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Bioengineering

अमानवीय प्राइमेट्स के लिए एक तंत्रिका प्रत्यारोपण डिजाइन टूलबॉक्स

Published: February 9, 2024 doi: 10.3791/66167
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 3, 1,2
1Department of Bioengineering, Washington National Primate Research Center, University of Washington, 2Department of Electrical and Computer Engineering, Washington National Primate Research Center, University of Washington, 3Department of Biomedical Engineering, Purdue University

Summary

यह पत्र चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) स्कैन के आधार पर अमानवीय प्राइमेट न्यूरोसर्जिकल योजना के लिए स्वचालित प्रक्रियाओं की रूपरेखा तैयार करता है। ये तकनीकें एनएचपी के लिए अनुकूलित प्रत्यारोपण डिजाइन का समर्थन करने के लिए प्रोग्रामिंग और डिजाइन प्लेटफार्मों में प्रक्रियात्मक चरणों का उपयोग करती हैं। प्रत्येक घटक की वैधता की पुष्टि तब त्रि-आयामी (3 डी) मुद्रित जीवन-आकार के शारीरिक मॉडल का उपयोग करके की जा सकती है।

Abstract

यह पत्र अमानवीय प्राइमेट (एनएचपी) न्यूरोसर्जिकल प्लानिंग के लिए तैयार चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) से 3 डी मस्तिष्क और खोपड़ी मॉडलिंग की एक इन-हाउस विधि का वर्णन करता है। यह स्वचालित, कम्प्यूटेशनल सॉफ्टवेयर-आधारित तकनीक इमेजिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके पारंपरिक मैनुअल निष्कर्षण तकनीकों के विपरीत एमआरआई फाइलों से मस्तिष्क और खोपड़ी की विशेषताओं को निकालने का एक कुशल तरीका प्रदान करती है। इसके अलावा, प्रक्रिया सहज, आभासी शल्य चिकित्सा योजना के लिए मस्तिष्क और craniotomized खोपड़ी को एक साथ देखने के लिए एक विधि प्रदान करती है। यह पिछले काम के लिए आवश्यक समय और संसाधनों में भारी कमी उत्पन्न करता है, जो पुनरावृत्त 3 डी प्रिंटिंग पर निर्भर था। खोपड़ी मॉडलिंग प्रक्रिया एक पदचिह्न बनाती है जिसे सर्जिकल आरोपण के लिए कस्टम-फिट कपाल कक्षों और हेडपोस्ट को डिजाइन करने के लिए मॉडलिंग सॉफ्टवेयर में निर्यात किया जाता है। कस्टम-फिट सर्जिकल प्रत्यारोपण प्रत्यारोपण और खोपड़ी के बीच अंतराल को कम करते हैं जो संक्रमण या स्थिरता में कमी सहित जटिलताओं का परिचय दे सकते हैं। इन पूर्व-शल्य चिकित्सा चरणों को लागू करने से, सर्जिकल और प्रयोगात्मक जटिलताओं को कम किया जाता है। इन तकनीकों को अन्य सर्जिकल प्रक्रियाओं के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, शोधकर्ताओं के लिए अधिक कुशल और प्रभावी प्रयोगात्मक योजना की सुविधा और, संभवतः, न्यूरोसर्जन।

Introduction

अमानवीय प्राइमेट (एनएचपी) अनुवादक चिकित्सा अनुसंधान के लिए अमूल्य मॉडल हैं क्योंकि वे विकासवादी और व्यवहारिक रूप से मनुष्यों के समान हैं। एनएचपी ने तंत्रिका इंजीनियरिंग प्रीक्लिनिकल अध्ययनों में विशेष महत्व प्राप्त किया है क्योंकि उनके दिमाग तंत्रिका कार्य और शिथिलता के अत्यधिक प्रासंगिक मॉडल हैं1,2,3,4,5,6,7,8. कुछ शक्तिशाली मस्तिष्क उत्तेजना और रिकॉर्डिंग तकनीक, जैसे ऑप्टोजेनेटिक्स, कैल्शियम इमेजिंग, और अन्य, कपाल खिड़कियों के माध्यम से मस्तिष्क तक सीधी पहुंच के साथ सबसे अच्छी सेवा की जाती है9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. एनएचपी में, कपाल खिड़कियां अक्सर मस्तिष्क की रक्षा और दीर्घकालिक प्रयोग का समर्थन करने के लिए एक कक्ष और एक कृत्रिम ड्यूरा के साथ प्राप्त की जाती हैं8,10,12,17,18,24,25,26,27. इसी तरह, प्रयोगों के दौरान सिर को स्थिर और संरेखित करने के लिए हेडपोस्ट अक्सर कक्षों के साथ होते हैं14,15,25,26,28,29,30. इन घटकों की प्रभावशीलता इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि वे खोपड़ी में कितनी अच्छी तरह फिट होते हैं। खोपड़ी के करीब फिट संक्रमण, ऑस्टियोनेक्रोसिस और प्रत्यारोपण अस्थिरता की संभावना को कम करके हड्डी के एकीकरण और कपाल स्वास्थ्य को बढ़ावा देता है31. पारंपरिक डिजाइन विधियां, जैसे सर्जरी के दौरान हेडपोस्ट को मैन्युअल रूप से झुकाना25,29 और चुंबकीय अनुनाद (एमआर) स्कैन के कोरोनल और धनु स्लाइस के लिए हलकों को फिट करके खोपड़ी वक्रता का अनुमान लगाना9,12 अशुद्धता के कारण जटिलताओं का परिचय दे सकता है। यहां तक कि इनमें से सबसे सटीक प्रत्यारोपण और खोपड़ी के बीच 1-2 मिमी अंतराल बनाते हैं, दानेदार ऊतक को जमा करने के लिए जगह प्रदान करते हैं29. ये अंतराल अतिरिक्त रूप से सर्जरी में शिकंजा लगाने में कठिनाई पैदा करते हैं9, प्रत्यारोपण की स्थिरता से समझौता करना। अनुकूलित प्रत्यारोपण हाल ही में osseointegration और प्रत्यारोपण दीर्घायु में सुधार के लिए विकसित किए गए हैं9,29,30,32. कम्प्यूटेशनल मॉडल पर निर्भरता के कारण कस्टम इम्प्लांट डिज़ाइन में प्रगति के साथ अतिरिक्त लागत आई है। सबसे सटीक तरीकों के लिए एमआर इमेजिंग (एमआरआई) मशीनों के अलावा कम्प्यूटरीकृत टोमोग्राफी (सीटी) मशीनों जैसे परिष्कृत उपकरणों की आवश्यकता होती है30,32,33 और यहां तक कि इम्प्लांट प्रोटोटाइप विकसित करने के लिए कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) मिलिंग मशीन25,29,32,34. एमआरआई और सीटी दोनों तक पहुंच प्राप्त करना, विशेष रूप से एनएचपी के साथ उपयोग के लिए, कपाल कक्षों और हेडपोस्ट जैसे कस्टम-फिटेड प्रत्यारोपण की आवश्यकता वाली प्रयोगशालाओं के लिए संभव नहीं हो सकता है।

नतीजतन, न्यूरोसर्जिकल और प्रयोगात्मक योजना की सस्ती, सटीक और गैर-इनवेसिव तकनीकों के लिए समुदाय में एक आवश्यकता है जो उपयोग करने से पहले प्रत्यारोपण के डिजाइन और सत्यापन की सुविधा प्रदान करती है। यह पत्र क्रैनियोटॉमी स्थान योजना और खोपड़ी को फिट करने वाले कस्टम कपाल कक्षों और हेडपोस्ट के डिजाइन के लिए एमआर डेटा से आभासी 3 डी मस्तिष्क और खोपड़ी अभ्यावेदन उत्पन्न करने की एक विधि का वर्णन करता है। यह सुव्यवस्थित प्रक्रिया एक मानकीकृत डिजाइन प्रदान करती है जो प्रयोगात्मक परिणामों और अनुसंधान जानवरों के कल्याण को लाभ पहुंचा सकती है। इस मॉडलिंग के लिए केवल एमआरआई की आवश्यकता होती है क्योंकि एमआरआई में हड्डी और नरम ऊतक दोनों को दर्शाया गया है। सीएनसी मिलिंग मशीन का उपयोग करने के बजाय, मॉडल को सस्ते में 3 डी प्रिंट किया जा सकता है, भले ही कई पुनरावृत्तियों की आवश्यकता हो। यह आरोपण के लिए टाइटेनियम जैसे जैव-संगत धातुओं में अंतिम डिजाइन को 3 डी मुद्रित करने की भी अनुमति देता है। इसके अतिरिक्त, हम एक कृत्रिम ड्यूरा के निर्माण का वर्णन करते हैं, जिसे आरोपण पर कपाल कक्ष के अंदर रखा जाता है। इन घटकों को खोपड़ी और मस्तिष्क के जीवन-आकार, 3 डी-मुद्रित मॉडल पर सभी भागों को फिट करके पूर्व-शल्य चिकित्सा द्वारा मान्य किया जा सकता है।

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Protocol

जानवरों से जुड़ी सभी प्रक्रियाओं को वाशिंगटन विश्वविद्यालय में पशु देखभाल और उपयोग समिति संस्थान द्वारा अनुमोदित किया गया था। इस अध्ययन में कुल चार वयस्क नर रीसस मकाक (मकाका मुलट्टा) का उपयोग किया गया था। एमआरआई अधिग्रहण के समय, बंदर एच 7 साल का था, बंदर एल 6 साल का था, बंदर सी 8.5 साल का था, और बंदर बी 5.5 साल का था। बंदर एच और एल को 9 साल की उम्र में कस्टम क्रोनिक कक्षों के साथ प्रत्यारोपित किया गया था।

1. खोपड़ी और मस्तिष्क अलगाव (चित्र 1)

