Name: a mri-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates at JoVE.com

이 프로젝트는 유니스 케네디 시버 국립 아동 건강 및 인간 개발 연구소가 수상 번호 K12HD073945, 워싱턴 국립 영장류 연구 센터 (WaNPCR, P51 OD010425), 신경 공학 센터 (CNT, 그랜트 EEC-1027) 아래 국립 과학 재단 엔지니어링 연구 센터 .. 이 프로젝트에 대한 맥크니크와 마르티네즈 콘데 연구소에 대한 자금은 뇌 이니셔티브 NSF-NCS 상 1734887뿐만 아니라 NSF 어워드 1523614 및 1829474, 그리고 SUNY 제국 혁신장학금에서 각 교수에게 제공되었습니다. 우리는 아가로즈 준비에 대한 그의 도움에 대한 Karam Khateeb감사, 기술 적 도움을 토니 J Huan.

모든 동물 절차는 워싱턴 동물 관리 및 사용 위원회에 대한 워싱턴 대학의 승인되었다. 2마리의 수컷 루서스 원숭이(원숭이 H: 14.9kg, 7세, 원숭이 L: 14.8kg 및 6세)가 사용되었습니다.
1. 이미지 수집
<ol><li>원숭이를 3T MRI 스캐너로 운반하고 동물을 MR 호환 스테레오테틱프레임(재료 표)에놓습니다.</li>
	<li>표준 T1(플립 앵글 = 8°, 반복 시간/에코 시간 = 7.5/3.69s, 매트릭?...

