Name: Een MRI-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische planning bij niet-menselijke primaten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: Leer een MRI-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische planning bij niet-menselijke primaten. Deze methode combineert 3D-printing met medische beeldvorming voor veiliger en preciezere ingrepen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit project werd ondersteund door het Eunice Kennedy Shiver National Institute of Child Health & Human Development van de National Institutes of Health onder Award Number K12HD073945, het Washington National Primate Research Center (WaNPCR, P51 OD010425), het Center for Neurotechnology (CNT, een National Science Foundation Engineering Research Center onder Grant EEC-1028725) en de Universiteit van Washington Royalty Research. Financiering aan de Macknik en Martinez-Conde labs voor dit project kwam van een BRAIN Initiative NSF-NCS Award 1734887, evenals NSF Awards 1523614 & 1829474, en SUNY Empire Innovator Beurzen aan elke professor. Wij danken Karam Khateeb voor zijn hulp bij de voorbereiding van agarose, en Toni J Huan voor technische hulp.

<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>

De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen op dit moment.

Dit artikel beschrijft een toolbox voor de voorbereiding voor neurochirurgie in NHPs met behulp van fysieke en CAD-modellen van schedel-en hersenanatomie gewonnen uit MR-scans.
Terwijl de geëxtraheerde en 3D geprinte schedel- en hersenmodellen speciaal zijn ontworpen voor de voorbereiding van craniotomieoperaties en hoofdpostimplantaties, leent de methodologie zich voor verschillende andere toepassingen. Zoals eerder beschreven, het fysieke model van de schedel zorgt voor het buigen van de hoo...

Primaten onderzoek is een cruciale stap in de progressie van medisch onderzoek van diermodellen naar menselijke proeven1,2. Dit is vooral zo in de studie van neurowetenschappen en neurale engineering als er een grote fysiologische en anatomische discrepantie tussen knaagdierhersenen en die van niet-menselijke primaten (NHP)1,2,3. Met opkomende genetische technologieën zoals chemogenetica, optogenetica, en calcium imaging die genetische modificatie van neuronen vereisen, neurale engineering onderzoek bestuderen neurale functie in NHP's heeft opgedaan speciale aandacht als een preklinisch model voor het begrijpen van hersenfunctie2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. In de meeste NHP-neurowetenschappelijke experimenten zijn neurochirurgische maatregelen nodig voor de implantatie van verschillende apparaten zoals hoofdposten, stimulatie- en opnamekamers, elektrodearrays en optische vensters4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18.
Huidige NHP labs maken gebruik van een verscheidenheid van methoden die vaak ineffectieve praktijken, waaronder het verdveemen van het dier om de benen van een hoofdpost passen en benaderen de kromming van de schedel rond de craniotomie site. Andere laboratoria passen de hoofdpost aan de schedel in chirurgie of gebruiken geavanceerdere methodes om de noodzakelijke metingen voor implantatie zoals het analyseren van een NHP hersenenatlas en magnetische resonantie (MR) scans te gebruiken om schedelkrommingen2,10,11,16te schatten. Neurochirurgie in NHPs omvatten ook vloeistof injecties, en laboratoria hebben vaak geen manier om de geprojecteerde injectie locatie in de hersenen2,4,5,13,14 uitsluitend vertrouwen op stereotaxic metingen en vergelijking met MR scans visualiseren. Deze methoden hebben een zekere mate van onvermijdelijke onzekerheid omdat ze de fysieke compatibiliteit van alle complexe componenten van het implantaat niet kunnen testen.
Daarom is er behoefte aan een nauwkeurige niet-invasieve methode voor neurochirurgische planning in NHPs. Hier presenteren we een protocol en methodologie voor de voorbereiding van implantatie- en injectieoperaties bij deze dieren. Het hele proces komt voort uit MRI-scans, waarbij de hersenen en schedel worden geëxtraheerd uit de gegevens om driedimensionale (3D) modellen te maken die vervolgens 3D-geprint kunnen worden. De schedel- en hersenmodellen kunnen worden gecombineerd om zich voor te bereiden op craniotomieoperaties en hoofdposten met een verhoogd niveau van nauwkeurigheid. De hersenen model kan ook worden gebruikt om een mal te maken voor het gieten van een anatomisch nauwkeurige gel model van de hersenen. De gel hersenen alleen en in combinatie met een geëxtraheerde schedel kan worden gebruikt om voor te bereiden op een verscheidenheid van injectie operaties. Hieronder beschrijven we elk van de stappen die nodig zijn voor de MRI-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische voorbereiding.

<table><tbody><tr><td>3D Printing Software (GrabCAD Print)</td><td>Stratasys</td><td>Versie 1.36</td><td>Gebaten voor hoogwaardige 3D-printen</td></tr><tr><td>3D Printing Software (Simplify 3D)</td><td>Simplify3D</td><td>Versie 4.1</td><td>Gebaten voor PLA 3D-printen</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Benchmark Scientific</td><td>A1700</td><td>Gebaten voor het maken van gelhersenen</td></tr><tr><td>Zwarte nagellak</td><td>L.A. Colors</td><td>CNP637</td><td>Gebaten voor gelvorming</td></tr><tr><td>Cannula (ID 450 µm, OD 666 µm)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>1068150625</td><td>Gebaten om kleurstof in gelhersenen te injecteren</td></tr><tr><td>Katheterconnector</td><td>B Braun</td><td>PCC2000</td><td>Perifix voor 20-24 gauge epidurale katheters; Eenheden per Cs 50</td></tr><tr><td>Dremel 3D Digilab 3D45 printer</td><td>Dremel</td><td>F0133D45AA</td><td>Gebaten voor prototyping in PLA</td></tr><tr><td>ECOWORKS</td><td>Stratasys</td><td>300-00104</td><td>Gebaten om QSR-ondersteuningsstructuren op te lossen</td></tr><tr><td>Erlenmeyerkolf</td><td>Pyrex</td><td>4980</td><td>Gebaten voor gelvorming</td></tr><tr><td>Ethylcyanoacrylaat</td><td>The Original Super Glue Corp.</td><td>15187</td><td>Gebaten om een gecombineerde canule te maken</td></tr><tr><td>Gradueerde cilinder</td><td></td><td>3023</td><td>Gebaten voor gelvorming</td></tr><tr><td>HATCHBOX PLA 3D-printergloeidraad</td><td>HATCHBOX</td><td>3DPLA-1KG1.75-ROZE/3DPLA-1KG1.75-ZWART</td><td>1kg spoel, 1.75mm, Rood/Zwart</td></tr><tr><td>Johannisbroodpitmeel</td><td>Modernist Pantry</td><td>1018</td><td>Verdikkingsmiddel voor gelhersenen-mengsels</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>R2019b</td><td>Gebaten voor hersenschedelextractie</td></tr><tr><td>McCormick Geel Voedselkleur</td><td>McCormick</td><td></td><td>Gebaten voor kleurstofinjectie</td></tr><tr><td>Microgolfoven</td><td>Panasonic</td><td>NN-SD975S</td><td>Gebaten voor agarose uitharding</td></tr><tr><td>MR-beeldvormingssoftware (3D Slicer)</td><td>3D Slicer</td><td>Versie 4.10.2</td><td>Gebaten voor 3D-modelgeneratie</td></tr><tr><td>MR-beeldvormingssoftware (Mango met BET-plug-in)</td><td>Reasearch Imaging Institute</td><td>Versie 4.1</td><td>Gebaten voor hersenextractie</td></tr><tr><td>Philips Acheiva MRI-systeem</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>Gebaten om niet-menselijke primaten te beeldhouwen</td></tr><tr><td>Fosfaatgebufferde oplossing</td><td>Gibco</td><td>70011-044</td><td>10X verdund met DI-water tot 1X</td></tr><tr><td>Pomp</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Gebaten voor kleurstofinjectie</td></tr><tr><td>Pompdriver</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Gebaten voor kleurstofinjectie</td></tr><tr><td>Koelkast</td><td>General Electric</td><td></td><td>Gebaten om agarosegel te bewaren</td></tr><tr><td>Wetenschappelijke spatel</td><td>VWR</td><td>82027-494</td><td>Gebaten om gelvormen te extraheren</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systemes</td><td>2019</td><td></td></tr><tr><td>Stratasys ABS-M30 filament</td><td>Stratasys</td><td>333-60304</td><td>Gebaten voor hoogwaardige 3D-printen</td></tr><tr><td>Stratasys F170 3D-printer</td><td>Stratasys</td><td>123-10000</td><td>Gebaten voor hoogwaardige 3D-printen</td></tr><tr><td>Stratasys QSR-ondersteuning</td><td>Stratasys</td><td>333-63500</td><td>Gebaten om ondersteuningen te maken met ABS-model</td></tr><tr><td>Spuit</td><td>SGE</td><td>SGE250TLL</td><td>Gebaten voor kleurstofinjectie</td></tr></tbody></table>

