Name: Der Aufbau einer Open-Source Robotic stereotaktischen Instrument (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-10-29T19:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 40 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie ein kostengünstiges, Open-Source-robotisches Stereotaxiegerät für Nagetier-Neurochirurgie bauen. Diese Methode ermöglicht präzise, reproduzierbare chirurgische Eingriffe mit automatisch generierten Werkzeugwegen.

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Diese Studie wurde vom National Institute on Drug Abuse Grants DA 006886, 032270 und DA unterstützt.

<ol><li> Leiter Der bipolare Schrittmotoren durch Verschrauben der Drähte in die mit dem Treiber-Platine geliefert Steckverbinder. Aderfarben auf bipolare Schrittmotoren sind standardisiert (Abbildung 1). Hinweis: Die beschriebenen Schrittmotoren verfügen über eine Auflösung von 1,8 ° / Schritt, um 0,346 ° / Schritt ausgerichtet. Ein Standard-stereotax hat 3 mm/360 ° des Reisens. Die endgültige Auflösung ist 2.88 um / Schritt. Die Motoren sind auch in der Lage fraktionierte Schritt. <ol><li> Das grüne Kabel auf A +, verbinden Sie das schwarze Kabel mit A-, verbinden Sie das rote Kabel an B + und die blaue Ader zu B-. </li></ol></li><li> Schieben Sie die Kopplern über die Schrittmotoren, wobei darauf geachtet, die Befestigungslöcher ausrichten und befestigen Sie sie mit 12x M3 Kantschrauben (20 mm) (Abbildung 2). <ol><li> Sicherzustellen, dass die Kuppler sind fest mit den Motoren verbunden. Hinweis: Die 3D-Modelle enthalten keine Threads. Die Teile sind mit Gewinde markiert, aber sie müssen abgegriffen werden nachdem siehergestellt. </li></ol></li><li> Entfernen Sie die Befestigungsschrauben aus den Daumenmulden auf allen 3 Achsen des stereotaktischen Instrument mit einem kleinen Inbusschlüssel. Die Daumenmulden sind mit Gewinde versehen, so schalten Sie sie gegen den Uhrzeigersinn, für die Entfernung. Halten Sie die PTFE Unterlegscheiben an Ort und Stelle auf dem Arm (Abbildung 3). </li><li> Schrauben Sie das Gewindeende der Kragen auf die Gewindestangen der Arme des stereotaktischen Instrument (Abbildung 3). <ol><li> Stellen Sie sicher, gibt es keine Lücke zwischen den Kragen und PTFE-O-Ringe. Dies garantiert, dass Koordinaten beibehalten werden, wenn der Roboter die Richtung ändert. </li><li> Sichern Sie sich die Halsbänder auf die Gewinde der stereotaktischen Arme mit 3x NF10-32 (1/4 Zoll) Tasse Punkt Stellschrauben. </li><li> Schieben Sie die Motor-und Kupplungs über den Kragen &amp; stereotaktischen Arme. Stellen Sie sicher, dass die Motoren bündig mit den Armen, und die eingestellten Schraubenlöcher an den Kragen Linie mit dem flachen Teil der Motorwellen (Abbildung 4). </li><li> Sichern Sie die Zusammenarbeituplers auf die stereotax mit den Befestigungslöchern und 6x NF10-32 (1/2 Zoll) Ringschneide-Schrauben (Bild 4). </li><li> Sicherung der Kragen an den Motorwellen mit 3x NF10-32 (1/4 Zoll) Gewindestifte (4). </li></ol></li><li> Bereiten Sie die CNC-Treiber-Platine, indem jeder der Controller-Pins zur Hälfte Schritt. Hinweis: Diese Schrittmotor-Treiber kommt als ausgesetzt Platine. Ein Fall aufgebaut werden kann, obwohl es nicht notwendig ist. Auch kann eine Anzahl von verschiedenen bipolaren Schrittmotor-Treiber verwendet werden. Wenn dem so ist, dafür sorgen, dass die Setup-Anweisungen für die spezifische Bord gekauft gefolgt. <ol><li> Alle 6 Pins pro Schrittmotor Richten Sie in der gleichen Weise. Half-Stepping ermöglicht die doppelte Schrittauflösung in Grad / Schritt (Abbildung 5). </li><li> Flip Pin 1 mit dem auf Position, Pin 2 in die Stellung, Pin 3 mit der auf Positiontion, Pin 4 in die Stellung, Pin 5 an die Position auf, und Pin 6 in die Stellung (Abbildung 5). </li></ol></li><li> Stecken Sie die Motoren (X - Y - Z) in den Schrittmotor-Treiber, zusammen mit dem 12-V-Stromversorgung. Die korrekte Anordnung auf der Treiber gekennzeichnet. Außerdem bringen Sie die Schrittmotor-Treiber an die serielle Schnittstelle eines Computers mit einem DB25cable (Abbildung 6). </li><li> Installieren CNC-Fräs-Software auf einem Personal Computer (diese müssen in einem chirurgischen Fläche möglich) nach den Standardanweisungen. Einmal installiert, öffnen Sie die Software, um die Konfiguration zu starten. <ol><li> Konfigurieren Sie die Software mit den Schrittmotoren zu kommunizieren. Hinweis: Die folgenden Anweisungen sind nur für die Verwendung mit der TB6560 Schrittmotor-Treiber gedacht. </li><li> Klicken Sie wie folgt durch die Software-Menüs. Öffnen → Config → Ports und Pins→ Ausgangssignale. Füllen Sie die