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方法文章

基于MRI的非人灵长类神经外科手术规划工具箱

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DOI:

10.3791/61098

2020年7月17日

本文内容

摘要

以下方法旨在提供一种综合性方案,用于制备非人灵长类动物(NHP)神经外科手术,该方案采用了一种新颖的三维(3D)打印技术与磁共振成像(MRI)数据提取相结合的方法。

摘要

本文介绍了一种外科手术准备方法,该方法仅利用从非人灵长类动物(NHP)磁共振成像(MRI)中提取的数据,即可对多种神经外科手术进行实际规划。本方案可用于生成大脑和颅骨的3D打印解剖精确实体模型,以及模拟大脑部分力学特性的琼脂糖凝胶大脑模型。大脑模型可通过脑组织提取软件从MRI数据中获得,颅骨模型则通过自定义代码生成。该制备方案利用先进的3D打印技术,实现大脑、颅骨及凝胶大脑模型模具的构建与整合。通过在自定义代码中加入颅骨开窗(craniotomy)设计,颅骨和大脑模型可直观展示颅骨内脑组织的空间关系,从而为直接涉及脑组织的手术提供更充分的术前准备。这些方法的应用主要针对神经刺激与记录、以及注射类手术,但该系统的灵活性也为未来将本方案、提取技术及模型拓展至更广泛的手术类型提供了可能。

引言

灵长类动物研究是医学研究从动物模型过渡到人体试验的关键步骤1,2。这一作用在神经科学和神经工程学研究中尤为突出,因为啮齿类动物大脑与非人灵长类动物(NHP)大脑之间存在显著的生理和解剖学差异1,2,3。随着化学遗传学、光遗传学和钙成像等需要神经元基因改造的新兴基因技术的发展,以非人灵长类动物为模型研究神经功能的神经工程学研究作为理解脑功能的临床前模型,受到了特别关注2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16。在大多数非人灵长类动物神经科学研究中,需要通过神经外科手术植入多种装置,例如头部固定杆、刺激与记录腔室、电极阵列以及光学窗口4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18

目前的非人灵长类动物(NHP)实验室采用多种方法,其中常包含一些无效的操作,例如通过镇静动物来使头柱的支腿贴合,并粗略估计颅骨开颅部位周围的曲率。其他实验室则在手术过程中将头柱直接贴合于颅骨,或采用更先进的方法获取植入所需的测量数据,例如分析非人灵长类动物脑图谱和磁共振(MR)扫描图像,以尝试估算颅骨曲率2,10,11,16。非人灵长类动物的神经外科手术还涉及液体注射,而许多实验室往往无法可视化预设的脑内注射位置2,4,5,13,14,仅依赖立体定位测量结果并与MR扫描图像进行比对。由于无法测试所有植入复杂组件之间的物理兼容性,这些方法不可避免地存在一定程度的不确定性。

因此,灵长类动物神经外科手术规划需要一种准确的无创方法。本文介绍了一种用于准备此类动物植入和注射手术的方案与方法。整个流程始于磁共振成像(MRI)扫描,从中提取大脑和颅骨数据,构建三维(3D)模型,并可进一步进行3D打印。颅骨和大脑模型可结合使用,以更精确地规划开颅手术及头部固定装置的制备。大脑模型还可用于制作脑部解剖结构精确的凝胶脑模型的模具。凝胶脑模型本身,或与提取出的颅骨结合使用,可用于多种注射手术的术前准备。下文将详细描述基于MRI的神经外科术前准备工具箱所需的各个步骤。

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方案

所有动物实验程序均经华盛顿大学动物护理与使用委员会批准。实验使用了两只雄性恒河猴(猴H:14.9 kg,7岁;猴L:14.8 kg,6岁)。

1. 图像采集

  1. 将猴子转运至3T磁共振成像(MRI)扫描仪,并将动物置于与MRI兼容的立体定位框架中(材料表)。
  2. 采集标准T1加权解剖磁共振图像(翻转角 = 8°,重复时间/回波时间 = 7.5/3.69 s,矩阵大小 = 432 × 432 × 80,采集时间 = 103.7 s,多线圈(材料表),平均次数 = 1,层厚 = 1 mm)。
    注意:为成功分离颅骨,应采用此处提供的MRI采集参数,以最大化颅骨与脑组织之间的对比度。

