Name: 비인간 영장류의 신경 외과 계획을위한 MRI 기반 도구 상자 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: 학습하세요 비인간 영장류 신경외과를 위한 MRI 기반 3D 프린팅 도구 상자로 정밀하고 안전한 수술 계획을 수립하는 방법을 알아보세요. 이 기술은 연구자들이 실제 크기의 뇌 모델을 활용하여 수술 부위를 명확하게 시각화하고 수술 결과를 개선할 수 있게 합니다.

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이 프로젝트는 유니스 케네디 시버 국립 아동 건강 및 인간 개발 연구소가 수상 번호 K12HD073945, 워싱턴 국립 영장류 연구 센터 (WaNPCR, P51 OD010425), 신경 공학 센터 (CNT, 그랜트 EEC-1027) 아래 국립 과학 재단 엔지니어링 연구 센터 .. 이 프로젝트에 대한 맥크니크와 마르티네즈 콘데 연구소에 대한 자금은 뇌 이니셔티브 NSF-NCS 상 1734887뿐만 아니라 NSF 어워드 1523614 및 1829474, 그리고 SUNY 제국 혁신장학금에서 각 교수에게 제공되었습니다. 우리는 아가로즈 준비에 대한 그의 도움에 대한 Karam Khateeb감사, 기술 적 도움을 토니 J Huan.

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

저자는 이 시점에서 공개할 이해 상충이 없습니다.

이 문서에서는 MR 스캔에서 추출한 두개골 및 뇌 해부학의 물리적 및 CAD 모델을 사용하여 NHP에서 신경 수술을 준비하기위한 도구 상자에 대해 설명합니다.
추출 및 3D 인쇄 된 두개골및 뇌 모델은 두개골 수술 및 머리 포스트 이식의 준비를 위해 특별히 설계되었지만 방법론은 여러 가지 다른 응용 프로그램에 빌려준다. 앞에서 설명한 바와 같이, 두개골의 물리적 모델은 수술 전에 머리 포스트의 사전 구부릴 수 있도록, 이는 두개골에 좋은 적합을 만듭니다. 또한 MRI에서 추출한 두개골을 사용하여 두개골 해부학에 대한 충실도가 높은 3D 디자인 헤드 포스트를 생성할 수 있습니다. CT 화상 진찰은 전통적으로 두개골 추출을 위한 더 나은 양식이지만, 제안된 방법에서, 두뇌와 두개골 해부학은 뼈와 연조직 모형 사이 향상된 해부학 일관성에 기여할 수 있던 동일 화상 진찰 양식에서 옵니다. 이 해부학적 일관성은 정밀도를 향상시키고 두개골 절제술이 관심있는 피질 영역을 커버하고 자극 및 기...