  1. एक 1T एमआरआई मशीन का उपयोग खोपड़ी और मस्तिष्क की एक T3 त्वरित चुंबकीयकरण तैयार ढाल इको (MPRAGE) फ़ाइल प्राप्त करें। एमआरआई अधिग्रहण35 के लिए निम्नलिखित मापदंडों का उपयोग करें: फ्लिप कोण = 8 डिग्री, पुनरावृत्ति समय/गूंज समय = 7.5/3.69 एस, मैट्रिक्स आकार = 432 x 432 x 80, अधिग्रहण अवधि = 103.7 एस, मल्टीकॉइल, स्लाइस मोटाई = 1 मिमी, औसत की संख्या = 1।
  2. supplemental_code लेबल वाला फ़ोल्डर डाउनलोड करें (पूरक कोडिंग फ़ाइल 1)। इस फ़ोल्डर में निम्न फ़ाइलें होनी चाहिए: brain_extract.m, brain_extraction.m,make_stl_of_array.m 36,stl_write.m 37.
  3. MRI फ़ाइल को supplemental_code फ़ोल्डर में जोड़ें। कम्प्यूटेशनल सॉफ़्टवेयर में, फ़ाइल पथ के रूप में supplemental_code फ़ोल्डर का चयन करें और brain_extract.m चलाएँ।
  4. निम्नलिखित कदम मैटलैब (चित्रा 1) का उपयोग करके खोपड़ी और मस्तिष्क अलगाव की एक अर्ध-स्वचालित विधि की रूपरेखा तैयार करते हैं, जिसे पूर्व निष्कर्षण तकनीकों35 से एकत्र किया गया है। कमांड विंडो मस्तिष्क और खोपड़ी अलगाव और क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन के लिए आवश्यक मापदंडों के लिए संकेत देगी। प्रत्येक प्रतिसाद आदेश विंडो में दर्ज किए जाने के बाद, Enter क्लिक करें.
    1. कमांड विंडो पहले MPRAGE फ़ाइल के नाम के लिए संकेत देगी। फ़ाइल नाम (जैसे, MRIFile.dcm) में टाइप करें और पुष्टि करें कि एमआरआई ठीक से प्रदर्शित होता है (चित्र 1ए)।
    2. खोपड़ी (चित्रा 1 बी - डी) को अलग करने के लिए, कमांड विंडो में उल्लिखित विस्तृत चरणों का पालन करें। एक उपयुक्त थ्रेशोल्ड मूल्य की पहचान करें जो खोपड़ी के मामले को खत्म किए बिना खोपड़ी को आसपास के ऊतक से अलग करता है (पूरक चित्रा 1 ए)। थ्रेशोल्ड मान को (y) दबाकर कन्फ़र्म करें।
    3. मस्तिष्क को अलग करने के लिए एक समान तकनीक का उपयोग किया जाता है (चित्र 1E - G)। कमांड विंडो में संकेत दिए जाने पर, मस्तिष्क के लिए एक थ्रेशोल्ड दर्ज करें। पॉप अप होने वाले आंकड़े का मूल्यांकन करें और यदि आवश्यक हो तो थ्रेशोल्ड को समायोजित करें। सुनिश्चित करें कि मस्तिष्क खोपड़ी और आसपास के ऊतक से अलग है और इस प्रक्रिया में कोई मस्तिष्क ऊतक हटाया जा रहा है कि. थ्रेशोल्ड मान को (y) दबाकर कन्फ़र्म करें।
    4. ब्याज की धारा के लिए आगे बढ़ें।

2. क्रैनियोटॉमी स्थान योजना (चित्र 2)

  1. मस्तिष्क और खोपड़ी निकाले जाने के बाद, क्रैनियोटॉमी के निर्देशांक इनपुट करें। निर्देशांक अभी तक ज्ञात नहीं हैं, तो संकेत ( एन) के लिए नहीं, और एक आंकड़ा (अनुपूरक चित्रा 1 बी) प्रदर्शित किया जाएगा. जेड-फ्रेम (कोरोनल प्लेन) चुनकर और क्रैनियोटॉमी सेंटर के लिए चुने गए जेड-फ्रेम पर एक बिंदु का चयन करके क्रैनियोटॉमी निर्देशांक निर्धारित करें।
    1. यदि निर्देशांक ज्ञात हैं, तो उन्हें संबंधित x (धनु ), y (अक्षीय), और z (कोरोनल) मानों के साथ इंगित करें।
  2. मिलीमीटर (जैसे, 10 मिमी) में क्रैनियोटॉमी त्रिज्या इनपुट करें और कोई बाहरी त्रिज्या न चुनें।
  3. निर्दिष्ट करें कि खोपड़ी और मस्तिष्क छवियों के लिए एक स्केल बार की आवश्यकता है या नहीं। स्केल बार यह पुष्टि करने में मदद करते हैं कि मॉडल के आयाम सही हैं।
  4. यदि वांछित हो तो 3 डी प्रिंटिंग के लिए एसटीएल के रूप में मस्तिष्क और खोपड़ी फ़ाइलों को बचाएं (चित्रा 1 डी, जी)।
  5. इसके बाद, मस्तिष्क और क्रैनियोटोमाइज्ड खोपड़ी के साथ एक आंकड़ा प्रदर्शित किया जाएगा। इसका उपयोग लक्षित मस्तिष्क क्षेत्रों तक पहुंच को सत्यापित करने के लिए किया जा सकता है। मस्तिष्क नीले रंग में दर्शाया गया है, और हल्के भूरे रंग में खोपड़ी(चित्रा 2बी,ई).
  6. एसएलटी आकार में कमी को पूरा करने के लिए (एन) चुनें, जो एक ऐसी सुविधा है जिसका उपयोग भविष्य के चरणों के लिए किया जाएगा (नीचे देखें)।
  7. क्रैनियोटॉमी पुनरावृत्ति प्रति अनुभाग 1 और 2 दोहराएं।

3. कपाल कक्ष डिजाइन (चित्रा 3)

