İnsan Olmayan Primatlar için Nöral İmplant Tasarım Araç Kutusu

Özet

Bu makale, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) taramalarına dayalı insan dışı primat nöroşirürji planlaması için otomatik süreçleri özetlemektedir. Bu teknikler, NHP'ler için özelleştirilmiş implant tasarımını desteklemek için programlama ve tasarım platformlarındaki prosedürel adımları kullanır. Her bir bileşenin geçerliliği daha sonra üç boyutlu (3D) basılmış gerçek boyutlu anatomik modeller kullanılarak doğrulanabilir.

Özet

Bu makale, insan dışı primat (NHP) beyin cerrahisi planlaması için uyarlanmış manyetik rezonans görüntülemeden (MRI) 3D beyin ve kafatası modellemesinin kurum içi bir yöntemini açıklamaktadır. Bu otomatik, hesaplamalı yazılım tabanlı teknik, görüntüleme yazılımı kullanan geleneksel manuel ekstraksiyon tekniklerinin aksine, MRI dosyalarından beyin ve kafatası özelliklerini çıkarmanın etkili bir yolunu sağlar. Ayrıca prosedür, sezgisel, sanal cerrahi planlama için beyin ve kraniyomize kafatasını birlikte görselleştirmek için bir yöntem sağlar. Bu, yinelemeli 3D baskıya dayanan geçmiş çalışmaların gerektirdiğinden zaman ve kaynaklarda ciddi bir azalma sağlar. Kafatası modelleme süreci, cerrahi implantasyon için özel olarak uyarlanmış kraniyal odalar ve başlıklar tasarlamak için modelleme yazılımına aktarılan bir ayak izi oluşturur. Kişiye özel cerrahi implantlar, implant ile kafatası arasında enfeksiyon veya stabilitenin azalması gibi komplikasyonlara neden olabilecek boşlukları en aza indirir. Bu cerrahi öncesi adımların uygulanmasıyla cerrahi ve deneysel komplikasyonlar azaltılır. Bu teknikler diğer cerrahi süreçler için uyarlanabilir, bu da araştırmacılar ve potansiyel olarak beyin cerrahları için daha verimli ve etkili deneysel planlamayı kolaylaştırır.

Giriş

İnsan olmayan primatlar (NHP'ler), translasyonel tıbbi araştırmalar için paha biçilmez modellerdir, çünkü evrimsel ve davranışsal olarak insanlara benzerler. NHP'ler, nöral mühendislik klinik öncesi çalışmalarda özel bir önem kazanmıştır, çünkü beyinleri nöral fonksiyon ve işlev bozukluğunun son derece ilgili modelleridir^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Optogenetik, kalsiyum görüntüleme ve diğerleri gibi bazı güçlü beyi....

Protokol

Hayvanları içeren tüm prosedürler, Washington Üniversitesi'ndeki Hayvan Bakımı ve Kullanımı Enstitüsü Komitesi tarafından onaylandı. Bu çalışmada toplam dört yetişkin erkek rhesus makağı (Macaca mulatta) kullanılmıştır. MRG alımı sırasında H maymunu 7 yaşında, L maymunu 6 yaşında, C maymunu 8.5 yaşında ve B maymunu 5.5 yaşındaydı. Maymunlar H ve L'ye 9 yaşında özel kronik odacıklar yerleştirildi.

1. Kafatası ve beyin izolasyonu (Şekil 1)

1. Bir 3T MRI makinesi kullanarak kafatası ve beynin T1 Hızlı Manyetizasyon Hazırlanmış Gradyan Eko (MPRAGE) dosyasını edinin. MRG çekimi

Tartışmalar

Bu makale, yalnızca NHP kraniyal pencere implantasyonu için kullanılan bileşenlerin geliştirilmesi için faydalı olmakla kalmayıp, aynı zamanda NHP sinirbilim araştırmalarının diğer alanlarına da aktarılabilen basit ve kesin bir beyin cerrahisi planlama yöntemini özetlemektedir 13,15,25. NHP implant planlama ve tasarımının^{diğer mevcut yöntemleriyle karşılaştırıldığında 25,29,30}

Malzemeler

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