영장류 연구는 동물 모델에서 인체 실험1,2에의학 연구의 진행에 중추적 인 단계되었습니다. 이것은 설치류 두뇌와 비인간 영장류 (NHP)1,2,3의그 사이 큰 생리적 및 해부학적 불일치가 있기 때문에 신경 과학 및 신경 공학의 연구 결과에서 특히 그렇다. 신경의 유전자 변형이 필요한 화학유전학, 광유전학, 칼슘 이미징 과 같은 새로운 유전 기술로 NHP의 신경 기능을 연구하는 신경 공학 연구는 뇌 기능2,4,5,6,7,9,10,11,12,13,14,15, 16을이해하는 전임상 모델로 특별한 관심을 얻고 있다. 대부분의 NHP 신경과학 실험에서, 신경외과적 대책은 헤드포스트, 자극 및 기록실, 전극 어레이 및 광학윈도우4,5,6,7,7,10,11,13,14, 15,17,18과같은 다양한 장치의 이식에 필요하다.
현재 NHP 실험실은 종종 머리 기둥의 다리에 맞게 동물을 진정하고 두개골 부위 주변의 두개골곡률을 근사화하는 등 비효율적인 관행을 포함하는 다양한 방법을 사용합니다. 다른 실험실은 수술에서 두개골에 헤드 포스트에 적합하거나 두개골 곡률2,10,11,16을추정하기 위해 NHP 뇌 아틀라스 및 자기 공명 (MR) 스캔을 분석하는 것과 같은 이식에 필요한 측정을 얻는 보다 진보 된 방법을 사용합니다. NHP의 신경 수술은 또한 액체 주사를 포함하고, 실험실은 수시로 두뇌2,4,5,13,14 의 앞에 투영된 주입 위치를 시각화할 방법이 없습니다 전적으로 스테레오탁스 측정및 MR 검사에 비교합니다. 이러한 방법은 임플란트의 모든 복잡한 구성 요소의 물리적 호환성을 테스트 할 수없는 피할 수없는 불확실성의 정도를 가지고있다.
따라서 NHP에서 신경 외과 계획에 대한 정확한 비침습적 방법이 필요합니다. 여기서는 이러한 동물에 이식 및 주사 수술 준비를 위한 프로토콜과 방법론을 제시합니다. 전체 과정은 MRI 스캔에서 비롯되며, 여기서 뇌와 두개골은 데이터에서 추출되어 3D 인쇄될 수 있는 3차원(3D) 모델을 생성합니다. 두개골과 뇌 모델은 두개 통 수술뿐만 아니라 정확도의 증가 수준을 가진 머리 기둥에 대한 준비를 결합 할 수 있습니다. 뇌 모델은 또한 뇌의 해부학적으로 정확한 젤 모델의 주조를위한 금형을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 젤 뇌는 단독으로 추출 된 두개골과 함께 다양한 주사 수술을 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 아래에서 우리는 신경 외과 준비를위한 MRI 기반 도구 상자에 필요한 각 단계를 설명합니다.

<table><tbody><tr><td>3D 프린팅 소프트웨어 (GrabCAD Print)</td><td>Stratasys</td><td>버전 1.36</td><td>고품질 3D 프린팅에 사용</td></tr><tr><td>3D 프린팅 소프트웨어 (3D 단순화)</td><td>Simplify3D</td><td>버전 4.1</td><td>PLA 3D 프린팅에 사용</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Benchmark Scientific</td><td>A1700</td><td>젤 브레인 제작에 사용</td></tr><tr><td>블랙 매니큐어</td><td>L.A. 색상</td><td>CNP637</td><td>젤 성형</td></tr><tr><td>에 사용캐뉼라 (ID 450 um, OD 666 um)</td> <td>Polymicro Technologies</td><td>1068150625</td> 젤 뇌 카테터 커넥터 B Braun PCC2000 Perifix<td>에 염료를 주입하는 데 사용됩니다</td></tr>. <tr><td></td><td></td><td></td><td>20-24 게이지 경막외 카테터용; Cs 50</td></tr><tr><td>Dremel 3D Digilab 3D45 프린터</td><td>Dremel</td><td>F0133D45AA</td><td>PLA의 프로토 타이핑에 사용</td></tr><tr><td>ECOWORKS</td><td>Stratasys</td><td>300-00104</td><td>QSR 지지 구조를 용해하는 데 사용</td></tr><tr><td>Erlymeyer 플라스크</td><td>Pyrex</td><td>4980</td><td>젤 성형에 사용</td></tr><tr><td>Ethyl cyanoacrylate</td><td>The Original Super Glue Corp.</td><td>15187</td><td>결합 캐뉼라 제작에 사용</td></tr> 눈금이 매겨진 <tr><td>실린더</td><td></td><td>3023</td><td>젤 성형에 사용</td></tr><tr><td>HATCHBOX PLA 3D 프린터 필라멘트</td><td>HATCHBOX</td><td>3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK</td><td>1kg 스풀, 1.75mm, 빨간색/검은색</td></tr><tr><td>메뚜기 콩 껌</td><td>모더니스트 팬트리</td><td>1018</td><td>젤 브레인 혼합물용 검 에이전트</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>R2019b</td><td>에 사용 두개골 추출</td></tr><tr><td>McCormick Yellow Food Color</td><td>McCormick</td><td></td><td>염료 주입에 사용</td></tr><tr><td>마이크로파</td><td>Panasonic</td><td>NN-SD975S</td><td>아가로스 경화에 사용</td></tr><tr><td>MR 이미징 소프트웨어(3D 슬라이서)</td><td>3D 슬라이서</td><td>버전 4.10.2</td><td>3D 모델 생성에 사용</td></tr><tr><td>MR 이미징 소프트웨어(BET 플러그인이 있는 Mango)</td><td>Reasearch Imaging Institute</td><td>버전 4.1</td><td>뇌에 사용 추출</td></tr><tr><td>Philips Acheiva MRI 시스템</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>인간이 아닌 영장류를 이미지화하는 데 사용</td></tr><tr><td>인산염 완충 용액</td><td>Gibco</td><td>70011-044</td><td>10X DI 물로 희석 1X</td></tr><tr><td>펌프</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>염료 주입에 사용</td></tr><tr><td>펌프 드라이버</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>염료 주입에 사용</td></tr><tr><td>냉장고</td><td>General Electric</td><td></td><td>아가로스 젤을 보존하는 데 사용</td></tr><tr><td>과학적인 주걱</td><td>VWR</td><td>82027-494</td><td>젤 몰드를 추출하는 데 사용</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systemes</td><td>2019</td><td></td></tr><tr><td>Stratasys ABS-M30 필라멘트</td><td>Stratasys</td><td>333-60304</td><td>고품질 3D 프린팅에 사용</td></tr><tr><td>Stratasys F170 3D 프린터</td><td>Stratasys</td><td>123-10000</td><td>고품질 3D 프린팅에 사용</td></tr><tr><td>Stratasys QSR 지원</td><td>Stratasys</td><td>333-63500</td><td>ABS 모델 주사기로 지지대를 만드는 데 사용</td></tr><tr><td></td><td>SGE</td><td>SGE250TLL</td><td>염료 주입에 사용</td></tr></tbody></table>

