非ヒト霊長類の脳神経外科計画のためのMRIベースのツールボックス

このプロトコルは、非ヒト霊長類の脳神経外科の精度と安全性を高めるために設計された簡潔で一様式の手順を提供するため、神経工学分野にとって重要である。この技術は、研究者が彼らの注入または注入手順のあらゆる側面を視覚化するユニークな能力を提供し、彼らは可能な限り準備された手術室に入ることができることを保証します。この方法の視覚的なデモンストレーションは、等身大の物理モデルが外科計画に与える影響と明快さを強調しているため、非常に重要です。

磁気共鳴画像ソフトウェアで脳を抽出するには、プラグインのドロップダウンメニューを開き、脳を抽出します。抽出強度しきい値を 2.5、2.7、しきい値勾配値を 0 に設定します。脳のイメージのビットマップを作成した後、イメージ メニューの下でビルド サーフェスを選択し、対象領域を含むビットマップを作成するために使用するしきい値を入力します。

次に、[問題] をクリックしてサーフェスを作成します。そして、NIIまたはNIIとして、関心のある抽出された脳領域を保存します。GZ ファイル。

脳モデルを生成するには、抽出した脳ファイルを適切な医療画像処理ソフトウェアで開きます。エディタモジュールメニューで、しきい値効果を選択し、しきい値範囲のスライダを調整して、脳を含むビットマップの部分が3つのスライスすべてでハイライト表示されるようにします。モデル メーカー モジュールを開き、入力ボリューム ドロップダウン メニューでビットマップ ファイルを選択します。

[モデル] で、[新しいモデル階層を作成] を選択し、[適用] をクリックしてボリュームを作成します。読み込まれたメッシュの脳サーフェスがインポートされたら、グラフィック 1 を選択します。また、脳を含む機能のみがファイルに残るまで、不要なグラフィック機能を抑制します。

次に、さらに操作するために PRT 形式でファイルを保存し、3D 印刷用の STL として保存します。脳の成形のために、抽出された脳モデルを適切なコンピュータ化された設計ソフトウェアプログラムにロードします。挿入メニューのフィーチャーセクションで、メッシュボディに変換し、それを変換する脳のグラフィックボディを選択し、このスケッチタブを開き、スケッチをクリックしてスケッチ平面として上面を選択します。

対象の半球全体を囲む長方形を描き、押し出しボスベースフィーチャーを選択して、脳の上部を含む立方体の長方形を押し出します。挿入メニューのフィーチャーセクションで、メッシュボディに変換を選択し、ソリッドボディフォルダで押し出し立て立方体を選択して変換します。負のスペースを作成するには、結合機能を使用し、減算オプションを選択して、新しく押し出された立方体から脳のモデルを減算します。

頭蓋骨のモデリングのために、迅速なMPRAGE MRIをDICOMファイルとして適切なマトリックス操作ソフトウェアプログラムにインポートします。必要に応じて、コマンドを使用してすべてのフレームを 1 つの 3D マトリックスに結合します。マトリックスの各 2D フレームにコロナ スライスが表示され、個々のピクセル値に対して大きい演算子を使用して 3D マトリックスをしきい値にしてバイナリ マスクを作成するようにします。

次に、頭蓋骨の解剖学がマスクによって捕捉されるような閾値を調節する。筋膜レイヤーを削除するには、マスクから 2D スライスを繰り本々取り出して、3D マスクから各フレームを処理し、チルダオペレータを使用してマスクの値を反転させます。頭蓋骨の値は1になります。

外と脳はゼロの値を持つことになります。マスクの最低解像度の寸法がスケール係数で定義された係数によって大きくなるまで、空のボクセルを 3D マスクに追加します。マスク内の値が新しいスペースに埋まるまで、マスク内の値を直線的に補間します。

次に、STL ファイル、または 3D 印刷用の同様のファイルの種類として、頭蓋骨をエクスポートします。3D頭蓋骨モデルで頭蓋切開術を作成するには、MRIファイルを開き、3Dマトリックスを手動で前後にスキャンし、マカクの脳アトラスに見られる解剖学的ランドマークを使用して頭蓋切開術のおおよその位置を特定します。アガロース型を作成するには、アガロース溶液を半球の脳型に注ぎ、溶液を金型内で約2時間固化させます。

アガロースがセットされたら、ヘラを使用して金型からゲルモデルを静かに取り除き、気をつけて、金型の表面を損傷しないように注意してください。アガロースゲルモデルの模擬注入のために、ステレオタキシックフレーム上のステレオタキシックアームにシリンジポンプを取り付け、イオン化水で250マイクロリットルの注射器を充填します。注射器をシリンジポンプに積み込み、注入カニューレを水で完全に満たします。

ポンプドライバを使用して、注入用の注射器に食品着色剤の目標量をロードします。そして、カニューレの先端に小さなビーズが形成されるまで、食品の着色を排出します。カニューレ先端からビーズを乾燥させ、カニューレの下にゲルモデルを置きます。

先端がゲルモデルの表面に触れるまでカニューレを下げ、ステレオタックスアームの測定値に注意してください。次に、カニューレを滑らかに素早くゲルモデルに下げて、ターゲットの注入深度にします。ゲルの表面がカニューレの周りに密封されていることを確認し、目標の容積が届くまでダイの広がりを観察しながらポンプを動かします。

このプロトコルを用いて、ヒトの霊長類脳の解剖学的に正確な物理モデルを作成することができる。同様に、磁気共鳴画像から抽出された霊長類の頭蓋骨の解剖学的に正確な物理モデルも生成することができる。頭蓋骨と脳の物理的モデルは、互いに相対的に2つのモデルの精度を検証し、外挿MRI分析データを正当化し、タイトな干渉フィットと組み合わせることができます。

印刷前に頭蓋骨に頭蓋骨切脳を挿入することで、頭蓋骨と脳に関連して様々な成分の幾何学を評価するためのサンプルインターフェースの全ての部分の組み合わせが可能となる。例えば、この実験では、頭部ポストの足を操作し、手順の前に移植の場所で頭蓋骨の曲率に取り付けた。開封から移植までの手術時間を約2.5時間から1時間に短縮し、手術合併症のリスクを大幅に低減する。

アガロース混合物脳モデルは、提案された注入の量を推定するために関心のある領域に黄色の染料を注入することができ、アガロースモデルを3Dプリントされた頭蓋骨と組み合わせることは、ウイルスベクター注射手術をモデル化するために使用することができる。異なる動物における頭蓋骨および脳解剖学の変動を考慮して、抽出プロセスの成功は反復ステップの調整を必要とする。したがって、このツールボックスは、非ヒト霊長類脳神経外科のリスクを軽減するために使用することができ、製造技術は、神経科学の最先端で実験プロセスを強化することができます。