Name: Author Spotlight: Streamlined Brain and Skull Modeling for Enhanced Neurosurgical Planning in NHP Research
Uploaded: 2024-02-09T14:00:00
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Nous tenons à remercier Toni Haun, Keith Vogel et Shawn Fisher pour leur aide et leur soutien techniques. Ce travail a été soutenu par le Mary Gates Endowment (R.I.), le National Institute of Health NIH 5R01NS116464 (T.B., A.Y.), NIH R01 NS119395 (D.J.G., A.Y), le Washington National Primate Research Center (WaNPRC, NIH P51 OD010425, U42 OD011123), le Center for Neurotechnology (EEC-1028725, Z.A., D.J.G.) et Weill Neurohub (Z. I.).

Toutes les procédures impliquant des animaux ont été approuvées par le comité de l’Institute for Animal Care and Use de l’Université de Washington. Au total, quatre macaques rhésus mâles adultes (Macaca mulatta) ont été utilisés dans cette étude. Au moment de l’acquisition de l’IRM, le singe H avait 7 ans, le singe L 6 ans, le singe C 8,5 ans et le singe B 5,5 ans. Les singes H et L ont été implantés avec des chambres chroniques personnalisées à l’âge de 9 ans.
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Automated 3D Brain and Skull Modeling from MRI for NHP Neurosurgical Planning