2. 脑组织提取

  1. 在脑提取的磁共振成像软件中,选择 打开 | 打开图像。将步骤 1.2 中获取的 T1 快速磁化准备快速梯度回波(MPRAGE)扫描图像载入磁共振成像软件(材料表)。
  2. 为提取脑组织,在 插件 下拉菜单中选择 提取脑组织(BET)。将强度阈值设置在约 0.5−0.7 范围内,并将阈值梯度值设为 0。重复使用提取功能,逐步降低强度阈值,直至扫描图像中仅保留皮层解剖结构(图 1B)。
    注意:此过程为迭代操作,因为该软件并非专为非人灵长类动物(NHP)脑设计,提取结果不够精确。
  3. 在感兴趣区域(ROI)菜单下选择 阈值转为 ROI,并选择 收缩包裹3D 选项,以生成脑组织的位图。此操作将梯度图像转换为二进制位图,便于后续模型生成。选择一个阈值(通常约为 600)以分离脑组织与周围组织。该阈值可通过将光标悬停于灰质区域确定。点击 确定 生成位图。
  4. 为创建表面模型,在图像菜单下选择 构建表面,并输入步骤 2.3 中用于提取脑组织的阈值,然后点击 确定。生成的表面可用于参考,以调整阈值,从而获得目标解剖结构的最高质量表示(图 1C)。
  5. 在文件选项卡下选择 保存另存为,将提取的脑 ROI 保存为 .nii 或 .nii.gz 文件,用于后续脑模型的构建。

3. 大脑建模

  1. 在医学图像处理软件中选择 加载数据 | 选择要添加的文件,并加载以 .nii 或 .nii.gz 文件格式保存的提取脑图像(材料表)。
  2. 将鼠标悬停在模块工具栏中的“欢迎使用 Slicer”下拉菜单上,然后转至所有模块。从该菜单中选择 编辑器 功能。在弹出的警告窗口中点击 确定
  3. 编辑器 模块菜单中,选择 阈值效果,并调整阈值范围滑块,使三个切片中包含脑部的位图区域均被高亮显示。加载位图时,将两个滑块均调整为 1 的值可选中整个脑部。选择 应用
  4. 打开模型生成器模块,在输入体积的下拉菜单中选择步骤 3.3 生成的位图文件。在 模型 下,选择 创建新模型层级。为模型层级指定名称后,选择 应用 以生成体积。
  5. 将文件保存为 .stl 格式。
  6. 如需进一步修改脑模型,请在计算机辅助设计软件中将 .stl 文件作为图形 体导入(材料表
    注意:此过程可能需要较长时间,因为导入的网格脑表面通常非常复杂。
  7. 文件导入后,在屏幕左侧的特征树中点击图形体的子项,并抑制不必要的图形特征,直至文件中仅保留包含脑部的特征。将剩余文件保存为 .prt 格式以便进一步编辑,同时另存为 .stl 格式用于 3D 打印。将剩余文件保存为 .prt 格式以便进一步编辑,同时另存为 .stl 格式用于 3D 打印。