Eingabeaufforderung Abbildung 7 entsprechen und schlug an. </li><li> Klicken Sie wie folgt durch die Software-Menüs. Öffnen → Config → Ports und Pins → Eingangssignale. Füllen Sie die Eingabeaufforderung Abbildung 8 entsprechen und schlug an. </li><li> Klicken Sie wie folgt durch die Software-Menüs. Öffnen → Config → Ports und Pins → Motor Ausgänge. Füllen Sie in der Eingabeaufforderung zu Abbildung 9 entsprechen und schlug an. </li><li> Klicken Sie wie folgt durch die Software-Menüs. Öffnen → Config → Motor-Tuning. Füllen Sie die Eingabeaufforderung Abbildung 10 entsprechen und klicken Sie auf Speichern Achseneinstellungen. Wiederholen Sie den vorherigen Schritt für alle drei Achsen mit den gleichen Werten. </li></ol></li><li> Kalibrieren Sie den stereotax der Skala der CNC-Software. Hinweis: Die Software ist für Standardfräsmaschinen entwickelt, so seine Maßeinheit wird nicht proportional zur Reise eines stereotaktischen Instrument sein.<ol><li> Stellen der Motoren Geschwindigkeit bis 1 Zoll pro Minute und &quot;Jog&quot; der stereotaktischen Instrument der Z-Achse mit PgUp / PgDn auf den Millimeter genau. Hinweis: Die maximal empfohlene Jogging-Drehzahl beträgt 3.500 um / s und die maximale empfohlene Schnittgeschwindigkeit beträgt 500 um / sec. </li><li> Null die Z-Achse und die Jog stereotaktischen Instrument 1 mm. Die zurückgelegte Strecke auf der Z-Achse in Mach3 ist das &quot;Skalierungskonstante&quot;. Maschinenkoordinaten werden durch Multiplikation Schädel Koordinaten (mm) von der &quot;Skalierung Constant&quot; bestimmt. </li><li> Führen Stichproben von allen 3 Achsen durch Programmierung ihnen einige bekannte Strecken, und sicherzustellen, dass die Bewegungen korrekt sind. Wenn die stereotax Reise ist zu weit oder kurz, ändern Sie die Skalierungskonstante entsprechend. Hinweis: Sobald Skalierung abgeschlossen ist, kann die mitgelieferten benutzerdefinierte Skripts verwendet werden, um G-Code für Arztpraxen zu generieren. Allerdings ist es sehr empfehlenswert, dass Benutzer mit G-Code vertraut zu machen, bevor Sie automatisch generierenOperationen. Dies ist zwingend notwendig für die Fehlersuche und Änderung automatisierten Operationen. </li></ol></li><li> Befestigen Sie den Mikromotor Bohrer an den stereotaktischen Instrument mit dem extra großen Sondenhalter. Hinweis: Die empfohlene Mindestbohrergeschwindigkeit 40.000 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Automatische Generierung G-Code für eine scharfe Kante Kraniotomie mit 3 Schädel Schraubenlöcher. <ol><li> Zeigen alle benutzerdefinierte Skripts aus der Software-Tabelle in einem einzigen Ordner auf einem PC. </li><li> Öffnen Sie das Script &quot;SharpEdgeCraniotomy.m&quot; und führen Sie den Code. </li><li> Wählen Sowohl auf die Eingabeaufforderung &quot;Welche Art von Chirurgie werden Sie durchführen?&quot; (Abbildung 11). </li><li> Wählen Sie Benutzerdefiniert, um die Ecken des Schädels Fenster definieren. Bitte geben Sie in jeder Eingabeaufforderung auf Abbildung 12 entsprechen. </li><li> Definieren die X-und Y-Positionen der Kraniotomie Ecken. Jede Koordinate müssen in der richtigen Reihenfolge eingegeben werden, nach dem Beispiel in Abbildung 13 </strong&gt;. </li><li> Geben Sie 3 in der Eingabeaufforderung zu 3 Schädel Löcher (Abbildung 14) zu produzieren. </li><li> Wählen Sie anhand von Koordinaten definieren, und geben Sie die Koordinaten von jedem Loch aus der Vorlage in Abbildung 15. Hinweis: Wenn genauen Koordinaten sind nicht wichtig, es gibt eine Option, um die Löcher Positionen auf einem Bild eines Rattenschädel zeigen und klicken. Positionen werden automatisch erzeugt werden. </li><li> Definieren Sie die Bohr-Parameter. Für die ersten Tests Chirurgie, die Standardwerte. Hinweis: Diese Werte sind abhängig von den Schrittmotoren, und das Tier Schädel. Jede Ratte Rasse und Zielort hat eine etwas andere Schädeldicke. Für die ersten paar Operationen mit diesem Gerät, sei bereit, die Bohrtiefen testen und alle restlichen Schädelstücke manuell zu entfernen. Die Werte können dann für zukünftige Operationen (Fig. 16) geändert werden. </li><li> Nennen Sie den G-Code, es wird automatisch generiert und sa werdenin das Arbeitsverzeichnis ved. </li></ol></li><li> Legen Sie die G-Code in die CNC-Fräs-Software und eine Test Schädel in die stereotaktischen Instrumenten Ohr Bars. <ol><li> Manuelles joggen den Bohrer zu Bregma mit den Pfeiltasten. Verwenden Sie eine langsame Tippgeschwindigkeit (~ 5 Zoll / m), um die Genauigkeit zu gewährleisten. </li><li> Starten Sie den Bohrer bei mehr als 38.000 Umdrehungen pro Minute rotiert. </li><li> Presse Cycle, die stereotax viele Pässe der gleichen Schnitt durchzuführen, in verschiedenen Tiefen. Zwischen jedem Durchgang wird die stereotax anzuhalten, so kann der Chirurg fortsetzen oder abbrechen Schneiden. Fortfahren drücken Zyklus (Alt-R), um fortzufahren Schnittaufteilung. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Yin, H. H., Knowlton, B. J., Balleine, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lesions+of+dorsolateral+striatum+preserve+outcome+expectancy+but+disrupt+habit+formation+in+instrumental+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Lesions of dorsolateral striatum preserve outcome expectancy but disrupt habit formation in instrumental learning.</a> Eur. J. Neurosci. 19 (1), 181-189 (2004).</li>
<li>West, M. O., Woodward, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technique+for+microiontophoretic+study+of+single+neurons+in+the+freely+moving+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A technique for microiontophoretic study of single neurons in the freely moving rat.</a> J. Neurosci. Methods. 11 (3), 179-186 (1984).</li>
<li>Peoples, L. L., West, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phasic+firing+of+single+neurons+in+the+rat+nucleus+accumbens+correlated+with+the+timing+of+intravenous+cocaine+self-administration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Phasic firing of single neurons in the rat nucleus accumbens correlated with the timing of intravenous cocaine self-administration.</a> J. Neurosci. 16 (10), 3459-3473 (1996).</li>
<li>Wolske, M., Rompre, P. P., Wise, R. A., West, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activation+of+single+neurons+in+the+rat+nucleus+accumbens+during+self-stimulation+of+the+ventral+tegmental+area%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Activation of single neurons in the rat nucleus accumbens during self-stimulation of the ventral tegmental area.</a> J. Neurosci. 13 (1), 1-12 (1993).</li>
<li>Bozza, T., McGann, J. P., Mombaerts, P., &Wachowiak, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+imaging+of+neuronal+activity+by+targeted+expression+of+a+genetically+encoded+probe+in+the+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">In vivo imaging of neuronal activity by targeted expression of a genetically encoded probe in the mouse.</a> Neuron. 42 (1), 9-21 (2004).</li>
<li>Pitts, M. Office of Laboratory Animal Welfare. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPitts%2C+M+%22Institutional+animal+care+and+use+committee+guidebook%22">Institutional animal care and use committee guidebook</a>. , (2002).</li>
<li>Yoon, T., Otto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+contributions+of+dorsal+vs.+ventral+hippocampus+to+auditory+trace+fear+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Learn.+Mem%22%5BJournal%5D)">Differential contributions of dorsal vs. ventral hippocampus to auditory trace fear conditioning.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 87 (4), 464-475 (2007).</li>
<li>Root, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+roles+of+ventral+pallidum+subregions+during+cocaine+self-administration+behaviors%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Differential roles of ventral pallidum subregions during cocaine self-administration behaviors.</a> J. Comp. Neurol. 521 (3), 558-588 (2012).</li>
<li>Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thinned-skull+cranial+window+technique+for+long-term+imaging+of+the+cortex+in+live+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice.</a> Nat. Protoc. 5 (2), 201-208 (2010).</li>
<li>Feng, L., Sametsky, E. A., Gusev, A. G., Uteshev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsiveness+to+nicotine+of+neurons+of+the+caudal+nucleus+of+the+solitary+tract+correlates+with+the+neuronal+projection+target%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Responsiveness to nicotine of neurons of the caudal nucleus of the solitary tract correlates with the neuronal projection target.</a> J. Neurophysiol. 108 (7), 1884-1894 (2012).</li>
<li>Babaei, P., Soltani Tehrani,, B,, Alizadeh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transplanted+Bone+Marrow+Mesenchymal+Stem+Cells+Improve+Memory+in+Rat+Models+of+Alzheimer%27s+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cells+Int%22%5BJournal%5D)">Transplanted Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Improve Memory in Rat Models of Alzheimer's Disease.</a> Stem Cells Int. 2012, 369417(2012).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine finanziellen Interessen im Wettbewerb offen zu legen.