<ol>
	<li>Phillips, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Why+primate+models+matter.">Why primate models matter.</a> American Journal of Primatology. 76 (9), 801-827 (2014).</li><li>Macknik, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+Circuit+and+Cellular+Imaging+Methods+in+Nonhuman+Primates.">Advanced Circuit and Cellular Imaging Methods in Nonhuman Primates.</a> Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).</li><li>Seok, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genomic+responses+in+mouse+models+poorly+mimic+human+inflammatory+diseases.">Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3507-3512 (2013).</li><li>Ju, N., Jiang, R., Macknik, S. L., Martinez-Conde, S., Tang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+all-optical+interrogation+of+cortical+neurons+in+awake-behaving+nonhuman+primates.">Long-term all-optical interrogation of cortical neurons in awake-behaving nonhuman primates.</a> PLoS Biol. 16 (8), 2005839 (2018).</li><li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Widespread+optogenetic+expression+in+macaque+cortex+obtained+with+MR-guided,+convection+enhanced+delivery+(CED)+of+AAV+vector+to+the+thalamus.">Widespread optogenetic expression in macaque cortex obtained with MR-guided, convection enhanced delivery (CED) of AAV vector to the thalamus.</a> Journal of Neuroscience Methods. 293, 347-358 (2018).</li><li>Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Kharazia, V., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+cortical+reorganization+using+optogenetics+in+nonhuman+primates.">Targeted cortical reorganization using optogenetics in nonhuman primates.</a> Elife. 7, (2018).</li><li>Ledochowitsch, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+for+optical+control+and+simultaneous+electrical+readout+of+extended+cortical+circuits.">Strategies for optical control and simultaneous electrical readout of extended cortical circuits.</a> Journal of Neuroscience Methods. 256, 220-231 (2015).</li><li>Yao, Z., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Quantitative+Model+for+Estimating+the+Scale+of+Photochemically+Induced+Ischemic+Stroke.">A Quantitative Model for Estimating the Scale of Photochemically Induced Ischemic Stroke.</a> Conference proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 2744-2747 (2018).</li><li>Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+techniques+for+large-scale+manipulations+of+cortical+networks+in+nonhuman+primates.">Novel techniques for large-scale manipulations of cortical networks in nonhuman primates.</a> Conference proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 5479-5482 (2018).</li><li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Large-Scale+Interface+for+Optogenetic+Stimulation+and+Recording+in+Nonhuman+Primates.">A Large-Scale Interface for Optogenetic Stimulation and Recording in Nonhuman Primates.</a> Neuron. 89 (5), 927-939 (2016).</li><li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+a+setup+for+chronic+optogenetic+stimulation+and+recording+across+cortical+areas+in+nonhuman+primates.">Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in nonhuman primates.</a> SPIE BiOS. , (2015).</li><li>Han, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetics+in+the+nonhuman+primate.">Optogenetics in the nonhuman primate.</a> Progress in Brain Research. 196, 215-233 (2012).</li><li>Acker, L., Pino, E. N., Boyden, E. S., Desimone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FEF+inactivation+with+improved+optogenetic+methods.">FEF inactivation with improved optogenetic methods.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (46), 7297-7306 (2016).</li><li>May, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+optogenetic+stimulation+in+somatosensory+cortex+by+nonhuman+primates--towards+artificial+tactile+sensation.">Detection of optogenetic stimulation in somatosensory cortex by nonhuman primates--towards artificial tactile sensation.</a> PLoS One. 9 (12), 114529 (2014).</li><li>Griggs, D. J., K, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W. K. S., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+large-scale+optogenetic+interface+for+nonhuman+primates.">Optimized large-scale optogenetic interface for nonhuman primates.</a> SPIE BiOS. , (2019).</li><li>Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Convection+Enhanced+Delivery+of+Optogenetic+Adeno-associated+Viral+Vector+to+the+Cortex+of+Rhesus+Macaque+Under+Guidance+of+Online+MRI+Images.">Convection Enhanced Delivery of Optogenetic Adeno-associated Viral Vector to the Cortex of Rhesus Macaque Under Guidance of Online MRI Images.</a> Journal of Visualized Experiments. (147), (2019).</li><li>Lucas, T. H., Fetz, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myo-cortical+crossed+feedback+reorganizes+primate+motor+cortex+output.">Myo-cortical crossed feedback reorganizes primate motor cortex output.