een mri-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische planning bij niet-menselijke primaten

A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

In dit document schetsen we een methode voor chirurgische voorbereiding die het mogelijk maakt voor de praktische planning van een verscheidenheid aan neurochirurgie in NHPs uitsluitend met behulp van gegevens uit magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Dit protocol maakt het mogelijk voor de generatie van 3D-geprinte anatomisch nauwkeurige fysieke modellen van de hersenen en schedel, evenals een agarose gel modelleren van een aantal van de mechanische eigenschappen van de hersenen. Deze modellen kunnen worden geëxtraheerd uit MRI met behulp van brain extractie software voor het model van de hersenen, en aangepaste code voor het model van de schedel. Het voorbereidingsprotocol maakt gebruik van state-of-the-art 3D-printtechnologie om interfacing hersenen, schedels en mallen te maken voor gelhersenmodellen. De schedel- en hersenmodellen kunnen worden gebruikt om hersenweefsel in de schedel te visualiseren met de toevoeging van een craniotomie in de aangepaste code, waardoor een betere voorbereiding op operaties direct met de hersenen mogelijk is. De toepassingen van deze methoden zijn ontworpen voor operaties die betrokken zijn bij neurologische stimulatie en opname, evenals injectie, maar de veelzijdigheid van het systeem zorgt voor toekomstige uitbreiding van het protocol, extractietechnieken en modellen naar een breder scala van operaties.

De manipulatie en analyse van MRI's als preoperatieve craniotomieplanningsmaatregel is in de afgelopen2, 5,10,16met succes gebruikt . Dit proces, echter, is sterk verbeterd door de toevoeging van de 3D-modellering van de hersenen, schedel, en craniotomie. We waren in staat om met succes een anatomisch nauwkeurig fysisch model van de hersenen te creëren dat het interessegebied voor onze studies ...

De onderstaande methode is bedoeld om een uitgebreid protocol te bieden voor de voorbereiding van niet-menselijke primaten (NHP) neurochirurgie met behulp van een nieuwe combinatie van driedimensionale (3D) printmethoden en MRI-gegevensextractie.

Een MRI-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische planning bij niet-menselijke primaten

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 ...