  1. कक्ष डिजाइन शुरू करने से पहले, क्रैनियोटॉमी स्थान नियोजन प्रक्रिया का उपयोग करके क्रैनियोटॉमी और क्रैनियोटॉमी त्रिज्या के स्थान की पुष्टि करें।
  2. खोपड़ी और मस्तिष्क अलगाव पूरा होने के बाद, अगला कदम क्रैनियोटॉमी के केंद्र के अंतिम निर्देशांक इनपुट करना होगा। x (धनु), y (अक्षीय), और z (कोरोनल) मान इनपुट करें।
  3. कमांड विंडो अगले आंतरिक और बाहरी त्रिज्या है, जो खोपड़ी के क्षेत्र का निर्धारण कक्ष डिजाइन के लिए साथ काम करने के लिए प्रवेश करने के लिए संकेत देगा. वास्तविक क्रैनियोटॉमी त्रिज्या से छोटा आंतरिक त्रिज्या चुनें (उदाहरण के लिए, 10.0 मिमी के क्रैनियोटॉमी त्रिज्या के लिए 5 मिमी) और चैम्बर स्कर्ट के नियोजित त्रिज्या से बड़ा दूसरा बाहरी त्रिज्या (उदाहरण के लिए, एक कक्ष स्कर्ट के लिए 26 मिमी जिसमें 22 मिमी की त्रिज्या होगी)। यह कक्ष के निर्माण के लिए एक नींव के रूप में एक अंगूठी के आकार की खोपड़ी संरचना प्रदान करेगा।
    नोट: 10 मिमी के क्रैनियोटॉमी त्रिज्या के साथ एक कक्ष डिजाइन करने के लिए, 5 मिमी आंतरिक त्रिज्या चुना गया था। यह क्रैनियोटॉमी किनारे पर खोपड़ी का एक सटीक प्रतिनिधित्व प्रदान करता है, जबकि एक छोटे से पर्याप्त सर्कल को बनाए रखता है कि क्रैनियोटॉमी केंद्र को आसानी से पहचाना जा सकता है जब खोपड़ी का प्रतिनिधित्व डिजाइन सॉफ्टवेयर को निर्यात किया जाता है। 26 मिमी की एक बाहरी त्रिज्या त्रिज्या त्रिज्या 22 मिमी त्रिज्या के एक कक्ष के लिए निकाला गया था ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि अतिरिक्त खोपड़ी क्षेत्र उपलब्ध है। कक्ष के आयामों को प्रयोग की जरूरतों द्वारा स्थापित बाधाओं के साथ विकसित किया गया था। इस चरण में उपयोग की जाने वाली त्रिज्या क्रैनियोटॉमी आकार और चैम्बर स्कर्ट के आकार से निर्धारित की जाएगी, जो पेंच आकार और खोपड़ी पर उपलब्ध स्थान पर निर्भर है।
  4. इंगित करें कि खोपड़ी और मस्तिष्क छवियों के लिए स्केल बार की आवश्यकता है या नहीं।
  5. यदि वांछित है तो मस्तिष्क और खोपड़ी फ़ाइलों को बचाएं।
  6. एक आंकड़ा मस्तिष्क (नीले रंग में) और खोपड़ी क्षेत्र (ग्रे में) के साथ पॉप अप होगा जिसे चुना गया था (चित्रा 3 ए)। कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) सॉफ़्टवेयर में फ़ाइल की आसान हैंडलिंग के लिए चयनित खोपड़ी क्षेत्र पर एक एसटीएल आकार में कमी को लागू करने की आवश्यकता होती है।
  7. एसटीएल आकार में कमी शुरू करने के लिए (वाई) का चयन करें। आकार में कमी एक कम फ़ाइल आकार के साथ एक एसटीएल फ़ाइल बनाएगी जिसे कस्टम हार्डवेयर डिज़ाइन के लिए सीएडी सॉफ़्टवेयर में आसानी से आयात किया जा सकता है।
  8. ओवरले मस्तिष्क और खोपड़ी (चित्रा 3 ए) के साथ आंकड़ा का उपयोग करना, फ़ाइल में कमी के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए खोपड़ी की सतह पर अंक का चयन करने के लिए माउस का उपयोग करें. एक से अधिक बिंदु रखने के लिए शिफ्ट कुंजी को दबाए रखें।
    1. ब्याज के क्षेत्र को कवर करने के लिए अंक रखें, जो इस मामले में चयनित खोपड़ी क्षेत्र है। खोपड़ी (अनुपूरक चित्रा 2) के अधिक सटीक और सटीक प्रतिनिधित्व सुनिश्चित करने के लिए संभव के रूप में करीब एक साथ अंक रखें. कुछ उपयोगकर्ताओं को ~ 20 महत्वपूर्ण अंक का चयन करें और अंतिम उत्पाद के लिए ब्याज के सभी बिंदुओं का चयन करने से पहले अभ्यास के रूप में चैम्बर डिजाइन के बाकी को पूरा करने के लिए पसंद कर सकते हैं.
    2. बिंदुओं का चयन करते समय, चयनित क्षेत्र में अधिक से अधिक अंक रखना सबसे अच्छा है। सामान्य तौर पर, ~ 200 अंक खोपड़ी वक्रता को अच्छी तरह से दर्शाते हैं। मस्तिष्क और खोपड़ी के बीच की सीमा पर जोर देने के लिए चयनित क्षेत्र के किनारों के आसपास अधिक अंक रखें.
      नोट: पूरे क्षेत्र में अंक रखने से पहले एंटर बटन पर क्लिक करने से बचें, क्योंकि इससे कोड समय से पहले प्रगति करेगा, और बिंदु चयन प्रक्रिया को दोहराना होगा।
  9. चयनित खोपड़ी पर अंक रखने समाप्त होने पर एंटर दबाएं। कमांड विंडो में कम फ़ाइल नाम टाइप करें।
  10. कस्टम कक्ष डिजाइन के लिए सीएडी सॉफ्टवेयर में फ़ाइल आयात करें। सीएडी सॉफ्टवेयर खोलकर शुरू करें।
  11. खोलें फ़ाइल > क्लिक करें और निर्देशिका से STL कमी का फ़ाइल नाम चुनें।
    1. खोलें क्लिक करने से पहले, विकल्प बटन क्लिक करें, और इस रूप में आयात करें मेनू में, सरफेस बॉडी क्लिक करें. ठीक क्लिक करें और फिर खोलें.
  12. एक बार एसटीएल आयात हो जाने के बाद, सतह पर छोटे छेदों की जांच करें, जो नीली रेखाओं द्वारा इंगित किए गए हैं। यदि खोपड़ी के क्षेत्र में छेद हैं जो कक्ष (पूरक चित्रा 3) को कवर करेगा, तो चरण 3.19.1 पर फिक्सिंग छेद प्रक्रिया (धारा 6) को पूरा करें।
  13. सीएडी सॉफ्टवेयर में कक्ष के लिए खोपड़ी की सतह को चित्र 3 बी के रूप में देखें। सुनिश्चित करें कि चयनित क्षेत्र के किनारों खोपड़ी प्रतिनिधित्व में दिखाई दे रहे हैं.
  14. क्रैनियोटॉमी के केंद्र का पता लगाने के लिए आयातित सतह के केंद्र में आंतरिक सर्कल की रूपरेखा का पता लगाएं। Insert > Reference Geometry > Plane पर क्लिक करके आंतरिक सर्कल के साथ संरेखित एक प्लेन बनाएं। विमान के लिए संदर्भ बिंदुओं के रूप में आंतरिक सर्कल की परिधि के साथ समान रूप से वितरित तीन बिंदुओं का उपयोग करें।
  15. स्केच टैब में सर्कल आइकन पर क्लिक करके आंतरिक सर्कल के अनुरूप एक सर्कल बनाएं। पिछले चरण से विमान को संदर्भ विमान के रूप में चुनें और किनारे के साथ बिंदुओं की पहचान करें जब तक कि सर्कल पूर्वावलोकन आंतरिक सर्कल रूपरेखा का सटीक प्रतिनिधित्व प्रदान नहीं करता है। बिंदुओं के कई अलग-अलग संयोजनों का परीक्षण करना पड़ सकता है ताकि उन लोगों को ढूंढना पड़े जो आंतरिक सर्कल को सबसे अच्छा फिट करते हैं।
  16. संदर्भ के रूप में वृत्त के साथ, संदर्भ ज्यामिति > बिंदु > सम्मिलित करें पर क्लिक करके वृत्त के मध्य में एक बिंदु बनाएं और आर्क सेंटर विकल्प का उपयोग करें। यह बिंदु क्रैनियोटॉमी के केंद्र का प्रतिनिधित्व करता है।
  17. भविष्य के एक्सट्रूज़न के लिए एक संदर्भ विमान के रूप में, प्रारंभिक विमान के समानांतर एक दूसरा विमान बनाएं और 10 मिमी से ऑफसेट करें। ऑफसेट की दिशा चुनते समय, सुनिश्चित करें कि तीर वस्तु से ऊपर की ओर इशारा कर रहा है।
  18. कक्ष की भीतरी अंगूठी बनाना (चित्रा 3 सी)
    1. एक अक्ष बनाएं जो क्रैनियोटॉमी विमान और ऊपरी विमान दोनों के माध्यम से लंबवत रूप से फैली हुई है, क्लिक करके संदर्भ ज्यामिति >> अक्ष सम्मिलित करें, बिंदु और चेहरा/विमान विकल्प को हाइलाइट करें, और ऊपरी विमान और संदर्भ के रूप में क्रैनियोटॉमी के केंद्र बिंदु का उपयोग करें। इस अक्ष तथा ऊपरी तल के प्रतिच्छेदन पर एक अन्य बिंदु बनाइए।
    2. एक्सट्रूड बॉस/बेस और ऊपरी विमान को सतह के रूप में चुनें जहां से बाहर निकालना है। केंद्र बिंदु (जैसे, 11.35 मिमी और 12.25 मिमी त्रिज्या) के रूप में ऊपरी विमान पर बिंदु के साथ दो संकेंद्रित वृत्त बनाकर आंतरिक रिंग क्रॉस सेक्शन का एक स्केच बनाएं। दिशा मेनू में सतह तक का चयन करें और आयातित सतह को उस सतह के रूप में निर्दिष्ट करें जिस पर बाहर निकालना है।
    3. Insert > Surface > Move/Copy का चयन करके आयातित सरफ़ेस को कॉपी करें और कॉपी की गई सतह को आंतरिक रिंग और स्कर्ट (जैसे, 3.5 मिमी) की ऊँचाई तक बढ़ाएँ। मूव/कॉपी मेनू में अनुवाद विकल्प का उपयोग करें और दोनों विमानों के लंबवत अक्ष के साथ सतह का अनुवाद करें।
    4. ऊपरी तल से कॉपी की गई सतह तक एक गोलाकार एक्सट्रूडेड कट करें। एक्सट्रूडेड कट पर क्लिक करके और एक्सट्रूडेड कट के लिए शुरुआती बिंदु के रूप में आंतरिक रिंग की ऊपरी सतह का चयन करके प्रारंभ करें। कॉपी की गई सतह को समापन बिंदु के रूप में चुनकर एक्सट्रूज़न को पूरा करें.
