Name: Zestaw narzędzi oparty na rezonansie magnetycznym do planowania neurochirurgicznego u naczelnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: Poznaj metodę planowania neurochirurgii u naczelnych z wykorzystaniem danych MRI i druku 3D. Technika ta zwiększa precyzję i bezpieczeństwo zabiegów chirurgicznych dzięki szczegółowym modelom fizycznym.

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

Ten projekt był wspierany przez Eunice Kennedy Shiver National Institute of Child Health & Human Development of the National Institutes of Health w ramach nagrody numer K12HD073945, Washington National Primate Research Center (WaNPCR, P51 OD010425), Center for Neurotechnology (CNT, National Science Foundation Engineering Research Center under Grant EEC-1028725) oraz University of Washington Royalty Research Funds. Fundusze dla laboratoriów Macknik i Martinez-Conde na ten projekt pochodziły z 1734887 nagrody BRAIN Initiative NSF-NCS, a także z nagród NSF 1523614 & 1829474 oraz stypendiów SUNY Empire Innovator dla każdego profesora. Dziękujemy Karamowi Khateebowi za pomoc w przygotowaniu agarozy oraz Toni J Huan za pomoc techniczną.

<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>

Autorzy nie mają obecnie żadnych konfliktów interesów, które mogliby ujawnić.

W artykule opisano zestaw narzędzi do przygotowania do operacji neurochirurgicznych w NHP z wykorzystaniem fizycznych i CAD modeli anatomii czaszki i mózgu wyodrębnionych ze skanów MR.
Podczas gdy wyekstrahowane i wydrukowane w 3D modele czaszki i mózgu zostały zaprojektowane specjalnie do przygotowania operacji kraniotomii i implantacji głowy, metodologia nadaje się do kilku innych zastosowań. Jak opisano wcześniej, fizyczny model czaszki pozwala na wstępne zgięcie słupka głowy przed operacją...

Badania nad naczelnymi były kluczowym krokiem w postępie badań medycznych od modeli zwierzęcych do prób na ludziach1,2. Jest to szczególnie ważne w badaniach neurobiologicznych i inżynierii neuronalnej, ponieważ istnieje duża fizjologiczna i anatomiczna rozbieżność między mózgami gryzoni a mózgami naczelnych innych niż ludzie (NHP)1,2,3. Wraz z pojawiającymi się technologiami genetycznymi, takimi jak chemogenetyka, optogenetyka i obrazowanie wapnia, które wymagają genetycznej modyfikacji neuronów, badania inżynierii neuronalnej badające funkcje neuronów w NHP zyskały szczególną uwagę jako model przedkliniczny do zrozumienia funkcji mózgu2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. W większości eksperymentów neurobiologicznych NHP środki neurochirurgiczne są wymagane do wszczepienia różnych urządzeń, takich jak słupki na głowę, komory stymulacyjne i rejestracyjne, matryce elektrod i okna optyczne4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18.
Obecne laboratoria NHP stosują różne metody, które często zawierają nieskuteczne praktyki, w tym uspokajanie zwierzęcia tak, aby pasowało do nóg słupka głowy i przybliżało krzywiznę czaszki wokół miejsca kraniotomii. Inne laboratoria dopasowują słupek głowy do czaszki podczas operacji lub stosują bardziej zaawansowane metody uzyskiwania niezbędnych pomiarów do implantacji, takie jak analiza atlasu mózgu NHP i skanów rezonansu magnetycznego (MR), aby spróbować oszacować krzywizny czaszki2,10,11,16. Operacje neurochirurgiczne w NHP obejmują również wstrzykiwanie płynów, a laboratoria często nie mają możliwości wizualizacji przewidywanego miejsca wstrzyknięcia w mózgu2,4,5,13,14 polegając wyłącznie na pomiarach stereotaktycznych i porównaniu ze skanami MR. Metody te są obarczone pewnym stopniem nieuniknionej niepewności, ponieważ nie są w stanie przetestować fizycznej kompatybilności wszystkich złożonych elementów implantu.
Dlatego istnieje potrzeba dokładnej nieinwazyjnej metody planowania neurochirurgicznego w NHP. W tym miejscu przedstawiamy protokół i metodykę przygotowania do operacji implantacji i iniekcji u tych zwierząt. Cały proces wynika ze skanów MRI, w których mózg i czaszka są wyodrębniane z danych w celu stworzenia trójwymiarowych (3D) modeli, które można następnie wydrukować w 3D. Modele czaszki i mózgu można łączyć w celu przygotowania do operacji kraniotomii, a także słupków głowy ze zwiększonym poziomem dokładności. Model mózgu może być również wykorzystany do stworzenia formy do odlewania anatomicznie dokładnego żelowego modelu mózgu. Sam żel mózgowy i w połączeniu z wyekstrahowaną czaszką może być używany do przygotowania do różnych operacji iniekcyjnych. Poniżej opiszemy każdy z kroków wymaganych do przygotowania neurochirurgicznego opartego na rezonansie magnetycznym.