Dit protocol is belangrijk voor de neurale engineering veld, omdat het biedt een beknopte en unimodale procedure ontworpen om de precisie en veiligheid van neurochirurgie bij niet-menselijke primaten te verbeteren. Deze techniek biedt onderzoekers het unieke vermogen om elk aspect van hun implantatie- of injectieprocedure te visualiseren en zorgt ervoor dat ze zo goed mogelijk een operatiekamer kunnen betreden. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang omdat het de impact en helderheid benadrukt die levensgrote fysieke modellen kunnen hebben op chirurgische planning.Als u de hersenen in de magnetische resonantiebeeldvormingssoftware wilt extraheren, opent u het vervolgkeuzemenu plug-down plugins en selecteert u de hersenen. Stel de drempelwaarde voor extractieintensiteit in op 2,5, 2,7 en de drempelwaarde voor het verloop op nul. Nadat u een bitmap van de afbeelding van de hersenen hebt gemaakt, selecteert u bouwoppervlak onder het afbeeldingsmenu en voert u de drempelwaarde in die wordt gebruikt om de bitmap te maken met het interessegebied.Klik vervolgens goed om het oppervlak te maken. En bewaar het geëxtraheerde hersengebied van belang als een NII of NII. GZ-bestand.Om een hersenmodel te genereren, opent u het geëxtraheerde hersenbestand in de juiste software voor de verwerking van medische afbeeldingen. En selecteer in het menu van de editormodule drempelwaarde drempel, pas de schuifregelaars voor drempelbereik aan, zodat het gedeelte van de bitmap met de hersenen in alle drie de segmenten wordt gemarkeerd. Open de module voor modelmakers en selecteer in het vervolgkeuzemenu invoervolumes het bitmapbestand.Selecteer onder modellen de optie nieuwe modelhiërarchie maken en klik op toepassen om het volume te maken. Wanneer het geïmporteerde mesh-hersenoppervlak is geïmporteerd, selecteert u grafische. En onderdrukken onnodige grafische functies totdat alleen de functies met de hersenen blijven in het bestand.Sla vervolgens de bestanden op in de PRT-indeling voor verdere manipulatie en als STL voor 3D-printen. Voor de hersenen gieten, laad de geëxtraheerde hersenen model in een geschikte geautomatiseerde ontwerp software programma. Selecteer onder het gedeelte functies van het invoegmenu converteren naar mesh-lichaam en het grafische lichaam van de hersenen om het te converteren en open dit schetstabblad en klik op schets om het bovenste vlak als schetsvlak te selecteren.Teken een rechthoek rond het hele halfrond van belang, en selecteer de extrude boss base functie om een kubieke rechthoek met het bovenste deel van de hersenen extruderen. Selecteer onder het gedeelte Functies van het invoegmenu de optie converteren naar mesh-behuizing en selecteer de geëxtrudeerde kubus in de map vaste lichamen om deze om te zetten. Als u de negatieve ruimte wilt maken, gebruikt u de functie Combineren en selecteert u de optie aftrekken om het model van de hersenen af te trekken van de nieuw geëxtrudeerde kubus.Voor schedelmodellering importeert u de snelle MRI van MPRAGE in een geschikt matrixmanipulatiesoftwareprogramma als DICOM-bestand. En gebruik de commando's om alle frames te combineren tot een enkele 3D-matrix als dat nodig is. Zorg ervoor dat elk 2D-frame van de matrix een coronale segment weergeeft en gebruik een groter dan operator voor afzonderlijke pixelwaarden om de 3D-matrix te drempel om een binair masker te maken.Pas vervolgens de drempel zodanig dat de schedel anatomie wordt gevangen door het masker. Als u de spierstelsellaag wilt verwijderen, pakt u iteratief een 2D-segment van het masker om elk frame van het 3D-masker afzonderlijk te verwerken en gebruikt u de tegeloperator om de waarden van het masker om te keren. De schedelwaarden zullen die