Name: Uma caixa de ferramentas baseada em ressonância magnética para planejamento neurocirúrgico em primatas não humanos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: Aprenda a usar ressonância magnética e impressão 3D para planejamento neurocirúrgico em primatas não humanos. Este método melhora a precisão, segurança e visualização dos procedimentos cirúrgicos.

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Este projeto foi apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde Infantil Eunice Kennedy Shiver Desenvolvimento Humano dos Institutos Nacionais de Saúde sob o Prêmio Número K12HD073945, o Centro Nacional de Pesquisa de Primatas de Washington (WaNPCR, P51 OD010425), o Centro de Neurotecnologia (CNT, um Centro nacional de pesquisa de engenharia da Fundação Científica sob o Grant EEC-1028725) e os Fundos de Pesquisa de Royalties da Universidade de Washington. O financiamento para os laboratórios Macknik e Martinez-Conde para este projeto veio de um Prêmio BRAIN Initiative NSF-NCS 1734887, bem como nsf awards 1523614 & 1829474, e SUNY Empire Innovator Scholarships para cada professor. Agradecemos a Karam Khateeb por sua ajuda na preparação de Agarose, e Toni J Huan por ajuda técnica.

<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>

Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar neste momento.

Este artigo descreve uma caixa de ferramentas para preparação para neurocirurgias em NHPs usando modelos físicos e CAD de anatomia do crânio e cérebro extraídos de ressonâncias magnéticas.
Enquanto os modelos de crânio e cérebro extraídos e impressos em 3D foram projetados especificamente para a preparação de cirurgias de craniotomia e implantes pós-cabeça, a metodologia se presta a várias outras aplicações. Como descrito anteriormente, o modelo físico do crânio permite a pré-dobra do poste da...

A pesquisa de primatas tem sido um passo fundamental na progressão da pesquisa médica de modelos animais para ensaios em humanos1,2. Isso é especialmente no estudo da neurociência e da engenharia neural, pois há uma grande discrepância fisiológica e anatômica entre cérebros de roedores e os de primatas não humanos (NHP)1,2,3. Com tecnologias genéticas emergentes como quimiogenética, optogenética e imagem de cálcio que requerem modificação genética dos neurônios, a pesquisa de engenharia neural que estuda a função neural em NHP's ganhou especial atenção como modelo pré-clínico para a compreensão da função cerebral2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Na maioria dos experimentos de neurociência NHP, são necessárias medidas neurocirúrgicas para a implantação de diversos dispositivos, como postes de cabeça, câmaras de estimulação e gravação, matrizes de eletrodos e janelas ópticas4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18.
Os laboratórios nhp atuais usam uma variedade de métodos que muitas vezes incluem práticas ineficazes, incluindo sedação do animal para caber as pernas de um poste da cabeça e aproximar a curvatura do crânio ao redor do local da craniotomia. Outros laboratórios encaixam o poste da cabeça no crânio em cirurgia ou empregam métodos mais avançados de obtenção das medidas necessárias para implantação, como a análise de um atlas cerebral nHP e ressonância magnética (MR) para tentar estimar curvaturas do crânio2,10,11,16. Neurocirurgiões em NHPs também envolvem injeções de fluidos, e os laboratórios muitas vezes não têm como visualizar o local projetado de injeção dentro do cérebro2,4,5,13,14, contando apenas com medidas estereoléxiis e comparação com exames de ressonância magnética. Esses métodos têm um grau de incerteza inevitável por não serem capazes de testar a compatibilidade física de todos os componentes complexos do implante.
Portanto, há a necessidade de um método não invasivo preciso para o planejamento neurocirúrgico em NHPs. Aqui, apresentamos um protocolo e metodologia para a preparação de cirurgias de implantação e injeção nesses animais. Todo o processo provém de ressonâncias magnéticas, onde o cérebro e o crânio são extraídos dos dados para criar modelos tridimensionais (3D) que podem então ser impressos em 3D. Os modelos de crânio e cérebro podem ser combinados para se preparar para cirurgias de craniotomia, bem como postes na cabeça com um nível aumentado de precisão. O modelo cerebral também pode ser usado para criar um molde para a fundição de um modelo de gel anatomicamente preciso do cérebro. O cérebro de gel sozinho e em combinação com um crânio extraído pode ser usado para se preparar para uma variedade de cirurgias de injeção. Abaixo descreveremos cada uma das etapas necessárias para a caixa de ferramentas baseada em ressonância magnética para preparação neurocirúrgica.