4. 脑组织塑形

  1. 从第3节加载提取的脑模型,通过打开.prt文件将其导入计算机辅助设计软件中。在 特征 部分 插入 菜单,选择 转换为网格体. 选择大脑的图示部分并进行转换.
  2. 制作全脑的右侧和左侧模具
    1. 点击 草图 单击按钮并选择顶面作为草图平面。绘制一个矩形,覆盖大脑右半球或左半球的全部区域。在草图中选择拉伸凸台/基体特征,拉伸形成一个立方矩形,以容纳大脑的上部。
      注意:可能需要沿两个方向挤出该立方体,以完整包含整个半球。这是因为挤出平面所在的位置(即零点)可能位于脑模型内部。沿两个方向进行挤出可确保模具完全覆盖目标区域的全部体积。
    2. 在……之下 特征 在“插入”菜单部分,选择 转换为网格体在“实体”文件夹中选择挤出的立方体并进行转换。为创建负空间,使用立方体新挤出的模型减去脑模型 混合 特征并选择减去选项。
    3. 重复步骤 4.2.1 和 4.2.2 对大脑的另一侧半球(左侧或右侧)进行相同操作,并将生成的文件保存为用于3D打印的.stl格式和用于进一步处理的.prt格式。
  3. 制作大脑上半部分的右侧和左侧模具。
    1. 在顶面创建草图,并绘制一个包含大脑右侧或左侧半球整个区域的矩形。在草图中选择拉伸凸台/基体特征,然后进行拉伸 平面偏移 选择特征。将挤出偏移至脑解剖结构中无悬垂轮廓的位置,仅捕获上方解剖结构。 在……之下 特征 “插入”菜单的该部分,选择 转换为网格体在“实体”文件夹中选择挤出的立方体并进行转换。
    2. 通过使用新挤出的立方体减去脑模型,以创建负空间 结合 特征并选择减去选项。
    3. 在模具的背侧创建一个草绘平面并选择 转换实体 然后选择步骤 4.3.1 中的草图。
    4. 在草图中选择凸台/基体拉伸特征,选择“盲孔拉伸”选项,将实体拉伸约5 mm,以完全包覆模具中被减去的脑部解剖结构。
    5. 重复步骤 4.3.1−4.3.4 对大脑的另一侧半球(左侧或右侧)进行相同操作,并将生成的文件保存为用于3D打印的.stl格式和用于进一步处理的.prt格式。
  4. 通过改变立方体的尺寸和位置,并遵循相同的方案(步骤 4.1 和 4.2),制备包含不同脑区的模具。
  5. 进行3D打印时,使用约70%的填充密度,并增加打印件外层壳的厚度,以尽量减少成型材料的泄漏。如果打印件存在缝隙或缺陷,使用指甲油或其它粘合剂进行填充。

5. 颅骨建模

  1. 将步骤 1.2 中的 QUICK MPRAGE MRI 作为 DICOM 文件导入矩阵处理软件中。DICOM 文件可能由多个独立的二维帧组成。如果是这种情况,请将所有帧合并为一个三维矩阵。确保矩阵中的每个二维帧显示的是冠状面切片。
  2. 通过使用大于运算符对三维矩阵中的各个像素值进行阈值分割,创建一个二值掩膜(见补充代码文件 CalibrateMask)。
    注意:该掩膜将包含四个不同的层次。从外到内依次称为“outside”(外部)、“musculature”(肌肉组织)、"skull”(颅骨)和“brain”(脑组织)。在此阶段,“outside”和“skull”在掩膜中对应值为 0,“musculature”和“brain”对应值为 1。
  3. 为去除“musculature”层,需分别对三维掩膜中的每一帧进行处理,即迭代地从掩膜中提取一个二维切片(例如:3D_Mask(:,:,1))。
    1. 对每一帧,在“outside”层的帧角位置选择值为 0 的像素作为“种子点”,然后搜索相邻的 0 值像素,直到遇到值为 1 的像素为止。持续搜索直至无法再找到新的 0 值像素。将所有连通的 0 值像素转换为 1。此操作可通过 MATLAB 函数“imfill”实现,其输入输出格式为 [MASK2] = imfill(MASK1, LOCATIONS, CONNECTIVITY),其中 MASK1 为原始掩膜,MASK2 为填充后的掩膜(见补充代码文件 FillExterior)。
  4. 在去除过程中部分颅骨信息可能丢失。为减轻信息损失,需在数据的三个维度上分别执行步骤 5.3,并保持结果独立。
    注意:此时“outside”和“musculature”均为 1,统称为“outside”(外部)。掩膜现在包含三个不同层次:“outside”(外部)、“skull”(颅骨)和“brain”(脑组织),其中“outside”和“brain”对应值为 1,“skull”对应值为 0。
  5. 使用 ~ 运算符反转掩膜的数值(例如:MASK2 = ~MASK1)。此时“skull”对应值为 1,“outside”和“brain”对应值为 0。
  6. 在每个掩膜中,相互接触的值为 1 的像素可视为一个“对象”。使用 MATLAB 函数“bwconncomp”为每个掩膜中的所有对象建立索引,其输入输出格式为 [CC] = bwconncomp(MASK),其中 MASK 为三维掩膜矩阵,CC 为结构体对象,包含每个对象的索引值、对象总数以及矩阵尺寸。对于每个掩膜,除保留包含最多体素的最大对象外,将其余所有对象的值设为 0(见补充代码文件 RemoveNoise)。
  7. 将各次处理生成的掩膜相加(见补充代码文件 MergeMasks)。
  8. 将脑组织缩放到一致的分辨率。
    1. 从 DICOM 文件头中获取 MRI 每帧之间的步长,并与每个像素的尺寸进行比较。
    2. 若这两个数值不同,则定义一个缩放因子,以补偿体素在步长与像素尺寸之间的分辨率差异。例如,若每帧间隔为 1 mm,像素尺寸为 0.33 mm × 0.33 mm,则缩放因子为 3。
    3. 向三维掩膜中添加额外的空体素,直到掩膜的最低分辨率维度扩大至由缩放因子所定义的倍数(见补充代码文件 “ScaleMask”)。
    4. 对掩膜中的数值进行线性插值,使掩膜填满新的空间。
    5. 将颅骨导出为 .stl 文件或其他类似的文件格式,用于 3D 打印。