<table><tbody><tr><td>Oprogramowanie do drukowania 3D (GrabCAD Print)</td><td>Stratasys</td><td>Wersja 1.36</td><td>Używana do wysokiej jakości druku</td></tr><tr><td>3D Oprogramowanie do drukowania 3D (Uprość 3D)</td><td>Uprość</td><td>Wersja 3D 4.1</td><td>Używana do drukowania 3D PLA</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Benchmark Scientific</td><td>A1700</td><td>Służy do wytwarzania mózgów żelowych</td></tr><tr><td>lakier do paznokci</td><td>L.A. Kolory</td><td>CNP637</td><td>Używany do formowania żelowego</td></tr><tr><td>Kaniula (ID 450 um, OD 666 um)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>1068150625</td><td>Służy do wstrzykiwania barwnika do żelu</td></tr><tr><td>Cewnik</td> do mózgu Łącznik <td>B Braun</td><td>PCC2000</td><td>Perifix do cewników zewnątrzoponowych 20-24 Gage; Ilość sztuk na Cs 50</td></tr><tr><td>Drukarka Dremel 3D Digilab 3D45</td><td>Dremel</td><td>F0133D45AA</td><td>Używany do prototypowania w PLA</td></tr><tr><td>ECOWORKS</td><td>Stratasys</td><td>300-00104</td><td>Używany do rozpuszczania struktur wsporczych QSR</td></tr><tr><td>Kolba Erlymeyera</td><td>Pyrex</td><td>4980</td><td>Używany do formowania żelu</td></tr><tr><td>Cyjanoakrylan etylu</td><td>Oryginalny Super Glue Corp.</td><td>15187</td><td>Służy do produkcji kaniuli kombinowanej</td></tr><tr>Cylinder <td></td><td>z podziałką</td><td>3023</td><td>Używany do formowania żelu</td></tr><tr><td>Filament do drukarki 3D HATCHBOX PLA</td><td>HATCHBOX</td><td>3DPLA-1KG1.75-CZERWONY/3DPLA-1KG1.75-</td><td>Szpula 1kg, 1.75mm, czerwono-</td></tr><tr><td>Guma chleba świętojańskiego</td><td>Modernistyczna spiżarnia</td><td>1018</td><td>Środek do gumowania do żelowych mieszanek mózgowych</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>R2019b</td><td>Używany do Ekstrakcja czaszki</td></tr><tr><td>McCormick Żółty barwnik spożywczy</td><td>McCormick</td><td></td><td>Używany do wstrzykiwania barwnika</td></tr><tr><td>Kuchenka mikrofalowa</td><td>Panasonic</td><td>NN-SD975S</td><td>Używany do utwardzania agarozy</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do obrazowania MR (3D Slicer)</td><td>3D Slicer</td><td>w wersji 4.10.2</td><td>Używany do generowania modeli 3D</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do obrazowania MR (Mango z wtyczką BET)</td><td>Reasearch Imaging Institute</td><td>Wersja 4.1</td><td>Używany do mózgu ekstrakcja</td></tr><tr><td>System MRI Philips Acheiva</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>Służy do obrazowania naczelnych innych niż ludzie</td></tr><tr><td>Roztwór buforowany fosforanem</td><td>Gibco</td><td>70011-044</td><td>10X rozcieńczony wodą DI do 1X</td></tr><tr><td>Pompa</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Używany do wtrysku barwnika</td></tr><tr><td>Sterownik pompy</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Używany do wstrzykiwania barwnika</td></tr><tr><td>Lodówka</td><td>General Electric</td><td></td><td>Służy do konserwacji żelu agarozowego</td></tr><tr><td>Szpatułka naukowa</td><td>VWR</td><td>82027-494</td><td>Służy do ekstrakcji form żelowych</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systemes</td><td>2019</td><td></td></tr><tr><td>Stratasys ABS-M30</td><td>filament Stratasys</td><td>333-60304</td><td>Używany do wysokiej jakości druku 3D</td></tr><tr><td>Stratasys F170 Drukarka 3D</td><td>Stratasys</td><td>123-10000</td><td>Służy do wysokiej jakości druku 3D</td></tr><tr><td>Wspornik Stratasys QSR</td><td>Stratasys</td><td>333-63500</td><td>Służy do tworzenia podpór z modelem ABS</td></tr><tr><td>Strzykawka</td><td>SGE</td><td>SGE250TLL</td><td>Służy do iniekcji barwnika</td></tr></tbody></table>

zestaw narzędzi oparty na rezonansie magnetycznym do planowania neurochirurgicznego u naczelnych

A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

W tym artykule przedstawiamy metodę przygotowania chirurgicznego, która pozwala na praktyczne planowanie różnych operacji neurochirurgicznych w NHP wyłącznie przy użyciu danych pochodzących z obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Protokół ten pozwala na generowanie drukowanych w 3D anatomicznie dokładnych modeli fizycznych mózgu i czaszki, a także modelu mózgu z żelu agarozowego modelującego niektóre właściwości mechaniczne mózgu. Modele te można wyodrębnić z rezonansu magnetycznego za pomocą oprogramowania do ekstrakcji mózgu dla modelu mózgu i niestandardowego kodu dla modelu czaszki. Protokół przygotowania wykorzystuje najnowocześniejszą technologię druku 3D do tworzenia łączących się mózgów, czaszek i form do żelowych modeli mózgu. Modele czaszki i mózgu mogą być wykorzystane do wizualizacji tkanki mózgowej wewnątrz czaszki z dodaniem kraniotomii w niestandardowym kodzie, co pozwala na lepsze przygotowanie do operacji bezpośrednio obejmujących mózg. Zastosowania tych metod są przeznaczone do operacji związanych ze stymulacją i rejestracją neurologiczną oraz iniekcją, ale wszechstronność systemu pozwala na przyszłą rozbudowę protokołu, technik ekstrakcji i modeli do szerszego zakresu operacji.

Manipulacja i analiza obrazów MRI jako element przedoperacyjnego planowania kraniotomii była z sukcesem stosowana w przeszłości2,5,10,16. Proces ten został jednak znacznie ulepszony dzięki zastosowaniu modelowania 3D mózgu, czaszki oraz kraniotomii. Udało nam się z sukcesem stworzyć anatomicznie dokładny fizyczny model mózgu, który odzwierciedlał obszar zainteresowania w naszych badaniach (<str...

Opisana poniżej metoda ma na celu dostarczenie kompleksowego protokołu do przygotowania neurochirurgii na naczelnych (NHP) przy użyciu nowatorskiego połączenia metod drukowania trójwymiarowego (3D) i ekstrakcji danych MRI.

Zestaw narzędzi oparty na rezonansie magnetycznym do planowania neurochirurgicznego u naczelnych

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 ...