zijn.De buitenkant en de hersenen hebben waarden van nul. Voeg extra lege voxels toe aan het 3D-masker totdat de laagste resolutiedimensie van het masker groter is met een factor die wordt gedefinieerd door de schaalfactor. En interpoleer waarden in het masker lineair totdat het masker de nieuwe ruimte vult.Exporteer vervolgens de schedel als een STL-bestand of een vergelijkbaar bestandstype voor 3D-afdrukken. Om een craniotomie in het 3D-schedelmodel te creëren, opent u het MRI-bestand en scant u handmatig heen en weer door de 3D-matrix om de geschatte locatie van de craniotomie te identificeren met behulp van anatomische oriëntatiepunten in de macaque hersenatlas. Om een agarose schimmel te creëren, giet agarose oplossing in een volledige of half half hemisfeer hersenmal en laat de oplossing te stollen binnen de mal voor ongeveer twee uur.Wanneer de agarose heeft ingesteld, gebruik dan een spatel om voorzichtig te verwijderen van de gel model uit de mal, het verzorgen, niet om het oppervlak van de mal beschadigen. Voor een mock infusie van de agarose gel model, monteer een spuit pomp op een stereotaxic arm op een stereotaxic frame en vul een 250 microliter spuit met het geïoniseerde water. Laad de spuit op de spuitpomp en vul de spuitblik volledig met het water.Gebruik de pompdriver om het doelvolume van voedselkleuring in de spuit te laden voor injectie. En uitwerpen van de kleurstof tot een kleine kraal vormen op het puntje van de canule. Droog de kraal van de canulepunt en plaats het gelmodel onder de canule.Laat de canule zakken totdat de punt het oppervlak van het gelmodel raakt en let op de metingen op de stereotaxic-arm. Dan soepel en snel lager de canule in de gel model om de doelinjectie diepte. Zorg ervoor dat het oppervlak van de gel rond de canule is afgesloten en de pomp heeft uitgevoerd terwijl de verspreiding van de matrijs wordt waargenomen totdat het doelvolume is geleverd.Met behulp van dit protocol kan een anatomisch nauwkeurig fysisch model van het niet-menselijke primatenbrein worden gemaakt. Ook kan een anatomisch nauwkeurig fysisch model van de primatenschedel uit magnetische resonantiebeelden worden gegenereerd. De fysieke modellen van de schedel en hersenen kunnen worden gecombineerd met een strakke interferentie fit, valideren van de nauwkeurigheid van de twee modellen ten opzichte van elkaar en legitimeren van de geëxtrapoleerde MRI-analyse gegevens.Het inbrengen van een craniotomie in de schedel voorafgaand aan het afdrukken, maakt een combinatie van alle delen van de monsterinterface mogelijk voor de evaluatie van de geometrie van verschillende componenten ten opzichte van de schedel en de hersenen. Bijvoorbeeld, in dit experiment, werden de voeten van de hoofdpost gemanipuleerd en gepast aan de kromming van de schedel op de plaats van de implantatie voorafgaand aan de procedure. Resulterend in een verminderde chirurgische tijd van ongeveer 2,5 uur tot een uur van opening tot implantatie, waardoor het risico op operatieve complicaties sterk wordt verminderd.Agarose mengsel hersenen modellen kunnen worden geïnjecteerd met gele kleurstof in een gebied van belang om het volume van de voorgestelde infusie te schatten en het combineren van de agarose model met een 3D-geprinte schedel kan worden gebruikt om virale vector injectie chirurgie model. Rekening houdend met de variaties in schedel- en hersenanatomie bij verschillende dieren, zal succes in het extractieproces aanpassingen in de iteratieve stappen vereisen. Deze gereedschapskist kan dus worden gebruikt om risico's in niet-menselijke primaten neurochirurgie te verminderen en de fabricagetechnieken kunnen het experimentele proces op het snijvlak van neurowetenschappen verbeteren.