<ol>
	<li>Mitchell, 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=Continued+need+for+nonhuman+primate+neuroscience+research.">Continued need for nonhuman primate neuroscience research.</a> Current Biology. 28 (20), R1186-R1187 (2018).</li><li>Stanis, N., Khateeb, K., Zhou, J., Wang, R. K., 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=Protocol+to+study+ischemic+stroke+by+photothrombotic+lesioning+in+the+cortex+of+nonhuman+primates.">Protocol to study ischemic stroke by photothrombotic lesioning in the cortex of nonhuman primates.</a> STAR Protocols. 4 (3), 102496 (2023).</li><li>Tremblay, 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=An+open+resource+for+nonhuman+primate+optogenetics.">An open resource for nonhuman primate optogenetics.</a> Neuron. 108 (6), 1075-1090 (2020).</li><li>Zhou, 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=Neuroprotective+effects+of+electrical+stimulation+following+ischemic+stroke+in+nonhuman+primates.">Neuroprotective effects of electrical stimulation following ischemic stroke in nonhuman primates.</a> 2022 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine &amp; Biology Society (EMBC). 2022, 3085-3088 (2022).</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> 2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). 2018, 2744-2747 (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, e31034 (2018).</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> The Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).</li><li>Griggs, D. J., Belloir, T., 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=Large-scale+neural+interfaces+for+optogenetic+actuators+and+sensors+in+non-human+primates.">Large-scale neural interfaces for optogenetic actuators and sensors in non-human primates.</a> SPIE BiOS. , (2021).</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>Ruiz, O., 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=Optogenetics+through+windows+on+the+brain+in+the+nonhuman+primate.">Optogenetics through windows on the brain in the nonhuman primate.</a> Journal of Neurophysiology. 110 (6), 1455-1467 (2013).</li><li>Griggs, D. J., Khateeb, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W., 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>Yazdan-Shahmorad, A., Diaz-Botia, C., Hanson, T., Ledochowitsch, P., Maharabiz, M. M., 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=Demonstration+of+a+setup+for+chronic+optogenetic+stimulation+and+recording+across+cortical+areas+in+non-human+primates.">Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in non-human primates.</a> SPIE BiOS. , (2015).</li><li>Bollimunta, 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=Head-mounted+microendoscopic+calcium+imaging+in+dorsal+premotor+cortex+of+behaving+rhesus+macaque.">Head-mounted microendoscopic calcium imaging in dorsal premotor cortex of behaving rhesus macaque.</a> Cell Reports. 35 (11), 109239 (2021).</li><li>Hacking, S. 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=Surface+roughness+enhances+the+osseointegration+of+titanium+headposts+in+nonhuman+primates.">Surface roughness enhances the osseointegration of titanium headposts in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 211 (2), 237-244 (2012).</li><li>Romero, M. C., Davare, M., Armendariz, M., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+effects+of+transcranial+magnetic+stimulation+at+the+single-cell+level.">Neural effects of transcranial magnetic stimulation at the single-cell level.</a> Nature Communications. 10 (1), 2642 (2019).</li><li>Khateeb, K., 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+versatile+toolbox+for+studying+cortical+physiology+in+primates.">A versatile toolbox for studying cortical physiology in primates.</a> Cell Reports Methods. 2 (3), 100183 (2022).</li><li>Griggs, D. J., Khateeb, K., Zhou, J., Liu, T., Wang, R., 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=Multi-modal+artificial+dura+for+simultaneous+large-scale+optical+access+and+large-scale+electrophysiology+in+nonhuman+primate+cortex.">Multi-modal artificial dura for simultaneous large-scale optical access and large-scale electrophysiology in nonhuman primate cortex.</a> Journal of Neural Engineering. 18 (5), 055006 (2021).</li><li>Belloir, 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=Large-scale+multimodal+surface+neural+interfaces+for+primates.">Large-scale multimodal surface neural interfaces for primates.</a> iScience. 26 (1), 105866 (2023).</li><li>Khateeb, K., 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+practical+method+for+creating+targeted+focal+ischemic+stroke+in+the+cortex+of+nonhuman+primates.">A practical method for creating targeted focal ischemic stroke in the cortex of nonhuman primates.</a> 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 3515-3518 (2019).</li><li>Griggs, D., Belloir, T., Zhou, J., 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+Viral+Vectors.">Convection Enhanced Delivery of Viral Vectors.