비인간 영장류의 신경 외과 계획을위한 mri 기반 도구 상자

A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

이 논문에서는 자기 공명 영상(MRI)에서 추출한 데이터만으로 NHP에서 다양한 신경 외과 수술을 실질적으로 계획할 수 있는 수술 준비를 위한 방법을 간략하게 설명합니다. 이 프로토콜은 뇌와 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델뿐만 아니라 뇌의 기계적 특성 중 일부를 모델링하는 뇌의 아가로즈 젤 모델을 3D 인쇄 생성할 수 있게 합니다. 이러한 모델은 뇌 모델에 대한 뇌 추출 소프트웨어와 두개골 모델에 대한 사용자 지정 코드를 사용하여 MRI에서 추출할 수 있습니다. 준비 프로토콜은 최첨단 3D 프린팅 기술을 활용하여 젤 브레인 모델을 위한 뇌, 두개골 및 금형을 상호 향하게 합니다. 두개골과 뇌 모델은 사용자 정의 코드에 두개골 절제술을 추가하여 두개골 내부의 뇌 조직을 시각화하는 데 사용할 수 있으므로 뇌와 직접 관련된 수술에 대한 더 나은 준비를 할 수 있습니다. 이러한 방법의 응용 프로그램은 신경 자극 및 기록뿐만 아니라 주사에 관련된 수술을 위해 설계되었지만 시스템의 다재 다능성은 프로토콜, 추출 기술 및 모델의 향후 확장을 수술의 넓은 범위로 확장 할 수 있습니다.

수술 전 두개통 계획 측정으로 MRI의 조작 및 분석은 지난2,5,10,16에서성공적으로 사용되었습니다. 그러나 이 과정은 뇌, 두개골 및 두개골 절제술의 3D 모델링을 추가하여 크게 향상되었습니다. 우리는 성공적으로 우리의 연구에 대한 관심영역을 반영 뇌의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 있었다(그림 1). 우리는 유사하게 MR 이미지(그림 2)에서추출 된 영장류 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 있었습니다.
두개골과 뇌의 두 가지 물리적 모델은 단단한 간섭 적합성과 결합되어 서로에 비해 두 모델의 정확도를 검증하고 ...

아래에 설명된 방법은 3차원(3D) 프린팅 방법과 MRI 데이터 추출의 새로운 조합을 사용하여 비인간 영장류(NHP) 신경외과의 제조를 위한 포괄적인 프로토콜을 제공하는 것을 목표로 합니다.

비인간 영장류의 신경 외과 계획을위한 MRI 기반 도구 상자

In this paper, we outline a method for surgical preparation that allows for the practical planning of a variety of neurosurgeries in NHPs solely using ...

이 프로토콜은 비인간 영장류에서 신경 수술의 정밀도와 안전을 향상시키기 위해 설계된 간결하고 단조적인 절차를 제공하기 때문에 신경 공학 분야에 중요합니다. 이 기술은 연구원에게 이식 또는 주입 절차의 모든 측면을 시각화하는 독특한 기능을 제공하고 가능한 한 준비된 수술실에 들어갈 수 있도록 합니다. 실물 크기의 물리적 모델이 수술 계획에 미칠 수 있는 영향과 명확성을 강조하기 때문에 이 방법의 시각적 데모는 매우 중요합니다.자기 공명 이미징 소프트웨어에서 뇌를 추출하려면 플러그인 드롭 다운 메뉴를 열고 추출 뇌를 선택합니다. 추출 강도 임계값을 2.5, 2.7로 설정하고 임계값 그라데이션 값을 0으로 설정합니다. 뇌 이미지의 비트맵을 만든 후 이미지 메뉴 아래에 서피스를 선택하고 관심 영역을 포함하는 비트맵을 만드는 데 사용되는 임계값을 입력합니다.그런 다음 확인을 클릭하여 표면을 만듭니다. 그리고 NII 또는 NII로서 관심의 추출 된 뇌 영역을 저장합니다. GZ 파일입니다.뇌 모델을 생성하려면 추출된 뇌 파일을 적절한 의료 이미지 처리 소프트웨어에서 엽니다. 그리고 편집기 모듈 메뉴에서 임계값 효과를 선택하고 임계값 범위 슬라이더를 조정하여 뇌를 포함하는 비트맵의 부분이 세 조각 모두에 강조 표시됩니다. 모델 메이커 모듈을 열고 입력 볼륨 드롭다운 메뉴에서 비트맵 파일을 선택합니다.모델에서 새 모델 계층 구조를 만들고 적용을 클릭하여 볼륨을 만듭니다. 가져온 메시 뇌 표면을 가져오면 그래픽 을 선택합니다. 그리고 뇌를 포함하는 기능만 파일에 남아 있기 전까지는 불필요한 그래픽 기능을 억제합니다.그런 다음 추가 조작을 위해 PRT 형식으로 파일을 저장하고 3D 인쇄를 위한 STL로 저장합니다. 뇌 성형의 경우 추출된 뇌 모델을 적절한 컴퓨터 설계 소프트웨어 프로그램에 로드합니다. 삽입 메뉴의 피쳐 섹션에서 선택 선택 메시 본문과 변환하는 뇌의 그래픽 본체로 변환하고,이 스케치 탭을 열고 스케치를 클릭하여 상단 평면을 스케치 평면으로 선택합니다.관심있는 반구 전체 주위에 사각형을 그리고 뇌의 상단 부분을 포함하는 입방 사각형을 돌출하는 돌출 된 보스 베이스 기능을 선택합니다. 삽입 메뉴의 피쳐 섹션에서 메시 본체로 변환을 선택하고 솔리드 바디 폴더에서 압출된 큐브를 선택하여 변환합니다. 음수 공간을 만들려면 결합 기능을 사용하고 빼기 옵션을 선택하여 새로 압출된 큐브에서 뇌 모델을 뺍니다.두개골 모델링의 경우 빠른 MPRAGE MRI를 DICOM 파일로 적절한 매트릭스 조작 소프트웨어 프로그램으로 가져옵니다. 그리고 명령을 사용하여 모든 프레임을 필요에 따라 단일 3D 행렬로 결합합니다. 행렬의 각 2D 프레임이 관상 슬라이스를 표시하고 개별 픽셀 값에 대해 연산자보다 큰 부분을 사용하여 3D 매트릭스를 임계값으로 사용하여 이진 마스크를 만듭니다.그런 다음 두개골 해부학이 마스크에 의해 캡처될 수 있도록 임계값을 조정합니다. 근육층을 제거하기 위해 마스크에서 2D 슬라이스를 반복적으로 잡아 3D 마스크에서 각 프레임을 별도로 처리하고, 틸드 연산자를 사용하여 마스크값을 반전시다. 두개골 값은 그 값이 됩니다.외부와 뇌의 값은 0입니다. 마스크의 가장 낮은 해상도 차원이 배율 계수에 의해 정의된 요소에 의해 더 커질 때까지 3D 마스크에 빈 복셀을 추가합니다. 그리고 마스크가 새 공간을 채울 때까지 마스크의 값을 선형으로 보간합니다.그런 다음 두개골을 STL 파일 또는 3D 인쇄에 대한 유사한 파일 유형으로 내보냅니다. 3D 두개골 모델에서 두개골 절제술을 생성하려면 MRI 파일을 열고 3D 매트릭스를 통해 수동으로 스캔하여 마카크 뇌 아틀라스에서 발견되는 해부학 적 랜드 마크를 사용하여 두개골 절제술의 대략적인 위치를 식별하십시오. 아가로즈 금형을 만들려면 아가로즈 용액을 전체 또는 반반구 뇌 금형에 붓고 약 2 시간 동안 금형 내에서 고화 할 수 있도록하십시오.아가로즈가 설정된 경우 주걱을 사용하여 금형의 표면을 손상시키지 않고 주의를 기울여 금형에서 젤 모델을 부드럽게 제거하십시오. 아가로즈 젤 모델을 모의 주입을 위해 주사기 펌프를 스테레오탁 프레임에 스테레오탁스 암에 장착하고 250 마이크로리터 주사기를 이온화된 물로 채웁니다. 주사기를 주사기 펌프에 적재하고 주입 캐뉼라를 물로 완전히 채웁니다.펌프 드라이버를 사용하여 주사를 위해 주사기에 식품 착색의 대상 볼륨을 로드합니다. 그리고 캐뉼라 끝에 작은 비드가 형성될 때까지 음식 착색을 배출한다. 캐뉼라 팁에서 비드를 건조시키고 젤 모델을 캐뉼라 아래에 배치합니다.팁이 젤 모델의 표면에 닿을 때까지 캐뉼라를 낮추고 스테레오탁스 암의 측정값을 기록합니다. 그런 다음 매끄럽게 캐뉼라를 젤 모델로 하여 표적 사출 깊이로 낮춥습니다. 겔 표면이 캐뉼라 주위에 밀봉되어 있고 대상 부피가 전달될 때까지 다이의 확산을 관찰하면서 펌프를 실행했는지 확인합니다.이 프로토콜을 사용하여, 비 인간 영장류 뇌의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 있습니다. 마찬가지로, 자기 공명 심상에서 추출된 영장류 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델도 생성될 수 있다. 두개골과 뇌의 물리적 모델은 서로 에 비해 두 모델의 정확성을 검증하고 추정 된 MRI 분석 데이터를 합법화, 꽉 간섭 적합과 결합 될 수있다.인쇄 하기 전에 두개골에 두개골에 두개골의 삽입, 두개골과 뇌와 관련하여 다양 한 구성 요소의 기하학의 평가를 위한 샘플 인터페이스의 모든 부분의 조합을 허용. 예를 들어, 본 실험에서, 헤드 포스트의 발은 수술 전에 이식의 위치에서 두개골의 곡률에 조작되고 장착되었다. 개폐에서 이식까지 약 2.5시간에서 1시간으로 단축되어 수술 합병증의 위험이 크게 줄어듭니다.아가로즈 혼합물 뇌 모델은 제안된 주입의 부피를 추정하기 위해 관심 영역에서 황색 염료를 주입하고 아가로즈 모델을 3D 프린팅 두개골과 결합하여 바이러스 벡터 주입 수술을 모델링하는 데 사용될 수 있다. 다른 동물의 두개골과 뇌 해부학의 변화를 고려하여 추출 과정에서성공하려면 반복 단계의 조정이 필요합니다. 따라서 이 도구 상자는 비 인간 영장류 신경 외과의 위험을 줄이기 위해 사용할 수 있으며 제조 기술은 신경 과학의 최첨단에서 실험 과정을 향상시킬 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