6. 在三维颅骨模型中创建颅骨切口

  1. 使用步骤 5.1 中的 MRI 文件,通过猕猴脑图谱中的解剖标志(例如中央沟)手动确定开颅位置的大致坐标19
    1. 查看三维矩阵中的单个切片(类似于步骤 5.3)。
    2. 手动在三维矩阵中向前或向后扫描,直至找到可识别的解剖标志。
    3. 将该切片的帧编号保存为 z 坐标(即 3D_Mask(:,:,z))。
    4. 使用数据选择工具,在该帧上选取开颅中心位置的单个点,并通过 Matlab 函数“getpts”保存其 x 和 y 坐标,函数的输入输出格式为 [x,y] = getpts。“getpts”将打开一个用户界面,请点击目标帧(参见 补充代码文件 LocateCraniotomy)。
  2. 根据 DICOM 文件头中的信息,将预期开颅半径从毫米(mm)转换为体素(voxels)。
  3. 以步骤 6.1 中指定的点为中心,利用 补充代码文件 Craniotomy,在步骤 5.8.4 所得的掩膜中,将步骤 6.2 定义半径范围内的所有体素设为零。函数的输入输出格式为 [craniotomyMask] = Craniotomy(mask, x, y, z, radius, X, Y, Z, resolution),其中 craniotomyMask 是已去除开颅区域的三维矩阵,mask 是初始三维矩阵,x、y、z 是开颅中心坐标,radius 是开颅半径,X、Y、Z 是三维矩阵的网格向量,resolution 是步骤 6.2 中定义的半径(参见 补充代码文件 Craniotomy)。
  4. 对于多个开颅区域,对每个独立的开颅位置重复执行步骤 6.1–6.3。
  5. 将颅骨导出为 .stl 文件或其他类似的文件格式,用于 3D 打印。

7. 3D 打印

注意:使用两种类型的用于物理原型的3D打印机(材料表)。对于以下各项参数,除非另有说明,所有3D打印机和打印软件的设置均应为默认设置。

  1. 为了打印原型和模具,使用标准的PLA打印机(材料表),并采用以下打印机和软件设置生成G代码:内部密度>50%(对于需要承载液体的模具而言,这一点尤为重要),内部填充模式为快速蜂窝状,外部填充模式为直线状,打印平台温度 = 50 °C,挤出机温度 = 230 °C。
  2. 为了打印更高保真度的脑和颅骨模型,使用工业级打印机,采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)与可溶解支撑材料进行组合打印(材料表)。然后使用以下打印机设置生成G代码:填充模式为稀疏-高密度。其余所有设置将自动调整为相应的默认值。
    1. 将模型置于支撑材料溶剂(材料表)中溶解约12小时。
  3. 完成相应的打印机设置后,点击开始,并观察打印的第一层,以确保基底层平整均匀。
  4. 3D打印模具完成后,使用指甲油(材料表)封堵所有可见的孔洞,以确保密封更严密。
    注:3D打印的脑和颅骨模型可通过将脑模型插入颅骨底部的开口处进行组合。移除眼部解剖结构可便于脑模型的放置,且不会丢失重要信息。当脑模型置于颅骨内部时,会自然对齐至解剖学上的正确位置。

