Name: Budowa zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-10-29T19:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 40 s
Description: Poznaj budowę zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym dla neurochirurgii gryzoni. Ta metoda umożliwia precyzyjne operacje przy niskich kosztach około tysiąca dolarów.

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

To badanie było wspierane przez National Institute on Drug Abuse Grants DA 006886, oraz DA 032270.

<ol>
	<li>Podłącz bipolarne silniki krokowe, wkręcając przewody w złącza dostarczone z płytką sterownika. Kolory przewodów w bipolarnych silnikach krokowych są znormalizowane (rysunek 1). 
	Uwaga: Opisywane silniki krokowe mają rozdzielczość 1,8°/krok, ustawioną na 0,346°/krok. Standardowy stereotax ma 3 mm/360° skoku. Ostateczna rozdzielczość to 2,88 μm/krok. Silniki są również zdolne do ułamkowego krokowania.
	<ol>
		<li>Podłącz zielony przewód do A+, podłącz przewód do A-, podłącz czerwony przewód do B+ i podłącz niebieski przewód do B-.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Nasuń łączniki na silniki krokowe, uważając, aby wyrównać otwory montażowe i zabezpiecz je za pomocą 12 z gniazdowym M3 (20 mm) (Rysunek 2).
	<ol>
		<li>Upewnij się, że złącza są mocno przymocowane do silników. 
		Uwaga: Modele 3D nie zawierają gwintów. Części są oznaczone rozmiarem gwintu, ale po wyprodukowaniu należy je nagwintować.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykręć dociskowe z uchwytów skrzydełkowych we wszystkich 3 osiach instrumentu stereotaktycznego za pomocą małego klucza imbusowego. Uchwyty na kciuki są gwintowane, więc obróć je w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby je zdjąć. Utrzymuj podkładki PTFE na miejscu na ramieniu (Rysunek 3).</li>
	<li>Przykręć gwintowany koniec kołnierzy do prętów gwintowanych ramion przyrządu stereotaktycznego (Rysunek 3).
	<ol>
		<li>Upewnij się, że nie ma szczeliny między kołnierzami a O-ringami z PTFE. Gwarantuje to, że współrzędne są zachowywane, gdy robot zmienia kierunek.</li>
		<li>Przymocuj kołnierze do gwintów ramion stereotaktycznych za pomocą 3 dociskowych NF10-32 (1/4 cala).</li>
		<li>Nasuń każdy silnik i łącznik na kołnierze i ramiona stereotaktyczne. Upewnij się, że silniki są równo z ramionami, a otwory na ustalające w kołnierzach pokrywają się z płaską częścią wałów silnika (Rysunek 4).</li>
		<li>Przymocuj łączniki do zestawu stereotax za pomocą otworów montażowych i 6 dociskowych NF10-32 (1/2 cala) z punktem kubkowym (Rysunek 4).</li>
		<li>Przymocuj kołnierze do wałów silnika za pomocą 3 dociskowych NF10-32 (1/4 cala) (Rysunek 4).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj płytę sterownika CNC, ustawiając każdy z pinów sterownika na pół kroku. 
	Uwaga: Ten sterownik silnika krokowego jest dostarczany jako odsłonięta płytka drukowana. Przypadek może zostać zbudowany, chociaż nie jest to konieczne. Można również zastosować wiele różnych bipolarnych sterowników silników krokowych. Jeśli tak, upewnij się, że instrukcje konfiguracji są postępowane dla konkretnej zakupionej płyty.
	<ol>
		<li>Wyrównaj wszystkie 6 pinów na silnik krokowy w ten sam sposób. Półkrok pozwala na podwojenie rozdzielczości kroku w stopniach/krok (ilustracja 5).</li>
		<li>Przestaw pin 1 do pozycji włączonej, styk 2 do pozycji wyłączonej, styk 3 do pozycji włączonej, styk 4 do pozycji wyłączonej, pin 5 do pozycji włączonej i pin 6 do pozycji wyłączonej (Rysunek 5).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podłącz silniki (X - Y - Z) do sterownika silnika krokowego wraz z zasilaczem 12 V. Prawidłowe umieszczenie jest zaznaczone na sterowniku. Sterownik krokowy należy również podłączyć do portu szeregowego komputera za pomocą DB25 (Rysunek 6).</li>
	<li>Zainstaluj oprogramowanie do frezowania CNC na komputerze osobistym (będzie ono musiało znajdować się w obszarze chirurgicznym) zgodnie z domyślnymi instrukcjami. Po zainstalowaniu otwórz oprogramowanie, aby rozpocząć konfigurację.
	<ol>
		<li>Skonfiguruj oprogramowanie do komunikacji z silnikami krokowymi. 
		Uwaga: Poniższa instrukcja jest przeznaczona do użytku wyłącznie ze sterownikiem silnika krokowego TB6560.</li>
		<li>Kliknij menu oprogramowania w następujący sposób. Otwórz →config→ porty i sygnały wyjściowe pinów→wyjściowych. Wypełnij monit, aby dopasować go do rysunku 7 i naciśnij Zastosuj.</li>
		<li>Kliknij menu oprogramowania w następujący sposób. Open→Config→Porty i piny→sygnały wejściowe. Wypełnij monit, aby dopasować go do rysunku 8 i naciśnij Zastosuj.</li>
		<li>Kliknij menu oprogramowania w następujący sposób. Open→Config→Porty i piny→wyjścia silnika. Wypełnij monit, aby dopasować go do rysunku 9 i naciśnij Zastosuj.</li>
		<li>Kliknij menu oprogramowania w następujący sposób. Open→Config→Tuning silnika. Wypełnij monit, aby dopasować go do rysunku 10, a następnie kliknij przycisk Zapisz ustawienia osi. Powtórz poprzedni krok dla wszystkich 3 osi, używając tych samych wartości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Skalibruj stereotax do skali oprogramowania CNC. 
	Uwaga: Oprogramowanie jest przeznaczone dla standardowych frezarek, więc jego jednostka miary nie będzie proporcjonalna do skoku instrumentu stereotaktycznego.
	<ol>
		<li>Ustaw prędkość silników na 1 cal na minutę i "impulsuj" oś Z instrumentu stereotaktycznego za pomocą PgUp/PgDn z dokładnością do milimetra. 
		Uwaga: Maksymalna zalecana prędkość impulsowania wynosi 3 500 μm/s, a maksymalna zalecana prędkość cięcia to 500 μm/s.</li>
		<li>Wyzeruj oś Z i przesuń impulsowo instrument stereotaktyczny o 1 mm. Odległość przebyta na osi Z w Mach3 to "stała skalowania". Współrzędne maszyny są określane przez pomnożenie współrzędnych czaszki (mm) przez "stałą skalowania".</li>
		<li>Wykonuj losowe testy wszystkich 3 osi, programując je tak, aby pokonywały pewne znane odległości i upewnij się, że ruchy są dokładne. Jeśli skok stereotax jest zbyt duży lub krótki, odpowiednio zmodyfikuj stałą skalowania. 
		Uwaga: Po zakończeniu skalowania dołączone niestandardowe skrypty mogą być używane do generowania kodu g dla operacji. Jednak zdecydowanie zaleca się, aby użytkownicy zapoznali się z g-code przed próbą automatycznego generowania operacji. Jest to niezbędne do rozwiązywania problemów i modyfikowania zautomatyzowanych operacji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przymocuj wiertarkę z mikrosilnikiem do instrumentu stereotaktycznego za pomocą bardzo dużego uchwytu sondy. Uwaga: Minimalna zalecana prędkość wiertła to 40 000 obr./min.</li>
	<li>Automatycznie generuj G-Code dla kraniotomii z ostrymi krawędziami z 3 otworami na czaszki.
	<ol>
		<li>Umieść wszystkie niestandardowe skrypty z tabeli oprogramowania w jednym folderze na komputerze.</li>
		<li>Otwórz skrypt "SharpEdgeCraniotomy.m" i uruchom kod.</li>
		<li>Wybierz oba te elementy, aby wyświetlić monit "Jaki rodzaj operacji będziesz wykonywać?" (Rysunek 11).</li>
		<li>Wybierz opcję Niestandardowe, aby zdefiniować narożniki okna czaszki. Wypełnij każdy monit, aby pasował do rysunku 12.</li>
		<li>Określ pozycje X i Y narożników kraniotomii. Każda współrzędna musi być wprowadzona w odpowiedniej kolejności, zgodnie z przykładem na rysunku 13.</li>
		<li>Wprowadź 3 w monicie, aby utworzyć 3 otwory na czaszkę (Rysunek 14).</li>
		<li>Wybierz opcję Definiuj za pomocą współrzędnych i wprowadź współrzędne każdego otworu z szablonu na rysunku 15. 
		Uwaga: Jeśli dokładne współrzędne nie są ważne, istnieje możliwość wskazania i kliknięcia pozycji otworów na obrazie czaszki szczura. Pozycje zostaną wygenerowane automatycznie.</li>
		<li>Określ parametry wiercenia. W przypadku pierwszej operacji testowej zaakceptuj wartości domyślne. 
		Uwaga: Wartości te są zależne od silników krokowych i czaszki zwierzęcia. Każda rasa szczurów i miejsce docelowe ma nieco inną grubość czaszki. W przypadku kilku pierwszych operacji przy użyciu tego urządzenia należy przygotować się na przetestowanie głębokości wiercenia i ręczne usunięcie wszelkich pozostałych fragmentów czaszki. Wartości te mogą być następnie modyfikowane dla przyszłych operacji (ryc. 16).</li>
		<li>Nazwij kod g; zostanie on automatycznie wygenerowany i zapisany w katalogu roboczym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Załaduj kod g do oprogramowania do frezowania CNC, a czaszkę testową do listew usznych instrumentów stereotaktycznych.
	<ol>
		<li>Ręcznie przesuń wiertło do Bregmy za pomocą strzałek. Użyj niskiej prędkości impulsowania (~5 cali/m), aby zapewnić dokładność.</li>
		<li>Rozpocznij obracanie wiertła z prędkością większą niż 38 000 obr./min.</li>
		<li>Naciśnij CycleStart; stereotax wykona wiele przejść tego samego cięcia, na różnych głębokościach. Pomiędzy każdym przejściem stereotax będzie się zatrzymywać, więc chirurg może kontynuować lub przerwać cięcie. Naciśnij przycisk Kontynuuj cykl (Alt-R), aby kontynuować wykonywanie przejść tnących.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Yin, H. H., Knowlton, B. J., Balleine, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lesions+of+dorsolateral+striatum+preserve+outcome+expectancy+but+disrupt+habit+formation+in+instrumental+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Lesions of dorsolateral striatum preserve outcome expectancy but disrupt habit formation in instrumental learning.</a> Eur. J. Neurosci. 19 (1), 181-189 (2004).</li>
<li>West, M. O., Woodward, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technique+for+microiontophoretic+study+of+single+neurons+in+the+freely+moving+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A technique for microiontophoretic study of single neurons in the freely moving rat.</a> J. Neurosci. Methods. 11 (3), 179-186 (1984).</li>
<li>Peoples, L. L., West, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phasic+firing+of+single+neurons+in+the+rat+nucleus+accumbens+correlated+with+the+timing+of+intravenous+cocaine+self-administration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Phasic firing of single neurons in the rat nucleus accumbens correlated with the timing of intravenous cocaine self-administration.</a> J. Neurosci. 16 (10), 3459-3473 (1996).</li>
<li>Wolske, M., Rompre, P. P., Wise, R. A., West, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activation+of+single+neurons+in+the+rat+nucleus+accumbens+during+self-stimulation+of+the+ventral+tegmental+area%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Activation of single neurons in the rat nucleus accumbens during self-stimulation of the ventral tegmental area.</a> J. Neurosci. 13 (1), 1-12 (1993).</li>
<li>Bozza, T., McGann, J. P., Mombaerts, P., &Wachowiak, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+imaging+of+neuronal+activity+by+targeted+expression+of+a+genetically+encoded+probe+in+the+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">In vivo imaging of neuronal activity by targeted expression of a genetically encoded probe in the mouse.</a> Neuron. 42 (1), 9-21 (2004).</li>
<li>Pitts, M. Office of Laboratory Animal Welfare. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPitts%2C+M+%22Institutional+animal+care+and+use+committee+guidebook%22">Institutional animal care and use committee guidebook</a>. , (2002).</li>
<li>Yoon, T., Otto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+contributions+of+dorsal+vs.+ventral+hippocampus+to+auditory+trace+fear+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Learn.+Mem%22%5BJournal%5D)">Differential contributions of dorsal vs. ventral hippocampus to auditory trace fear conditioning.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 87 (4), 464-475 (2007).</li>
<li>Root, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+roles+of+ventral+pallidum+subregions+during+cocaine+self-administration+behaviors%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Differential roles of ventral pallidum subregions during cocaine self-administration behaviors.</a> J. Comp. Neurol. 521 (3), 558-588 (2012).</li>
<li>Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thinned-skull+cranial+window+technique+for+long-term+imaging+of+the+cortex+in+live+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice.</a> Nat. Protoc. 5 (2), 201-208 (2010).</li>
<li>Feng, L., Sametsky, E. A., Gusev, A. G., Uteshev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsiveness+to+nicotine+of+neurons+of+the+caudal+nucleus+of+the+solitary+tract+correlates+with+the+neuronal+projection+target%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Responsiveness to nicotine of neurons of the caudal nucleus of the solitary tract correlates with the neuronal projection target.</a> J. Neurophysiol. 108 (7), 1884-1894 (2012).</li>
<li>Babaei, P., Soltani Tehrani,, B,, Alizadeh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transplanted+Bone+Marrow+Mesenchymal+Stem+Cells+Improve+Memory+in+Rat+Models+of+Alzheimer%27s+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cells+Int%22%5BJournal%5D)">Transplanted Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Improve Memory in Rat Models of Alzheimer's Disease.</a> Stem Cells Int. 2012, 369417(2012).</li>
</ol>

Autorzy nie mają żadnych konkurencyjnych interesów finansowych do ujawnienia.

Zastosowanie zautomatyzowanego sprzętu chirurgicznego pomaga wyeliminować niektóre z najczęstszych problemów w badaniach neurobiologicznych. Po pierwsze, ścieżki narzędzi są w 100% powtarzalne. Gwarantujemy, że każde cięcie będzie odbywać się w tym samym miejscu względem Bregmy. Po drugie, powinno to zmniejszyć błąd eksperymentatora. Chociaż wielu badaczy to wysoko wykwalifikowani chirurdzy, potrzeba wyjątkowej praktyki, aby stać się nawet kompetentnym chirurgiem. To urządzenie pozwoli nowym studentom szybko i łatwo wyko...

Stereotaktyczna chirurgia gryzoni jest stosowana w szerokiej gamie zastosowań neuronauki, w tym w leczeniu zmian1, jonoforezie2,implantacji mikroprzewodów3, stymulacji4 i obrazowaniu cienkiej czaszki5. Istnieją jednak poważne przeszkody stojące przed tymi, którzy chcą zastosować te techniki, w tym stroma krzywa uczenia się wykonywania dokładnej operacji stereotaktycznej i wysokie prawdopodobieństwo błędu ludzkiego. Błędy ludzkie obejmują błędy w pomiarach i obliczeniach, a także niską dokładność i powtarzalność ruchów człowieka. Starając się zmniejszyć te mylące błędy, chirurdzy stereotaktyczni skorzystaliby z systemu, który zapewnia, że wszystkie zabiegi chirurgiczne są wykonywane identycznie u wszystkich pacjentów. Redukcja błędów jest również jedną z metod, dzięki której badacze mogą zminimalizować wykorzystanie zwierząt badanych, co jest głównym celem National Institutes of Health w przypadkueksperymentów na zwierzętach. W idealnym świecie wszystkie operacje stereotaktyczne byłyby doskonale powtarzalne w eksperymentach i między laboratoriami. Aby rozwiązać ten problem, firmy opracowały nową ultraprecyzyjną stereotaksję i cyfrowe wyświetlacze do odczytu pomiarów. Aby wyeliminować błędy ruchów człowieka, zmotoryzowane mikromanipulatory i stereotaktyka zostały wyprodukowane na rynku, ale ich wysoki koszt może być zaporowy dla laboratorium o ograniczonym budżecie. Ponadto ich oprogramowanie jest w pełni zastrzeżone i nie może być modyfikowane przez badacza w celu dostosowania do nowego rodzaju operacji.
Niedrogim rozwiązaniem problemu błędów ludzkich jest zbudowanie zrobotyzowanego stereotaxa z istniejącego modelu laboratorium, przy użyciu standardowego sprzętu CNC. Ze względu na rozwijającą się społeczność hobbystów CNC, materiały są znacznie tańsze niż sprzęt naukowy. Pozwala to na zbudowanie dokładnego instrumentu stereotaktycznego CNC, który jest również bardzo elastyczny i niedrogi. Dzięki podstawowej wiedzy na temat obróbki CNC i G-Code, osoby mogą zaprogramować dowolną operację stereotaktyczną, jaką sobie wyobrazią, bez ograniczeń zastrzeżonego oprogramowania. W celu przyspieszenia produkcji kodu g dla prostych operacji, protokół ten zawiera oprogramowanie, które pozwala użytkownikowi projektować operacje (kraniotomia z ostrymi krawędziami, cienkie okienka czaszki, wiercenie otworów i obniżanie implantów) w menu typu "wskaż i kliknij". Programy te generują kompletny kod g, który można uruchomić bezpośrednio z oprogramowania CNC.
W sumie, zmotoryzowane ulepszenie stereotaktyczne jest idealne dla tych, którzy są zainteresowani zwiększeniem dokładności i powtarzalności operacji, zachowując jednocześnie elastyczność i niski koszt platformy open source.

<table><tbody><tr><td>1x Standard U Frame Stereotax</td><td>Kopf</td><td><a href="http://www.kopfinstruments.com/Stereotaxic/900.html">Kopf</a></td><td>Ten protokół powinien działać z większością istniejących urządzeń stereotaktycznych.</td></tr><tr><td>3x 12 V, 1,6 A, 233 uncje cala Bipolarny silnik krokowy z przekładnią</td><td>Phidgets</td><td><a href="http://www.robotshop.com/geared-bipolar-stepper-motor-3v-233-oz-in.html">Robot Shop</a></td><td>Każdy silnik krokowy z przekładnią o wysokim momencie obrotowym powinien wystarczyć.&nbsp;</td></tr><tr><td>1x 3-osiowy sterownik sterownika silnika krokowego CNC</td><td>Toshiba</td><td><a href="http://www.ebay.com/itm/CNC-Router-3-Axis-TB6560-3-5A-Stepper-Motor-Driver-Board-For-Engraving-Machine-/300981888819">Ebay</a></td><td>Każdy 3-osiowy sterownik CNC powinien wystarczyć. Powiązany element zawiera oprogramowanie CNC Mach3.&nbsp;</td></tr><tr><td>2x Łączniki ramienia: przyśrodkowo-boczne (ML) i grzbietowo-brzuszne (DV)</td> na <td>zamówienie obrabiane</td> <td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip">Rysunki części</a></td> <td>Muszą być obrabiane przez lokalny warsztat mechaniczny. (koszty będą się różnić)</td></tr><tr><td>1x łącznik przednio-tylny (AP)</td><td>na zamówienie obrabiany</td> <td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip">Rysunki części</a></td><td>Te muszą być obrabiane przez lokalny warsztat mechaniczny. (koszty będą się różnić)</td></tr><tr><td>3x Silnik do kołnierza stereotax</td><td>na zamówienie obrabiany</td> <td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/3D%20Models%20-%20CNC%20Stereotax%20Parts.zip">Rysunki części</a></td><td>Te muszą być obrabiane przez lokalny warsztat mechaniczny. (koszty będą się różnić)</td></tr><tr><td><a href="http://eden.rutgers.edu/~mrcoffey/images/Collar.html">Zobacz w przeglądarce</a></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>12x NF10-32 dociskowe z końcówką kubkową</td><td>McMaster Carr</td><td><a href="http://www.mcmaster.com/#92313A829">&frac12; &rdquo; Długość</a></td><td>Będziesz potrzebował 6 sztuk każdego z nich.</td></tr><tr><td><a href="http://www.mcmaster.com/#92313A825">&frac14; &rdquo; Długość</a></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>12x z gniazdowym M3 (20 mm)</td><td>McMaster Carr</td><td><a href="http://www.mcmaster.com/#92855A319">20mm Długość</a></td><td>Będziesz potrzebować 4 dla każdego silnika</td></tr><tr><td>1x Wiertarka mikrosilnikowa&nbsp;</td><td>Buffalo Dental</td><td><a href="http://www.buffalodental.com/pdfnew/x50.pdf">X50</a></td><td>Każda wiertarka mikrosilnikowa będzie działać.&nbsp; Zalecane co najmniej 38 000 obr./min</td></tr><tr><td>Zasilacz 1x 12 V DC Adaptery</td><td>12 V</td> <td><a href="http://www.12vadapters.com/adapter/power-supply/12v/7-amp-7a.html">12v DC &ndash; 7 Amp</a></td><td>Każdy zasilacz 12 V DC powinien działać (upewnij się, że natężenie prądu jest wyższe niż suma natężenia prądu silników).</td></tr><tr><td>1x Bardzo Duży Uchwyt Sondy</td><td>Stoelting</td><td><a href="http://www.stoeltingco.com/neuroscience/accessories/stereotaxic-probe-holders/extra-large-probe-holder-551.html">Stoelting</a></td><td></td></tr><tr><td>1x Grade B Czaszki Szczura</td><td>Nieograniczone</td><td><a href="http://www.skullsunlimited.com/record_variant.php?id=4009">Skulls Unlimited</a></td><td></td></tr><tr><td>Mach 3 Mill</td><td>ArtSoft USA</td><<td>a href="http://www.machsupport.com/ccount/click.php?id=1">Trial Download</a></td><td>Każde standardowe oprogramowanie sterujące CNC powinno działać.</td></tr><tr><td>Projektant chirurgii</td><td>Kevin Coffey David Barker</td><td><a href="http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/40282-robot-assisted-stereotactic-surgery">MATLAB File Exchange</a></td><td>Te kody są dostępne do modyfikacji. Nie ponosimy odpowiedzialności za użycie lub modyfikację kodu.</td></tr></tbody></table>

budowa zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym

Building An Open-source Robotic Stereotaxic Instrument

Ten protokół zawiera projekty i oprogramowanie niezbędne do ulepszenia istniejącego instrumentu stereotaktycznego do zrobotyzowanego (CNC) instrumentu stereotaktycznego za około $1,000 (nie licząc wiertarki), przy użyciu standardowych silników krokowych i oprogramowania sterującego CNC. Każda oś ma płynną regulację prędkości i może być obsługiwana jednocześnie lub niezależnie. Elastyczność robota i otwarty system kodowania (g-code) sprawiają, że jest on w stanie wykonywać niestandardowe zadania, które nie są obsługiwane przez systemy komercyjne. Jego zastosowania obejmują między innymi wiercenie otworów, kraniotomię z ostrymi krawędziami, przerzedzanie czaszki i obniżanie elektrod lub kaniuli. Aby przyspieszyć pisanie g-kodowania dla prostych operacji, opracowaliśmy niestandardowe skrypty, które pozwalają osobom zaprojektować operację bez znajomości programowania. Jednak, aby użytkownicy mogli w pełni wykorzystać zmotoryzowany stereotax, korzystne byłoby posiadanie wiedzy z zakresu programowania matematycznego i G-Coding (proste programowanie do obróbki CNC).
Zalecana prędkość wiercenia jest większa niż 40 000 obr./min. Rozdzielczość silnika krokowego wynosi 1,8 ° / krok, ustawiona na 0,346 ° / krok. Standardowy stereotax ma rozdzielczość 2,88 μm/krok. Maksymalna zalecana prędkość cięcia wynosi 500 μm/sek. Maksymalna zalecana prędkość impulsowania wynosi 3 500 μm/s. Maksymalny zalecany rozmiar wiertła to HP 2.

Końcowym wynikiem zabiegu opisanego w metodach będzie czaszka szczura z kraniotomią o ostrych krawędziach oraz 3 otworami w czaszce (Rycina 17). Należy zauważyć, że czaszka użyta do zademonstrowania zabiegu była znacznie szersza niż prototypowa czaszka szczura. Kraniotomia o ostrych krawędziach może być wykorzystana do wprowadzenia do mózgu macierzy mikrodrutów w celu prowadzenia wysokogęstościowych rejestracji neuronalnych. Stereotaks CNC może zostać również użyty do precyzyjnego opuszczania macierzy. P...

Ten protokół zawiera projekty i oprogramowanie niezbędne do ulepszenia istniejącego instrumentu stereotaktycznego do robotycznego (sterowanego numerycznie; CNC) instrument stereotaktyczny za około 1,000 USD (bez wiertarki).

Budowa zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (CNC) stereotaxic instrument for ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zwiększenie dostępności i elastyczności robotycznej neurochirurgii gryzoni poprzez dostarczenie badaczom planów budowy elastycznego, niedrogiego i otwartoźródłowego robotycznego instrumentu stereotaktycznego, a także oprogramowania niezbędnego do projektowania i udostępniania operacji. Zostaje to osiągnięte poprzez najpierw obrobienie i zmontowanie instrumentu stereotaktycznego sterowanego numerycznie (CNC). Drugim krokiem jest określenie współczynnika skalowania aparatury stereotaktycznej.Poprzez pomiar przebytej odległości stereotaktycznej w przeliczeniu na odległość silnika, ścieżka narzędzia zostanie automatycznie wygenerowana na podstawie współrzędnych czaszki i wyeksportowana do kodu G. Ostatnim krokiem jest przetestowanie zabiegów chirurgicznych z wykorzystaniem czaszek danego gatunku zwierząt. Projekt zabiegu powinien zostać zmodyfikowany zgodnie z wynikami testów.W efekcie instrument stereotaktyczny może być wykorzystany do szybkiego przeprowadzania i udostępniania na żywo zabiegów neurochirurgicznych u gryzoni. Obecne zastosowania obejmują między innymi kraniotomie, tworzenie cienkich okien czaszkowych oraz implantację elektrod lub kaniul. Zastosowanie robotycznych instrumentów chirurgicznych może zwiększyć dokładność i powtarzalność neurochirurgii u gryzoni.Jednakże modele komercyjne mogą być nadmiernie kosztowne. Poniższy protokół przedstawia plany modernizacji istniejącego stereotaksyjnego zestawu instrumentów do wersji z napędem zmotoryzowanym. Kod G używany do sterowania silnikami jest otwartym oprogramowaniem i może być modyfikowany, aby sprostać bardzo specyficznym potrzebom chirurgów.Dołączone skrypty MATLAB pomogą nowym użytkownikom w automatycznym generowaniu procedur chirurgicznych za pomocą prostych menu wyboru. Chociaż obecnie obsługiwanych jest tylko kilka wygenerowanych operacji, robot może przeprowadzić zdecydowaną większość technik neurochirurgicznych stosowanych w modelach zwierzęcych. Operacje robotyczne oferują wiele zalet, takich jak eliminacja zmiennych w określonych momentach.W ciągu ostatnich 30 lat moje laboratorium zmagało się z okresami niskiej przeżywalności w przeprowadzanych operacjach przeżycia. Są to frustrujące okresy ze względu na liczbę zmiennych, które muszą być eliminowane jedna po drugiej. Chirurgia robotyczna wyeliminowałaby niektóre z tych zmiennych i uprościła proces rozwiązywania problemów.Ogólnie sprzyja to większej powtarzalności zabiegów, skraca czas rekonwalescencji i zmniejsza liczbę zgonów zwierząt. Rozpocznij tę procedurę od podłączenia dwubiegunowych silników krokowych do złączy dostarczonych wraz z płytką sterownika. Podłącz zielony przewód do A plus, czarny przewód do A minus, czerwony przewód do B plus oraz niebieski przewód do B minus.Kolejny slajd. Nałóż sprzęgła na silniki krokowe, uważając, aby otwory montażowe były odpowiednio wyrównane. Następnie zabezpiecz je za pomocą śrub imbusowych M3 o długości 12-20 mm i upewnij się, że sprzęgła są mocno przymocowane do silników.Należy zauważyć, że modele 3D łączników i kołnierza nie zawierają gwintów. Otwory oznaczone rozmiarem gwintu muszą zostać nagwintowane po ich wykonaniu. Następnie, za pomocą małego klucza imbusowego, należy wykręcić śruby dociskowe z uchwytów kciukowych na wszystkich trzech osiach instrumentu stereotaksycznego.Uchwyty kciukowe są gwintowane, dlatego należy przekręcić je w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby je zdjąć, pozostawiając podkładki PTFE na ramionach. Następnie należy nakręcić gwintowane końce kołnierzy na gwintowane pręty ramion instrumentów stereotaktycznych, upewniając się, że między kołnierzami a pierścieniami PTFE nie ma przerwy. Gwarantuje to zachowanie współrzędnych podczas zmiany kierunku ruchu robota.Następnie zamocuj pierścienie na gwintach ramion stereotaktycznych za pomocą trzech dociskowych śrub z łbem soczewkowym nf 10 32 o rozmiarze 1/4 cala. Nasuń każdy silnik i sprzęgło na pierścienie oraz ramiona stereotaktyczne. Upewnij się, że silniki przylegają płasko do ramion, a otwory na śruby dociskowe w pierścieniach są wyrównane z płaską częścią wałków silników.Następnie przymocuj sprzęgła do stereotypów, korzystając z otworów montażowych i sześciu calowych śrub dociskowych z ostrym końcem NF 10 32 o długości 1/2 cala. Po tym przymocuj kołnierze do wałów silników za pomocą trzech ćwierćcalowych śrub dociskowych NF 10 32. Teraz przygotuj płytkę sterownika CNC, ustawiając każdy z trzech sterowników krokowych w tryb półkroku, co pozwala na dwukrotne zwiększenie rozdzielczości kroku dla każdego z trzech sterowników. Przełącz pin 1 w pozycję on, pin 2 w pozycję off, pin 3 w pozycję on, pin 4 w pozycję off, pin 5 w pozycję on oraz pin 6 w pozycję off.Podłącz silniki osi x, y i Z do sterownika silników krokowych wraz z zasilaczem 12 V. Następnie podłącz sterownik krokowy do portu szeregowego komputera za pomocą kabla DB 25. Teraz otwórz oprogramowanie do frezowania CNC, aby rozpocząć konfigurację komunikacji z silnikami krokowymi.Należy pamiętać, że poniższe instrukcje są przeznaczone do użytku wyłącznie ze sterownikiem silnika krokowego TB 6 5 6 0. Kliknij config, następnie ports i output signals. Wypełnij pole z promptem i kliknij apply.Następnie kliknij config ports and pins oraz input signals. Wypełnij pole tekstowe i kliknij apply. W dalszej kolejności kliknij config.Następnie porty, piny i wyjścia silnika. Wypełnij pole i kliknij zastosuj. Po tym kliknij konfigurację i strojenie silnika.Wypełnij pole i kliknij „save axis settings”, a następnie powtórz te kroki dla wszystkich trzech osi AE, używając tych samych wartości. Następnie skalibruj stereotaksyk do skali oprogramowania CNC, ustawiając prędkość silnika na one inch per minute i przesuwając oś Z instrumentu stereotaksycznego za pomocą klawiszy page up i page down do najbliższego milimetra, wyzeruj oś Z, a następnie przesuń instrument stereotaksyczny o one millimeter. Odległość przebyta na osi Z w programie Mach three stanowi stałą skalowania.Po przeprowadzeniu testów losowych wszystkich trzech osi poprzez zaprogramowanie ich na przemieszczenie się o określone odległości w celu upewnienia się, że ruchy są dokładne, przymocuj mikrowiertarkę do instrumentu stereotaktycznego za pomocą ekstra dużego uchwytu sondy. Najpierw umieść wszystkie niestandardowe skrypty z tabeli oprogramowania w jednym folderze na komputerze PC. Następnie otwórz skrypt sharp edge craniotomy M i uruchom kod.Wybierz obie opcje w oknie zapytań. Jaki rodzaj zabiegu będziesz przeprowadzać? Następnie wybierz opcję niestandardową (custom), aby zdefiniować narożniki okna czaszki, a następnie określ pozycje X i Y narożników kraniotomii.Każdą współrzędną należy wprowadzić w odpowiedniej kolejności. Po wypełnieniu formularza należy kliknąć OK. Następnie w polu wyboru należy wpisać liczbę trzy, aby utworzyć trzy otwory w czaszce. Następnie należy wybrać opcję zdefiniuj za pomocą współrzędnych i wprowadzić współrzędne każdego otworu zgodnie z szablonem.Następnie określ parametry wiercenia dla pierwszej operacji próbnej. Zaakceptuj wartości domyślne. Nazwij kod G.Zostanie on automatycznie wygenerowany i zapisany w katalogu roboczym. Wczytaj kod G do oprogramowania frezarki CNC, a testową czaszkę do instrumentów stereotaksycznych. Ręcznie przesuń wiertło za pomocą klawiszy strzałek na klawiaturze, stosując niską prędkość przesuwania w celu zapewnienia dokładności.Następnie uruchom mikrosilnik wiertarski i ustaw pokrętło prędkości na kontrolerze wiertarki na 50,000 RPM. Naciśnij przycisk startu cyklu. Wiertarka stereoskopowa wykona wiele przejść tego samego cięcia na różnych głębokościach pomiędzy każdym przejściem.Ataki stereotaktyczne zostaną wstrzymane, aby chirurg mógł kontynuować lub przerwać proces. Cięcie. Naciśnij przycisk kontynuacji cyklu, aby kontynuować przejścia tnące. Oto czaszka prezentująca końcowy wynik wykonania wcześniej zaprojektowanej operacji, a ta czaszka pokazuje wkręt kostny wprowadzony do otworu.Zastosowany rozmiar wiertła określi średnicę otworu, a w konsekwencji rozmiar śruby. Rysunek ten przedstawia czaszkę z cienkim okienkiem kostnym wskazanym strzałkami. Należy zauważyć, że na prawym panelu światło zdaje się przenikać przez cienkie okienko czaszki.Zrobotyzowane urządzenia chirurgiczne mogą pomóc w rozwiązaniu niektórych z najczęstszych problemów współczesnej neuronauki. Po pierwsze, ścieżki narzędzi są w 100% powtarzalne. Po drugie, mogą one ograniczyć błędy eksperymentalne.Po trzecie, zmotoryzowane urządzenia chirurgiczne mogą zmniejszyć liczbę zwierząt potrzebnych do przeprowadzenia eksperymentu, a wreszcie są one bardziej precyzyjne i dokładne niż ludzka ręka. Dołączyliśmy dedykowane oprogramowanie, które pozwala badaczom na automatyczne generowanie prostych zabiegów chirurgicznych. Należy pamiętać, że zmotoryzowany stereotaksometr nie jest ograniczony przez to oprogramowanie.Badacze mogą programować złożone ścieżki narzędzi, aby jak najlepiej dopasować je do specyfiki przeprowadzanych zabiegów neurochirurgicznych. Niemniej jednak dokładność robota zależy od jakości obróbki, właściwej konfiguracji oraz prawidłowego zrozumienia zasad działania maszyny CNC. Jeśli badacze poświęcą czas na zrozumienie funkcjonowania tego zmotoryzowanego instrumentu stereotaktycznego, będą mogli przeprowadzać operacje z większą precyzją, lepszą powtarzalnością i przy mniejszym nakładzie szkoleń.Ogólnie rzecz biorąc, zautomatyzowana chirurgia zapewnia wiele korzyści. Istnieją zmotoryzowane systemy stereotaktyczne. Są one dostępne komercyjnie, lecz są niezwykle kosztowne.System opracowany przez Kevina i Davida charakteryzuje się równie wysoką jakością, lecz przy bardzo niskich kosztach, a oprogramowanie oraz sam system zostają udostępnione bezpłatnie całej społeczności badawczej.