</a> Vectorology for Optogenetics and Chemogenetics. , (2023).</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), e59232 (2019).</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>Griggs, D. 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=Improving+the+efficacy+and+accessibility+of+intracranial+viral+vector+delivery+in+nonhuman+primates.">Improving the efficacy and accessibility of intracranial viral vector delivery in nonhuman primates.</a> Pharmaceutics. 14 (7), 1435 (2022).</li><li>Chen, L. M., Heider, B., Williams, G. V., Healy, F. L., Ramsden, B. M., Roe, 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+chamber+and+artificial+dura+method+for+long-term+optical+imaging+in+the+monkey.">A chamber and artificial dura method for long-term optical imaging in the monkey.</a> Journal of Neuroscience Methods. 113 (1), 41-49 (2002).</li><li>Adams, D. L., Economides, J. R., Jocson, C. M., Horton, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Biocompatible+titanium+headpost+for+stabilizing+behaving+monkeys.">A Biocompatible titanium headpost for stabilizing behaving monkeys.</a> Journal of Neurophysiology. 98 (2), 993-1001 (2007).</li><li>Bloch, J., Greaves-Tunnell, A., Shea-Brown, E., Harchaoui, Z., Shojaie, A., 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=Network+structure+mediates+functional+reorganization+induced+by+optogenetic+stimulation+of+nonhuman+primate+sensorimotor+cortex.">Network structure mediates functional reorganization induced by optogenetic stimulation of nonhuman primate sensorimotor cortex.</a> iScience. 25 (5), 104285 (2022).</li><li>Bloch, J. A., Khateeb, K., Silversmith, D. B., O'Doherty, J. E., 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=Cortical+stimulation+induces+network-wide+coherence+change+in+nonhuman+primate+somatosensory+cortex.">Cortical stimulation induces network-wide coherence change in nonhuman primate somatosensory cortex.</a> 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 6446-6449 (2019).</li><li>Vnek, N., Ramsden, B. M., Hung, C. P., Goldman-Rakic, P. S., Roe, 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=Optical+imaging+of+functional+domains+in+the+cortex+of+the+awake+and+behaving+monkey.">Optical imaging of functional domains in the cortex of the awake and behaving monkey.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (7), 4057-4060 (1999).</li><li>Psarou, 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=Modular,+cement-free,+customized+headpost+and+connector-chamber+implants+for+macaques.">Modular, cement-free, customized headpost and connector-chamber implants for macaques.</a> Journal of Neuroscience Methods. 393, 109899 (2023).</li><li>Chen, X., Possel, J. K., Wacongne, C., van Ham, A. F., Klink, P. C., Roelfsema, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+and+modelling+of+customized+implants+and+surgical+guides+for+nonhuman+primates.">3D printing and modelling of customized implants and surgical guides for nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 286, 38-55 (2017).</li><li>Prescott, M. J., Poirier, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+MRI+in+applying+the+3Rs+to+nonhuman+primate+neuroscience.">The role of MRI in applying the 3Rs to nonhuman primate neuroscience.</a> NeuroImage. 225, 117521 (2021).</li><li>Basso, M. 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=Using+non-invasive+neuroimaging+to+enhance+the+care,+well-being+and+experimental+outcomes+of+laboratory+nonhuman+primates+(monkeys).">Using non-invasive neuroimaging to enhance the care, well-being and experimental outcomes of laboratory nonhuman primates (monkeys).</a> NeuroImage. 228, 117667 (2021).</li><li>Ahmed, Z., Agha, N., Trunk, A., Berger, M., Gail, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+guide+for+skull+extraction+and+custom-fitting+of+implants+to+continuous+and+discontinuous+skulls.">Universal guide for skull extraction and custom-fitting of implants to continuous and discontinuous skulls.</a> eNeuro. 9 (3), (2022).</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>Ojemann, W. K. 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+MRI-based+toolbox+for+neurosurgical+planning+in+nonhuman+primates.">A MRI-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates.</a> Journal of Visualized Experiments. (161), e61098 (2020).</li><li>Make STL of 3D array (Optimal for 3D printing). MathWorks Available from: <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing</a> (2018)</li><li>. stlwrite - Write binary or ascii STL file Available from: <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file</a> (2023)</li><li>Michikawa, T., Suzuki, H., Moriguchi, M., Ogihara, N., Kondo, O., Kobayashi, Y. <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>Overton, J. A., Cooke, D. F., Goldring, A. B., Lucero, S. A., Weatherford, C., Recanzone, G. H. <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>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></ol>