<table><tbody><tr><td>Software de impressão 3D (GrabCAD Print)</td><td>Stratasys</td><td>Versão 1.36</td><td>Usado para impressão 3D de alta qualidade</td></tr><tr><td>Software de impressão 3D (Simplifique 3D)</td><td>Simplify3D</td><td>Versão 4.1</td><td>Usado para impressão 3D PLA</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Benchmark Scientific</td><td>A1700</td><td>Usado para fazer cérebros de gel</td></tr><tr><td>Esmalte preto</td><td>L.A. Cores</td><td>CNP637</td><td>Usado para moldagem de gel</td></tr><tr><td>Cânula (ID 450 um, OD 666 um)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>1068150625</td><td>Usado para injetar corante no gel cérebro</td></tr><tr><td>Conector de cateter</td><td>B Braun</td><td>PCC2000</td><td>Perifix para cateteres epidurais de 20-24 Gage; Unidades por Cs 50</td></tr><tr><td>Dremel 3D Digilab impressora 3D45</td><td>Dremel</td><td>F0133D45AA</td><td>Usado para prototipagem em PLA</td></tr><tr><td>ECOWORKS</td><td>Stratasys</td><td>300-00104</td><td>Usado para dissolver estruturas de suporte QSR</td></tr><tr><td>Frasco Erlymeyer</td><td>Pyrex</td><td>4980</td><td>Usado para moldagem de gel</td></tr><tr><td>Cianoacrilato de etila</td><td>The Original Super Glue Corp.</td><td>15187</td><td>Usado para fazer cânula combinada</td></tr><tr><td>Cilindro</td><td></td> graduado <td>3023</td><td>Usado para moldagem em gel</td></tr><tr><td>HATCHBOX PLA Filamento de impressora 3D</td><td>HATCHBOX</td><td>HATCHBOX 3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK</td><td>Carretel de 1kg, 1.75mm, goma de</td></tr><tr><td>alfarroba</td> vermelha/preta <td>Despensa</td><td>modernista 1018</td><td>Agente de goma para misturas de cérebro em gel</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>R2019b</td><td>Usado para extração de crânio</td></tr><tr><td>McCormick Yellow Food Color</td><td>McCormick</td><td></td><td>Usado para injeção de corante</td></tr><tr><td>Microondas</td><td>Panasonic</td><td>NN-SD975S</td><td>Usado para cura de agarose</td></tr><tr><td>MR Imaging Software (3D Slicer)</td><td>3D Slicer</td><td>Versão 4.10.2</td><td>Usado para geração de modelos 3D</td></tr><tr><td>MR Imaging Software (Mango com plugin BET)</td><td>Reasearch Imaging</td><td>Institute Versão 4.1</td><td>Usado para cérebro extração</td></tr><tr><td>Philips Acheiva MRI System</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>Usado para obter imagens de primatas não humanos</td></tr><tr><td>Solução tamponada com fosfato</td><td>Gibco</td><td>70011-044</td><td>10X diluído com água DI para 1X</td></tr><tr><td>Bomba</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Usado para injeção de corante</td></tr><tr><td>Driver de bomba</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Usado para injeção de corante</td></tr><tr><td>Geladeira</td><td>General Electric</td><td></td><td>Usado para preservar gel de agarose</td></tr><tr><td>Espátula Científica</td><td>VWR</td><td>82027-494</td><td>Usado para extrair moldes de gel</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systemes</td><td>2019</td><td></td></tr><tr><td>Filamento Stratasys ABS-M30</td><td>Stratasys</td><td>333-60304</td><td>Usado para impressão 3D de alta qualidade</td></tr><tr><td>Impressora 3D Stratasys F170</td><td>Stratasys</td><td>123-10000</td><td>Usado para impressão 3D de alta qualidade</td></tr><tr><td>Suporte Stratasys QSR</td><td>Stratasys</td><td>333-63500</td><td>Usado para criar suportes com modelo ABS</td></tr><tr><td>Seringa</td><td>SGE</td><td>SGE250TLL</td><td>Usado para injeção de corante</td></tr></tbody></table>

uma caixa de ferramentas baseada em ressonância magnética para planejamento neurocirúrgico em primatas não humanos