building-an-open-source-robotic-stereotaxic-instrument

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Budowanie otwartoźródłowego robotycznego narzędzia stereotaktycznego

Opisano celowaną ablację konkretnych obszarów mózgu poprzez infuzję egzocytotoksyny z wykorzystaniem współrzędnych stereotaksycznych. Technikę tę można również zaadaptować do infuzji innych substancji chemicznych do mózgu szczura.

Chirurgia stereotaktyczna w celu wywołania uszkodzeń ekscytotoksycznych w określonych obszarach mózgu dorosłego szczura

Wektory wirusowe pozwalają na celową manipulację genami. Demonstrujemy metodę warunkowej ekspresji genów lub ablacji w rdzeniu kręgowym myszy, wykorzystując stereotaktyczne wstrzyknięcie wektora wirusowego do rogu grzbietowego, widocznego miejsca kontaktu synaptycznego między pierwotnymi aferentami somatosensorycznymi a neuronami ośrodkowego układu nerwowego.

Stereotaktyczne wstrzyknięcie wektora wirusowego w celu warunkowej manipulacji genami w rdzeniu kręgowym myszy

Metodologia SEEG jest uproszczona i przyspieszona dzięki robotowi stereotaktycznemu. Należy zwrócić szczególną uwagę na rejestrację przedoperacyjnego wolumetrycznego rezonansu magnetycznego pacjenta przed użyciem robota na sali operacyjnej. Robot usprawnia procedurę, prowadząc do skrócenia czasu operacji i dokładnych implantacji.

Technika operacyjna i niuanse metodologii stereoelektroencefalograficznej (SEEG) z wykorzystaniem zrobotyzowanego systemu naprowadzania stereotaktycznego

Opisana tutaj jest procedura stereotaktyczna, która może celować w trudne i trudno dostępne obszary mózgu (ze względu na ograniczenia przestrzenne) przy użyciu kątowego podejścia koronalnego. Protokół ten można dostosować zarówno do modeli mysich, jak i szczurzych i może być stosowany do różnych zastosowań neuronaukowych, w tym implantacji kaniuli i mikroiniekcji konstruktów wirusowych.

Adaptacyjne kątowe podejście stereotaktyczne dla wszechstronnych technik neurobiologicznych

Skoncentrowane ultradźwięki z mikropęcherzykami mogą otworzyć barierę krew-mózg punktowo i przejściowo. Technika ta została wykorzystana do dostarczania szerokiej gamy środków przez barierę krew-mózg. Ten artykuł zawiera szczegółowy protokół miejscowego dostarczania do mózgu gryzonia z lub bez wskazówek MRI.

Podejście laboratoryjne do specyficznego dla lokalizacji otworu bariery krew-mózg przy użyciu zogniskowanych ultradźwięków w modelu szczurzym

Ten protokół demonstruje użycie platformy robotycznej do mikroiniekcji do pojedynczych nerwowych komórek macierzystych i neuronów w wycinkach mózgu. Technika ta jest wszechstronna i oferuje metodę śledzenia komórek w tkance z wysoką rozdzielczością przestrzenną.

Manipulacja pojedynczymi neuronalnymi komórkami macierzystymi i neuronami w wycinkach mózgu za pomocą mikroiniekcji robotycznej

Ludzka percepcja głębi w stereoskopowych filmach 3D zależy od odległości kamery, punktu zbieżności, odległości i znajomości obiektu. W artykule przedstawiono zrobotyzowaną metodę szybkiego i wiarygodnego zbierania danych testowych podczas operacji na otwartym sercu na żywo w celu określenia idealnej konfiguracji kamery.

Zrobotyzowane testowanie pozycji kamer w celu określenia idealnej konfiguracji do stereoskopowej wizualizacji 3D operacji na otwartym sercu

Obecny protokół opisuje praktyczną strategię przyspieszenia etapu weryfikacji współrzędnych iniekcji stereotaktycznej przed przeprowadzeniem śledzenia wirusa za pomocą barwników i zamrożonych skrawków.

Wstępna walidacja współrzędnych iniekcji stereotaktycznej za pomocą kriosekcji

Tutaj prezentujemy unikalny, drukowalny w 3D implant dla szczurów, nazwany TD Drive, zdolny do symetrycznych, obustronnych zapisów elektrod drucianych, obecnie w maksymalnie dziesięciu rozproszonych obszarach mózgu jednocześnie.

TD Drive: parametryczny implant o otwartym kodzie źródłowym do wieloobszarowych zapisów elektrofizjologicznych u zachowujących się i śpiących szczurów

Opracowanie ortotopowych modeli guzów mózgu u dzieci wymaga skrupulatnej precyzji, przy użyciu urządzenia stereotaktycznego do precyzyjnego wszczepiania komórek nowotworowych. Przedstawiona tutaj metodologia przedstawia etapy związane z przygotowaniem komórek guza mózgu, wykonywaniem iniekcji wewnątrzczaszkowych i wdrażaniem systemu monitorowania pooperacyjnego w celu oceny wszczepienia guza mózgu.

Opracowanie ortotopowych modeli ksenoprzeszczepów pochodzących od pacjentów dla guzów mózgu przy użyciu urządzenia stereotaktycznego

Poznaj budowę zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym dla neurochirurgii gryzoni. Ta metoda umożliwia precyzyjne operacje przy niskich kosztach około tysiąca dolarów.

Budowa zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym

Przeglądaj więcej filmów