Die Verwendung von automatischen Chirurgiegeräte hilft, einige der häufigsten Probleme in der neurowissenschaftlichen Forschung zu beseitigen. Erstens sind die Werkzeugwege 100% reproduzierbar. Jeder Schnitt ist garantiert in der gleichen Position relativ zum Bregma sein. Zweitens sollte es Experimentator Fehler zu reduzieren. Obwohl viele Forscher sind hoch qualifizierte Chirurgen, dauert es ein außergewöhnliches Maß an Übung, um auch ein kompetenter Chirurg zu werden. Dieses Gerät ermöglicht es neuen Studenten schnell...

Stereotaktische Nagetier-Operation wird in einer Vielzahl von Anwendungen der Neurowissenschaften, einschließlich der Läsion 1, 2 Iontophorese, Mikroimplantation 3, 4 Stimulation, und dünne Schädelbild 5 verwendet. Allerdings gibt es große Hürden, die diejenigen, die diese Techniken, einschließlich der steilen Lernkurve für die Durchführung präzise stereotaktische Operation und der hohen Wahrscheinlichkeit von menschlichen Fehlern anwenden möchten. Menschliche Fehler sind Mess-und Berechnungsfehler, sowie die geringe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der menschlichen Bewegungen. In dem Bemühen, diese Störfaktoren Fehler zu reduzieren, würde die stereotaktische Chirurgen aus einem System, das sicherstellt, dass alle chirurgischen Verfahren sind identisch für Probanden profitieren. Die Reduzierung von Fehlern ist auch eine Methode, mit der Ermittler die Verwendung von tierischen Themen, ein primäres Ziel der National Institutes of Health für die Tierversuche 6 zu minimieren. In einer idealen Welt, alle stereotactic Operationen würde perfekt reproduzierbare Experimente innerhalb als auch zwischen Labors. Um dieses Problem anzugehen, haben die Unternehmen neue ultra-präzise stereotaxics und digitale Displays zum Lesen Messungen entwickelt. Um menschliche Bewegungsfehler zu entfernen, wurden motorisierten Mikromanipulatoren und stereotaxics kommerziell hergestellt, aber ihre hohen Kosten prohibitiv zu einem Labor mit einem begrenzten Budget. Auch ist ihre Software vollständig geschützt sind und nicht durch den Forscher modifiziert, um eine neue Art der Operation anzupassen. Eine kostengünstige Lösung für den menschlichen Fehler Problem ist es, einen Roboter stereotax aus bestehenden Modell eines Labor zu bauen, mit Industrie-Standard-CNC-Ausrüstung. Aufgrund einer wachsenden CNC Bastler-Community, die Materialien sind deutlich günstiger als wissenschaftliche Geräte. Dies erlaubt es, eine genaue CNC stereotaktischen Instrument, das auch sehr flexibel und kostengünstig zu bauen. Mit einer Grundkenntnisse der CNC-Bearbeitung und G-Code individuellALS kann jede stereotaktischen Operation, dass sie sich vorstellen, zu programmieren, ohne die Beschränkungen proprietärer Software. Und, um die Produktion von G-Code für einfache Operationen zu beschleunigen, enthält dieses Protokoll-Software, die dem Benutzer Operationen (scharfe Kante Kraniotomie, dünne Schädelfenster, Lochbohren &amp;-Implantat Senken) im Punkt Design und klicken Sie auf Menüs ermöglicht. Diese Programme Ausgang eine abgeschlossene g-Code, der direkt von der CNC-Software ausgeführt werden kann. Alles in allem ist ein motorisierter stereotaktischen Upgrade ideal für diejenigen, die ein Interesse an der Erhöhung der Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Operationen, unter Beibehaltung der Flexibilität und niedrige Kosten für eine Open Source-Plattform haben.

<table><tbody><tr><td>1x Standard U Frame Stereotax</td><td>Kopf</td><td><a href="http://www.kopfinstruments.com/Stereotaxic/900.html">Kopf</a>Dieses</td> <td>Protokoll sollte mit den meisten vorhandenen stereotaktischen Geräten funktionieren.</td></tr><tr><td>3x 12 V, 1,6 A, 233 oz-Zoll Getriebe-Bipolar-Schrittmotor</td><td>Phidgets</td><td><a href="http://www.robotshop.com/geared-bipolar-stepper-motor-3v-233-oz-in.html">Robot Shop</a></td><td>Jeder Getriebe-Schrittmotor mit hohem Drehmoment sollte ausreichen.&nbsp;</td></tr><tr><td>1x 3-Achsen-CNC-Schrittmotor-Treiberplatine Controller</td><td>Toshiba</td><td><a href="http://www.ebay.com/itm/CNC-Router-3-Axis-TB6560-3-5A-Stepper-Motor-Driver-Board-For-Engraving-Machine-/300981888819">Ebay</a></td><td>Jeder 3-Achsen-CNC-Treiber sollte ausreichen. Verknüpfter Artikel enthält Mach3 CNC-Software.&nbsp;</td></tr><tr><td>2x Armkupplungen: medial-lateral (ML) & dorsal-ventral (DV)</td><td>kundenspezifisch bearbeitet</td><td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip">Teilezeichnungen</a></td><td>Diese müssen von Ihrer örtlichen Maschinenwerkstatt bearbeitet werden. (Kosten variieren)</td></tr><tr><td>1x anterior-posterior (AP) Kupplung</td><td>nach Maß</td><td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip">Teilezeichnungen</a></td><td>Diese müssen von Ihrer örtlichen Maschinenwerkstatt bearbeitet werden. (Kosten variieren)</td></tr><tr><td>3x Motor zu Stereotax Collar</td><td>kundenspezifisch bearbeitet</td><td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip">Teilezeichnungen</a></td><td>Diese müssen von Ihrer örtlichen Maschinenwerkstatt bearbeitet werden. (Kosten variieren)</td></tr><tr><td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/Collar.html">Im Browser anzeigen</a></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>12x NF10-32 Cup Point Stellschrauben</td><td>McMaster Carr</td><td><a href="http://www.mcmaster.com/#92313A829">&frac12; &rdquo; Länge</a></td><td>Sie benötigen jeweils 6 Stück.</td></tr><tr><td><a href="http://www.mcmaster.com/#92313A825">&frac14; &rdquo; Länge</a></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>12x M3 Innensechskantschrauben (20 mm)</td><td>McMaster Carr</td><td><a href="http://www.mcmaster.com/#92855A319">20mm Länge</a></td><td>Sie benötigen 4 für jeden Motor</td></tr><tr><td>1x Mikromotor-Bohrer&nbsp;</td><td>Buffalo Dental</td><td><a href="http://www.buffalodental.com/pdfnew/x50.pdf">X50</a></td><td>Jeder Mikromotorbohrer funktioniert.&nbsp; Mindestens 38.000 U/min empfohlen</td></tr><tr><td>1x 12 V DC Netzteil</td><td>12 Volt Adapter<</td><td>a href="http://www.12vadapters.com/adapter/power-supply/12v/7-amp-7a.html">12V DC &ndash; 7 Amp</a></td><td>Jedes 12 V DC Netzteil sollte funktionieren (stellen Sie sicher, dass die Stromstärke höher ist als die Summe der Stromstärke der Motoren).</td></tr><tr><td>1x Extra großer Sondenhalter</td><td>Stoelting</td><td><a href="http://www.stoeltingco.com/neuroscience/accessories/stereotaxic-probe-holders/extra-large-probe-holder-551.html">Stoelting</a></td><td></td></tr><tr><td>1x Grade B Rattenschädel</td><td>Skulls Unlimited</td><td><a href="http://www.skullsunlimited.com/record_variant.php?id=4009">Skulls Unlimited</a></td><td></td></tr><tr><td>Mach 3 Mill</td><td>ArtSoft USA</td><<td>a href="http://www.machsupport.com/ccount/click.php?id=1">Testversion herunterladen</a></td><td>Jede Standard-CNC-Steuerungssoftware sollte funktionieren.</td></tr><tr><td>Surgery Designer</td><td>Kevin Coffey David Barker</td><td><a href="http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/40282-robot-assisted-stereotactic-surgery">MATLAB File Exchange</a></td><td>Diese Codes können geändert werden. Wir übernehmen keine Verantwortung für Ihre Verwendung oder Änderung des Codes.</td></tr></tbody></table>