A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

Neste artigo, descrevemos um método de preparação cirúrgica que permite o planejamento prático de uma variedade de neurocirurgias em NHPs utilizando apenas dados extraídos de ressonância magnética (RM). Este protocolo permite a geração de modelos físicos impressos em 3D anatomicamente precisos do cérebro e do crânio, bem como um modelo de gel agarose do cérebro modelando algumas das propriedades mecânicas do cérebro. Esses modelos podem ser extraídos da ressonância magnética usando software de extração cerebral para o modelo do cérebro, e código personalizado para o modelo do crânio. O protocolo de preparação aproveita a tecnologia de impressão 3D de última geração para fazer cérebros, crânios e moldes interligados para modelos cerebrais em gel. Os modelos de crânio e cérebro podem ser usados para visualizar tecido cerebral dentro do crânio com a adição de uma craniotomia no código personalizado, permitindo uma melhor preparação para cirurgias diretamente envolvendo o cérebro. As aplicações desses métodos são projetadas para cirurgias envolvidas em estimulação e gravação neurológicas, bem como injeção, mas a versatilidade do sistema permite uma expansão futura do protocolo, técnicas de extração e modelos para um escopo mais amplo de cirurgias.

A manipulação e análise das Ressonâncias Magnéticas como medida de planejamento de craniotomia pré-operatória tem sido utilizada com sucesso nos últimos2,5,10,16. Este processo, no entanto, foi muito aprimorado pela adição da modelagem 3D do cérebro, crânio e craniotomia. Conseguimos criar com sucesso um modelo físico anatomicamente preciso do cérebro que refletisse a área de interesse de nosso...

O método descrito abaixo visa fornecer um protocolo abrangente para a preparação de neurocirurgia de primatas não humanos (NHP) utilizando uma nova combinação de métodos de impressão tridimensionais (3D) e extração de dados de ressonância magnética.

Uma caixa de ferramentas baseada em ressonância magnética para planejamento neurocirúrgico em primatas não humanos

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 ...