</a> Journal of Neuroscience. 33 (12), 5261-5274 (2013).</li><li>Jackson, A., Mavoori, J., Fetz, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+motor+cortex+plasticity+induced+by+an+electronic+neural+implant.">Long-term motor cortex plasticity induced by an electronic neural implant.</a> Nature. 444 (7115), 56-60 (2006).</li><li>Paxinos, G., Huang, X. F., Petrides, M., Toga, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rhesus Monkey Brain in Stereotaxic Coordinates. 2nd Edition. , (2008).</li><li>Krauze, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reflux-free+cannula+for+convection-enhanced+high-speed+delivery+of+therapeutic+agents.">Reflux-free cannula for convection-enhanced high-speed delivery of therapeutic agents.</a> Journal of Neurosurgery. 103 (5), 923-929 (2005).</li><li>Chen, Z. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+realistic+brain+tissue+phantom+for+intraparenchymal+infusion+studies.">A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies.</a> Journal of Neurosurgery. 101 (2), 314-322 (2004).</li><li>Cheng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prolonged+operative+duration+is+associated+with+complications:+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Prolonged operative duration is associated with complications: a systematic review and meta-analysis.</a> Journal of Surgical Research. 229, 134-144 (2018).</li><li>Michikawa, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+extraction+of+endocranial+surfaces+from+CT+images+of+crania.">Automatic extraction of endocranial surfaces from CT images of crania.</a> PLoS One. 12 (4), 0168516 (2017).</li><li>Soliman, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+realistic+phantom+for+validating+MRI-based+synthetic+CT+images+of+the+human+skull.">A realistic phantom for validating MRI-based synthetic CT images of the human skull.</a> Medical Physics. 44 (9), 4687-4694 (2017).</li><li>Blonde, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Customizable+cap+implants+for+neurophysiological+experimentation.">Customizable cap implants for neurophysiological experimentation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 304, 103-117 (2018).</li><li>Overton, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+methods+for+acrylic-free+implants+in+nonhuman+primates+for+neuroscience+research.">Improved methods for acrylic-free implants in nonhuman primates for neuroscience research.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3252-3270 (2017).</li><li>Lohmeier, J., Kaneko, T., Hamm, B., Makowski, M. R., Okano, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=atlasBREX:+Automated+template-derived+brain+extraction+in+animal+MRI.">atlasBREX: Automated template-derived brain extraction in animal MRI.</a> Scientific Reports. 9 (1), 12219 (2019).</li><li>Ortiz-Rios, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+methods+for+MRI-compatible+implants+in+nonhuman+primates.">Improved methods for MRI-compatible implants in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 308, 377-389 (2018).</li><li>Nishimura, Y., Perlmutter, S. I., Eaton, R. W., Fetz, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spike-timing-dependent+plasticity+in+primate+corticospinal+connections+induced+during+free+behavior.">Spike-timing-dependent plasticity in primate corticospinal connections induced during free behavior.</a> Neuron. 80 (5), 1301-1309 (2013).</li><li>Seeman, S. C., Mogen, B. J., Fetz, E. E., Perlmutter, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paired+Stimulation+for+Spike-Timing-Dependent+Plasticity+in+Primate+Sensorimotor+Cortex.">Paired Stimulation for Spike-Timing-Dependent Plasticity in Primate Sensorimotor Cortex.</a> Journal of Neuroscience. 37 (7), 1935-1949 (2017).</li><li>Sedaghat-Nejad, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+training+of+marmosets+and+electrophysiological+recording+from+the+cerebellum.">Behavioral training of marmosets and electrophysiological recording from the cerebellum.</a> Journal of Neurophysiology. 122 (4), 1502-1517 (2019).</li><li>Schweizer-Gorgas, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+features+of+canine+gliomatosis+cerebri.">Magnetic resonance imaging features of canine gliomatosis cerebri.</a> Veterinary Radiology &amp; Ultrasound. 59 (2), 180-187 (2018).</li><li>Galvan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonhuman+Primate+Optogenetics:+Recent+Advances+and+Future+Directions.">Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions.</a> Journal of Neuroscience. 37 (45), 10894-10903 (2017).</li><li>Galvan, A., Caiola, M. J., Albaugh, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+optogenetic+and+chemogenetic+methods+to+study+brain+circuits+in+nonhuman+primates.">Advances in optogenetic and chemogenetic methods to study brain circuits in nonhuman primates.</a> Journal of Neural Transmission. 125 (3), 547-563 (2018).</li></ol>

