A Neural Implant Design Toolbox for Nonhuman Primates

Rachel Iritani; Tiphaine Belloir; Devon J. Griggs; Zachary Ip; Zada Anderson; Azadeh Yazdan-Shahmorad

doi:10.3791/66167

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

JoVE Journal
Bioengineering

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A Neural Implant Design Toolbox for Nonhuman Primates

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

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06:33 min

February 9, 2024

DOI: 10.3791/66167-v

Rachel Iritani¹, Tiphaine Belloir¹, Devon J. Griggs², Zachary Ip¹, Zada Anderson³, Azadeh Yazdan-Shahmorad^1,2

¹Department of Bioengineering, Washington National Primate Research Center,University of Washington, ²Department of Electrical and Computer Engineering, Washington National Primate Research Center,University of Washington, ³Department of Biomedical Engineering,Purdue University

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This paper presents an automated method for neurosurgical planning in nonhuman primates using MRI scans. The approach allows for simultaneous extraction of brain and skull models, facilitating custom implant design.

Key Study Components

Area of Science

Neurosurgery
Medical Imaging
3D Modeling

Background

Neurosurgical planning for nonhuman primates is critical for various experiments.
Traditional methods often require multiple imaging processes.
Customized implants are essential to ensure animal welfare and experimental integrity.
Generic implants can lead to complications such as infection and instability.

Purpose of Study

To streamline the process of brain and skull modeling for surgical planning.
To reduce reliance on additional imaging techniques.
To enhance the design of custom implants for nonhuman primate experiments.

Methods Used

Automated extraction of brain and skull models from MRI scans.
Use of a single software platform for modeling.
Integration of 3D design software for implant creation.
Validation of models through 3D printing of anatomical replicas.

Main Results

Efficient modeling of brain and skull structures was achieved.
Elimination of the need for additional imaging processes.
Customized implants showed improved fit and reduced risk of complications.
The approach supports the welfare of nonhuman primates in research.

Conclusions

The automated method enhances neurosurgical planning efficiency.
Custom implants can significantly improve experimental outcomes.
This approach may set a new standard for NHP neurosurgery.

Frequently Asked Questions

What is the main advantage of this automated method?

It streamlines the modeling process and reduces the need for multiple imaging techniques.

How does this method impact animal welfare?

By providing better-fitting implants, it minimizes complications and enhances the wellbeing of the animals.

What imaging technique is primarily used in this study?

Magnetic resonance imaging (MRI) is the primary imaging technique utilized.

Can this method be applied to other species?

While this study focuses on nonhuman primates, the principles may be adaptable to other species.

What role does 3D printing play in this research?

3D printing is used to create life-size anatomical models for validation of the brain and skull models.

Is this method cost-effective?

Yes, by reducing the need for multiple imaging processes, it can lower overall costs in neurosurgical planning.

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).

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.

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