8. 琼脂糖的制备

  1. 按质量比1:4将琼脂粉(材料表)与刺槐豆胶粉(材料表)混合。
  2. 将粉末混合物加入锥形瓶中的1×磷酸盐缓冲液(材料表),配制成浓度为0.6%的溶液。
    注:其他实验室使用的浓度范围通常为0.5%–0.6%20,21
  3. 将微波炉调至最大功率,将装有溶液的锥形瓶放入微波炉中加热2分钟。
  4. 观察溶液状态。当溶液开始冒泡时,立即停止微波炉和计时器,取出锥形瓶并剧烈旋转混匀。随后将锥形瓶放回微波炉,继续加热并重新开始计时。
    注:此步骤的目的是在尽量减少因沸腾导致蒸发而损失体积的前提下,充分加热溶液。
  5. 重复步骤8.4,直至完成全部两分钟加热时间。
  6. 取出锥形瓶后持续旋转,防止溶液在瓶内提前凝固。
  7. 在锥形瓶外壁冲淋冷水,同时不断旋转,以冷却溶液。冷却至瓶壁仅感温热但可安全触碰为止,以避免后续步骤中高温溶液导致塑料模具变形。
  8. 在将溶液转移至模具的过程中持续旋转锥形瓶,防止溶液过早硬化。

9. 琼脂糖成型

注意:以下琼脂糖模具制备流程适用于完整半球形模具和上半球形模具

  1. 将琼脂糖溶液倒入其中一个脑模具中,直至装满。继续轻轻摇晃烧瓶中剩余的溶液。
  2. 监测模具中溶液是否有泄漏。如有需要,及时补充溶液,因为凝固的琼脂糖会自动封住模具中的任何漏点。
  3. 让模具中的溶液在室温下静置,直至溶液完全凝固成固体。
    注意:等待时间可能因溶液体积和其他因素而异,但通常2小时为可靠的等待时间。
  4. 使用刮铲小心地将凝胶模型从模具中取出。插入刮铲时应选择合适的位置,以避免对模具表面造成潜在变形。
  5. 为减缓自然蒸发过程并防止生物污染,应将凝胶模型置于密封容器中,并存放在冰箱内。

10. 注入琼脂糖凝胶模型

  1. 准备泵以进行输注,并将其固定在立体定位仪框架上的立体定位臂上(材料表)。根据第9节中的凝胶模型表面,将泵调整至正确的注射轨迹和垂直位置。
  2. 使用250 µL注射器(材料表)吸取去离子水。将注射器安装到泵上(材料表)。
    注意:在吸取任何染料之前,应先用去离子水完全充满注射套管(材料表),以确保当染料通过套管被吸入时,活塞不会压缩或扩张空气,从而影响注射体积。
  3. 使用泵驱动器(材料表)将食用色素(材料表)吸入注射器,直至达到目标注射体积。缓慢注射食用色素,直到套管尖端形成一小滴液珠,以防止将气泡注入凝胶中。随后擦干套管尖端的液珠。
  4. 将凝胶模型置于套管下方。降低套管,使其尖端接触凝胶模型表面,并记录立体定位臂上的测量数值。
  5. 迅速而平稳地将套管插入凝胶模型至目标注射深度,并确保凝胶表面已紧贴套管周围密封。
  6. 启动泵并观察食用色素在凝胶中的扩散情况,直至完成目标体积的注射。起始流速设为1 µL/min,之后每分钟递增1 µL/min,逐步提高至5 µL/min。食用色素在凝胶中的扩散可近似模拟病毒载体在脑组织中的分布情况。
  7. 迅速而平稳地将套管从凝胶中取出。
  8. 使用成像设备(材料表)拍摄食用色素扩散区域的图像,并实际测量栓塞区域的尺寸,以计算注射形成的椭球体积。由于凝胶具有透明特性,该方法得以实现。

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结果

过去,将磁共振成像(MRI)的处理与分析作为术前开颅手术规划的手段已成功应用2,5,10,16。然而,通过引入脑组织、颅骨及开颅区域的三维建模,该过程得到了显著提升。我们成功构建了能够反映研究关注区域的、解剖结构精确的脑部物理模型(图1)。同样,我们也成功构建了从磁共振图像中提取的灵长类颅骨的解剖结构精确的物理模型(图2)。

通过将颅骨和脑部的两个物理模型进行紧密的过盈配合,验证了这两个模型之间的相对准确性,并证实了外推的MRI分析数据的可靠性(图3A,B)。利用组合模型,我们能够在打印前在颅骨中创建颅骨切开部位,并可...