이 문서에서는 MR 스캔에서 추출한 두개골 및 뇌 해부학의 물리적 및 CAD 모델을 사용하여 NHP에서 신경 수술을 준비하기위한 도구 상자에 대해 설명합니다.
추출 및 3D 인쇄 된 두개골및 뇌 모델은 두개골 수술 및 머리 포스트 이식의 준비를 위해 특별히 설계되었지만 방법론은 여러 가지 다른 응용 프로그램에 빌려준다. 앞에서 설명한 바와 같이, 두개골의 물리적 모델은 수술 ?...

영장류 연구는 동물 모델에서 인체 실험1,2에의학 연구의 진행에 중추적 인 단계되었습니다. 이것은 설치류 두뇌와 비인간 영장류 (NHP)1,2,3의그 사이 큰 생리적 및 해부학적 불일치가 있기 때문에 신경 과학 및 신경 공학의 연구 결과에서 특히 그렇다. 신경의 유전자 변형이 필요한 화학유전학, 광유전학, 칼슘 이미징 과 같은 새로운 유전 기술로 NHP의 신경 기능을 연구하는 신경 공학 연구는 뇌 기능2,4,5,6,7,9,10,11,12,13,14,15, 16을이해하는 전임상 모델로 특별한 관심을 얻고 있다. 대부분의 NHP 신경과학 실험에서, 신경외과적 대책은 헤드포스트, 자극 및 기록실, 전극 어레이 및 광학윈도우4,5,6,7,7,10,11,13,14, 15,17,18과같은 다양한 장치의 이식에 필요하다.
현재 NHP 실험실은 종종 머리 기둥의 다리에 맞게 동물을 진정하고 두개골 부위 주변의 두개골곡률을 근사화하는 등 비효율적인 관행을 포함하는 다양한 방법을 사용합니다. 다른 실험실은 수술에서 두개골에 헤드 포스트에 적합하거나 두개골 곡률2,10,11,16을추정하기 위해 NHP 뇌 아틀라스 및 자기 공명 (MR) 스캔을 분석하는 것과 같은 이식에 필요한 측정을 얻는 보다 진보 된 방법을 사용합니다. NHP의 신경 수술은 또한 액체 주사를 포함하고, 실험실은 수시로 두뇌2,4,5,13,14 의 앞에 투영된 주입 위치를 시각화할 방법이 없습니다 전적으로 스테레오탁스 측정및 MR 검사에 비교합니다. 이러한 방법은 임플란트의 모든 복잡한 구성 요소의 물리적 호환성을 테스트 할 수없는 피할 수없는 불확실성의 정도를 가지고있다.
따라서 NHP에서 신경 외과 계획에 대한 정확한 비침습적 방법이 필요합니다. 여기서는 이러한 동물에 이식 및 주사 수술 준비를 위한 프로토콜과 방법론을 제시합니다. 전체 과정은 MRI 스캔에서 비롯되며, 여기서 뇌와 두개골은 데이터에서 추출되어 3D 인쇄될 수 있는 3차원(3D) 모델을 생성합니다. 두개골과 뇌 모델은 두개 통 수술뿐만 아니라 정확도의 증가 수준을 가진 머리 기둥에 대한 준비를 결합 할 수 있습니다. 뇌 모델은 또한 뇌의 해부학적으로 정확한 젤 모델의 주조를위한 금형을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 젤 뇌는 단독으로 추출 된 두개골과 함께 다양한 주사 수술을 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 아래에서 우리는 신경 외과 준비를위한 MRI 기반 도구 상자에 필요한 각 단계를 설명합니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printing Software (GrabCAD Print)</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>Version 1.36</td>
			<td>Used for High quality 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printing Software (Simplify 3D)</td>
			<td>Simplify3D</td>
			<td>Version 4.1</td>
			<td>Used for PLA 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Benchmark Scientific</td>
			<td>A1700</td>
			<td>Used for making gel brains</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black Nail Polish</td>
			<td>L.A. Colors</td>
			<td>CNP637</td>
			<td>Used for gel molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannula (ID 320 um, OD 432 um)</td>
			<td>Polymicro Technologies</td>
			<td>1068150627</td>
			<td>Used to inject dye into gel brain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannula (ID 450 um, OD 666 um)</td>
			<td>Polymicro Technologies</td>
			<td>1068150625</td>
			<td>Used to inject dye into gel brain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catheter Connector</td>
			<td>B Braun</td>
			<td>PCC2000</td>
			<td>Perifix for 20-24 Gage epidural catheters; Units per Cs 50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dremel 3D Digilab 3D45 printer</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>F0133D45AA</td>
			<td>Used for prototyping in PLA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECOWORKS</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>300-00104</td>
			<td>Used to dissolve QSR support structures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlymeyer flask</td>
			<td>Pyrex</td>
			<td>4980</td>
			<td>Used for gel molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl cyanoacrylate</td>
			<td>The Original Super Glue Corp.</td>
			<td>15187</td>
			<td>Used to make combined cannula</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graduated cylinder</td>
			<td></td>
			<td>3023</td>
			<td>Used for gel molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HATCHBOX PLA 3D Printer Filament</td>
			<td>HATCHBOX</td>
			<td>3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK</td>
			<td>1kg Spool, 1.75mm, Red/Black</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Locust Bean Gum</td>
			<td>Modernist Pantry</td>
			<td>1018</td>
			<td>Gumming agent for gel brain mixtures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2019b</td>
			<td>Used for skull extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>McCormick Yellow Food Color</td>
			<td>McCormick</td>
			<td></td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>NN-SD975S</td>
			<td>Used for agarose curing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Imaging Software (3D Slicer)</td>
			<td>3D Slicer</td>
			<td>Version 4.10.2</td>
			<td>Used for 3D model generation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Imaging Software (Mango with BET plugin)</td>
			<td>Reasearch Imaging Institute</td>
			<td>Version 4.1</td>
			<td>Used for brain extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Philips Acheiva MRI System</td>
			<td>Philips</td>
			<td>4522 991 19391</td>
			<td>Used to image non-human primates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Solution</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>70011-044</td>
			<td>10X diluted with DI water to 1X</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump</td>
			<td>WPI</td>
			<td>UMP3T-1</td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump driver</td>
			<td>WPI</td>
			<td>UMP3T-1</td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerator</td>
			<td>General Electric</td>
			<td></td>
			<td>Used to preserve agarose gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scientific Spatula</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82027-494</td>
			<td>Used to extract gel molds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SolidWorks</td>
			<td>Dassault Systemes</td>
			<td>2019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys ABS-M30 filament</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>333-60304</td>
			<td>Used for high quality 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys F170 3D printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>123-10000</td>
			<td>Used for high quality 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys QSR support</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>333-63500</td>
			<td>Used to create supports with ABS model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>SGE</td>
			<td>SGE250TLL</td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a mri-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates

이 논문에서는 자기 공명 영상(MRI)에서 추출한 데이터만으로 NHP에서 다양한 신경 외과 수술을 실질적으로 계획할 수 있는 수술 준비를 위한 방법을 간략하게 설명합니다. 이 프로토콜은 뇌와 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델뿐만 아니라 뇌의 기계적 특성 중 일부를 모델링하는 뇌의 아가로즈 젤 모델을 3D 인쇄 생성할 수 있게 합니다. 이러한 모델은 뇌 모델에 대한 뇌 추출 소프트웨어와 두개골 모델에 대한 사용자 지정 코드를 사용하여 MRI에서 추출할 수 있습니다. 준비 프로토콜은 최첨단 3D 프린팅 기술을 활용하여 젤 브레인 모델을 위한 뇌, 두개골 및 금형을 상호 향하게 합니다. 두개골과 뇌 모델은 사용자 정의 코드에 두개골 절제술을 추가하여 두개골 내부의 뇌 조직을 시각화하는 데 사용할 수 있으므로 뇌와 직접 관련된 수술에 대한 더 나은 준비를 할 수 있습니다. 이러한 방법의 응용 프로그램은 신경 자극 및 기록뿐만 아니라 주사에 관련된 수술을 위해 설계되었지만 시스템의 다재 다능성은 프로토콜, 추출 기술 및 모델의 향후 확장을 수술의 넓은 범위로 확장 할 수 있습니다.

수술 전 두개통 계획 측정으로 MRI의 조작 및 분석은 지난2,5,10,16에서성공적으로 사용되었습니다. 그러나 이 과정은 뇌, 두개골 및 두개골 절제술의 3D 모델링을 추가하여 크게 향상되었습니다. 우리는 성공적으로 우리의 연구에 대한 관심영역을 반영 뇌의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 ...

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A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

아래에 설명된 방법은 3차원(3D) 프린팅 방법과 MRI 데이터 추출의 새로운 조합을 사용하여 비인간 영장류(NHP) 신경외과의 제조를 위한 포괄적인 프로토콜을 제공하는 것을 목표로 합니다.

비인간 영장류의 신경 외과 계획을위한 MRI 기반 도구 상자

In this paper, we outline a method for surgical preparation that allows for the practical planning of a variety of neurosurgeries in NHPs solely using ...

