2020Used for chamber and headpost design
Syn.Flex-S MulticoilPhilips45221318123Used for non-human primate imaging

References

  1. Mitchell, A. S., et al. Continued need for nonhuman primate neuroscience research. Current Biology. 28 (20), R1186-R1187 (2018).
  2. Stanis, N., Khateeb, K., Zhou, J., Wang, R. K., Yazdan-Shahmorad, A.

Explore More Articles

JoVE204

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved