비인간 영장류의 신경 외과 계획을위한 MRI 기반 도구 상자

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.

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.