der aufbau einer open-source robotic stereotaktischen instrument

Building An Open-source Robotic Stereotaxic Instrument

Dieses Protokoll enthält die Entwürfe und Software notwendig, um eine vorhandene stereotaktischen Instrument an einen Roboter (CNC) stereotaktischen Instrument für rund $ 1.000 (ohne Bohrer) zu aktualisieren, mit Industrie-Standard-Schrittmotoren und CNC-Steuerungssoftware. Jede Achse hat variable Drehzahlregelung und können gleichzeitig oder unabhängig voneinander betrieben werden. Die Flexibilität des Roboters und offene Kodierungssystem (G-Code) ist es in der Lage ist benutzerdefinierte Aufgaben, die nicht von kommerziellen Systemen unterstützt werden. Die Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, das Bohren von Löchern, scharfe Kante Kraniotomien, Schädel Ausdünnung, und Senken Elektroden oder Kanüle. Um das Schreiben der für einfache Operationen g-Kodierung zu beschleunigen, haben wir eigene Skripte, die Individuen, um eine Operation ohne Programmierkenntnisse entwerfen lassen entwickelt. Für Anwender, die meisten aus der motorisierten stereotax zu bekommen, wäre es von Vorteil Kenntnisse in der mathematischen Programmierung und G-Coding (einfache prog zu seinRammen für die CNC-Bearbeitung). Die empfohlene Bohrerdrehzahl größer als 40.000 Umdrehungen pro Minute. Der Schrittmotor Auflösung 1,8 ° / Schritt, um 0,346 ° / Step ausgerichtet. Ein Standard-stereotax hat eine Auflösung von 2,88 um / Schritt. Die maximal empfohlene Schnittgeschwindigkeit beträgt 500 um / sec. Die maximal empfohlene Jogging-Drehzahl beträgt 3.500 um / sec. Die maximal empfohlene Bohrergröße ist HP 2.

Das Ergebnis der Operation in den Methoden entwickelt, wird eine Ratte Schädel mit einer scharfen Kante Kraniotomie und 3 Schädel Löcher (Abbildung 17) sein. Beachten Sie, daß der Schädel verwendet, um die Operation zeigen, viel breiter als der protoRattenSchädel. Die scharfe Kante Kraniotomie kann verwendet werden, um einen Mikroarray in das Gehirn, für High-Density-Aufnahmen neuronalen einzulegen. Die CNC stereotax können auch verwendet werden, um die Anordnung mit hoher Genauigkeit zu senken. Softwar...

Dieses Protokoll enthält die Entwürfe und Software notwendig, um eine vorhandene stereotaktischen Instrument, um einem Roboter-Upgrade (CNC-gesteuert, CNC) stereotaktischen Instrument für rund $ 1.000 (ohne Bohrer).