Cet article décrit une méthode simple et précise de planification neurochirurgicale qui est non seulement bénéfique pour le développement de composants utilisés pour l’implantation de fenêtres crâniennes de PSN, mais également transférable à d’autres domaines de la recherche en neurosciences des PSN 13,15,25. Par rapport à d’autres méthodes actuelles de planification et de conception d’implants de PSN 25,29...

Les primates non humains (PNH) sont des modèles inestimables pour la recherche médicale translationnelle car ils sont similaires aux humains sur le plan de l’évolution et du comportement. Les PSN ont acquis une importance particulière dans les études précliniques d’ingénierie neuronale car leur cerveau est un modèle très pertinent de la fonction et du dysfonctionnement neuronaux1,2,3,4,5,6,7,8. Certaines techniques puissantes de stimulation et d’enregistrement du cerveau, telles que l’optogénétique, l’imagerie calcique et autres, sont mieux servies par un accès direct au cerveau par les fenêtres crâniennes9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Dans les PSN, les fenêtres crâniennes sont souvent réalisées avec une chambre et une dure-mère artificielle pour protéger le cerveau et soutenir l’expérimentation à long terme8,10,12,17,18,24,25,26,27. De même, les poteaux de tête accompagnent souvent les chambres pour stabiliser et aligner la tête pendant les expériences14,15,25,26,28,29,30. L’efficacité de ces composants dépend fortement de leur capacité à s’insérer dans le crâne. Un ajustement plus proche du crâne favorise l’intégration osseuse et la santé crânienne en diminuant le risque d’infection, d’ostéonécrose et d’instabilité de l’implant31. Méthodes de conception conventionnelles, telles que le pliage manuel de la tige de tête pendant la chirurgie25,29 et estimer la courbure du crâne en ajustant des cercles à des tranches coronales et sagittales de résonance magnétique (IRM)9,12 peut introduire des complications dues à l’imprécision. Même les plus précis d’entre eux créent des espaces de 1 à 2 mm entre l’implant et le crâne, offrant un espace pour l’accumulation de tissu de granulation29. Ces lacunes introduisent en outre des difficultés de placement des vis en chirurgie9, compromettant la stabilité de l’implant. Des implants personnalisés ont été développés plus récemment pour améliorer l’ostéointégration et la longévité des implants9,29,30,32. Des coûts supplémentaires ont accompagné les progrès dans la conception d’implants personnalisés en raison de la dépendance aux modèles informatiques. Les méthodes les plus précises nécessitent des équipements sophistiqués tels que des appareils de tomodensitométrie (TDM) en plus des appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM)30,32,33 et même des fraiseuses à commande numérique par ordinateur (CNC) pour le développement de prototypes d’implants25,29,32,34. L’accès à l’IRM et à la TDM, en particulier pour les PSN, peut ne pas être possible pour les laboratoires qui ont besoin d’implants sur mesure comme les chambres crâniennes et les tenons de tête.
Par conséquent, il existe un besoin dans la communauté de techniques peu coûteuses, précises et non invasives de planification neurochirurgicale et expérimentale qui facilitent la conception et la validation des implants avant utilisation. Cet article décrit une méthode de génération de représentations virtuelles 3D du cerveau et du crâne à partir de données IRM pour la planification de l’emplacement de la craniotomie et la conception de chambres crâniennes et de poteaux de tête personnalisés qui s’adaptent au crâne. Cette procédure simplifiée fournit une conception standardisée qui peut bénéficier aux résultats expérimentaux et au bien-être des animaux de recherche. Seule l’IRM est nécessaire pour cette modélisation car les os et les tissus mous sont représentés à l’IRM. Au lieu d’utiliser une fraiseuse CNC, les modèles peuvent être imprimés en 3D à moindre coût, même lorsque plusieurs itérations sont nécessaires. Cela permet également d’imprimer en 3D la conception finale dans des métaux biocompatibles tels que le titane pour l’implantation. De plus, nous décrivons la fabrication d’une dure-mère artificielle, qui est placée à l’intérieur de la chambre crânienne lors de l’implantation. Ces composants peuvent être validés avant la chirurgie en ajustant toutes les pièces sur un modèle grandeur nature imprimé en 3D du crâne et du cerveau.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printing Software (Simplify 3D) (Paid)</td>
			<td>Simplify3D</td>
			<td>Version 4.1</td>
			<td>Used for 3D printing using MakerGear printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Clamp</td>
			<td>Bessey</td>
			<td>CM22</td>
			<td>Used for artificial dura fabrication, 2-1/2 Inch Capacity, 1-3/8 Inch Throat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formlabs Form 3+ 3D Printer</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>Form 3+</td>
			<td>Used for precise 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MakerGear M2 3D Printer</td>
			<td>MakerGear</td>
			<td>M2 revG</td>
			<td>Used for 3D printing implant prototypes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB (Paid)</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2021b</td>
			<td>Used for brain and skull isolation, virtual craniotomy visualization and skull STL reduction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phillips Acheiva MRI System</td>
			<td>Philips</td>
			<td>4522 991 19391</td>
			<td>Used for non-human primate imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photopolymer Resin</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>FLGPGR04</td>
			<td>1L, Grey, used for precise 3D prints with Formlabs printer&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PreForm Print Preparation Software</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>Version 2.17.0</td>
			<td>Used for 3D printing with Formlabs printer&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printing Filament (PLA)</td>
			<td>MatterHackers</td>
			<td>88331</td>
			<td>PLA 1.75 mm White. Used for 3D printing with MakerGear printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone CAT-1300</td>
			<td>Shin-Etsu</td>
			<td></td>
			<td>Used for artificial dura fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone KE1300-T</td>
			<td>Shin-Etsu</td>
			<td></td>
			<td>Used for artificial dura fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SolidWorks (Paid)</td>
			<td>Dassault Systems</td>
			<td>2020</td>
			<td>Used for chamber and headpost design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syn.Flex-S Multicoil</td>
			<td>Philips</td>
			<td>45221318123</td>
			<td>Used for non-human primate imaging</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a neural implant design toolbox for nonhuman primates