이 프로토콜은 비인간 영장류에서 신경 수술의 정밀도와 안전을 향상시키기 위해 설계된 간결하고 단조적인 절차를 제공하기 때문에 신경 공학 분야에 중요합니다. 이 기술은 연구원에게 이식 또는 주입 절차의 모든 측면을 시각화하는 독특한 기능을 제공하고 가능한 한 준비된 수술실에 들어갈 수 있도록 합니다. 실물 크기의 물리적 모델이 수술 계획에 미칠 수 있는 영향과 명확성을 강조하기 때문에 이 방법의 시각적 데모는 매우 중요합니다.자기 공명 이미징 소프트웨어에서 뇌를 추출하려면 플러그인 드롭 다운 메뉴를 열고 추출 뇌를 선택합니다. 추출 강도 임계값을 2.5, 2.7로 설정하고 임계값 그라데이션 값을 0으로 설정합니다. 뇌 이미지의 비트맵을 만든 후 이미지 메뉴 아래에 서피스를 선택하고 관심 영역을 포함하는 비트맵을 만드는 데 사용되는 임계값을 입력합니다.그런 다음 확인을 클릭하여 표면을 만듭니다. 그리고 NII 또는 NII로서 관심의 추출 된 뇌 영역을 저장합니다. GZ 파일입니다.뇌 모델을 생성하려면 추출된 뇌 파일을 적절한 의료 이미지 처리 소프트웨어에서 엽니다. 그리고 편집기 모듈 메뉴에서 임계값 효과를 선택하고 임계값 범위 슬라이더를 조정하여 뇌를 포함하는 비트맵의 부분이 세 조각 모두에 강조 표시됩니다. 모델 메이커 모듈을 열고 입력 볼륨 드롭다운 메뉴에서 비트맵 파일을 선택합니다.모델에서 새 모델 계층 구조를 만들고 적용을 클릭하여 볼륨을 만듭니다. 가져온 메시 뇌 표면을 가져오면 그래픽 을 선택합니다. 그리고 뇌를 포함하는 기능만 파일에 남아 있기 전까지는 불필요한 그래픽 기능을 억제합니다.그런 다음 추가 조작을 위해 PRT 형식으로 파일을 저장하고 3D 인쇄를 위한 STL로 저장합니다. 뇌 성형의 경우 추출된 뇌 모델을 적절한 컴퓨터 설계 소프트웨어 프로그램에 로드합니다. 삽입 메뉴의 피쳐 섹션에서 선택 선택 메시 본문과 변환하는 뇌의 그래픽 본체로 변환하고,이 스케치 탭을 열고 스케치를 클릭하여 상단 평면을 스케치 평면으로 선택합니다.관심있는 반구 전체 주위에 사각형을 그리고 뇌의 상단 부분을 포함하는 입방 사각형을 돌출하는 돌출 된 보스 베이스 기능을 선택합니다. 삽입 메뉴의 피쳐 섹션에서 메시 본체로 변환을 선택하고 솔리드 바디 폴더에서 압출된 큐브를 선택하여 변환합니다. 음수 공간을 만들려면 결합 기능을 사용하고 빼기 옵션을 선택하여 새로 압출된 큐브에서 뇌 모델을 뺍니다.두개골 모델링의 경우 빠른 MPRAGE MRI를 DICOM 파일로 적절한 매트릭스 조작 소프트웨어 프로그램으로 가져옵니다. 그리고 명령을 사용하여 모든 프레임을 필요에 따라 단일 3D 행렬로 결합합니다. 행렬의 각 2D 프레임이 관상 슬라이스를 표시하고 개별 픽셀 값에 대해 연산자보다 큰 부분을 사용하여 3D 매트릭스를 임계값으로 사용하여 이진 마스크를 만듭니다.그런 다음 두개골 해부학이 마스크에 의해 캡처될 수 있도록 임계값을 조정합니다. 근육층을 제거하기 위해 마스크에서 2D 슬라이스를 반복적으로 잡아 3D 마스크에서 각 프레임을 별도로 처리하고, 틸드 연산자를 사용하여 마스크값을 반전시다. 두개골 값은 그 값이 됩니다.외부와 뇌의 값은 0입니다. 마스크의 가장 낮은 해상도 차원이 배율 계수에 의해 정의된 요소에 의해 더 커질 때까지 3D 마스크에 빈 복셀을 추가합니다. 그리고 마스크가 새 공간을 채울 때까지 마스크의 값을 선형으로 보간합니다.그런 다음 두개골을 STL 파일 또는 3D 인쇄에 대한 유사한 파일 유형으로 내보냅니다. 3D 두개골 모델에서 두개골 절제술을 생성하려면 MRI 파일을 열고 3D 매트릭스를 통해 수동으로 스캔하여 마카크 뇌 아틀라스에서 발견되는 해부학 적 랜드 마크를 사용하여 두개골 절제술의 대략적인 위치를 식별하십시오. 아가로즈 금형을 만들려면 아가로즈 용액을 전체 또는 반반구 뇌 금형에 붓고 약 2 시간 동안 금형 내에서 고화 할 수 있도록하십시오.아가로즈가 설정된 경우 주걱을 사용하여 금형의 표면을 손상시키지 않고 주의를 기울여 금형에서 젤 모델을 부드럽게 제거하십시오. 아가로즈 젤 모델을 모의 주입을 위해 주사기 펌프를 스테레오탁 프레임에 스테레오탁스 암에 장착하고 250 마이크로리터 주사기를 이온화된 물로 채웁니다. 주사기를 주사기 펌프에 적재하고 주입 캐뉼라를 물로 완전히 채웁니다.펌프 드라이버를 사용하여 주사를 위해 주사기에 식품 착색의 대상 볼륨을 로드합니다. 그리고 캐뉼라 끝에 작은 비드가 형성될 때까지 음식 착색을 배출한다. 캐뉼라 팁에서 비드를 건조시키고 젤 모델을 캐뉼라 아래에 배치합니다.팁이 젤 모델의 표면에 닿을 때까지 캐뉼라를 낮추고 스테레오탁스 암의 측정값을 기록합니다. 그런 다음 매끄럽게 캐뉼라를 젤 모델로 하여 표적 사출 깊이로 낮춥습니다. 겔 표면이 캐뉼라 주위에 밀봉되어 있고 대상 부피가 전달될 때까지 다이의 확산을 관찰하면서 펌프를 실행했는지 확인합니다.이 프로토콜을 사용하여, 비 인간 영장류 뇌의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 있습니다. 마찬가지로, 자기 공명 심상에서 추출된 영장류 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델도 생성될 수 있다. 두개골과 뇌의 물리적 모델은 서로 에 비해 두 모델의 정확성을 검증하고 추정 된 MRI 분석 데이터를 합법화, 꽉 간섭 적합과 결합 될 수있다.인쇄 하기 전에 두개골에 두개골에 두개골의 삽입, 두개골과 뇌와 관련하여 다양 한 구성 요소의 기하학의 평가를 위한 샘플 인터페이스의 모든 부분의 조합을 허용. 예를 들어, 본 실험에서, 헤드 포스트의 발은 수술 전에 이식의 위치에서 두개골의 곡률에 조작되고 장착되었다. 개폐에서 이식까지 약 2.5시간에서 1시간으로 단축되어 수술 합병증의 위험이 크게 줄어듭니다.아가로즈 혼합물 뇌 모델은 제안된 주입의 부피를 추정하기 위해 관심 영역에서 황색 염료를 주입하고 아가로즈 모델을 3D 프린팅 두개골과 결합하여 바이러스 벡터 주입 수술을 모델링하는 데 사용될 수 있다. 다른 동물의 두개골과 뇌 해부학의 변화를 고려하여 추출 과정에서성공하려면 반복 단계의 조정이 필요합니다. 따라서 이 도구 상자는 비 인간 영장류 신경 외과의 위험을 줄이기 위해 사용할 수 있으며 제조 기술은 신경 과학의 최첨단에서 실험 과정을 향상시킬 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Method for Ovarian Follicle Encapsulation and Culture in a Proteolytically Degradable 3 Dimensional System