Der Aufbau einer Open-Source Robotic stereotaktischen Instrument

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (CNC) stereotaxic instrument for ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Zugänglichkeit und Flexibilität der robotergestützten Neurochirurgie an Nagetieren zu erhöhen, indem Forschern Baupläne für ein flexibles, kostengünstiges und quelloffenes robotisches stereotaktisches Instrument sowie die notwendige Software zur Planung und gemeinsamen Nutzung von Eingriffen zur Verfügung gestellt werden. Dies wird erreicht, indem zunächst ein computergesteuertes stereotaktisches Instrument gefräst und zusammengebaut wird. Der zweite Schritt besteht darin, das Skalierungsverhältnis der stereotaktischen Anlage zu bestimmen.Indem die stereotaktische Distanz pro Motorweg gemessen wird, wird automatisch ein Werkzeugweg aus Schädelkoordinaten generiert und in G-Code exportiert. Der letzte Schritt besteht darin, die Operationen anhand von Schädeln der Tierart zu testen. Die für die Operation konzipierte Vorrichtung sollte gemäß den Testergebnissen angepasst werden.Schließlich kann das stereotaktische Instrument verwendet werden, um lebende Neurochirurgie an Nagetieren schnell durchzuführen und zu teilen. Aktuelle Anwendungen umfassen unter anderem Kraniotomien, dünne Schädel, Fenster sowie Elektroden oder Kanülen. Die Absenkung robotergestützter chirurgischer Instrumente kann die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Neurochirurgie an Nagetieren erhöhen.Kommerzielle Modelle können jedoch prohibitiv teuer sein. Das folgende Protokoll enthält Anleitungen, um ein vorhandenes Stereomikroskop zu einem motorisierten Stereomikroskop aufzurüsten. Der zur Steuerung der Motoren verwendete G-Code ist quelloffen und kann an die sehr spezifischen Anforderungen von Chirurgen angepasst werden.Die beigef&uuml;gten MATLAB-Skripte helfen fr&uuml;hen Anwendern, Operationen automatisch &uuml;ber einfache Men&uuml;s mit Punkt-und-Klick-Funktion zu generieren. Obwohl derzeit nur wenige generierte Operationen unterst&uuml;tzt werden, kann der Roboter die &uuml;berwiegende Mehrheit der in Tiermodellen verwendeten neurochirurgischen Techniken durchf&uuml;hren. Robotergest&uuml;tzte Operationen weisen zahlreiche Vorteile auf, beispielsweise die Eliminierung von Variablen zu bestimmten Zeitpunkten.In den letzten 30 Jahren hat mein Labor Phasen mit geringen Überlebensraten bei unseren Überlebensoperationen durchlebt. Solche Phasen sind frustrierend, da die zahlreichen Variablen einzeln ausgeschlossen werden müssen. Die robotergestützte Chirurgie würde einige dieser Variablen eliminieren und unseren Fehlersuchprozess vereinfachen.Im Allgemeinen fördert es konsistentere Operationen, schnellere Erholungszeiten und weniger Tierverluste. Beginnen Sie dieses Verfahren, indem Sie die bipolaren Schrittmotoren an die mit der Treiberplatine gelieferten Anschlüsse anschließen. Verbinden Sie den grünen Draht mit A plus, den schwarzen Draht mit A minus, den roten Draht mit B plus und den blauen Draht mit B minus.Nächste Folie. Setzen Sie die Kupplungen über die Schrittmotoren, wobei Sie darauf achten sollten, die Montagelöcher auszurichten. Befestigen Sie sie anschließend mit den 1220 Millimeter langen M3-Innensechskantschrauben und stellen Sie sicher, dass die Kupplungen fest mit den Motoren verbunden sind.Beachten Sie, dass die 3D-Modelle für die Kupplungen und die Hülse keine Gewinde enthalten. Die mit einer Gewindegröße gekennzeichneten Bohrungen müssen nach der Herstellung eingeschnitten werden. Danach entfernen Sie die Sicherungsschrauben von den Daumengriffen an allen drei Achsen des stereotaktischen Instruments mit einem kleinen Inbusschlüssel.Die Daumengriffe sind verzwirnt, daher drehen Sie sie unter Beibehaltung der PTFE-Waschringe an der Halterung entgegen dem Uhrzeigersinn, um sie zu entfernen. Schrauben Sie dann das Gewindeende der Klemmringe auf die Gewindestangen der Arme des stereotaktischen Instruments, wobei sichergestellt werden muss, dass kein Spalt zwischen den Ringen und den P-T-F-E-O-Ringen besteht. Dies gewährleistet, dass die Koordinaten beibehalten werden, wenn der Roboter die Richtung wechselt.Befestigen Sie anschließend die H&uuml;lse an den Gewinden der stereotaktischen Arme mit drei Viertelzoll-NF-10-32-Zylinderschrauben. Schieben Sie jeden Motor und die Kupplung &uuml;ber die H&uuml;lse und die stereotaktischen Arme. Stellen Sie sicher, dass die Motoren b&uuml;ndig mit den Armen sitzen und die Schraubenl&ouml;cher an den H&uuml;lse mit dem flachen Abschnitt der Motorwellen &uuml;bereinstimmen.Befestigen Sie anschließend die Kupplungen an den Stereotypen unter Verwendung der Montagelöcher und sechs halbzölliger NF 10-32-Schrauben mit Gewinde. Danach befestigen Sie die Klemmringe an den Motorwellen mit dreiviertelzölligen NF 10-32-Schrauben. Bereiten Sie nun die CNC-Treiberplatine vor, indem Sie jeden der drei Schrittmotorcontroller auf Halbschritt-Betrieb einstellen, wodurch die Schrittauflösung für jeden der drei Controller verdoppelt wird. Schalten Sie Pin eins in die Position „Ein“, Pin zwei in die Position „Aus“, Pin drei in die Position „Ein“, Pin vier in die Position „Aus“, Pin fünf in die Position „Ein“ und Pin sechs in die Position „Aus“.Stecken Sie die x-, y- und Z-Motoren zusammen mit der 12-Volt-Stromversorgung in den Schrittmotortreiber. Anschließend verbinden Sie den Schrittmotortreiber über ein DB-25-Kabel mit einem seriellen Anschluss des Computers. Öffnen Sie nun die CNC-Frässoftware, um die Konfiguration der Kommunikation mit den Schrittmotoren zu beginnen.Bitte beachten Sie, dass die folgenden Anweisungen nur für die Verwendung mit einem TB 6 5 6 0 Schrittmotortreiber vorgesehen sind. Klicken Sie auf „Config“, dann auf „Ports“ und „Ausgangssignale“. Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf „Apply“.Klicken Sie anschließend auf „config ports and pins and input signals“. Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf „apply“. Danach klicken Sie auf „config“.Dann Anschlüsse, Pins und Motorausgänge. Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf „Übernehmen“. Danach klicken Sie auf „Konfiguration“ und „Motoreinstellung“.Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf „Achseinstellungen speichern“ und wiederholen Sie diese Schritte für alle drei AEs mit denselben Werten. Kalibrieren Sie anschließend die Stereotaxiegeräte an die Skala der CNC-Software, indem Sie die Motorgeschwindigkeit auf einen Zoll pro Minute einstellen und die Z-Achse des stereotaktischen Instruments mit den Tasten „Bild auf“ und „Bild ab“ auf den nächsten Millimeter justieren. Nullen Sie die Z-Achse und bewegen Sie das stereotaktische Instrument um einen Millimeter. Die auf der Z-Achse in Mach3 zurückgelegte Distanz ist die Skalierungskonstante.Nachdem zufällige Tests aller drei Achsen durchgeführt wurden, indem sie programmiert wurden, bekannte Distanzen zurückzulegen, um sicherzustellen, dass die Bewegungen genau sind, befestigen Sie den Mikromotordrill mithilfe des extra großen Probenträgers am stereotaktischen Instrument. Platzieren Sie zunächst alle benutzerdefinierten Skripte aus der Softwaretabelle in einem einzigen Ordner auf einem PC. Öffnen Sie dann das Skript „sharp edge craniotomy M“ und führen Sie den Code aus.Wählen Sie beide Optionen in der Aufforderung aus. Welche Art von Operation werden Sie durchführen? Wählen Sie anschließend „benutzerdefiniert“, um die Ecken des Schädel-Fensters festzulegen, und definieren Sie die x- und y-Positionen der Kraniotomie-Ecken.Jede Koordinate muss in der richtigen Reihenfolge eingegeben werden. Nach dem Ausfüllen des Formulars auf „OK“ klicken. Danach im Eingabefeld drei eingeben, um drei Schädellöcher zu erzeugen. Anschließend „mithilfe von Koordinaten definieren“ auswählen und die Koordinaten jedes Lochs aus der Vorlage eingeben.Anschließend legen Sie die Bohrparameter für die erste Testoperation fest. Übernehmen Sie die voreingestellten Werte. Benennen Sie den G-Code.Es wird automatisch generiert und im Arbeitsverzeichnis gespeichert. Laden Sie den G-Code in die CNC-Frässoftware und einen Testschädel in die stereotaktischen Instrumente. Mit den Pfeiltasten der Tastatur positionieren Sie manuell die Ohrstifte am Bohrkanal; verwenden Sie eine langsame Feinbewegung, um die Genauigkeit zu gewährleisten.Starten Sie nun den Mikromotordrill und stellen Sie den Drehzahlregler am Bohrgerät auf 50.000 U/min ein. Drücken Sie auf „Zyklus starten“. Die Stereotaksie führt mehrere Durchgänge desselben Schnitts in unterschiedlichen Tiefen zwischen den einzelnen Durchgängen durch.Die stereotaktischen Angriffe werden pausiert, sodass der Chirurg fortfahren oder abbrechen kann. Schneiden. Drücken Sie „Weiterzyklus“, um die Schnittvorgänge fortzusetzen. Hier ist ein Schädel, der das Endergebnis der zuvor geplanten Operation zeigt, und dieser Schädel zeigt eine in ein Loch eingesetzte Schädel-Schraube.Die Größe der hergestellten Bohrer bestimmt den Durchmesser der Bohrung und folglich die Schraubengröße. Diese Abbildung zeigt den Schädel mit einem dünnen Schädel Fenster, das durch die Pfeile gekennzeichnet ist. Beachten Sie, dass im rechten Panel das Licht durch das dünne Schädel Fenster zu dringen scheint.Einheitliche robotergestützte chirurgische Geräte können dazu beitragen, einige der häufigsten Probleme in der heutigen Neurowissenschaft zu lösen. Erstens sind die Instrumentenwege zu 100 % reproduzierbar. Zweitens kann es Experimentier- oder Fehlerquellen verringern.Drittens können motorisierte chirurgische Geräte die Anzahl der Tiere verringern, die für ein Experiment benötigt werden, und schließlich sind sie präziser und genauer als die menschliche Hand. Wir haben benutzerdefinierte Software integriert, die es Forschern ermöglicht, einfache Operationen automatisch durchzuführen. Es ist wichtig zu bedenken, dass der motorisierte stereotaktische Apparat nicht durch diese Software eingeschränkt ist.Forscher können komplexe Werkzeugpfade programmieren, um sie optimal an ihre individuellen neurochirurgischen Eingriffe anzupassen. Dennoch hängt die Genauigkeit des Roboters von der Qualität der Bearbeitung, einer korrekten Einrichtung und einem fundierten Verständnis dafür ab, wie eine CNC-Maschine funktioniert. Solange Forscher bereit sind, sich die Zeit zu nehmen, um die Funktionsweise dieses motorisierten stereotaktischen Instruments zu verstehen, können sie Operationen genauer durchführen, mit besserer Reproduzierbarkeit und geringerem Schulungsaufwand.Insgesamt bietet die automatisierte Chirurgie zahlreiche Vorteile. Motorisierte stereotaktische Systeme existieren. Sie sind im Handel erhältlich, aber äußerst kostspielig.Das System, das Kevin und David hier zusammengestellt haben, zeichnet sich durch dieselbe hohe Qualität aus, ist jedoch sehr kostengünstig, und sie stellen die Software und das System der gesamten Forschungsgemeinschaft frei zur Verfügung.