    5. Insert > Features > Delete/Keep Body टूल का उपयोग करके मूल आयातित सरफ़ेस को हटा दें। व्यू टैब में हाइड/शो टूल के साथ, कॉपी की गई सतह को आंतरिक रिंग को देखने और उसके डिज़ाइन को मान्य करने के लिए छिपाया जा सकता है।
  19. चैम्बर स्कर्ट बनाना (चित्रा 3 डी)
    1. चैम्बर स्कर्ट (जैसे, -1.5 मिमी) की मोटाई से मौजूदा सतह से कम एक दूसरी कॉपी की गई सतह ऑफसेट बनाएं। अनुवाद मेनू में, संदर्भ के बिंदु के रूप में विमानों के लंबवत अक्ष का चयन करें और प्रारंभिक सतह के नीचे नई सतह बनाने के लिए एक ऑफसेट मान चुनें।
      नोट:: ऑफ़सेट दिशा की डिफ़ॉल्ट दिशा के आधार पर, ऑफ़सेट मान सही दिशा में जाने के लिए नकारात्मक के रूप में सेट किया जा करने के लिए पड़ सकता है।
      1. यदि कक्ष कवर करेगा कि क्षेत्र में छेद कर रहे हैं, कक्ष डिजाइन प्रक्रिया के बाकी के साथ जारी रखने से पहले धारा 6 (फिक्सिंग छेद) में उल्लिखित चरणों का पालन करें.
    2. कक्ष के आकार में ऊपरी विमान से निचली सतह तक एक एक्सट्रूज़न करें. एक्सट्रूड बॉस/बेस का चयन करके और ऊपरी विमान को एक्सट्रूज़न प्लेन के रूप में चुनकर प्रारंभ करें.
      1. फिक्सिंग छेद प्रक्रिया से मौजूदा एक्सट्रूज़न को संभालने के लिए चरण 6.2 का पालन करें।
    3. इस विमान पर कक्ष स्कर्ट के आकार को स्केच करें। कक्ष के भीतरी चक्र भीतरी अंगूठी (जैसे, 11.35 मिमी) के छोटे त्रिज्या के रूप में एक ही आकार का एक चक्र बनाओ, ऊपरी विमान पर बिंदु के आसपास यह केंद्र, और चाप और लाइनों का एक संयोजन का उपयोग कर कक्ष स्कर्ट की बाहरी सीमा बनाने स्कर्ट क्षेत्र को अधिकतम करने के लिए. दो सतहों के निचले हिस्से में बाहर निकालें।
      नोट: यदि एक्सट्रूज़न के साथ कोई त्रुटि उत्पन्न होती है, तो संभावना है कि स्केच सतह से अधिक चौड़ा हो। इस मामले में, बाहरी स्कर्ट सीमा के आकार को कम करें।
    4. कक्ष रूपरेखा के आकार में दो कॉपी की गई सतहों के ऊपरी विमान से कटौती को बाहर निकालना।
      1. फिक्सिंग छेद प्रक्रिया से बचे हुए एक्सट्रूज़न के बारे में अतिरिक्त जानकारी के लिए चरण 6.2 देखें।
    5. चैम्बर स्कर्ट और आंतरिक अंगूठी प्रकट करने के लिए, आयातित सतह की शेष दोनों प्रतियों को हटा दें। परिणामी वस्तु चित्रा 3 डी में है कि के समान दिखाई देना चाहिए.
    6. एसटीएल कमी बनाने और इसे आयात करने की प्रक्रिया के दौरान, खोपड़ी का मॉडल प्रतिबिंबित होता है। इसकी भरपाई करने के लिए, परिणामी स्कर्ट को प्रतिबिंबित करने की आवश्यकता है। सुविधाएँ मेनू में, मिरर पर क्लिक करें और ऊपरी तल पर स्कर्ट को मिरर करें। Delete/Keep Body फ़ंक्शन का उपयोग करके मूल स्कर्ट को हटा दें।
  20. चैम्बर टॉप और स्कर्ट का संयोजन (चित्र 3E)
    1. चैम्बर स्कर्ट डिजाइन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सॉफ़्टवेयर में कक्ष शीर्ष एसटीएल फ़ाइल खोलें। फिर, > भाग सम्मिलित करें पर क्लिक करके, मेनू में कस्टम स्कर्ट का चयन करके और भाग को आयात करने के लिए स्क्रीन पर कहीं भी क्लिक करके चैम्बर स्कर्ट को एक भाग के रूप में डालें।
    2. चैम्बर टॉप और स्कर्ट को संरेखित करने के लिए, Insert > Features > Move/Copy पर क्लिक करें। चैम्बर स्कर्ट का चयन करें और मेनू के निचले भाग में बाधा बटन पर क्लिक करें। स्कर्ट की भीतरी अंगूठी और चैम्बर टॉप की आंतरिक सतह को गाढ़ा साथी (पूरक चित्रा 4 ए) के रूप में हाइलाइट करें।
      1. पुष्टि करें कि स्कर्ट के शीर्ष कक्ष शीर्ष के नीचे के साथ गठबंधन किया गया है, और यदि आवश्यक हो तो साथी संरेखण दिशा स्विच.
    3. स्कर्ट को सीधे चैम्बर टॉप के नीचे की ओर अनुवाद करने के लिए मूव/कॉपी का उपयोग करें। यह सही दूरी खोजने के लिए कई पुनरावृत्तियों की आवश्यकता होगी ताकि चैम्बर शीर्ष कक्ष स्कर्ट के नीचे विस्तार न करे और स्कर्ट को बाधित न करे (अनुपूरक चित्रा 4बी, और पूरक चित्रा 5)।
    4. टैब के बीच अंतराल को संरेखित करने के लिए कक्ष के शीर्ष को घुमाएं ताकि एक लंबवत हो और एक मस्तिष्क की मध्य रेखा के समानांतर हो। रोटेशन की धुरी के रूप में ऑब्जेक्ट के केंद्र में रोटेट टूल और मौजूदा अक्ष का उपयोग करें। रोटेशन की डिग्री को तब तक समायोजित करें जब तक कि चैम्बर टॉप और स्कर्ट एक दूसरे के सापेक्ष सही अभिविन्यास में न हों।
    5. कक्ष के शीर्ष के नीचे से सीधे स्कर्ट की ओर नीचे की ओर निकालकर वस्तुओं को एक साथ कनेक्ट करें। एक्सट्रूड बॉस/बेस का उपयोग करें, चैम्बर टॉप की निचली सतह का चयन करें, और इस सतह पर एक ही आंतरिक और बाहरी त्रिज्या के साथ एक स्केच बनाएं, केंद्र बिंदु के रूप में केंद्रीय अक्ष का उपयोग करके। एक्सट्रूज़न दिशा के रूप में शरीर तक चुनें और कक्ष स्कर्ट को इंगित करें।
    6. चैम्बर शीर्ष की सतह से एक extruded कटौती है कि टैब रखती है. एक्सट्रूज़न प्लेन के रूप में उस सतह का चयन करने के बाद, आंतरिक रिंग के समान आंतरिक त्रिज्या के साथ एक सर्कल को स्केच करें. स्केच से बाहर निकलें और एक ब्लाइंड एक्सट्रूडेड कट करें जो चैम्बर स्कर्ट (जैसे, 10 मिमी) के नीचे से आगे निकल जाता है।
    7. चैम्बर स्कर्ट के चारों ओर समान रूप से बारह स्क्रू छेद जोड़ें। पेंच छेद रखें ताकि वे समान रूप से दूरी पर हों, लेकिन यह भी काफी दूर है कि वे सर्जरी के दौरान सुलभ हैं लेकिन अनावश्यक रूप से बड़े कक्ष पदचिह्न से बचने के लिए पर्याप्त करीब हैं।
    8. स्क्रू-होल प्लेसमेंट के लिए होल विज़ार्ड टूल का उपयोग करें। होल विशिष्टता - प्रकार मेनू में पैरामीटर चुनें। पैरामीटर को सर्जिकल आरोपण के दौरान उपयोग किए जाने वाले शिकंजा के साथ संरेखित करना चाहिए (उदाहरण के लिए, मानक: एएनएसआई मीट्रिक, प्रकार: फ्लैट हेड स्क्रू - एएनएसआई बी 18.6.7 एम, आकार: एम 2, फिट: ढीला, न्यूनतम व्यास: 3.20 मिमी, अधिकतम व्यास: 4.00 मिमी, काउंटरसिंक कोण: 90 डिग्री, अंत की स्थिति: सभी के माध्यम से)।
    9. छेद रखना शुरू करने के लिए स्थिति टैब पर क्लिक करें। एक छेद जगह करने के लिए, कक्ष और राइट क्लिक पर एक विमान पर होवर. सभी बारह पेंच छेद रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि वे समान रूप से रखे गए हैं और सुलभ हैं।
    10. अवरोधों के बाद यह (अनुपूरक चित्रा 6 ए) रखा गया है एक पेंच छेद के अंदर रहते हैं, तो छेद पर जगह या छेद के माध्यम से एक ऊपर की ओर extruded कटौती प्रदर्शन करने के लिए निम्न चरणों का उपयोग करने के लिए एक अलग विमान का चयन करें.
      1. शेष विमान के समानांतर एक विमान बनाकर ऊपर की ओर निकाले गए कट को शुरू करें, लेकिन 0.00001 मिमी से नीचे की ओर ऑफसेट करें ताकि विमान सीधे बाधा के नीचे हो।
      2. संदर्भ के रूप में अंतिम चरण में बनाए गए विमान के साथ एक्सट्रूडेड कट करें। आर्क्स और लाइनों के संयोजन का उपयोग करके, उस क्षेत्र के आकार को स्केच करें जिसे हटाने की आवश्यकता है। सुनिश्चित करें कि स्केच में विमान का कोई भी हिस्सा है जो स्क्रू होल (पूरक चित्रा 6बी) के बाहरी त्रिज्या के अंदर है। एक्सट्रूड कट 1 मिमी ऊपर की ओर।
    11. स्क्रू होल रखने के बाद, तेज किनारों को कम करने और अनावश्यक स्कर्ट क्षेत्र को कम करने के लिए स्कर्ट को ट्रिम करें। चैम्बर स्कर्ट (जैसे, 30 मिमी) पिछले नीचे चैम्बर की ऊपरी सतह से एक Extruded कट प्रदर्शन. एक्सट्रूज़न को ऐसे आकार में बनाएं जो किसी भी खुरदरे किनारों को चिकना कर दे और बाहरी स्कर्ट क्षेत्र को ट्रिम कर दे।
      1. सभी तेज किनारों और अतिरिक्त स्कर्ट को हटाने के लिए अतिरिक्त कस्टम कटौती आवश्यक हो सकती है। स्कर्ट के क्षेत्रों संदर्भ विमान के रूप में कक्ष की ऊपरी सतह का उपयोग कर कटौती नहीं किया जा सकता है, एक कोण विमान बनाने के लिए और अतिरिक्त extruded कटौती इस विमान का उपयोग कर.
    12. एक अंतिम कक्ष डिजाइन प्रतिनिधित्व के लिए चित्रा 3 एफ देखें. इस डिजाइन को 3 डी मुद्रित किया जा सकता है और यदि वांछित हो तो एक मॉडल मस्तिष्क और क्रैनियोटोमाइज्ड खोपड़ी पर रखा जा सकता है (चित्र 3जी)।

