ويشمل هذا البروتوكول التصاميم والبرمجيات اللازمة لرفع مستوى أداة التجسيمي موجود إلى الروبوتية (الرقمية الكمبيوتر التي تسيطر عليها؛ CNC) أداة التجسيمي لحوالي 1،000 دولار (باستثناء الحفر).
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
ويشمل هذا البروتوكول التصاميم والبرمجيات اللازمة لرفع مستوى أداة التجسيمي موجود إلى الروبوتية (CNC) أداة التجسيمي لحوالي 1،000 دولار (باستثناء الحفر)، وذلك باستخدام صناعة المحركات السائر القياسية وCNC البرمجيات السيطرة. كل محور لديها سيطرة على سرعة متغير، ويمكن تشغيلها في وقت واحد أو بشكل مستقل. المرونة الروبوت ونظام الترميز المفتوحة (ز رمز) جعلها قادرة على أداء المهام المخصصة التي غير معتمدة من قبل الأنظمة التجارية. وتشمل تطبيقاتها، ولكن ليس على سبيل الحصر، حفر ثقوب، والحافة الحادة craniotomies، والجمجمة رقيق، وخفض أقطاب أو قنية. من أجل الإسراع في كتابة ز الترميز لعملية جراحية بسيطة، وضعنا البرامج النصية المخصصة التي تسمح للأفراد لتصميم عملية جراحية بدون معرفة البرمجة. ومع ذلك، بالنسبة للمستخدمين للحصول على أقصى استفادة من stereotax الآلية، أنه سيكون من المفيد أن يكون على دراية في البرمجة الرياضية وG-الترميز (بروغ بسيطةصدمت لالتصنيع باستخدام الحاسب الآلي).
سرعة الحفر الموصى بها هي أكبر من 40،000 دورة في الدقيقة. القرار السائر المحركات 1.8 ° / الخطوة، تهدف إلى 0.346 ° / الخطوة. A stereotax القياسية لديها قرار من 2.88 ميكرون / الخطوة. الحد الأقصى الموصى به سرعة القطع هو 500 ميكرون / ثانية. الحد الأقصى الموصى به هو سرعة الركض 3،500 ميكرون / ثانية. الحد الأقصى الموصى به هو حجم مثقاب HP 2.
المقدمة
يتم استخدام الجراحة القوارض المجسم في مجموعة متنوعة واسعة من التطبيقات علم الأعصاب، بما في ذلك lesioning 1، 2 الرحلان الشاردي، ميكروسلك زرع 3، 4 التحفيز، ورقيقة الجمجمة التصوير 5. ومع ذلك، هناك عقبات الرئيسية التي تواجه أولئك الذين يرغبون في تطبيق هذه التقنيات، بما في ذلك منحنى التعلم حاد لأداء جراحة المجسم دقيقة واحتمال كبير الخطأ البشري. وتشمل الأخطاء البشرية القياس والفشل الحساب، فضلا عن دقة منخفضة وتكرار الحركات الإنسان. في محاولة للحد من هذه الأخطاء التباس، فإن الجراحين المجسم الاستفادة من النظام الذي يضمن أن يتم تنفيذ كافة العمليات الجراحية مماثل عبر المواضيع. الحد من الأخطاء هو أيضا أسلوب واحد التي يمكن أن المحققين تقليل استخدام المواد الحيوانية، وهو الهدف الأساسي من المعاهد الوطنية للصحة للالتجارب على الحيوانات 6. في عالم مثالي، كل لياليأن تكون قابلة للتكرار العمليات الجراحية tereotactic تماما ضمن التجارب، وبين المختبرات. لمعالجة هذه المسألة، وقد وضعت الشركات stereotaxics فائقة الدقة الجديدة، وأجهزة العرض الرقمية لقراءة القياسات. لإزالة الأخطاء حركة الإنسان، وأنتجت المتلاعبين وstereotaxics الصغيرة بمحركات تجاريا، ولكن تكلفتها العالية يمكن أن تكون باهظة إلى مختبر بميزانية محدودة. أيضا، البرامج الخاصة بهم هو الملكية بالكامل، والتي لا يمكن تعديلها من قبل الباحث لاستيعاب نوع جديد من الجراحة.