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Neurowissenschaften

Quelle: Lee, H. et. al., Erfolgreiche In vivo Calcium-Bildgebung mit einem miniaturisierten Head-Mount-Mikroskop in der Amygdala einer sich frei verhaltenden Maus. J. Vis. Exp. (2020)Dieses Video zeigt die In-vivo-Kalziumbildgebung bei einer Maus unter Verwendung einer GRIN-Linse (Gradient Refractive Index) und eines miniaturisierten Mikroskops. Der Aufbau kombiniert die Fixierung des Kopfes in einem reibungslosen mobilen Käfigsystem, stimuliert Neuronen und löst den Einstrom von Kalziumionen...

Mikroendoskopische Calcium-Bildgebung in Echtzeit in einer frei beweglichen Maus

Virale Vektoren können für gezielte Genmanipulation. Wir demonstrieren, ein Verfahren zur bedingten Genexpression oder Ablation im Rückenmark der Maus, stereotaktische Injektion unter Verwendung eines viralen Vektors in der dorsalen Horn, ein bekannter Ort der synaptischen Kontakt zwischen primären somatosensorischen Afferenzen und Neuronen des zentralen Nervensystems.

Stereotaktische Injektion eines viralen Vektors für Conditional Gene Manipulation im Maus-Rückenmark

Die SEEG-Methodik wird mit einem stereotaktischen Roboter vereinfacht und beschleunigt. Vor dem Einsatz des Roboters im OP muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass die präoperative volumetrische MRT beim Patienten registriert wird. Der Roboter rationalisiert den Eingriff, was zu kürzeren Operationszeiten und präzisen Implantationen führt.

Operationstechnik und Nuancen für die stereoelektroenzephalographische (SEEG) Methodik unter Verwendung eines robotischen stereotaktischen Leitsystems

Hier wird ein stereotaktisches Verfahren beschrieben, das mit einem abgewinkelten koronalen Ansatz auf herausfordernde und schwer zugängliche Hirnregionen (aufgrund räumlicher Einschränkungen) abzielen kann. Dieses Protokoll ist sowohl an Maus- als auch an Rattenmodelle anpassbar und kann auf verschiedene neurowissenschaftliche Anwendungen angewendet werden, einschließlich Kanülenimplantation und Mikroinjektionen viraler Konstrukte.

Anpassbarer winkelster stereotaktischer Ansatz für vielseitige neurowissenschaftliche Techniken

Fokussierter Ultraschall mit Mikroblasenmitteln kann die Blut-Hirn-Schranke fokal und vorübergehend öffnen. Diese Technik wurde verwendet, um eine breite Palette von Agenten über die Blut-Hirn-Schranke zu liefern. Dieser Artikel enthält ein detailliertes Protokoll für die lokalisierte Lieferung an das Nagetierhirn mit oder ohne MRT-Führung.

Ein Benchtop-Ansatz zur standortspezifischen Blut-Hirn-Barriere-Öffnung mit fokussiertem Ultraschall in einem Rattenmodell

Die Blut-Hirn-Schranke (BBB) kann vorübergehend mit mikrobubble-vermitteltem fokussiertem Ultraschall (FUS) gestört werden. Hier beschreiben wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll für bBB-Hochdurchsatzöffnung envivo mit einem modularen FUS-System, das für Nicht-Ultraschall-Experten zugänglich ist.

Ein hochdurchsatzgesteuertes, stereotaktisches Neuronavigations- und fokussiertes Ultraschallsystem für die Öffnung der Blut-Hirn-Barriere bei Nagetieren

Dieses Protokoll demonstriert den Einsatz einer Roboterplattform für die Mikroinjektion in einzelne neuronale Stammzellen und Neuronen in Hirnscheiben. Diese Technik ist vielseitig und bietet eine Methode zur Verfolgung von Zellen im Gewebe mit hoher räumlicher Auflösung.

Manipulation von einzelnen neuronalen Stammzellen und Neuronen in Gehirnscheiben mit Robotik-Mikroinjektion

Die menschliche Tiefenwahrnehmung von 3D-Stereovideos hängt von der Kameratrennung, dem Konvergenzpunkt, der Entfernung und der Vertrautheit des Objekts ab. Dieses Papier stellt eine robotisierte Methode zur schnellen und zuverlässigen Testdatenerfassung während einer Live-Operation am offenen Herzen vor, um die ideale Kamerakonfiguration zu bestimmen.

Robotisiertes Testen von Kamerapositionen zur Bestimmung der idealen Konfiguration für die Stereo-3D-Visualisierung von Operationen am offenen Herzen

Hier präsentieren wir ein einzigartiges, 3D-druckbares Implantat für Ratten namens TD Drive, das in der Lage ist, symmetrische, bilaterale Drahtelektrodenaufzeichnungen durchzuführen, derzeit in bis zu zehn verteilten Hirnbereichen gleichzeitig.

Der TD Drive: ein parametrisches Open-Source-Implantat für mehrflächige elektrophysiologische Aufzeichnungen bei sich verhaltenden und schlafenden Ratten

Dieses Protokoll stellt die roboterassistierte Stereo-Elektroenzephalographie (sEEG) vor, eine Methode zur stereotaktischen Implantation von intrazerebralen Elektroden, die zur invasiven Anfallsüberwachung bei Patienten mit refraktärer Epilepsie eingesetzt wird. Techniken, die eine stereotaktische Roboterführung für das sEEG beinhalten, sind sicher und präzise und können die chirurgische Effizienz verbessern, insbesondere bei der Implantation einer größeren Anzahl von Elektroden.

Robotergesteuerte Stereoelektroenzephalographie zur invasiven Epilepsieüberwachung

Erfahren Sie, wie Sie ein kostengünstiges, Open-Source-robotisches Stereotaxiegerät für Nagetier-Neurochirurgie bauen. Diese Methode ermöglicht präzise, reproduzierbare chirurgische Eingriffe mit automatisch generierten Werkzeugwegen.

Der Aufbau einer Open-Source Robotic stereotaktischen Instrument

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