Cet article décrit une méthode interne de modélisation 3D du cerveau et du crâne à partir de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) adaptée à la planification neurochirurgicale des primates non humains (PNH). Cette technique logicielle automatisée et informatique offre un moyen efficace d’extraire les caractéristiques du cerveau et du crâne à partir de fichiers IRM, par opposition aux techniques d’extraction manuelle traditionnelles utilisant un logiciel d’imagerie. De plus, la procédure fournit une méthode pour visualiser le cerveau et le crâne craniotomisé ensemble pour une planification chirurgicale intuitive et virtuelle. Cela génère une réduction drastique du temps et des ressources par rapport à ceux requis par les travaux précédents, qui reposaient sur l’impression 3D itérative. Le processus de modélisation du crâne crée une empreinte qui est exportée dans un logiciel de modélisation pour concevoir des chambres crâniennes et des tenons de tête sur mesure pour l’implantation chirurgicale. Les implants chirurgicaux sur mesure minimisent les espaces entre l’implant et le crâne qui pourraient introduire des complications, notamment une infection ou une diminution de la stabilité. La mise en œuvre de ces étapes préopératoires permet de réduire les complications chirurgicales et expérimentales. Ces techniques peuvent être adaptées à d’autres processus chirurgicaux, ce qui facilite une planification expérimentale plus efficace pour les chercheurs et, éventuellement, les neurochirurgiens.

A Neural Implant Design Toolbox for Nonhuman Primates

Ces composants ont été préalablement validés à l’aide d’une combinaison de visualisations IRM et de modèles anatomiques imprimés en 3D. En comparant la visualisation automatisée de la craniotomie à la craniotomie imprimée en 3D et à l’IRM à l’emplacement de la craniotomie, il est évident que la représentation virtuelle de la craniotomie reflète fidèlement la région du cerveau à laquelle on peut accéder avec l’emplacement de craniotomie spécifié (<strong clas...

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Author Spotlight: Streamlined Brain and Skull Modeling for Enhanced Neurosurgical Planning in NHP Research

Cet article décrit les processus automatisés de planification neurochirurgicale des primates non humains basés sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Ces techniques utilisent des étapes procédurales dans les plateformes de programmation et de conception pour soutenir la conception d’implants personnalisés pour les PSN. La validité de chaque composant peut ensuite être confirmée à l’aide de modèles anatomiques grandeur nature imprimés en trois dimensions (3D).

Une boîte à outils de conception d’implants neuronaux pour les primates non humains

This paper describes an in-house method of 3D brain and skull modeling from magnetic resonance imaging (MRI) tailored for nonhuman primate (NHP) ...

Notre recherche offre une méthode efficace et automatisée pour la modélisation du cerveau et du crâne, ce qui est bénéfique pour la planification neurochirurgicale et la conception d’implants personnalisés. Il facilite l’extraction simultanée de modèles de cerveau et de crâne à l’aide d’une seule plate-forme logicielle, ce qui élimine le besoin de processus d’imagerie supplémentaires tels que les tomodensitométries commutées. La modélisation virtuelle du cerveau et du crâne pour l’imagerie médicale telle que l’IRM ou la tomodensitométrie a été de plus en plus adoptée pour la planification neurochirurgicale des PSN ces dernières années.Ces modèles, utilisés avec des logiciels de conception 3D et d’impression 3D, permettent de créer des implants personnalisés adaptés à des expériences et à des animaux spécifiques. De nombreuses expériences de neurosciences sur les primates non humains nécessitent l’utilisation de chambres crâniennes chroniques et de poteaux de tête. L’utilisation d’implants génériques introduit des espaces entre l’implant et le crâne, ce qui peut entraîner des taux plus élevés d’infection, d’ostéonécrose et d’instabilité de l’implant, compromettant ainsi les expériences et le bien-être de l’animal.Nos implants personnalisés réduisent les lacunes et les problèmes ultérieurs. Notre protocole fournit aux chercheurs une procédure de planification neurochirurgicale plus précise et plus rapide. Il augmente l’efficacité de la planification chirurgicale et réduit les complications associées aux expériences de neurosciences des PSN, améliorant ainsi les résultats scientifiques dans leur ensemble.