Este protocolo é significativo para o campo da engenharia neural porque oferece um procedimento conciso e unimodal projetado para aumentar a precisão e a segurança da neurocirurgia em primatas não humanos. Esta técnica oferece aos pesquisadores a capacidade única de visualizar cada aspecto de seu procedimento de implantação ou injeção, e garante que eles possam entrar em uma sala de cirurgia o mais preparado possível. A demonstração visual desse método é fundamental porque destaca o impacto e a clareza que os modelos físicos em tamanho real podem ter no planejamento cirúrgico.Para extrair o cérebro no software de ressonância magnética, abra o menu suspenso dos plugins e selecione o cérebro extrato. Coloque o limiar de intensidade de extração em 2,5, 2,7 e o valor do gradiente limiar seja zero. Depois de criar um bitmap da imagem cerebral, selecione construir superfície sob o menu de imagem e insira o limiar usado para criar o bitmap contendo a região de interesse.Em seguida, clique bem para criar a superfície. E salvar a região de interesse do cérebro extraído como um NII ou NII. Arquivo GZ.Para gerar um modelo cerebral, abra o arquivo cerebral extraído no software de processamento de imagem médica apropriado. E no menu do módulo do editor, selecione o efeito limiar, ajuste os controles deslizantes de alcance de limiar para que a parte do bitmap contendo o cérebro seja destacada em todas as três fatias. Abra o módulo do fabricante de modelos e no menu suspenso de volumes de entrada, selecione o arquivo bitmap.Em modelos, selecione criar nova hierarquia de modelos e clique em aplicar para criar o volume. Quando a superfície cerebral de malha importada tiver sido importada, selecione um gráfico. E suprimir quaisquer características gráficas desnecessárias até que apenas as características que contêm o cérebro permaneçam no arquivo.Em seguida, salve os arquivos no formato PRT para mais manipulação e como um STL para impressão 3D. Para a moldagem cerebral, carregue o modelo cerebral extraído em um programa de software de design computadorizado apropriado. Sob a seção de características do menu de inserção selecione converter em corpo de malha e no corpo gráfico do cérebro para convertê-lo, e abra esta guia de esboço e clique em esboço para selecionar o plano superior como o plano de esboço.Desenhe um retângulo em todo o hemisfério de interesse, e selecione o recurso de base do chefe extrude para extrusir um retângulo cúbico contendo a parte superior do cérebro. Na seção características do menu de inserção, selecione converter para corpo de malha e selecione o cubo extrudado na pasta de corpos sólidos para convertê-lo. Para criar o espaço negativo, use o recurso de combinação e selecione a opção subtraída para subtrair o modelo do cérebro do cubo recém-extrudado.Para modelagem do crânio, importe a ressonância magnética rápida de MPRAGE em um programa de software de manipulação de matriz apropriado como um arquivo DICOM. E use os comandos para combinar todos os quadros em uma única matriz 3D, conforme necessário. Certifique-se de que cada quadro 2D da matriz exibe uma fatia coronal e use uma fatia coronal maior que a do operador para valores individuais de pixels para limiar da matriz 3D para criar uma máscara binária.Em seguida, ajuste o limiar de modo que a anatomia do crânio é capturada pela máscara. Para remover a camada de musculatura, pegue iterativamente uma fatia 2D da máscara para processar cada quadro da máscara 3D separadamente, e use o operador de tilde para inverter os valores da máscara. Os valores do crânio serão os dos dois.O exterior e o cérebro terão valores de zero. Adicione voxels vazios adicionais à máscara 3D até que a dimensão de resolução mais baixa da máscara seja maior por um fator definido pelo fator de escala. E interpolar linearmente valores na máscara até que a máscara preencha o novo espaço.Em seguida, exporte o crânio como um arquivo STL ou um tipo de arquivo semelhante para impressão 3D. Para criar uma craniotomia no modelo de crânio 3D, abra o arquivo de ressonância magnética e digitalize manualmente através da matriz 3D para identificar a localização aproximada da craniotomia usando marcos anatômicos encontrados no atlas cerebral de macaque. Para criar um molde de agarose, despeje a solução agarose em um molde cerebral de hemisfério completo ou meio e permita que a solução se solidifique dentro do molde por cerca de duas horas.Quando a agarose tiver definido, use uma espátula para remover suavemente o modelo de gel do molde, tomando cuidado, para não danificar a superfície do molde. Para uma infusão simulada do modelo de gel agarose, monte uma bomba de seringa em um braço estereotaxic em um quadro estereotaxico e encha uma seringa de 250 microliter com a água ionizada. Coloque a seringa na bomba de seringa e encha completamente a cânula de injeção com a água.Use o driver da bomba para carregar o volume alvo da coloração dos alimentos na seringa para injeção. E ejete a coloração dos alimentos até que uma pequena pérola se forme na ponta da cânula. Seque a conta da ponta da cânula e posicione o modelo de gel sob a cânula.Abaixe a cânula até que a ponta toque a superfície do modelo de gel, e observe as medidas no braço estereotaxic. Em seguida, abaixe suavemente e rapidamente a cânula no modelo de gel para a profundidade de injeção do alvo. Certificando-se de que a superfície do gel selou ao redor da cânula e executa a bomba enquanto observa a propagação do dado até que o volume alvo tenha sido entregue.Usando este protocolo, um modelo físico anatomicamente preciso do cérebro primata não humano pode ser criado. Da mesma forma, um modelo físico anatomicamente preciso do crânio primata extraído de imagens de ressonância magnética também pode ser gerado. Os modelos físicos do crânio e do cérebro podem ser combinados com um ajuste de interferência apertado, validando a precisão dos dois modelos em relação um ao outro e legitimando os dados extrapolados de análise de ressonância magnética.A inserção de uma craniotomia no crânio antes da impressão, permite a combinação de todas as partes da interface amostral para avaliação da geometria de vários componentes em relação ao crânio e cérebro. Por exemplo, neste experimento, os pés do poste da cabeça foram manipulados e instalados na curvatura do crânio no local da implantação antes do procedimento. Resultando em um tempo cirúrgico reduzido de aproximadamente 2,5 horas para uma hora da abertura à implantação, reduzindo consideravelmente o risco de complicações operatórias.Modelos cerebrais da mistura de agarose podem ser injetados com corante amarelo em uma área de interesse para estimar o volume da infusão proposta e combinar o modelo de agarose com um crânio impresso em 3D pode ser usado para modelar cirurgia de injeção de vetor viral. Levando em conta as variações da anatomia do crânio e do cérebro em diferentes animais, o sucesso no processo de extração exigirá ajustes nas etapas iterativas. Assim, esta caixa de ferramentas pode ser usada para reduzir o risco em neurocirurgia de primatas não humanos e as técnicas de fabricação podem melhorar o processo experimental na vanguarda da neurociência.

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