حلا ميسورا لمشكلة الخطأ البشري هو بناء stereotax الروبوتية من النموذج القائم على المختبر، وذلك باستخدام صناعة معدات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي القياسية. بسبب CNC المجتمع الهاوي المزدهرة، والمواد هي أقل تكلفة من المعدات العلمية. هذا يسمح احد لبناء أداة التجسيمي CNC دقيقة، والتي هي أيضا درجة عالية من المرونة وغير مكلفة. مع المعرفة الأساسية من التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وG-المدونة، األفراديمكن برمجة أي عملية جراحية المرض المجسم أنها تتخيل، من دون قيود من البرمجيات الاحتكارية. و، من أجل الإسراع في إنتاج ز رمز لعملية جراحية بسيطة، وهذا البروتوكول تتضمن البرامج التي تسمح للمستخدم لتصميم العمليات الجراحية (حافة حادة حج القحف، رقيقة الجمجمة النوافذ، حفر حفرة وزرع خفض) في نقطة وانقر فوق القوائم. هذه البرامج إخراج الانتهاء ز رمز التي يمكن تشغيلها مباشرة من البرنامج باستخدام الحاسب الآلي.
في كل شيء، والترقية الآلية التجسيمي يعتبر مثاليا لأولئك الذين لديهم مصلحة في زيادة دقة والتكرار من العمليات الجراحية، مع الحفاظ على المرونة والتكلفة المنخفضة من منصة مفتوحة المصدر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
- سلك السائر المحركات القطبين بواسطة الشد الأسلاك في موصلات المرفقة مع مجلس سائق. ألوان الأسلاك على المحركات السائر القطبين موحدة (الشكل 1).
ملاحظة: المحركات السائر وصف لها قرار من 1.8 درجة / الخطوة، تهدف إلى 0.346 ° / الخطوة. A stereotax القياسية لديه 3 mm/360 ° السفر. القرار النهائي هو 2.88 ميكرون / الخطوة. المحركات هي أيضا قادرة على التنقل كسور.- بتوصيل سلك الأخضر إلى A +، قم بتوصيل السلك الأسود إلى A-، قم بتوصيل السلك الأحمر إلى B + وربط السلك الأزرق إلى B-.
- حرك المقرنات على المحركات السائر، والحرص على محاذاة الثقوب المتزايدة، وتأمين لهم باستخدام 12X M3 المقبس رئيس مسامير (20 مم) (الشكل 2).
- ضمان أن يتم إرفاق المقرنات بحزم المحركات.
ملاحظة: لا تشمل نماذج 3D المواضيع. وصفت الأجزاء مع حجم الموضوع، ولكن لا بد من استغلالها بعد همالمصنعة.
- ضمان أن يتم إرفاق المقرنات بحزم المحركات.
- إزالة مسامير مجموعة من قبضة الإبهام على جميع المحاور 3 من الصك التجسيمي باستخدام مفتاح عرافة الصغيرة. هي الخيوط قبضة الإبهام، لذلك تحويلها عكس اتجاه عقارب الساعة لإزالة. الحفاظ على غسالات السليكوون في مكان على الذراع (الشكل 3).
- المسمار نهاية الخيوط من الياقات على قضبان مترابطة من الأسلحة الصك التجسيمي في (الشكل 3).
- ضمان عدم وجود فجوة بين الياقات والسليكوون O-الخواتم. هذا يضمن أن يتم الاحتفاظ الإحداثيات عندما يتغير الروبوت الاتجاهات.
- تأمين الياقات على المواضيع من الأسلحة التجسيمي باستخدام 3X NF10-32 (1/4 بوصة) مجموعة نقطة كوب مسامير.