Protokół ten jest istotny dla dziedziny inżynierii neuronowej, ponieważ oferuje zwięzłą i jednomodalną procedurę zaprojektowaną w celu zwiększenia precyzji i bezpieczeństwa neurochirurgii u naczelnych innych niż ludzie. Technika ta oferuje naukowcom wyjątkową możliwość wizualizacji każdego aspektu procedury implantacji lub iniekcji i zapewnia, że mogą wejść na salę operacyjną tak przygotowani, jak to tylko możliwe. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ podkreśla wpływ i przejrzystość, jakie modele fizyczne naturalnej wielkości mogą mieć na planowanie chirurgiczne.Aby wyodrębnić mózg w oprogramowaniu do obrazowania rezonansu magnetycznego, otwórz menu rozwijane wtyczek i wybierz opcję wyodrębnij mózg. Ustaw próg intensywności ekstrakcji na 2,5, 2,7, a wartość gradientu progu na zero. Po utworzeniu mapy bitowej obrazu mózgu wybierz powierzchnię konstrukcyjną w menu obrazu i wprowadź próg używany do tworzenia mapy bitowej zawierającej obszar zainteresowania.Następnie kliknij przycisk OK, aby utworzyć powierzchnię. I zapisz wyekstrahowany obszar mózgu jako NII lub NII. Plik GZ.Aby wygenerować model mózgu, otwórz wyodrębniony plik mózgu w odpowiednim oprogramowaniu do przetwarzania obrazów medycznych. W menu modułu edytora wybierz efekt progu, dostosuj suwaki zakresu progowego tak, aby część bitmapy zawierająca mózg była podświetlona we wszystkich trzech wycinkach. Otwórz moduł kreatora modeli i z menu rozwijanego woluminów wejściowych wybierz plik bitmapowy.W obszarze Modele wybierz opcję Utwórz nową hierarchię modelu i kliknij przycisk Zastosuj, aby utworzyć wolumin. Po zaimportowaniu zaimportowanej powierzchni mózgu siatki wybierz powierzchnię graficzną. I pomiń wszelkie niepotrzebne cechy graficzne, aż w pliku pozostaną tylko funkcje zawierające mózg.Następnie zapisz pliki w formacie PRT do dalszej manipulacji oraz jako STL do druku 3D. W celu formowania mózgu załaduj wyodrębniony model mózgu do odpowiedniego oprogramowania komputerowego. W sekcji operacji w menu wstawiania wybierz opcję konwertuj na bryłę siatki i bryłę graficzną mózgu, aby ją przekonwertować, a następnie otwórz kartę tego szkicu i kliknij szkic, aby wybrać górną płaszczyznę jako płaszczyznę szkicu.Narysuj prostokąt wokół całej półkuli zainteresowania i wybierz funkcję wyciągnięcia podstawy dodania, aby wyciągnąć prostokąt sześcienny zawierający górną część mózgu. W sekcji operacji w menu wstawiania wybierz opcję Przekształć w bryłę siatki i wybierz wyciągnięty sześcian w folderze brył, aby go przekonwertować. Aby utworzyć przestrzeń ujemną, użyj funkcji łączenia i wybierz opcję odejmowania, aby odjąć model mózgu od nowo wytłoczonego sześcianu.W przypadku modelowania czaszki należy zaimportować szybki rezonans magnetyczny MPRAGE do odpowiedniego oprogramowania do manipulacji matrycami jako plik DICOM. W razie potrzeby użyj poleceń, aby połączyć wszystkie klatki w jedną macierz 3D. Upewnij się, że każda klatka 2D macierzy wyświetla wycinek koronalny i użyj operatora większości niż dla poszczególnych wartości pikseli, aby progować macierz 3D w celu utworzenia maski binarnej.Następnie dostosuj próg tak, aby anatomia czaszki została uchwycona przez maskę. Aby usunąć warstwę muskulatury, iteracyjnie chwyć wycinek 2D z maski, aby przetworzyć każdą klatkę z maski 3D osobno, a następnie użyj operatora tyldy, aby odwrócić wartości maski. Wartości czaszki będą jedynkami.Na zewnątrz i mózg będą miały wartości zero. Dodaj kolejne puste woksele do maski 3D, aż wymiar maski o najniższej rozdzielczości będzie większy o współczynnik zdefiniowany przez współczynnik skali. Interpoluj liniowo wartości w masce, aż maska wypełni nowe miejsce.Następnie wyeksportuj czaszkę jako plik STL lub podobny typ pliku do drukowania 3D. Aby utworzyć kraniotomię w modelu czaszki 3D, otwórz plik MRI i ręcznie skanuj tam iz powrotem przez matrycę 3D, aby określić przybliżoną lokalizację kraniotomii za pomocą anatomicznych punktów orientacyjnych znalezionych w atlasie mózgu makaka. Aby stworzyć formę agarozową, wlej roztwór agarozy do pełnej lub połowy półkuli mózgu i pozwól roztworowi zestalić się w formie przez około dwie godziny.Gdy agaroza stwardnieje, za pomocą szpatułki delikatnie wyjmij model żelowy z formy, uważając, aby nie uszkodzić powierzchni formy. Aby uzyskać udawany napar modelu żelu agarozowego, zamontuj pompę strzykawkową na ramieniu stereotaktycznym na ramie stereotaktycznej i napełnij strzykawkę o pojemności 250 mikrolitrów zjonizowaną wodą. Załadować strzykawkę do pompy strzykawkowej i całkowicie napełnić kaniulę iniekcyjną wodą.Za pomocą sterownika pompy załadować docelową objętość barwnika spożywczego do strzykawki do wstrzykiwań. I wyrzuć barwnik spożywczy, aż na końcu kaniuli utworzy się mała kulka. Osusz koralik z końcówki kaniuli i umieść model żelowy pod kaniulą.Opuść kaniulę, aż końcówka dotknie powierzchni modelu żelowego i zanotuj pomiary na ramieniu stereotaktycznym. Następnie płynnie i szybko opuść kaniulę do modelu żelowego na docelową głębokość iniekcji. Upewnij się, że powierzchnia żelu jest uszczelniona wokół kaniuli i uruchom pompę, obserwując rozprzestrzenianie się matrycy, aż do dostarczenia docelowej objętości.Korzystając z tego protokołu, można stworzyć anatomicznie dokładny model fizyczny mózgu naczelnych innych niż człowiek. Podobnie, można również wygenerować anatomicznie dokładny model fizyczny czaszki naczelnych wyodrębniony z obrazów rezonansu magnetycznego. Fizyczne modele czaszki i mózgu można łączyć ze ścisłym dopasowaniem interferencyjnym, potwierdzając dokładność obu modeli względem siebie i legitymizując ekstrapolowane dane z analizy MRI.Wprowadzenie kraniotomii do czaszki przed wydrukowaniem pozwala na połączenie wszystkich części interfejsu próbki w celu oceny geometrii różnych elementów w odniesieniu do czaszki i mózgu. Na przykład w tym eksperymencie stopy słupka głowy zostały zmanipulowane i dopasowane do krzywizny czaszki w miejscu implantacji przed zabiegiem. Skutkuje to skróceniem czasu operacji z około 2,5 godziny do jednej godziny od otwarcia do implantacji, co znacznie zmniejsza ryzyko powikłań operacyjnych.Modele mózgu z mieszaniny agarozy można wstrzyknąć żółtym barwnikiem w obszar zainteresowania w celu oszacowania objętości proponowanego naparu, a połączenie modelu agarozy z czaszką wydrukowaną w 3D można wykorzystać do modelowania operacji wstrzyknięcia wektora wirusowego. Biorąc pod uwagę różnice w anatomii czaszki i mózgu u różnych zwierząt, sukces w procesie ekstrakcji będzie wymagał dostosowań w iteracyjnych krokach. Tak więc ten zestaw narzędzi może być wykorzystany do zmniejszenia ryzyka w neurochirurgii naczelnych innych niż ludzie, a techniki wytwarzania mogą usprawnić proces eksperymentalny w czołówce neuronauki.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Nieludzkie naczelne są istotnym gatunkiem translacyjnym dla naszego zrozumienia prawidłowych procesów zachodzących w mózgu. Organizacja anatomiczna mózgu naczelnych może dostarczyć ważnych informacji na temat stanów prawidłowych i patologicznych u ludzi.

Disekcja mózgu naczelnych zwierząt niebędących ludźmi w przestrzeni stereotaksycznej

Opisujemy kroki, które należy wykonać, aby korzystać z naszego specjalnie zaprojektowanego oprogramowania do integracji, wizualizacji i planowania obrazów w chirurgii epilepsji.

Ścieżka rozwoju integracji obrazów 3D multimodalnych i planowania wspomaganego komputerowo w chirurgii padaczki

Ten protokół opisuje proces stosowania siedmiu różnych narzędzi do automatycznej segmentacji do strukturalnych skanów MRI z wagą T1 w celu wyznaczenia obszarów istoty szarej, które mogą być użyte do ilościowego określenia objętości istoty szarej.

Automatyczna segmentacja istoty szarej kory mózgowej na podstawie obrazów MRI T1-zależnych

Tutaj pokazujemy wspomagane dostarczanie wektorów wirusowych do kory mózgowej za pomocą rezonansu magnetycznego (MR) jako skuteczne i uproszczone podejście do osiągnięcia ekspresji optogenetycznej w dużych obszarach korowych w mózgu makaka.

Konwekcja wzmocniła dostarczanie optogenetycznego wektora wirusowego związanego z adenowirusem do kory mózgowej makaka rezusa pod nadzorem obrazów MRI online

Ten artykuł zawiera przegląd multimodalnego programu mapowania mózgu, zaprojektowanego do identyfikacji obszarów mózgu, które wspierają kluczowe funkcje poznawcze u poszczególnych pacjentów neurochirurgicznych.

Translacyjne mapowanie mózgu w Centrum Medycznym Uniwersytetu Rochester: Ochrona umysłu poprzez spersonalizowane mapowanie mózgu

Prezentujemy protokół integracji dyfuzyjnej trakografii MRI w pracy z pacjentami do endoskopowej operacji endoskopowej guza podstawy czaszki. Opisano metody adaptacji tych badań neuroobrazowych w fazie przed- i śródoperacyjnej.

Rola dyfuzyjnej traktatografii MRI w endoskopowej chirurgii endoskopowej podstawy czaszki

Przedstawiony tutaj protokół demonstruje stereotaksję do mózgu świni za pomocą infuzji wspomaganych konwekcją, z nawigacją wizualizacji rezonansu magnetycznego (MRI) w czasie rzeczywistym i wizualizacją dystrybucji infuzji w czasie rzeczywistym.

Stereotaksja sterowana rezonansem magnetycznym do infuzji do mózgu świni

Ten artykuł przedstawia zautomatyzowane procesy planowania neurochirurgicznego u naczelnych na podstawie skanów rezonansu magnetycznego (MRI). Techniki te wykorzystują etapy proceduralne w programowaniu i projektowaniu platform w celu wspierania niestandardowego projektowania implantów dla NHP. Ważność każdego komponentu można następnie potwierdzić za pomocą trójwymiarowych (3D) wydrukowanych modeli anatomicznych naturalnej wielkości.

Zestaw narzędzi do projektowania implantów neuronowych dla naczelnych

Nowatorski protokół spersonalizowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w połączeniu z mapowaniem sieci korowych za pomocą elektroencefalografii (TMS–EEG), oparty na wielu modalnościach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).

Neuroobrazowanie TMS-EEG do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym

Tutaj opisujemy standaryzowany protokół mapowania motorycznego z wykorzystaniem nTMS połączony z rekonstrukcją drogi korowo-rdzeniowej (CST) opartą na obrazowaniu tensorowym dyfuzji (DTI). Protokół jest powtarzalny, klinicznie wykonalny i łatwo integrowalny z rutynowym procesem klinicznym, zapewniając solidne i wartościowe ramy do oceny szlaków ruchowych, badań nad neuroplastycznością oraz planowania rehabilitacji.

Standaryzowany protokół do funkcjonalnego mapowania motorycznego z wykorzystaniem nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Poznaj metodę planowania neurochirurgii u naczelnych z wykorzystaniem danych MRI i druku 3D. Technika ta zwiększa precyzję i bezpieczeństwo zabiegów chirurgicznych dzięki szczegółowym modelom fizycznym.

Zestaw narzędzi oparty na rezonansie magnetycznym do planowania neurochirurgicznego u naczelnych

Przeglądaj więcej filmów