Abschätzung der thermischen Schädigung durch robotergebohrte Kraniotomie bei der kranialen Fensterchirurgie bei Mäusen

George F. Hoeferlin; Dhariyat M. Menendez; Olivia K. Krebs; Jeffrey R. Capadona; Andrew J. Shoffstall

doi:10.3791/64188

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Methodenartikel

Abschätzung der thermischen Schädigung durch robotergebohrte Kraniotomie bei der kranialen Fensterchirurgie bei Mäusen

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DOI:

10.3791/64188

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11. November 2022

George F. Hoeferlin^*¹^,² , Dhariyat M. Menendez^*¹^,² , Olivia K. Krebs¹^,² , Jeffrey R. Capadona¹^,² , Andrew J. Shoffstall¹^,²

¹Department of Biomedical Engineering, Case Western Reserve University, ²Advanced Platform Technology Center, Louis Stokes Cleveland VA Medical Center

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Schädelfenster sind zu einer allgegenwärtig eingesetzten Operationstechnik geworden, um eine intravitale Bildgebung bei transgenen Mäusen zu ermöglichen. Dieses Protokoll beschreibt den Einsatz eines chirurgischen Roboters, der halbautomatische Knochenbohrungen von Schädelfenstern durchführt und dazu beitragen kann, die Variabilität von Chirurg zu Chirurg zu verringern und die Schädigung der thermischen Blut-Hirn-Schranke teilweise zu mildern.

Zusammenfassung

Die Schädelfensterchirurgie ermöglicht die Bildgebung von Hirngewebe bei lebenden Mäusen unter Verwendung von Multiphotonen oder anderen intravitalen Bildgebungsverfahren. Bei der Durchführung einer Kraniotomie von Hand kommt es jedoch häufig zu einer thermischen Schädigung des Hirngewebes, die von Natur aus von Chirurgie zu Operation variiert und von der Technik des einzelnen Chirurgen abhängen kann. Die Implementierung eines chirurgischen Roboters kann die Chirurgie standardisieren und zu einer Verringerung der mit der Operation verbundenen thermischen Schäden führen. In dieser Studie wurden drei Methoden des Roboterbohrens getestet, um thermische Schäden zu bewerten: horizontal, Punkt für Punkt und gepulst Punkt für Punkt. Beim Horizontalbohren wird ein kontinuierliches Bohrschema verwendet, während bei Punkt-für-Punkt-Bohrungen mehrere Löcher gebohrt werden, die das Schädelfenster umfassen. Die gepulste Punkt-für-Punkt-Bohrung fügt ein Bohrschema "2 s an, 2 s aus" hinzu, um eine Abkühlung zwischen den Bohrungen zu ermöglichen. Die Fluoreszenzbildgebung des intravenös injizierten Farbstoffs Evans Blue (EB) misst die Schädigung des Hirngewebes, während ein Thermoelement, das unter der Bohrstelle platziert ist, die thermische Schädigung misst. Die Thermoelementergebnisse deuten auf eine signifikante Abnahme der Temperaturänderung in der gepulsten Punkt-für-Punkt-Gruppe (6,90 °C ± 1,35 °C) im Vergleich zu den horizontalen (16,66 °C ± 2,08 °C) und Punkt-für-Punkt-Gruppen (18,69 °C ± 1,75 °C) hin. In ähnlicher Weise zeigte auch die gepulste Punkt-für-Punkt-Gruppe nach der kranialen Fensterbohrung im Vergleich zur horizontalen Methode eine signifikant geringere EB-Präsenz, was auf eine geringere Schädigung der Blutgefäße im Gehirn hinweist. Daher scheint ein gepulstes Punkt-für-Punkt-Bohrverfahren das optimale Schema zur Reduzierung thermischer Schäden zu sein. Ein Roboterbohrer ist ein nützliches Werkzeug, um das Training und die Variabilität zu minimieren und thermische Schäden zu reduzieren. Mit dem zunehmenden Einsatz von Multiphotonen-Bildgebung in Forschungslaboren ist es wichtig, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu verbessern. Die hier angesprochenen Methoden werden dazu beitragen, andere darüber zu informieren, wie diese chirurgischen Roboter besser eingesetzt werden können, um das Feld weiter voranzubringen.

Einleitung

Schädelfenster sind in den Neurowissenschaften, der Neurotechnik und der Biologie allgegenwärtig geworden, um eine direkte Visualisierung und Bildgebung des Kortex bei lebenden Tieren zu ermöglichen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Die leistungsstarke Kombination aus transgenen Mäusen und Multiphotonen-Bildg....