- حرك كل السيارات ومقرنة على الياقات والأسلحة التجسيمي. تأكد من أن المحركات الجلوس مع تدفق الأسلحة، والثقوب مجموعة المسمار على الياقات يصطف مع الجزء المسطح من مهاوي السيارات (الشكل 4).
- تأمين المشتركuplers إلى stereotax باستخدام فتحات تركيب و6X NF10-32 (1/2 بوصة) مجموعة نقطة كوب مسامير (الشكل 4).
- تأمين الياقات إلى مهاوي السيارات باستخدام 3X NF10-32 (1/4 بوصة) مجموعة مسامير (الشكل 4).
- إعداد مجلس سائق CNC عن طريق تعيين كل من المسامير تحكم لنصف خطوة.
ملاحظة: يأتي هذا السائق السائر المحركات باعتبارها لوحات الدارات الكهربائية المكشوفة. قد تكون بنيت الحالة، على الرغم من أنها ليست ضرورية. أيضا، يمكن استخدام عدد من مختلف السائقين السائر المحركات ثنائي القطب. إذا كان الأمر كذلك، وضمان أن يتم اتباع تعليمات الإعداد لمجلس محددة شراؤها.- محاذاة جميع دبابيس 6 في السيارات السائر في نفس الطريق. نصف خطوة تسمح لضعف القرار خطوة في الدرجات / خطوة (الشكل 5).
- الوجه دبوس 1 إلى موقف، دبوس 2 إلى موقف قبالة، دبوس 3 إلى يوم POSI ونشوئها، دبوس 4 إلى موقف قبالة، دبوس 5 إلى على موقف، ودبوس 6 إلى موقف قبالة (الشكل 5).
- توصيل المحركات (X - Y - Z) إلى سائق السيارات السائر، جنبا إلى جنب مع 12 امدادات الطاقة الخامس. تم وضع علامة على موضع الصحيح على السائق. أيضا، ونعلق السائق السائر إلى المنفذ التسلسلي للكمبيوتر باستخدام DB25cable (الشكل 6).
- تثبيت البرامج الطحن CNC على جهاز كمبيوتر شخصي (وهذا سوف تحتاج إلى أن يكون موجودا في منطقة العمليات الجراحية) باتباع الإرشادات الافتراضية. تثبيت مرة واحدة، افتح البرنامج للبدء التكوين.
- تكوين البرنامج على التواصل مع محركات السائر.
ملاحظة: يقصد الإرشادات التالية للاستخدام فقط مع سائق السيارات السائر TB6560. - من خلال النقر القوائم البرنامج على النحو التالي. → → مفتوحة التكوين الموانئ ودبابيس→ إشارات الإخراج. ملء موجه لتتناسب مع الشكل 7 وضرب تطبيق.
- من خلال النقر القوائم البرنامج على النحو التالي. → → مفتوحة التكوين الموانئ ودبابيس → إشارات الإدخال. ملء موجه لتتناسب مع الشكل 8 وضرب تطبيق.
- من خلال النقر القوائم البرنامج على النحو التالي. فتح → → تكوين الموانئ ودبابيس → المخرجات موتور. ملء موجه لتتناسب مع الشكل 9 وضرب تطبيق.
- من خلال النقر القوائم البرنامج على النحو التالي. فتح → → ضبط التكوين للسيارات. ملء موجه لتتناسب مع الشكل 10 وانقر فوق حفظ الإعدادات المحور. كرر الخطوة السابقة لجميع المحاور 3 باستخدام نفس القيم.
- تكوين البرنامج على التواصل مع محركات السائر.
- معايرة stereotax لحجم البرنامج باستخدام الحاسب الآلي.
ملاحظة: تم تصميم البرنامج لآلات الطحن القياسية، وبالتالي فإن وحدتها القياس لا يكون متناسبا مع السفر صك التجسيمي.- ضبط سرعة المحركات إلى 1 بوصة في الدقيقة الواحدة، و "هرول" Z-محور الصك التجسيمي مع صفحة الى الأعلى / صفحة الى الأسفل إلى أقرب ملليمتر.