Proteolytically 분해 3 차원 시스템에서 난소 대과의 캡슐화 및 문화에 대한 방법

The ovarian follicle is the functional unit of the ovary that secretes sex hormones and supports oocyte maturation. In vitro  follicle techniques provide ...

연구

생체공학

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

핵산, 단백질과 작은 분자의 Reagentless 감지를위한 전기 -의 DNA Biosensors의 제작

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

단백질과 세포 교도소에 대한 2 차원 문양의 기판 만들기

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

3T의 fMRI에 Haptic 로봇의 적응

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

타겟 안정 동위 원소 희석 액체 크로마 토그래피 - 질량 분광법 분석을위한 세포 지질 추출

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Nonhuman Primate Lung Decellularization and Recellularization Using a Specialized Large-organ Bioreactor

There are an insufficient number of lungs available to meet current and future organ transplantation needs. Bioartificial tissue regeneration is an ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

세포질 기계 화학 Epigenetic 한정자를 리디렉션하여 억압 유전자 전사

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...

In Silico Modeling Method for Computational Aquatic Toxicology of Endocrine Disruptors: A Software-Based Approach Using QSAR Toolbox

내분비 분열기의 전산 수생 독성학을 위한 실리코 모델링 방법: QSAR 툴박스를 사용하는 소프트웨어 기반 접근 방식

Computational analyses of toxicological processes enables high-throughput screening of chemical substances and prediction of their endpoints in biological ...

A Human 3D Extracellular Matrix-Adipocyte Culture Model for Studying Matrix-Cell Metabolic Crosstalk

매트릭스 세포 대사 크로스토크 연구를 위한 인간 3D 세포외 세포외 매트릭스-세포세포 배양 모델

The extracellular matrix (ECM) plays a central role in regulating tissue homeostasis, engaging in crosstalk with cells and regulating multiple aspects of ...

Patient-Specific Polyvinyl Alcohol Phantom Fabrication with Ultrasound and X-Ray Contrast for Brain Tumor Surgery Planning

뇌종양 수술 계획을 위한 초음파 및 엑스레이 대비를 가진 환자 특정 폴리비닐 알콜 팬텀 제조

Phantoms are essential tools for clinical training, surgical planning and the development of novel medical devices. However, it is challenging to create ...