Com o objetivo de avaliar os efeitos do tempo da descompressão medular em 50 ratos, machos, da raça Wistar, criou-se um modelo experimental de compressão medular através da passagem de uma fita de tecido (cetim), que reduz em 30% o diâmetro do canal vertebral na região da coluna torácica após laminectomia (TIX E TX). Os animais foram distribuídos em cinco grupos com 10 ratos cada, sendo: grupo A, controle da técnica de exposição medular atraumática, sem lesão; grupo B, submetidos à compressão medular, seguida de descompressão cinco minutos após a lesão; nos grupos C e D, realizou-se o mesmo procedimento do grupo B, porém a descompressão ocorreu 24 e 72 horas após a compressão, respectivamente; os ratos do grupo E sofreram compressão, sem descompressão até o fim do experimento na quarta semana, quando os 50 ratos foram submetidos à eutanásia. Todos os animais com compressão (B, C, D e E) apresentaram paraplegia no pós-operatório imediato. A recuperação neurológica foi avaliada através do potencial evocado motor, da escala BBB de capacidade locomotora e do exame anatomopatológico do sítio da lesão. Observou-se relação direta entre o potencial de recuperação neurológica e o tempo da descompressão medular nos três métodos de avaliação / With the objective of evaluating the effects of medullary decompression time in 50 male Wistar rats, an experimental model of medullary compression was created, through the insertion of a satin tape, which reduces in 30% the diameter of the vertebral canal at the region of the thoracic column after laminectomy (TIX and TX). The animals were distributed in five groups with 10 rats each, as follows: group A: control of the technique of atraumatic medullary exposure, with no lesion; group B, submitted to medullary compression, followed by decompression five minutes after the lesion; groups C and D underwent the same procedure, but decompression was performed 24 and 72 hours after compression, respectively; and finally, rats from group E underwent compression without decompression up to the end of the experiment on the 4th week, when all 50 rats were euthanized. All animals submitted to compression (groups B, C, D and E) presented paraplegia in the immediate post-operative period. The neurological recovery was evaluated through the motor-evoked potential of the BBB scale of locomotor capacity and anatomopathological examination of the lesion site. A direct correlation between the neurological recovery potential and time of medullary decompression was observed at the three evaluation methods

Neuronavigation and transcranial magnetic stimulation (TMS) are valuable tools in clinical and research environment. Neuronavigation provides visual guidance of a given instrument during procedures of neurological interventions, relative to anatomic images. In turn, TMS allows the non-invasive study of cortical brain function and to treat several neurological disorders. Despite the well-accepted importance of both techniques, high-cost of neuronavigation systems and limited spatial accuracy of TMS in targeting brain structures, limit their applications. Therefore, the aim of this thesis was to i) develop an open-source, free neuronavigation software, ii) study a possible combination of neuronavigation and 3D printing for surgical planning, and iii) construct a multi-channel TMS coil with electronic control of electric field (E-field) orientation. In the first part, we developed and characterized a neuronavigation software compatible with multiple spatial tracking devices, the InVesalius Navigator. The created co-registration algorithm enabled tracking position and orientation of instruments with an intuitive graphical interface. Measured accuracy was similar to that of commercial systems. In the second part, we created 3D printed models from patients with neurological disorders and assessed the errors of localizing anatomical landmarks during neuronavigation. Localization errors were below 3 mm, considered acceptable for clinical applications. Finally, in the last part, we combined a set of two thin, overlapping coils to allow electronic control of the E-field orientation and investigated how the motor evoked responses depend on the stimulus orientation. The developed coil enabled the stimulation of the motor cortex with high angular resolution. Motor responses showed the highest amplitude and lowest latency with E-field approximately perpendicular to the central sulcus. In summary, this thesis provides new methods to improve spatial accuracy of techniques to brain interventions. / A neuronavegação e a estimulação magnética transcraniana (EMT ou TMS, do termo em inglês transcranial magnetic stimulation) têm sido apresentadas como ferramentas valiosas em aplicações clínicas e de pesquisa. A neuronavegação possibilita a localização de instrumentos em relação a imagens anatômicas durante procedimentos de intervenção neurológica. Por sua vez, a EMT permite o estudo não invasivo da função cerebral e o tratamento de doenças neurológicas. Apesar da importância de ambas as técnicas, o alto custo dos sistemas de neuronavegação e a reduzida precisão espacial da EMT em ativar estruturas cerebrais limitam suas aplicações. Sendo assim, o objetivo desta tese foi: i) desenvolver um software de neuronavegação gratuito e de código aberto, ii) estudar a combinação entre neuronavegação e impressão 3D para planejamento cirúrgico, e iii) construir uma bobina de EMT multicanal com controle eletrônico da orientação do campo elétrico (CE). Na primeira parte, desenvolvemos e caracterizamos um software de neuronavegação compatível com vários rastreadores espaciais, o InVesalius Navigator. O algoritmo criado possibilitou o rastreamento de instrumentos por uma interface gráfica intuitiva. A precisão medida foi semelhante à de sistemas comerciais. Na segunda parte, imprimimos modelos 3D de pacientes com patologias neurológicas e avaliamos os erros de localização de marcos anatômicos durante a neuronavegação. Os erros de localização foram inferiores a 3 mm, considerados aceitáveis para aplicações clínicas. Por fim, na última parte, combinamos duas bobinas sobrepostas para controlar eletronicamente a orientação do CE, e investigamos como as respostas motoras evocadas dependem da orientação da corrente. A bobina desenvolvida possibilitou estimular o córtex motor com alta resolução angular. As respostas motoras apresentaram maior amplitude e menor latência para orientação do CE aproximadamente perpendicular ao sulco central. Em suma, esta tese fornece novos métodos para melhorar a precisão espacial de técnicas de intervenção com o cérebro.

Com o objetivo de avaliar os efeitos do tempo da descompressão medular em 50 ratos, machos, da raça Wistar, criou-se um modelo experimental de compressão medular através da passagem de uma fita de tecido (cetim), que reduz em 30% o diâmetro do canal vertebral na região da coluna torácica após laminectomia (TIX E TX). Os animais foram distribuídos em cinco grupos com 10 ratos cada, sendo: grupo A, controle da técnica de exposição medular atraumática, sem lesão; grupo B, submetidos à compressão medular, seguida de descompressão cinco minutos após a lesão; nos grupos C e D, realizou-se o mesmo procedimento do grupo B, porém a descompressão ocorreu 24 e 72 horas após a compressão, respectivamente; os ratos do grupo E sofreram compressão, sem descompressão até o fim do experimento na quarta semana, quando os 50 ratos foram submetidos à eutanásia. Todos os animais com compressão (B, C, D e E) apresentaram paraplegia no pós-operatório imediato. A recuperação neurológica foi avaliada através do potencial evocado motor, da escala BBB de capacidade locomotora e do exame anatomopatológico do sítio da lesão. Observou-se relação direta entre o potencial de recuperação neurológica e o tempo da descompressão medular nos três métodos de avaliação / With the objective of evaluating the effects of medullary decompression time in 50 male Wistar rats, an experimental model of medullary compression was created, through the insertion of a satin tape, which reduces in 30% the diameter of the vertebral canal at the region of the thoracic column after laminectomy (TIX and TX). The animals were distributed in five groups with 10 rats each, as follows: group A: control of the technique of atraumatic medullary exposure, with no lesion; group B, submitted to medullary compression, followed by decompression five minutes after the lesion; groups C and D underwent the same procedure, but decompression was performed 24 and 72 hours after compression, respectively; and finally, rats from group E underwent compression without decompression up to the end of the experiment on the 4th week, when all 50 rats were euthanized. All animals submitted to compression (groups B, C, D and E) presented paraplegia in the immediate post-operative period. The neurological recovery was evaluated through the motor-evoked potential of the BBB scale of locomotor capacity and anatomopathological examination of the lesion site. A direct correlation between the neurological recovery potential and time of medullary decompression was observed at the three evaluation methods