ملاحظة: الحد الأقصى لسرعة الركض هو أوصت 3،500 ميكرون / ثانية وسرعة القطع القصوى الموصى بها هي 500 ميكرون / ثانية. - الصفر Z-المحور، وهرول للالتجسيمي الصك 1 مم. سافر مسافة على Z-axis في MACH3 هو "تحجيم ثابت". يتم تحديد الإحداثيات آلة بضرب الإحداثيات الجمجمة (ملم) من قبل "تحجيم ثابت".
- إجراء اختبارات عشوائية من جميع المحاور 3 عن طريق برمجة لهم بالسفر بعض المسافات المعروفة، وضمان حركات دقيقة. إذا كان السفر stereotax بعيدة جدا أو قصيرة، تعديل ثابت التحجيم وفقا لذلك.
ملاحظة: بمجرد اكتمال التوسع، يمكن استخدام البرامج النصية المخصصة المضمنة لتوليد ز رمز لعملية جراحية. ومع ذلك، فمن المستحسن جدا أن تصبح مألوفة مع المستخدمين ز رمز قبل محاولة لصناعة السيارات في توليدعملية جراحية. هذا أمر حتمي لاستكشاف وتعديل العمليات الجراحية الآلي.
- ضبط سرعة المحركات إلى 1 بوصة في الدقيقة الواحدة، و "هرول" Z-محور الصك التجسيمي مع صفحة الى الأعلى / صفحة الى الأسفل إلى أقرب ملليمتر.
- إرفاق الحفر السيارات الصغيرة في الصك التجسيمي باستخدام اضافية حامل التحقيق كبيرة. ملاحظة: الحد الأدنى الموصى به سرعة الحفر بت 40،000 دورة في الدقيقة.
- لصناعة السيارات في توليد G-كود لحج القحف حافة حادة مع 3 ثقوب في الجمجمة المسمار.
- وضع كافة البرامج النصية المخصصة من جدول البرامج في مجلد واحد على جهاز كمبيوتر.
- فتح البرنامج النصي "SharpEdgeCraniotomy.m" وتشغيل التعليمات البرمجية.
- حدد كلا إلى موجه "ما هو نوع من الجراحة سوف تكون المسرحية؟" (الشكل 11).
- حدد مخصص، لتحديد زوايا النافذة الجمجمة. ملء كل موجه لمطابقة الرقم 12.
- تحديد المواقف X و Y من زوايا حج القحف. كل تنسيق يجب إدخالها في الترتيب الصحيح، وفقا المثال في الشكل 13 .
- دخول 3 في موجه لإنتاج 3 ثقوب في الجمجمة (الشكل 14).
- حدد تعريف استخدام الإحداثيات، وأدخل إحداثيات كل ثقب من القالب في الشكل 15.
ملاحظة: إذا الإحداثيات الدقيقة ليست مهمة، هناك خيار لنقطة وانقر مواقف الثقوب "على صورة لجمجمة الفئران. سيتم إنشاء مواقف تلقائيا. - تعريف المعلمات الحفر. لعملية جراحية التجارب الأولى، قبول القيم الافتراضية.
ملاحظة: هذه القيم هي التي تعتمد على المحركات السائر، والجمجمة الحيوان. كل سلالة الفئران وموقع الهدف لديه سمك الجمجمة مختلفة قليلا. لجراحات القليلة الأولى باستخدام هذا الجهاز، تكون على استعداد لاختبار أعماق الحفر وإزالة أي قطع الجمجمة المتبقية يدويا. ويمكن بعد ذلك تعديل القيم لجراحات المستقبل (الشكل 16). - اسم ز رمز، بل سيتم إنشاؤه تلقائيا وسافيد إلى دليل العمل.