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讨论

本文介绍了一种用于非人灵长类动物神经外科手术准备的工具箱,该工具箱基于从MR扫描中提取的颅骨和脑部解剖结构的物理模型和计算机辅助设计(CAD)模型。

尽管提取并3D打印的颅骨和脑模型是专门为开颅手术和头固定柱植入的准备而设计的,但该方法也可适用于多种其他应用场景。如前所述,颅骨的物理模型允许在手术前对头固定柱进行预弯折,从而使其与颅骨良好贴合。此外,从MRI中提取的颅骨可用于设计3D头固定柱,使其更精确地匹配颅骨解剖结构。虽然传统上CT成像是提取颅骨的更优成像方式,但在本方法中,脑和颅骨解剖结构来自同一种成像模态,这有助于增强骨组织与软组织模型之间的解剖一致性。这种解剖一致性可提高精度,确保开颅区域覆盖目标皮层区域,并使所有植入部件(如刺激和记录腔室)均能贴合颅骨曲率。已有研究通过定量比较从MRI提取的颅骨表面与从其他扫描类型提取的结果,支持了这一优势23,24。该领域的其他研究已提出用于创建头固定柱植入模型和3D打印原型的方法2...

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披露

作者们目前没有需要披露的利益冲突。

致谢

本项目由尤妮斯·肯尼迪·施赖弗国家儿童健康研究所资助 & 美国国立卫生研究院人类发展研究所资助号 K12HD073945、华盛顿国家灵长类研究中心(WaNPCR,P51 OD010425)、神经技术中心(CNT,美国国家科学基金会工程研究中心,资助号 EEC-1028725)以及华盛顿大学专利研究基金。本项目对Macknik实验室和Martinez-Conde实验室的资助来自美国国家科学基金会BRAIN计划NCS奖项1734887,以及美国国家科学基金会奖项1523614 & 1829474 以及纽约州立大学帝国创新学者奖(SUNY Empire Innovator Scholarships)对每位教授的资助。我们感谢 Karam Khateeb 在琼脂糖制备方面的帮助,以及 Toni J Huan 提供的技术支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
3D 打印软件 (GrabCAD Print)Stratasys版本 1.36用于高质量 3D 打印
3D 打印软件 (Simplify 3D)Simplify3D版本 4.1用于 PLA 3D 打印
琼脂糖Benchmark ScientificA1700用于制作凝胶脑模型
黑色指甲油L.A. ColorsCNP637用于凝胶成型
套管(内径 450 µm,外径 666 µm)Polymicro Technologies1068150625用于向凝胶脑中注射染料
导管连接器B BraunPCC2000适用于 20–24 G 硬膜外导管;每包 50 个单位
Dremel 3D Digilab 3D45 打印机DremelF0133D45AA用于 PLA 快速原型制作
ECOWORKSStratasys300-00104用于溶解 QSR 支撑结构
锥形瓶Pyrex4980用于凝胶成型
氰基丙烯酸乙酯The Original Super Glue Corp.15187用于制作组合套管
量筒3023用于凝胶成型
HATCHBOX PLA 3D 打印机线材HATCHBOX3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK1 公斤卷,1.75 毫米,红色/黑色
刺槐豆胶Modernist Pantry1018凝胶脑混合物中的增稠剂
MATLABMathWorksR2019b用于颅骨提取
McCormick 黄色食用色素McCormick用于染料注射
微波炉PanasonicNN-SD975S用于琼脂糖固化
MR 成像软件 (3D Slicer)3D Slicer版本 4.10.2用于三维模型生成
MR 成像软件 (带 BET 插件的 Mango)Reasearch Imaging Institute版本 4.1用于脑组织提取
Philips Acheiva MRI 系统Philips4522 991 19391用于非人灵长类动物成像
磷酸盐缓冲液Gibco70011-044用去离子水稀释 10 倍至 1X
WPIUMP3T-1用于染料注射
泵驱动器WPIUMP3T-1用于染料注射
冰箱通用电气用于保存琼脂糖凝胶
科学刮刀VWR82027-494用于取出凝胶模具
SolidWorksDassault Systemes2019
Stratasys ABS-M30 线材Stratasys333-60304用于高质量 3D 打印
Stratasys F170 3D 打印机Stratasys123-10000用于高质量 3D 打印
Stratasys QSR 支撑材料Stratasys333-63500用于与 ABS 模型配合创建支撑结构
注射器SGESGE250TLL用于染料注射

参考文献

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

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