4. हेडपोस्ट डिजाइन (चित्र 4)

  1. ध्यान दें कि अंतिम रूप से क्रैनियोटॉमी केंद्र स्थान और कक्ष के अधिकतम स्कर्ट क्षेत्र की आवश्यकता हेडपोस्ट डिजाइन के लिए होगी।
  2. कमांड विंडो में ज्ञात क्रैनियोटॉमी निर्देशांक (एक्स, वाई, और जेड मान) इनपुट करें।
  3. हेडपोस्ट डिजाइन के लिए, खोपड़ी पर क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करने के लिए केवल एक त्रिज्या की आवश्यकता होती है जो कक्ष के आसपास उपलब्ध है। इस चरण में, पिछले अनुभाग (जैसे, 25 मिमी) में डिज़ाइन किया गया था कि कक्ष की अधिकतम त्रिज्या दर्ज करें. अगला, इंगित करें कि कोई बाहरी त्रिज्या की आवश्यकता नहीं है।
  4. यह इंगित करने के लिए कमांड विंडो का उपयोग करें कि आयामों की पुष्टि करने के लिए स्केल पट्टियों की आवश्यकता है या नहीं।
  5. पिछले अनुभागों के समान, 3 डी प्रिंटिंग के लिए आवश्यक होने पर मस्तिष्क और खोपड़ी एसटीएल फ़ाइलों को बचाएं।
    प्रदर्शित होने वाला अगला आंकड़ा खोपड़ी के क्षेत्र को दिखाएगा जो हेडपोस्ट पदचिह्न के निर्माण के लिए कक्ष को घेरता है। डिजाइन सॉफ्टवेयर में आयात किए जाने वाले एसटीएल आकार में कमी का उपयोग करके इस क्षेत्र को निकालें।
  6. यह इंगित करने के लिए (y) चुनें कि STL आकार में कमी वांछित है। मस्तिष्क (नीले रंग में) और खोपड़ी (ग्रे में) के साथ आकृति पर अंक का चयन करें एक साथ ओवरले. सुनिश्चित करें कि अंक संभव के रूप में एक साथ के रूप में करीब के रूप में और समान रूप से ग्रे खोपड़ी क्षेत्र (अनुपूरक चित्रा 7 ए) भर में वितरित कर रहे हैं. बिंदु चयन प्रक्रिया पर अधिक जानकारी के लिए, चरण 3.8 देखें।
  7. ग्रे खोपड़ी क्षेत्र को कवर करने के लिए बिंदु चयन पूरा करने के बाद एंटर दबाएं जहां हेडपोस्ट बैठेगा। कमांड विंडो में डाउनलोड की गई कम फ़ाइल के लिए फ़ाइल नाम इंगित करें।
  8. कस्टम हेडपोस्ट पदचिह्न डिजाइन करने के लिए कम की गई फ़ाइल को CAD सॉफ़्टवेयर में आयात करें। सुनिश्चित करें कि फ़ाइल सरफेस बॉडी के रूप में आयात की जा रही है।
  9. फ़ाइल आयात करने के बाद, नीली रेखाओं द्वारा इंगित सतह में छेद की जांच करें। यदि सामान्य क्षेत्र में छेद हैं जो हेडपोस्ट को कवर करेगा, तो फिक्सिंग छेद प्रक्रिया (धारा 6) को चरण 4.11 में पूरा करने की आवश्यकता होगी।
  10. हेडपोस्ट डिजाइन का पहला कदम सतह पर एक विमान ढूंढना है जो अक्षीय विमान के साथ संरेखित होता है ताकि जब हेडपोस्ट ऊपर और नीचे संयुक्त हो, तो हेडपोस्ट शीर्ष खोपड़ी (पूरक चित्रा 7 बी, सी) के लंबवत हो। यदि एक विमान जो सीधे अक्षीय विमान के साथ संरेखित होता है, खोपड़ी की सतह पर नहीं पाया जा सकता है, तो सतह पर मौजूदा विमान का उपयोग करके एक नया विमान बनाएं और इसे ठीक से संरेखित करने के लिए घुमाएं। यह एक भौतिक 3 डी खोपड़ी मॉडल है कि आभासी खोपड़ी प्रतिनिधित्व की तुलना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है के लिए उपयोगी है.
    1. इस कदम को एक हेडपोस्ट टॉप बनाने के लिए कई बार संशोधित करना पड़ सकता है जो सीधे खोपड़ी के लंबवत है। हेडपोस्ट पदचिह्न के संबंध में हेडपोस्ट टॉप के कोण को बदलने के लिए, इस चरण में उपयोग किए गए विमान को संशोधित करें। अक्षीय विमान के समानांतर बैठने वाले को खोजने के लिए कुछ विमानों का परीक्षण करना पड़ सकता है।
  11. सतह से 3 मिमी ऊपर एक समानांतर विमान बनाने के लिए पिछले चरण में पाए गए या बनाए गए विमान का उपयोग करें जो हेडपोस्ट टॉप के उन्मुखीकरण के लिए एक संदर्भ प्रदान करेगा।
    1. हेडपोस्ट क्षेत्र में उत्पन्न होने वाले अंतराल के साथ धारा 6 में उल्लिखित फिक्सिंग छेद प्रक्रिया को पूरा करें।
  12. हेडपोस्ट बॉटम बनाना (चित्र 4C)
    1. एक्सट्रूड बॉस/बेस पर क्लिक करें, नए विमान का चयन करें, और आर्क्स और लाइनों के संयोजन का उपयोग करके हेडपोस्ट पदचिह्न का एक स्केच बनाएं। समान लंबाई के हेडपोस्ट पैर और उनके बीच के कोण सर्वांगसम बनाएं (चित्र 4क में उदाहरण देखें)। पदचिह्न के चारों ओर चिकनी किनारों को सुनिश्चित करने के लिए हेडपोस्ट के पैरों को जोड़ने के लिए आर्क्स का उपयोग करें और स्केच को आयातित सतह पर बाहर निकालें।
      नोट: हेडपोस्ट पैरों की संख्या कक्ष के आसपास उपलब्ध स्थान पर निर्भर करेगी। हालांकि, उचित यांत्रिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए हेडपोस्ट में कम से कम तीन पैर होने चाहिए।
      1. फिक्सिंग छेद प्रक्रिया से मौजूदा एक्सट्रूज़न के आसपास आकर्षित करने के निर्देशों के लिए चरण 6.2 देखें।
    2. इस बिंदु पर, हेडपोस्ट की निचली सतह यह पुष्टि करने के लिए उपलब्ध है कि सतह खोपड़ी की वक्रता से मेल खाती है। यदि फिट की जांच करने के लिए 3 डी प्रिंटिंग वांछित है, तो निम्नलिखित चार चरणों को पूरा करें।
      1. आयातित सतह बॉडी को हटा दें। चरण 4.10 में बनाए गए विमान में पदचिह्न को मिरर करें। मिरर मेनू में, पुष्टि करें कि मर्ज सॉलिड्स बॉक्स अनचेक किया गया है।
      2. पदचिह्न खोपड़ी वक्रता से मेल खाता है सत्यापित करने के लिए, मूल पदचिह्न को हटाने के लिए Delete/Keep Body का उपयोग करें, केवल प्रतिबिंबित संस्करण को छोड़कर।
      3. 3 डी ऑब्जेक्ट को एसटीएल के रूप में प्रिंट करें और इसे 3 डी खोपड़ी मॉडल पर शारीरिक रूप से परीक्षण करने के लिए रखें कि क्या यह खोपड़ी वक्रता से मेल खाता है।
      4. हेडपोस्ट डिज़ाइन जारी रखने के लिए, पिछले दो चरणों (मिररिंग और डिलीटिंग) को पूर्ववत करने के लिए टूलबार के शीर्ष पर पूर्ववत् करें तीर का उपयोग करें। यह मूल पदचिह्न और सतह शरीर को बहाल करना चाहिए।
    3. पदचिह्न पर सपाट सतह के केंद्र में एक बिंदु बनाएं। इस बिंदु और ऊपरी संदर्भ विमान का उपयोग करके एक अक्ष बनाएं।
    4. मूव/कॉपी टूल पर क्लिक करें और आयातित सतह की एक कॉपी बनाएं, जो हेडपोस्ट बॉटम की मोटाई तक बढ़ी हुई है (जैसे, 1.35 मिमी)। इस चरण में बनाए गए अक्ष का उपयोग ट्रांसलेशनल संदर्भ के रूप में करें और सत्यापित करें कि मूल सतह को संशोधित होने से रोकने के लिए कॉपी बॉक्स चेक किया गया है।
    5. हेडपोस्ट पदचिह्न की सपाट सतह से कॉपी की गई (उठी हुई) सतह तक एक एक्सट्रूडेड कट करें। मूल सतह और उसकी प्रतिलिपि हटाएँ. परिणामी भाग चित्रा 4 बी में देखा जा सकता है।
      1. फिक्सिंग छेद प्रक्रिया से मौजूदा extrusions के लिए कदम 6.3 का पालन करें.
    6. संदर्भ विमान के समानांतर एक नया विमान बनाएं, लेकिन हेडपोस्ट तल से कम से कम 1 मिमी ऊपर मंडराने के लिए ऊपर या नीचे अनुवादित करें। अनुवाद की लंबाई निर्धारित करने के लिए, मूल्यांकन टैब में माप उपकरण का उपयोग करें । एक प्लेटफॉर्म बनाने के लिए नए प्लेन से हेडपोस्ट बॉटम तक एक गोलाकार एक्सट्रूज़न बनाएं जहां हेडपोस्ट टॉप का आधार बैठेगा और सुनिश्चित करें कि प्लेटफॉर्म खोपड़ी की मिडलाइन के आसपास केंद्रित है।
    7. एक्सट्रूज़न और हेडपोस्ट पदचिह्न के बीच चौराहे को सुचारू करने के लिए सुविधाएँ मेनू में पट्टिका उपकरण का उपयोग करें। असममित पैरामीटर का उपयोग करके विभिन्न त्रिज्या मानों का परीक्षण करें और संभव सबसे बड़े त्रिज्या मान चुनें।
    8. इस बिंदु पर, वर्तमान संस्करण को 3 डी प्रिंट करके हेडपोस्ट टॉप प्लेटफॉर्म की नियुक्ति को सत्यापित करें और खोपड़ी मॉडल के खिलाफ इसका परीक्षण करें।
    9. उसी तकनीक का उपयोग करके हेडपोस्ट तल के साथ पेंच छेद रखें जैसा कि कक्ष पेंच छेद (चरण 3.20.7) के लिए उपयोग किया गया था। प्रत्येक हेडपोस्ट पैर पर कम से कम तीन स्क्रू छेद जोड़ें। सुनिश्चित करें कि प्रत्येक स्क्रू होल का केंद्र बिंदु अगले छेद के केंद्र से कम से कम 5 मिमी है, और प्रत्येक छेद के किनारे पैर के किनारे से कम से कम 2.5 मिमी दूर हैं।
      1. खोपड़ी के नीचे और मिडलाइन के पास चलने वाली रक्त वाहिकाओं से बचने के लिए, पुष्टि करें कि स्क्रू छेद मिडलाइन को पार नहीं करते हैं और यदि आवश्यक हो तो उन्हें स्थानांतरित करें। उत्पाद चित्रा 4 सी में डिजाइन के समान दिखना चाहिए।
    10. मिरर उपकरण का उपयोग कर भाग मिरर कि खोपड़ी की सतह के आयात के दौरान होता है के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए. दर्पण तल के रूप में वृत्ताकार आधार के शीर्ष का उपयोग करें।
    11. Delete/Keep Body सुविधा का उपयोग करके मूल भाग को हटा दें ताकि केवल प्रतिबिंबित संस्करण ही बना रहे।
  13. हेडपोस्ट ऊपर और नीचे (चित्रा 4 डी) का संयोजन
    1. इन्सर्ट मेनू से एक भाग के रूप में हेडपोस्ट टॉप आयात करें। मेनू में भाग हाइलाइट हो जाने के बाद, भाग जोड़ने के लिए स्क्रीन पर कहीं भी क्लिक करें।
    2. मूव/कॉपी फ़ंक्शन का उपयोग करके, हेडपोस्ट को ऊपर और नीचे संरेखित करें। हेडपोस्ट टॉप को बॉडी टू मूव के रूप में निर्दिष्ट करके प्रारंभ करें। फिर, बाधा मेनू में निम्नलिखित तीन साथी बनाएं:
      1. सुनिश्चित करें कि गोलाकार हेडपोस्ट प्लेटफॉर्म की ऊपरी सतह और हेडपोस्ट की निचली सतह संयोग से संभोग करती है।
      2. सुनिश्चित करें कि अंतिम साथी जोड़ी में सतहों के रेखांकित किनारों को ध्यान से मिलाया गया है।
      3. हेडपोस्ट के पिछले पैर के साथ लंबवत रूप से जाने वाली एक रेखा और हेडपोस्ट टॉप (फ्लैट साइड) के पीछे क्षैतिज रूप से चलने वाली एक रेखा को लंबवत रूप से मेट करें। सुनिश्चित करें कि शीर्ष का घुमावदार चेहरा आगे (पूर्वकाल) का सामना कर रहा है और सपाट चेहरा हेडपोस्ट (पीछे) के पिछले पैर के करीब है।
      4. पुष्टि करें कि प्रत्येक कनेक्शन सही दिशा में है और यदि आवश्यक हो तो मेनू में संभोग दिशाओं को स्विच करें (साथियों के उदाहरण के लिए पूरक चित्र 8 देखें)।
        नोट: कस्टम हेडपोस्ट बॉटम और टॉप के संयोजन की प्रक्रिया एक सामान्य हेडपोस्ट टॉप का उपयोग करती है जिसे सीएडी सॉफ्टवेयर का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया था। यहां, शीर्ष भाग को क्रिस्ट इंस्ट्रूमेंट के हेडपोस्ट के आधार पर डिज़ाइन किया गया है। ऊपर उल्लिखित संभोग प्रक्रिया इन भागों के लिए विशिष्ट है और यदि विभिन्न संभोग भागों का उपयोग किया जाता है तो इसे समायोजित करना पड़ सकता है।
    3. सुनिश्चित करें कि संयुक्त हेडपोस्ट ऊपर और नीचे चित्रा 4 डी की तरह दिखता है।
      1. यदि हेडपोस्ट शीर्ष ठीक से संरेखित नहीं है, तो चरण 4.11 में उपयोग किए गए संदर्भ विमान को संशोधित करें।

5. कृत्रिम ड्यूरा निर्माण 11 (चित्रा 5)

  1. कृत्रिम ड्यूरा मोल्ड (चित्रा 5 बी) प्राप्त करें।
  2. सिलिकॉन KE1300-T और CAT-1300 को 10:1 के अनुपात में मिलाकर कृत्रिम ड्यूरा सिलिकॉन मिश्रण बनाएं।
  3. मोल्ड के केंद्र में सिलेंडर की ऊपरी सतह पर मिश्रण के 1 एमएल डालो।
  4. हवा के बुलबुले को रोकने के लिए, लगभग 15 मिनट के लिए एक वैक्यूम कक्ष में ढालना जगह है.
  5. मोल्ड की दूसरी परत जोड़ें, टुकड़े के संरेखण का मार्गदर्शन करने के लिए सिलेंडर के दोनों ओर पदों का उपयोग करके।
  6. मोल्ड में सिलिकॉन मिश्रण के 3-4 एमएल डालो और मोल्ड के शीर्ष पर स्पष्ट ऐक्रेलिक टुकड़ा रखें (चित्रा 5ए)। मोल्ड को एक साथ जकड़ने के लिए सी-क्लैंप का उपयोग करें।
  7. ऑप्टिकल खिड़की में हवा बुलबुले के लिए जाँच करें और उन्हें एक वैक्यूम कक्ष के साथ आवश्यक के रूप में हटा दें.
  8. कमरे के तापमान पर रात भर परिणामी संरचना का इलाज करें। बचे हुए हवा के बुलबुले को दबाव के माध्यम से हटा दिया जाता है जब मोल्ड इलाज से पहले क्लैंप हो जाता है।
  9. प्रत्येक मोल्डिंग भाग को हटाकर और सिलिकॉन ड्यूरा को ध्यान से हटाकर इलाज के बाद जुदा करें।

6. छेद प्रक्रिया को ठीक करना

  1. फिक्सिंग छेद प्रक्रिया प्रदर्शन अगर छेद खोपड़ी प्रतिनिधित्व (सीएडी सॉफ्टवेयर में नीली लाइनों द्वारा इंगित) पर पाया गया है. निचली सतहों (सतह जो एक्सट्रूज़न को समाप्त कर देगी) के निर्माण के बाद निम्न चरणों को पूरा करें। कक्ष के लिए, यह चरण 3.19 का अनुसरण कर रहा है। हेडपोस्ट के लिए, चरण 4.12 पूरा होने के बाद इस प्रक्रिया को शुरू करें।
    1. निचली सतह के अलावा किसी भी सतह या एक्सट्रूज़न को छुपाएं ताकि निचली सतह को स्वतंत्र रूप से देखा जा सके।
    2. प्रत्येक चेहरे पर एक प्लानर सतह बनाने के लिए > सरफेस > प्लानर का उपयोग करें जो अंतराल के संपर्क में है, साथ ही यदि लागू हो तो अंतराल पर भी। एक सतह निर्दिष्ट करने के लिए, प्रत्येक किनारे को एक बाउंडिंग इकाई के रूप में चुनें।
    3. प्लानर सतहों को तब तक बनाएं जब तक कि प्रत्येक अंतर को घेर न लिया जाए, जिसमें अंतराल के कोने और लाइनों के किनारे शामिल हों।
    4. क्लिक करें > सतह डालें > बुनना और अंतराल के आसपास के प्रत्येक प्लानर सतह का चयन करें। बुना हुआ सतहों का एक दृश्य के लिए अनुपूरक चित्रा 9A देखें.
    5. संदर्भ प्रकार के रूप में बिंदु और चेहरा/विमान चुनकर बुना हुआ सतह के किनारे के साथ प्रत्येक बिंदु पर एक संदर्भ अक्ष बनाएं और सतह और ऊपरी विमान के किनारे पर एक बिंदु का चयन करें। बुना हुआ सतह (अनुपूरक चित्रा 9 बी) के किनारे पर हर बिंदु के लिए दोहराएँ.
    6. ऊपरी संदर्भ विमान के साथ बुना हुआ सतह के चारों ओर प्रत्येक अक्ष के चौराहे पर एक बिंदु बनाएँ. संदर्भ प्रकार के रूप में प्रतिच्छेदन चुनें और एक अक्ष और ऊपरी तल का चयन करें। सुनिश्चित करें कि एक बिंदु बनाया गया है जो प्रत्येक अक्ष से मेल खाता है।
    7. एक स्केच बनाएं जो पिछले चरण में किए गए प्रत्येक संदर्भ बिंदु को जोड़ता है। दिशा के लिए सतह तक चुनें और बुना हुआ सतह को बाहर निकालना सतह के रूप में चुनें।
    8. कक्ष या हेडपोस्ट को कवर करने वाले क्षेत्र में सभी अंतराल के लिए चरण 6.1.2-6.1.7 दोहराएं (फिक्सिंग छेद प्रक्रिया के अंतिम परिणाम के लिए पूरक चित्रा 9 सी देखें)।
  2. ऊपरी संदर्भ विमान से सबसे कम सतह (चरण 3.19.2 या चरण 4.12.1) तक एक्सट्रूज़न करते समय, सुनिश्चित करें कि कक्ष/हेडपोस्ट रूपरेखा मौजूदा एक्सट्रूज़न के आसपास खींची गई है.
  3. इसी तरह, ऊपरी विमान से दो सतहों (चरण 3.19.4 या चरण 4.12.5) के उच्च करने के लिए extruded कटौती प्रदर्शन करते समय, फिक्सिंग छेद प्रक्रिया (अनुपूरक चित्रा 10A) से उत्पन्न extrusions से अलग से मुख्य extruded कटौती प्रदर्शन.
    1. फिक्सिंग छेद से extruded कटौती प्रदर्शन करने के लिए, चैम्बर या headpost (अनुपूरक चित्रा 10B) के लिए एक चिकनी शीर्ष सतह प्रदान करता है कि उठाया सतह पर एक विमान के लिए मौजूदा extrusions के ऊपरी सतह बाहर निकालना. यदि एक्सट्रूडेड कट एक कठोर सतह बनाता है, तो एक अलग विमान का उपयोग करें या बाद के एक्सट्रूज़न करें।

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Representative Results

इन घटकों को पहले एमआरआई विज़ुअलाइज़ेशन और 3 डी-मुद्रित शारीरिक मॉडल के संयोजन का उपयोग करके मान्य किया गया था। क्रैनियोटॉमी के स्थान पर 3 डी प्रिंटेड क्रैनियोटॉमी और एमआरआई के लिए स्वचालित क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन की तुलना करके, यह स्पष्ट है कि वर्चुअल क्रैनियोटॉमी प्रतिनिधित्व मस्तिष्क के क्षेत्र को सटीक रूप से दर्शाता है जिसे निर्दिष्ट क्रैनियोटॉमी स्थान(चित्रा 2ए-एफ)के साथ एक्सेस किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, स्वचालित क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन की सटीकता का मूल्यांकन आरोपण सर्जरी (चित्रा 2ई, जी) से मौजूदा क्रैनियोटॉमी के आभासी प्रतिनिधित्व की तुलना करके किया गया था। 3 डी प्रिंटेड मॉडल, स्वचालित विज़ुअलाइज़ेशन, एमआरआई और वास्तविक क्रैनियोटॉमी एक ही क्षेत्र को उजागर करते हैं, एक ही स्थान पर और आनुपातिक स्थिरता के साथ प्रमुख सल्सी दिखाते हैं। मस्तिष्क और खोपड़ी अलगाव और बाद में क्रैनियोटॉमी दृश्य की प्रक्रिया को पूरा करने के लिए 15 मिनट से कम समय लगता है, जिससे कई स्थानों को 1 घंटे से कम समय में परीक्षण किया जा सकता है।

मस्तिष्क अलगाव प्रक्रिया की प्रभावकारिता की पुष्टि क्रैनियोटॉमी स्थान (चित्रा 2बी, सी, ई, एफ) के एमआरआई प्रतिनिधित्व के लिए आभासी क्रैनियोटॉमी की तुलना करके की गई थी। समानताओं ने संकेत दिया कि मस्तिष्क अलगाव प्रक्रिया में मस्तिष्क पर शारीरिक संरचनाओं के सही आकार, स्थान और आकार का प्रतिनिधित्व करने की क्षमता है, जिन्हें लक्षित किया जा रहा है, जैसे कि सल्सी।

संयुक्त 3 डी मुद्रित मस्तिष्क और खोपड़ी कक्ष और हेडपोस्ट डिजाइन को मान्य करने के लिए एक शारीरिक रूप से सटीक मॉडल के रूप में इस्तेमाल किया गया था। टाइटेनियम भागों में निवेश करने से पहले, कक्ष और हेडपोस्ट प्लास्टिक में 3 डी मुद्रित थे। यह पुष्टि की गई थी कि प्रत्यारोपण खोपड़ी में फिट होते हैं और वे एक दूसरे के साथ अतिव्यापी नहीं थे या महत्वपूर्ण शारीरिक मार्करों में बाधा नहीं डाल रहे थे। चैम्बर और हेडपोस्ट डिजाइन प्रक्रिया ने घटकों का उत्पादन किया जो खोपड़ी की वक्रता से मेल खाते थे (चित्र 3जी, मैं, चित्र 4ई, चित्र 6, चित्र 7)। कृत्रिम ड्यूरा को आरोपण के दौरान किए गए समायोजन के लिए खाते में एक मामूली अंतर के साथ कक्ष की आंतरिक दीवारों से सटे फिट होने की भी पुष्टि की गई थी। कस्टम कक्षों को दो मकाक में प्रत्यारोपित किया गया था। पिछले कक्ष डिजाइन विधियों9 के विपरीत, हर पेंच है कि डाला जा करने का प्रयास किया गया था में खराब किया जा करने में सक्षम था. यह एमआरआई वक्रता सन्निकटन9(चित्रा 6ए-एफ)से डिजाइन किए गए कक्ष की तुलना में कस्टम फिट के साथ कक्ष और खोपड़ी के बीच अंतराल की भारी कमी के कारण है। एक कस्टम-फिट कक्ष को 2 साल से अधिक समय से प्रत्यारोपित किया गया है, और दूसरा डेढ़ साल से। उचित रखरखाव के साथ, कोई पेंच हानि, संक्रमण, या स्थिरता के मुद्दे नहीं हैं जो इन प्रत्यारोपण(चित्रा 3I)के कारण उत्पन्न हुए हैं।

कस्टम हेडपोस्ट और चैम्बर डिज़ाइन प्रक्रियाएं सर्जरी के दौरान मैन्युअल समायोजन की आवश्यकता को रोकती हैं, जो अन्यथा सर्जरी की अवधि में घंटे जोड़ सकती हैं। इन तकनीकों को भी 1-2 मिमी अंतराल है कि वक्रतासन्निकटन 29 से परिणाम कमी, बेहतर प्रत्यारोपण स्वास्थ्य को बढ़ावा देने और प्रयोगात्मक परिणामों में सुधार. शोधन प्रत्यारोपण के साथ जटिलताओं को रोकते हैं और प्रत्यारोपण दीर्घायु का विस्तार करते हैं, इसलिए पशु कल्याण में भी सुधार करते हैं।

Figure 1
चित्रा 1: मस्तिष्क और खोपड़ी अलगाव। (ए) स्तरित चुंबकीय अनुनाद छवि (एमआरआई) कोरोनल स्लाइस। (बी) खोपड़ी थ्रेसहोल्डिंग से स्तरित बाइनरी मुखौटा। (सी) एक उल्टे बाइनरी मास्क से पृथक खोपड़ी के स्तरित स्लाइस। (डी) 3 डी खोपड़ी का पुनर्निर्माण किया। (ई) मस्तिष्क थ्रेसहोल्डिंग से स्तरित बाइनरी मुखौटा। (एफ) पृथक मस्तिष्क के स्तरित एमआरआई स्लाइस। (जी) 3 डी मस्तिष्क का पुनर्निर्माण किया। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: क्रैनियोटॉमी योजना। (ए) बंदर बी के लिए 3 डी मुद्रित मस्तिष्क और खोपड़ी मॉडल के साथ क्रैनियोटॉमी दृश्य। (बी) बंदर बी के लिए कम्प्यूटेशनल सॉफ्टवेयर में क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन। (सी) बंदर बी के लिए चुंबकीय अनुनाद (एमआर) छवि में क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन (डी) बंदर एच के लिए 3 डी मुद्रित मस्तिष्क और खोपड़ी मॉडल के साथ क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन। (ई) बंदर एच के लिए कम्प्यूटेशनल सॉफ्टवेयर में क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन (एफ) बंदर एच के लिए चुंबकीय अनुनाद (एमआर) छवि में क्रैनियोटॉमी दृश्य। (जी) बंदर एच में क्रैनियोटॉमी की छवि। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: चैंबर प्रत्यारोपण डिजाइन। (ए) खोपड़ी क्षेत्र (ग्रे) एसटीएल संकल्प में कमी के लिए इस्तेमाल किया। (बी) सॉलिडवर्क्स में खोपड़ी एसटीएल रिज़ॉल्यूशन में कमी। (सी) चैंबर इनर रिंग, हाइलाइट किया गया। (डी) सॉलिडवर्क्स में चैंबर स्कर्ट डिजाइन। (ई) चैम्बर स्कर्ट और टॉप को जोड़ना। (च) सॉलिडवर्क्स में चैंबर एसटीएल। (जी) 3 डी मुद्रित मस्तिष्क, खोपड़ी और कक्ष। (एच) टाइटेनियम कक्ष। (I) बंदर एच में प्रत्यारोपित कक्ष कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: हेडपोस्ट डिजाइन। (ए) खोपड़ी एसटीएल संकल्प में कमी पर हेडपोस्ट नीचे की रूपरेखा। (बी) कस्टम-फिट हेडपोस्ट पदचिह्न। (सी) हेडपोस्ट नीचे। (डी) सॉलिडवर्क्स में हेडपोस्ट डिजाइन। (ई) खोपड़ी पर 3 डी मुद्रित headpost. (च) टाइटेनियम मुख्यालय कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: कृत्रिम ड्यूरा निर्माण। (ए) मोल्ड का उपयोग करके सिलिकॉन मिश्रण का क्लैंपिंग। (b) कृत्रिम ड्यूरा इस आंकड़े को ग्रिग्स एट अल.11से अनुमति के साथ अनुकूलित किया गया है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: कस्टम-फिट बनाम खोपड़ी वक्रता फिट कक्ष। एक (ए) पूर्वकाल दृश्य, (बी) साइड व्यू, और (सी) पीछे के दृश्य से खोपड़ी9 पर एमआरआई वक्रता अनुमानों से डिज़ाइन किया गया चैंबर। एक (डी) पूर्वकाल दृश्य, (ई) पक्ष दृश्य, और (एफ) पीछे के दृश्य से कस्टम डिजाइन कक्ष। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्रा 7: कक्ष, हेडपोस्ट, और मढ़ा मस्तिष्क और खोपड़ी पर कृत्रिम ड्यूरा कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक चित्रा 1: थ्रेसहोल्डिंग और क्रैनियोटॉमी स्थान योजना। (ए) एक उपयुक्त सीमा के साथ उदाहरण बाइनरी मास्क। (बी) क्रैनियोटॉमी स्थान की पहचान करने के लिए एमआरआई पर कोरोनल स्लाइस। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 2: कक्ष डिजाइन के लिए MATLAB में STL फ़ाइल कमी की प्रक्रिया। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 3: खोपड़ी एसटीएल संकल्प में कमी में एक छेद का दृश्य प्रतिनिधित्व। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 4: चैंबर स्कर्ट सॉफ्टवेयर स्क्रीनशॉट। (ए) चैम्बर स्कर्ट की भीतरी अंगूठी और चैम्बर टॉप की आंतरिक सतह संकेंद्रित साथी के रूप में। (बी) चैम्बर स्कर्ट को नीचे की ओर अनुवाद करना। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 5: चैंबर स्कर्ट और चैम्बर टॉप के साथ और बिना ओवरलैप के। (ए) चैम्बर स्कर्ट और चैम्बर टॉप के बीच ओवरलैप का अंडर-व्यू उदाहरण (चैम्बर स्कर्ट की निचली सतह को संशोधित करता है)। (बी) चैम्बर स्कर्ट और चैम्बर टॉप के बीच कोई ओवरलैप नहीं होने का उदाहरण। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 6: पेंच छेद में बाधा डालने वाले विमान और अवरोध का उन्मूलन। (ए) स्क्रू होल प्लेसमेंट के बाद स्क्रू होल में बाधा डालने वाले विमानों का उदाहरण। (बी) पेंच छेद के अंदर सतहों को खत्म करने के लिए एक्सट्रूडेड कट की रूपरेखा। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 7: बिंदु चयन और खोपड़ी के अक्षीय विमान. (क) हेडपोस्ट डिजाइन के लिए बिंदु चयन। (बी) खोपड़ी के अक्षीय विमान के समानांतर विमान का ऊपरी दृश्य। (सी) खोपड़ी के अक्षीय विमान के समानांतर विमान का साइड व्यू। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्र 8: साथियों का उदाहरण। (ए) पहला साथी - गोलाकार हेडपोस्ट प्लेटफॉर्म की ऊपरी सतह और हेडपोस्ट टॉप की निचली सतह संकेंद्रित साथी के रूप में। (बी) दूसरा साथी - गोलाकार हेडपोस्ट प्लेटफॉर्म की ऊपरी सतह का किनारा और हेडपोस्ट टॉप की निचली सतह का किनारा संकेंद्रित साथी के रूप में। (सी) तीसरा साथी - हेडपोस्ट के पिछले पैर के साथ लंबवत रूप से जाने वाली एक रेखा और लंबवत साथी के रूप में हेडपोस्ट टॉप के पीछे क्षैतिज रूप से चलने वाली रेखा। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्र 9: छेद प्रक्रिया को ठीक करना। (ए) आयातित सतह में अंतर के आसपास बुना हुआ सतहों। (बी) बुना हुआ सतह के किनारे पर प्रत्येक बिंदु पर अक्ष। (सी) छेद प्रक्रिया फिक्सिंग का अंतिम परिणाम। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 10: एक्सट्रूडेड कट करना। (ए) छेद प्रक्रिया को ठीक करने से एक्सट्रूडेड कट के आसपास एक्सट्रूज़न। (बी) उदाहरण कक्ष तल की ऊपरी सतह पर एक विमान के लिए निकाले गए कटौती। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 1: प्रोटोकॉल के लिए कोडिंग फ़ाइलें। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

यह पत्र न्यूरोसर्जिकल योजना की एक सीधी और सटीक विधि की रूपरेखा तैयार करता है जो न केवल एनएचपी कपाल खिड़की आरोपण के लिए उपयोग किए जाने वाले घटकों के विकास के लिए फायदेमंद है, बल्कि एनएचपी तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान 13,15,25के अन्य क्षेत्रों में भी हस्तांतरणीय है। एनएचपी प्रत्यारोपण योजना और डिजाइन 25,29,30 के अन्य मौजूदा तरीकों की तुलना में, इस प्रक्रिया में अधिक तंत्रिका विज्ञान प्रयोगशालाओं द्वारा अपनाया जा सकता है क्योंकि यह सरल और किफायती है। सीटी आमतौर परखोपड़ी मॉडलिंग 32,38 के लिए प्रयोग किया जाता है, इस प्रोटोकॉल केवल एमआरआई स्कैन का उपयोग कर मस्तिष्क और खोपड़ी दोनों के लिए पर्याप्त मॉडलिंग विस्तार प्रदान करता है. मौजूदा तरीकों मस्तिष्क और खोपड़ी अलगाव30,32,33 के लिए एमआरआई और सीटी स्कैन दोनों की आवश्यकता होती है, जबकि इस विधि अतिरिक्त लागत और सीटी इमेजिंग की चुनौतियों को समाप्त. एक अतिरिक्त लाभ यह है कि इस मॉडल को एमआरआई और सीटी स्कैन के संरेखण की आवश्यकता नहीं है, महत्वपूर्ण समय की बचत और खराब संरेखण39 से जुड़े मुद्दों को रोकना। एक एकल इमेजिंग फ़ाइल से मस्तिष्क और खोपड़ी दोनों मॉडल उत्पन्न करना क्रैनियोटॉमी विज़ुअलाइज़ेशन के लिए आसानी से संयुक्त अत्यधिक संगत मॉडल का उत्पादन करता है। यह सुविधा पुनरावृत्त क्रैनियोटॉमी परीक्षण प्रक्रियाओं के लिए विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि अलग-अलग कार्यक्रमों30,33 से फ़ाइलों को संयोजित और संरेखित करने के बजाय, दोनों मॉडल एक इनपुट फ़ाइल से एक सॉफ्टवेयर में उत्पन्न होते हैं और सेकंड के भीतर स्वचालित रूप से प्रदर्शित होते हैं। यह मस्तिष्क और खोपड़ी मॉडलिंग सटीकता की कुशल पुष्टि के लिए अनुमति देता है और यह सुनिश्चित करता है कि प्रत्यारोपण विवो में खोपड़ी वक्रता से मेल खाएगा। यह भी पहले से इष्टतम क्रैनियोटॉमी स्थान35 निर्धारित करने के लिए आवश्यक खोपड़ी के पुनरावृत्त 3 डी मुद्रण को समाप्त करता है, इस प्रकार प्रति पुनरावृत्ति मुद्रण के दसियों घंटे की बचत होती है। हमारी सॉफ्टवेयर-आधारित तकनीक, तुलनात्मक रूप से, प्रत्येक क्रैनियोटॉमी पुनरावृत्ति उत्पन्न करने में लगभग 10-15 मिनट लगते हैं।

ललाट, पार्श्विका, और लौकिक खोपड़ी क्षेत्रों, साथ ही अन्य खोपड़ी सुविधाओं के सापेक्ष प्रत्यारोपण स्थान की पहचान करना, शल्य चिकित्सा और प्रयोगात्मक योजना के लिए अत्यधिक लाभ है। इस सुविधा को चैम्बर पदचिह्न के संबंध में हेडपोस्ट पदचिह्न को कस्टम डिजाइन करने के लिए पूंजीकृत किया गया है। किसी भी एनएचपी तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान के लिए, इस स्थानिक मॉडलिंग सुविधा को शारीरिक विमानों, एमआरआई निर्देशांक, मस्तिष्क और खोपड़ी की शारीरिक विशेषताओं और मौजूदा प्रत्यारोपण के संबंध में घटकों को डिजाइन करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। ऐसा करने से, आरोपण के दौरान या बाद में अप्रत्याशित मुद्दों की संभावना काफी कम हो जाती है। इस प्रक्रिया में प्रत्यारोपण बनाने की क्षमता भी होती है जो खोपड़ी के लिए एक तंग फिट बनाए रखते हुए विभिन्न विमानों से कई मस्तिष्क क्षेत्रों को फैलाती है।

यहाँ पर प्रकाश डाला विधि एक परिपत्र कक्ष बनाता है और एक headpost चैम्बर के चारों ओर डिजाइन किया जा करने के लिए अनुमति देता है. हालांकि, यहां प्रक्रिया में चैंबर स्कर्ट डिजाइन अनुभाग के संशोधन के माध्यम से अन्य आकृतियों को समायोजित करने की क्षमता है। हेडपोस्ट डिज़ाइन के लिए भी यही सच है - प्रक्रिया अलग-अलग संख्या में पैरों और अन्य कस्टम आकृतियों को बनाने की अनुमति देती है, जिसमें आकार मुख्य रूप से कक्ष के चारों ओर उपलब्ध स्थान पर निर्भर होता है। खोपड़ी एसटीएल कमी का आकार, जो वर्तमान में कक्ष डिजाइन के लिए एक अंगूठी है, को विशेष कक्ष या हेडपोस्ट डिजाइन की आवश्यकता के अनुरूप विभिन्न खोपड़ी एसटीएल कमी आकार बनाने के लिए और संशोधित किया जा सकता है, जिससे अधिक कुशल अनुकूलन की सुविधा मिलती है।

यद्यपि यह प्रक्रिया प्रभावी रूप से अनुकूलित प्रत्यारोपण बनाती है, ऐसे कदम हैं जिन्हें अधिक कुशल उत्पादन के लिए बेहतर बनाया जा सकता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, खोपड़ी के लंबवत हेडपोस्ट के शीर्ष को संरेखित करना डिजाइन सॉफ्टवेयर में खोपड़ी अभिविन्यास की पहचान करने में कठिनाई के कारण इस पेपर में उल्लिखित विधि के साथ एक पुनरावृत्ति प्रक्रिया है। नीचे के हिस्से पर हेडपोस्ट टॉप की स्थिति की प्रक्रिया को कारगर बनाने के लिए, अक्षीय, धनु और कोरोनल विमानों को इंगित करने के लिए आभासी खोपड़ी प्रतिनिधित्व पर अतिरिक्त मार्कर लगाए जा सकते हैं। प्रोटोकॉल में उपयोग में आसानी के लिए आगे स्वचालित होने की क्षमता भी है। जबकि इस प्रोटोकॉल में चर्चा की गई खोपड़ी एसटीएल कमी विधि प्रत्यारोपण डिजाइन करने के लिए प्रभावी है, इसे आगे स्वचालन के साथ तेजी से और अधिक सुसंगत बनाया जा सकता है। हमारी सत्यापन प्रक्रिया के लिए खोपड़ी और प्रत्यारोपण प्रोटोटाइप की 3 डी प्रिंटिंग की आवश्यकता होती है ताकि सत्यापन के लिए प्रत्यारोपण खोपड़ी की वक्रता से मेल खाता हो। इस कदम को संभावित रूप से आभासी 3 डी विज़ुअलाइज़ेशन की एक विधि बनाकर समाप्त किया जा सकता है जो मस्तिष्क, खोपड़ी, कक्ष, हेडपोस्ट और कृत्रिम ड्यूरा को एक साथ जोड़ती है।

हमारा मंच क्रैनियोटॉमी योजना और कस्टम प्रत्यारोपण डिजाइन की एक पूरी तरह से आभासी प्रक्रिया प्रदान करता है। अंतिम डिजाइन 3 डी मुद्रित किया जा सकता है और एक जीवन-आकार के भौतिक मॉडल35 पर सत्यापित किया जा सकता है। मौजूदा तरीकों के विपरीत, हमारे प्रोटोकॉल महंगा उत्पाद पुनरावृत्तियों या सीएनसी मिलिंग मशीन29,34 की तरह महंगी मशीनरी के लिए उपयोग की आवश्यकता नहीं है. इम्प्लांट डिजाइन 9,12,29,30,32,33,40 के अन्य मौजूदा तरीकों के समान, यह विधि पूरी तरह से शारीरिक संरचनाओं को सटीक रूप से चित्रित करने के लिए इमेजिंग मोडैलिटी पर निर्भर करती है। एमआरआई स्कैन में मौजूद कोई भी अशुद्धि या एमआरआई और सर्जरी के बीच मस्तिष्क या खोपड़ी की शारीरिक रचना में परिवर्तन प्रत्यारोपण की प्रभावकारिता से समझौता कर सकता है। इसलिए, प्रत्यारोपण डिजाइन को अनुकूलित करने के लिए एमआरआई अधिग्रहण के लिए उचित योजना आवश्यक है।

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Disclosures

खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं।

Acknowledgments

हम टोनी हौन, कीथ वोगेल और शॉन फिशर को उनकी तकनीकी मदद और समर्थन के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं। इस काम को वाशिंगटन मैरी गेट्स एंडोमेंट (आरआई), नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ एनआईएच 5R01NS116464 (टीबी, एवाई), एनआईएच R01 NS119395 (डीजेजी, एवाई), वाशिंगटन नेशनल प्राइमेट रिसर्च सेंटर (WaNPRC, NIH P51 OD010425, U42 OD011123), सेंटर फॉर न्यूरोटेक्नोलॉजी (EEC-1028725, Z.A., D.J.G.) और वेल न्यूरोहब (Z. I.) द्वारा समर्थित किया गया था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D Printing Software (Simplify 3D) (Paid) Simplify3D Version 4.1 Used for 3D printing using MakerGear printer
C-Clamp Bessey CM22 Used for artificial dura fabrication, 2-1/2 Inch Capacity, 1-3/8 Inch Throat
Formlabs Form 3+ 3D Printer Formlabs Form 3+ Used for precise 3D printing
MakerGear M2 3D Printer MakerGear M2 revG Used for 3D printing implant prototypes
MATLAB (Paid) MathWorks R2021b Used for brain and skull isolation, virtual craniotomy visualization and skull STL reduction
Phillips Acheiva MRI System Philips 4522 991 19391 Used for non-human primate imaging
Photopolymer Resin Formlabs FLGPGR04 1L, Grey, used for precise 3D prints with Formlabs printer 
PreForm Print Preparation Software Formlabs Version 2.17.0 Used for 3D printing with Formlabs printer 
Printing Filament (PLA) MatterHackers 88331 PLA 1.75 mm White. Used for 3D printing with MakerGear printer
Silicone CAT-1300 Shin-Etsu Used for artificial dura fabrication
Silicone KE1300-T Shin-Etsu Used for artificial dura fabrication
SolidWorks (Paid) Dassault Systems 2020 Used for chamber and headpost design
Syn.Flex-S Multicoil Philips 45221318123 Used for non-human primate imaging

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References

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Iritani, R., Belloir, T., Griggs, D. … More

Iritani, R., Belloir, T., Griggs, D. J., Ip, Z., Anderson, Z., Yazdan-Shahmorad, A. A Neural Implant Design Toolbox for Nonhuman Primates. J. Vis. Exp. (204), e66167, doi:10.3791/66167 (2024).

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