- تحميل ز رمز في البرنامج الطحن باستخدام الحاسب الآلي وجمجمة اختبار في الصكوك التجسيمي القضبان الأذن.
- هرول يدويا مثقاب لBregma باستخدام مفاتيح الأسهم. استخدام سرعة الركض ببطء (~ 5 بوصة / م) لضمان الدقة.
- بدء مثقاب الدورية في أكبر من 38،000 دورة في الدقيقة.
- الصحافة CycleStart؛ سوف stereotax أداء عدة تمريرات من نفس قطع، على أعماق مختلفة. بين كل تمريرة، فإن stereotax وقفة، لذلك قد يستمر الجراح أو إحباط القطع. الصحافة متابعة دورة (البديل-R) لمواصلة خفض يمر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
والنتيجة النهائية لعملية جراحية تهدف في أساليب تكون جمجمة فأر مع حج القحف حافة حادة، و 3 ثقوب في الجمجمة (الشكل 17). ملاحظة أن الجمجمة تستخدم للتدليل على الجراحة كان أوسع بكثير من الجمجمة الفئران تنميط. حافة حج القحف حادة يمكن أن تستخدم لإدراج مجموعة ميكروسلك في الدماغ، لارتفاع الكثافة التسجيلات العصبية. ويمكن أيضا أن stereotax CNC أن تستخدم لخفض مجموعة بقدر كبير من الدقة. يتم تضمين البرنامج في هذا البروتوكول الذي يسمح للجراح لتعريف المعلمات من ميكروسلك، أو قنية خ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
استخدام معدات جراحة الآلي يساعد على القضاء على بعض المشاكل الأكثر شيوعا في مجال البحوث الأعصاب. أولا، مسارات أداة هي 100٪ استنساخه. ويضمن كل خفض ليكون في نفس الموقع نسبة إلى Bregma. ثانيا، ينبغي أن يقلل الخطأ المجرب. على الرغم من أن العديد من الباحثين والجراحين ذوي المهارات العالية، فإنه يأخذ مبلغ استثنائي من الممارسة لتصبح جراح المختصة. هذا الجهاز سوف تسمح للطلاب جديدة بسرعة وسهولة لأداء جراحات دقيقة للغاية. ثالثا، ينبغي أن أجهزة الجراحة الآلية تقليل عدد الحيوانات اللازمة لإجراء ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
والكتاب ليس لديهم مصالح مالية تتنافس في الكشف عنها.
شكر وتقدير
وأيد هذه الدراسة من قبل المعهد الوطني لتعاطي المخدرات المنح DA 006886، وDA 032270.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1x Standard U Frame Stereotax | Kopf | Kopf | يجب أن يعمل هذا البروتوكول مع معظم الأجهزة التجسيمية الموجودة. |
| 3 × 12 فولت ، 1.6 أمبير ، 233 أوقية بوصة محرك متدرج ثنائي القطب | موجه Phidgets | Robot Shop< / a> | يجب أن يفعل أي محرك متدرج عالي عزم الدوران . |
| 1x 3 محور CNC السائر سائق المحرك لوحة تحكم | توشيبا | موقع ئي باي< / أ> | يجب أن يفعل أي سائق CNC ذو 3 محاور يجب أن يفعل. يتضمن العنصر المرتبط برنامج Mach3 CNC. |
| 2x مقرنات الذراع: تشكيلة مخصصة للجانب الإنسي (ML) والظهرية البطنية (DV) | رسومات الأجزاء < / أ> | تشكيلها بواسطة متجر الماكينات المحلي. (تختلف التكاليف) | |
| 1x مقرنة أمامية خلفية (AP) | تشكيلة مخصصة | < href = "http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip" >رسومات الجزء< / أ> | يجب تشكيلها بواسطة متجر الماكينات المحلي. (تختلف التكاليف) |
| 3x محرك إلى طوق Stereotax | تشكيله | مخصص رسومات الجزء < / أ > | يجب تشكيلها بواسطة متجر الماكينات المحلي. (تختلف التكاليف) |
| عرض في المتصفح< / a> | |||
| 12x NF10-32 كأس نقطة مجموعة مسامير | McMaster Carr | ½ ” الطول < / أ> | ستحتاج إلى 6 من كل منهما. |
| ¼ ” الطول< / أ> | |||
