아래에 설명된 방법은 3차원(3D) 프린팅 방법과 MRI 데이터 추출의 새로운 조합을 사용하여 비인간 영장류(NHP) 신경외과의 제조를 위한 포괄적인 프로토콜을 제공하는 것을 목표로 합니다.
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이 논문에서
요약
초록
이 논문에서는 자기 공명 영상(MRI)에서 추출한 데이터만으로 NHP에서 다양한 신경 외과 수술을 실질적으로 계획할 수 있는 수술 준비를 위한 방법을 간략하게 설명합니다. 이 프로토콜은 뇌와 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델뿐만 아니라 뇌의 기계적 특성 중 일부를 모델링하는 뇌의 아가로즈 젤 모델을 3D 인쇄 생성할 수 있게 합니다. 이러한 모델은 뇌 모델에 대한 뇌 추출 소프트웨어와 두개골 모델에 대한 사용자 지정 코드를 사용하여 MRI에서 추출할 수 있습니다. 준비 프로토콜은 최첨단 3D 프린팅 기술을 활용하여 젤 브레인 모델을 위한 뇌, 두개골 및 금형을 상호 향하게 합니다. 두개골과 뇌 모델은 사용자 정의 코드에 두개골 절제술을 추가하여 두개골 내부의 뇌 조직을 시각화하는 데 사용할 수 있으므로 뇌와 직접 관련된 수술에 대한 더 나은 준비를 할 수 있습니다. 이러한 방법의 응용 프로그램은 신경 자극 및 기록뿐만 아니라 주사에 관련된 수술을 위해 설계되었지만 시스템의 다재 다능성은 프로토콜, 추출 기술 및 모델의 향후 확장을 수술의 넓은 범위로 확장 할 수 있습니다.
서론
영장류 연구는 동물 모델에서 인체 실험1,2에의학 연구의 진행에 중추적 인 단계되었습니다. 이것은 설치류 두뇌와 비인간 영장류 (NHP)1,2,3의그 사이 큰 생리적 및 해부학적 불일치가 있기 때문에 신경 과학 및 신경 공학의 연구 결과에서 특히 그렇다. 신경의 유전자 변형이 필요한 화학유전학, 광유전학, 칼슘 이미징 과 같은 새로운 유전 기술로 NHP의 신경 기능을 연구하는 신경 공학 연구는 뇌 기능2,4,5,6,7,9,10,
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프로토콜
모든 동물 절차는 워싱턴 동물 관리 및 사용 위원회에 대한 워싱턴 대학의 승인되었다. 2마리의 수컷 루서스 원숭이(원숭이 H: 14.9kg, 7세, 원숭이 L: 14.8kg 및 6세)가 사용되었습니다.
1. 이미지 수집
- 원숭이를 3T MRI 스캐너로 운반하고 동물을 MR 호환 스테레오테틱프레임(재료 표)에놓습니다.
- 표준 T1(플립 앵글 = 8°, 반복 시간/에코 시간 = 7.5/3.69s, 매트릭스 크기 = 432 x 432 x 80, 획득 기간 = 103.7 s, Multicoil(재료 표),평균 수 = 1, 슬라이스 두께 = 1mm) 해부학 MR 이미지를 기록합니다.
참고: 성공적인 두개골 격리를 위해 여기에 적용된 MRI 획득 매개 변수를 사용하여 두개골과 뇌 의 분리를 최대화합니다.
2. 뇌 추출
- 뇌 추출을 위한 MR 이미징 소프트웨어에서 오픈 | 선택 이미지를 엽니다. T1 퀵 자기화 준비 빠른 그라데이션 에코 (MPRAGE) 스캔을 로드 1.2 MR 이미징 소프트웨어에 획득(재료의 표).
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결과
수술 전 두개통 계획 측정으로 MRI의 조작 및 분석은 지난2,5,10,16에서성공적으로 사용되었습니다. 그러나 이 과정은 뇌, 두개골 및 두개골 절제술의 3D 모델링을 추가하여 크게 향상되었습니다. 우리는 성공적으로 우리의 연구에 대한 관심영역을 반영 뇌의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 있었다(그림 1). 우리는 유사하게 MR 이미지(그림 2)에서추출 된 영장류 두개골의 해부학적으로 정확한 물리적 모델을 만들 수 있었습니다.
두개골과 뇌의 두 가지 물리적 모델은 단단한 간섭 적합성과 결합되어 서로에 비해 두 모델의 정확도를 검증하고 .......
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토론
이 문서에서는 MR 스캔에서 추출한 두개골 및 뇌 해부학의 물리적 및 CAD 모델을 사용하여 NHP에서 신경 수술을 준비하기위한 도구 상자에 대해 설명합니다.
추출 및 3D 인쇄 된 두개골및 뇌 모델은 두개골 수술 및 머리 포스트 이식의 준비를 위해 특별히 설계되었지만 방법론은 여러 가지 다른 응용 프로그램에 빌려준다. 앞에서 설명한 바와 같이, 두개골의 물리적 모델은 수술 전에 머리 포스트의 사전 구부릴 수 있도록, 이는 두개골에 좋은 적합을 만듭니다. 또한 MRI에서 추출한 두개골을 사용하여 두개골 해부학에 대한 충실도가 높은 3D 디자인 헤드 포스트를 생성할 수 있습니다. CT 화상 진찰은 전통적으로 두개골 추출을 위한 더 나은 양식이지만, 제안된 방법에서, 두뇌와 두개골 해부학은 뼈와 연조직 모형 사이 향상된 해부학 일관성에 기여할 수 있던 동일 화상 진찰 양식에서 옵니다. 이 해부학적 일관성은 정밀도를 향상시키고 두개골 절제술이 관심있는 피질 영역을 커버하고 자극 및 기.......
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공개 사항
저자는 이 시점에서 공개할 이해 상충이 없습니다.
감사의 글
이 프로젝트는 유니스 케네디 시버 국립 아동 건강 및 인간 개발 연구소가 수상 번호 K12HD073945, 워싱턴 국립 영장류 연구 센터 (WaNPCR, P51 OD010425), 신경 공학 센터 (CNT, 그랜트 EEC-1027) 아래 국립 과학 재단 엔지니어링 연구 센터 .. 이 프로젝트에 대한 맥크니크와 마르티네즈 콘데 연구소에 대한 자금은 뇌 이니셔티브 NSF-NCS 상 1734887뿐만 아니라 NSF 어워드 1523614 및 1829474, 그리고 SUNY 제국 혁신장학금에서 각 교수에게 제공되었습니다. 우리는 아가로즈 준비에 대한 그의 도움에 대한 Karam Khateeb감사, 기술 적 도움을 토니 J Huan.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D 프린팅 소프트웨어 (GrabCAD Print) | Stratasys | 버전 1.36 | 고품질 3D 프린팅에 사용 |
| 3D 프린팅 소프트웨어 (3D 단순화) | Simplify3D | 버전 4.1 | PLA 3D 프린팅에 사용 |
| Agarose | Benchmark Scientific | A1700 | 젤 브레인 제작에 사용 |
| 블랙 매니큐어 | L.A. 색상 | CNP637 | 젤 성형 |
| 에 사용캐뉼라 (ID 450 um, OD 666 um) | Polymicro Technologies | 1068150625 | 에 염료를 주입하는 데 사용됩니다 |
| 20-24 게이지 경막외 카테터용; Cs 50 | |||
| Dremel 3D Digilab 3D45 프린터 | Dremel | F0133D45AA | PLA의 프로토 타이핑에 사용 |
| ECOWORKS | Stratasys | 300-00104 | QSR 지지 구조를 용해하는 데 사용 |
| Erlymeyer 플라스크 | Pyrex | 4980 | 젤 성형에 사용 |
| Ethyl cyanoacrylate | The Original Super Glue Corp. | 15187 | 결합 캐뉼라 제작에 사용 |
| 실린더 | 3023 | 젤 성형에 사용 | |
| HATCHBOX PLA 3D 프린터 필라멘트 | HATCHBOX | 3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK | 1kg 스풀, 1.75mm, 빨간색/검은색 |
| 메뚜기 콩 껌 | 모더니스트 팬트리 | 1018 | 젤 브레인 혼합물용 검 에이전트 |
| MATLAB | MathWorks | R2019b | 에 사용 두개골 추출 |
| McCormick Yellow Food Color | McCormick | 염료 주입에 사용 | |
| 마이크로파 | Panasonic | NN-SD975S | 아가로스 경화에 사용 |
| MR 이미징 소프트웨어(3D 슬라이서) | 3D 슬라이서 | 버전 4.10.2 | 3D 모델 생성에 사용 |
| MR 이미징 소프트웨어(BET 플러그인이 있는 Mango) | Reasearch Imaging Institute | 버전 4.1 | 뇌에 사용 추출 |
| Philips Acheiva MRI 시스템 | Philips | 4522 991 19391 | 인간이 아닌 영장류를 이미지화하는 데 사용 |
| 인산염 완충 용액 | Gibco | 70011-044 | 10X DI 물로 희석 1X |
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| SGE | SGE250TLL | 염료 주입에 사용 |
참고문헌
- Phillips, K. A., et al. Why primate models matter. American Journal of Primatology. 76 (9), 801-827 (2014).
- Macknik, S. L., et al. Advanced Circuit and Cellular Imaging Methods in Nonhuman Primates. Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019....
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재인쇄 및 허가