a-mri-based-toolbox-for-neurosurgical-planning-in-nonhuman-primates

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

De niet-menselijke primaat is een belangrijk translationeel soort voor ons begrip van de normale verwerking van de hersenen. De anatomische organisatie van het primaat hersenen kan belangrijke inzichten in normale en pathologische omstandigheden bij de mens.

Het ontleden van de niet-humane primaten Brain in stereotaxische Space

We beschrijven de stappen om onze op maat ontworpen software voor het integratie, visualisatie en planning in epilepsiechirurgie gebruiken.

Een pijpleiding voor 3D Multimodaliteit Image Integratie en computer-aided planning in epilepsiechirurgie

Dit protocol beschrijft het proces van zeven verschillende automatische segmentatie tools op structurele T1-gewogen MRI-scans om af te bakenen grijze stof-regio's die kunnen worden gebruikt voor de kwantificering van grijze stof volume toe te passen.

Automatische segmentatie van corticale grijze stof van MRI T1-gewogen beelden

Hier demonstreren we magnetische resonantie (MR)-geleide convectie verbeterde levering (CED) van virale vectoren in de cortex als een efficiënte en vereenvoudigde aanpak voor het bereiken van optogenetische expressie in grote corticale gebieden in de makaak hersenen.

Convectie verbeterde levering van Optogenetische adeno-geassocieerde virale vector aan de cortex van rhesus macaque onder begeleiding van online MRI-beelden

Dit artikel biedt een overzicht van een multimodale Brain Mapping programma ontworpen om regio's van de hersenen die kritische cognitieve functies in individuele Neurochirurgie patiënten ondersteunen identificeren.

Translationele hersen toewijzing aan de Universiteit van Rochester Medical Center: behoud van de geest door gepersonaliseerde hersenen mapping

We presenteren een protocol om diffusie MRI-tractografie te integreren in de work-up van de patiënt tot endoscopische endonasale chirurgie voor een schedelbasistumor. De methoden voor het toepassen van deze neuroimaging studies in de pre- en intra-operatieve fase worden beschreven.

Rol van diffusie MRI-tractografie in endoscopische endonasale schedelbasischirurgie

Het hier gepresenteerde protocol demonstreert stereotaxie aan de varkenshersenen met behulp van convectie-verbeterde infusies, met real-time magnetische resonantie beeldvorming (MRI) visualisatie begeleiding en real-time infusie distributie visualisatie.

Magnetische resonantiegeleide stereotaxie voor infusies in het varkensbrein

Dit artikel schetst geautomatiseerde processen voor neurochirurgische planning van niet-menselijke primaten op basis van MRI-scans (magnetic resonance imaging). Deze technieken maken gebruik van procedurele stappen in programmeer- en ontwerpplatforms om op maat gemaakt implantaatontwerp voor NHP's te ondersteunen. De validiteit van elk onderdeel kan vervolgens worden bevestigd met behulp van driedimensionale (3D) geprinte levensgrote anatomische modellen.

Een gereedschapskist voor het ontwerpen van neurale implantaten voor niet-menselijke primaten

Een nieuw protocol voor gepersonaliseerde transcraniële magnetische stimulatie in combinatie met elektro-encefalografie (TMS-EEG) mapping van corticale netwerken, geïnformeerd door meerdere magnetische resonantie beeldvorming (MRI) datamodaliteiten.

Neuroimaging-geleide TMS-EEG voor real-time corticale netwerkmapping

Hier beschrijven we een gestandaardiseerd protocol voor motorische mapping met behulp van nTMS gecombineerd met diffusion tensor imaging (DTI)-gebaseerde reconstructie van de corticospinale baan (CST). Het protocol is reproduceerbaar, klinisch haalbaar en gemakkelijk te integreren in routinematige klinische workflows, wat een robuust en waardevol kader biedt voor motorische padbeoordeling, neuroplasticiteitsonderzoek en revalidatieplanning.

Een gestandaardiseerd protocol voor functionele motorische mapping met behulp van genavigeerde transcraniële magnetische stimulatie

Leer een MRI-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische planning bij niet-menselijke primaten. Deze methode combineert 3D-printing met medische beeldvorming voor veiliger en preciezere ingrepen.

Een MRI-gebaseerde toolbox voor neurochirurgische planning bij niet-menselijke primaten

Meer video's verkennen