| 12x مسامير رأس المقبس M3 (20 مم) | ماكماستر كار | < href = "http://www.mcmaster.com/#92855A319" > 20 مم الطول < / أ> | ستحتاج إلى 4 لكل محرك |
| 1x مثقاب محرك صغير ؛ | Buffalo Dental | X50 | أي مثقاب Micromotor سيعمل. ما لا يقل عن 38,000 دورة في الدقيقة موصى |
| بها 1x 12 فولت تيار مستمر | محول 12 فولت | 12 فولت تيار مستمر & ndash ؛ 7 أمبير < / أ > | يجب أن يعمل أي وحدة تزويد بالطاقة بجهد 12 فولت تيار مستمر (تأكد من أن معدل التيار أعلى من مجموع التيار الكهربائي للمحركات). |
| 1x حامل مسبار كبير | جدا Stoelting | Stoelting< / a> | |
| 1x جماجم جمجمة الفئران من الدرجة | B غير محدودة | جماجم غير محدودة < / أ > | |
| ماخ 3 مطحنة | ArtSoft الولايات المتحدة الأمريكية | تنزيل تجريبي < / أ > | يجب أن يعمل أي برنامج تحكم قياسي باستخدام الحاسب الآلي. |
| مصمم الجراحة | كيفن كوفي ديفيد باركر | MATLAB File Exchange< / a> | هذه الرموز متاحة للتعديل. نحن لا نتحمل أي مسؤولية عن استخدامك أو تعديلك للكود. |
المراجع
- Yin, H. H., Knowlton, B. J., Balleine, B. W. Lesions of dorsolateral striatum preserve outcome expectancy but disrupt habit formation in instrumental learning. Eur. J. Neurosci. 19 (1), 181-189 (2004).
- West, M. O., Woodward, D. J. A technique for microiontophoretic study of single neurons in the freely moving rat. J. Neurosci. Methods. 11 (3), 179-186 (1984).
- Peoples, L. L., West, M. O. Phasic firing of single neurons in the rat nucleus accumbens correlated with the timing of intravenous cocaine self-administration. J. Neurosci. 16 (10), 3459-3473 (1996).
- Wolske, M., Rompre, P. P., Wise, R. A., West, M. O. Activation of single neurons in the rat nucleus accumbens during self-stimulation of the ventral tegmental area. J. Neurosci. 13 (1), 1-12 (1993).
- Bozza, T., McGann, J. P., Mombaerts, P., &Wachowiak, M. In vivo imaging of neuronal activity by targeted expression of a genetically encoded probe in the mouse. Neuron. 42 (1), 9-21 (2004).
- Pitts, M. Office of Laboratory Animal Welfare. Institutional animal care and use committee guidebook. , (2002).
- Yoon, T., Otto, T. Differential contributions of dorsal vs. ventral hippocampus to auditory trace fear conditioning. Neurobiol. Learn. Mem. 87 (4), 464-475 (2007).
- Root, D. H., et al. Differential roles of ventral pallidum subregions during cocaine self-administration behaviors. J. Comp. Neurol. 521 (3), 558-588 (2012).
- Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. B. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nat. Protoc. 5 (2), 201-208 (2010).
- Feng, L., Sametsky, E. A., Gusev, A. G., Uteshev, V. V. Responsiveness to nicotine of neurons of the caudal nucleus of the solitary tract correlates with the neuronal projection target. J. Neurophysiol. 108 (7), 1884-1894 (2012).
- Babaei, P., Soltani Tehrani,, B,, Alizadeh, A. Transplanted Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Improve Memory in Rat Models of Alzheimer's Disease. Stem Cells Int. 2012, 369417(2012).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