아닌 인간 영장류의 두뇌의 정상적인 처리에 대한 우리의 이해를위한 중요한 translational 수종입니다. 영장류 두뇌의 해부 학적 조직은 인간의 정상 및 병리 학적 조건에 중요한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

Stereotaxic 공간에 비 인간 메이트 브레인 해부

우리는 간질 수술에 이미지 통합, 시각화 및 계획에 대한 우리의 사용자 정의 설계 소프트웨어를 사용하는 단계를 설명합니다.

간질 수술에 3D Multimodality 이미지 통합 및 컴퓨터 지원 계​​획에 대한 파이프 라인

이 프로토콜 구조 T1 가중치 mri 회색 물질 볼륨의 정량화에 대 한 사용할 수 있는 회색 문제 지역 윤곽을 그리 다를 7 다른 자동된 분할 도구를 적용 하는 과정을 설명 합니다.

T1-가중치 MRI 이미지에서 외피 회색 물질의 자동된 분할

여기에서, 우리는 마카크 두뇌에 있는 큰 피질 지역에 걸쳐 광유전학적 표현을 달성하기 위한 효율적이고 간단한 접근으로 피질로 바이러스 벡터의 자기 공명 (MR) 유도된 대류 강화한 납품 (CED)를 보여줍니다.

대류 온라인 MRI 이미지의 지도하에 Rhesus Macaque의 피질에 광유전학 아데노 관련 바이러스 벡터의 향상된 납품

이 문서는 개별 신경 외과 환자에서 중요한 인지 기능을 지원하는 뇌영역을 식별하도록 설계된 다중 모달 뇌 매핑 프로그램의 개요를 제공합니다.

로체스터 대학 의료 센터의 번역 뇌 매핑: 개인화된 뇌 매핑을 통해 마음 보존

우리는 두개골 기본 종양에 대한 내시경 적 박상 수술에 환자 작업 업에서 확산 MRI 학법을 통합하는 프로토콜을 제시한다. 수술 전 및 수술 내 단계에서 이러한 신경 이미징 연구를 채택하는 방법이 설명되어 있습니다.

내시경 성 상반신 두개골 기본 수술에서 확산 MRI 기관도법의 역할

여기에 제시된 프로토콜은 실시간 자기 공명 영상 (MRI) 시각화 안내 및 실시간 주입 분포 시각화와 함께 대류 강화 주입을 사용하여 돼지 뇌에 대한 입체 택시를 보여줍니다.

돼지 뇌에 주입하기위한 자기 공명 유도 스테레오 택시

이 논문은 자기공명영상(MRI) 스캔을 기반으로 한 비인간 영장류 신경외과 계획을 위한 자동화된 프로세스를 간략하게 설명합니다. 이러한 기술은 프로그래밍 및 설계 플랫폼의 절차적 단계를 사용하여 NHP를 위한 맞춤형 임플란트 설계를 지원합니다. 그런 다음 3차원(3D) 프린팅된 실물 크기 해부학 모델을 사용하여 각 구성 요소의 유효성을 확인할 수 있습니다.

비인간 영장류를 위한 신경 임플란트 설계 툴박스

다중 자기 공명 영상(MRI) 데이터 양식에 의해 정보를 얻은 대뇌파 네트워크의 뇌파검사(TMS-EEG) 매핑과 결합된 맞춤형 경두개 자기 자극을 위한 새로운 프로토콜입니다.

실시간 피질 네트워크 매핑을 위한 신경영상 유도 TMS-EEG

여기서는 nTMS와 확산 텐서 영상(DTI) 기반 피질척수로(CST) 재건을 결합한 운동 매핑 표준화 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 재현 가능하고 임상적으로 실현 가능하며 일상적인 임상 업무 흐름에 쉽게 통합되어 운동 경로 평가, 신경가소성 연구, 재활 계획에 대한 견고하고 가치 있는 틀을 제공합니다.

내비게이션 경두개골 자기 자극을 이용한 기능적 운동 매핑을 위한 표준화된 프로토콜

학습하세요 비인간 영장류 신경외과를 위한 MRI 기반 3D 프린팅 도구 상자로 정밀하고 안전한 수술 계획을 수립하는 방법을 알아보세요. 이 기술은 연구자들이 실제 크기의 뇌 모델을 활용하여 수술 부위를 명확하게 시각화하고 수술 결과를 개선할 수 있게 합니다.

비인간 영장류의 신경 외과 계획을위한 MRI 기반 도구 상자

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