3D ניתוח קימטי עבור הערכה פונקציונלית במודל חולדה של פציעה העצבים הגיד מעיכה
Summary
אנו מציגים שיטת ניתוח קינסטית המשתמשת במנגנון לכידת תנועה תלת מימדי המכיל ארבע מצלמות ותוכנות עיבוד נתונים לביצוע הערכות פונקציונליות במהלך מחקר בסיסי הכרוך במודלים של מכרסמים.
Abstract
בהשוואה למדד הפונקציונלי הראשי (SFI), ניתוח קנמטי הוא שיטה אמינה ורגישה יותר לביצוע הערכות פונקציונליות של מודלים מכרסמים של פגיעה בעצב. בפרוטוקול זה, אנו מתארים שיטת ניתוח הקנטית הרומן המשתמשת תלת מימדי (3D) מכשיר לכידת תנועה עבור הערכות תפקודית באמצעות מודל לרסק עצבי העצבים מעצב. ראשית, החולדה מכירה. הליכון מהלך סמנים מחוברים אז העצם המיועד ציוני והעכברוש עשוי ללכת על ההליכון במהירות הרצויה. בינתיים, תנועות הגפיים האחורי של החולדה נרשמות באמצעות ארבע מצלמות. בהתאם לתוכנה שבשימוש, סמני הסמן נוצרות באמצעות מצבי אוטומטי וידני והנתונים הרצויים מיוצרים לאחר כוונונים עדינים. שיטה זו של ניתוח קימטיות, המשתמשת במנגנון לכידת תנועה תלת-ממדי, מציעה יתרונות רבים, כולל דיוק מעולה ודיוק. ניתן לחקור פרמטרים רבים נוספים במהלך ההערכות הפונקציונליות המקיפות. שיטה זו כוללת מספר חסרונות הדורשים התחשבות: המערכת יקרה, יכולה להיות מסובכת לתפעול, ועלולה לגרום לסטיות נתונים עקב הסטת העור. עם זאת, ניתוח קימטי באמצעות מנגנון לכידת תנועה תלת-ממדית שימושי לביצוע הערכות הגפיים הקדמיות והאחורי תפקודית. בעתיד, שיטה זו עשויה להיות שימושית יותר ויותר ליצירת הערכות מדויקות של טראומות ומחלות שונות.
Introduction
האינדקס הפונקציונלי (SFI) של הארגון הוא שיטת בחינת ביצועים לביצוע הערכות עצבים מסוימות מסוימות הפונקציונליות של1. Sfi כבר מאומץ נרחב והוא משמש לעתים קרובות בתוך מחקרים שונים הערכהתפקודית על פציעות העצב החולדההעכברים 2,3,4,5,6. למרות הפופולריות שלה, ישנן מספר בעיות עם SFI, כולל האוטומטים7, חוזה משותף הסיכון, ומריחת העקבות8. בעיות אלה משפיעות ברצינות על ערך התחזיות שלה9. לכן, דרושה שיטה חלופית שאינה מועדת לשגיאות כתחליף ל-SFI.
שיטה חלופית אחת כזאת היא ניתוח קימטי. זה כולל ניתוח הילוך מקיף באמצעות סמני מעקב המצורפת ציוני דרך או מפרקים גרמיות. ניתוח קימטי משמש יותר ויותר עבור הערכות פונקציונליות9. שיטה זו מוכרת בהדרגה ככלי אמין ורגיש להערכה פונקציונלית10 ללא החסרונות המיוחסים ל-sfi11,12.
בפרוטוקול זה, אנו מתארים סדרה של ניתוחים קימטיים המשתמשים במנגנון לכידת תנועה תלת-ממד המורכב של הליכון, 4 120 Hz טעונה מצמידים (CCD) מצלמות המכשיר, ותוכנות עיבוד נתונים (ראה טבלת חומרים). שיטת הניתוח הקימטית שונה מניתוח וידאו כללי הליכה אוהילוך 13,14. שתי מצלמות ממוקמות בכיוונים שונים כדי להקליט תנועות הגפיים האחורי מצד אחד. לאחר מכן, מודל דיגיטלי 3D של האיבר האחורי נבנה באמצעות גרפיקה מחשב9. אנו מסוגלים לחשב זוויות משותפות מיועדות, כגון ירך, ברך, קרסול ומפרק בוהן, על ידי העצמה מקרוב את ממדי הגפיים בפועל. בנוסף, אנו יכולים לקבוע פרמטרים שונים כגון פסיעה/צעד אורך ואת היחס של שלב העמידה לשלב הנדנדה. שחזורים אלה מבוססים על מודל דיגיטלי משוחזר לחלוטין תלת-ממד של הגפיים האחוריים, שנוצר מנתונים המשודרים על ידי שני סטים של מצלמות. ניתן לחשב באופן אוטומטי גם את המרכז הדמיוני של מסלול הכבידה.
השתמשנו במנגנון לכידת תנועה תלת-ממד כדי להציג ולהעריך פרמטרים קימטיים מרובים החושפים שינויים פונקציונליים לאורך זמן בתוך ההקשר של המודל לרסק עצבים של החולדה.
Protocol
Representative Results
Discussion
בפרוטוקול זה, עכברוש יציב ומהלך ללא הרף הוא המרכיב החיוני ביותר של ניתוח קימטי. מהירות ההליכון הוגדר 20 ס מ/s. זה מהירות הליכה היא בשום אופן לא נחשב “גבוה” אם חולדות לנוע ללא אילוצי שטח16. עם זאת, מהירות זו היא מהירה מדי עבור חולדות בלתי מיומנת ללכת באופן בלתי נשכח על ההליכון והוא על…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה היה נתמך על ידי JSPS KAKENHI גרנט מספר JP19K19793, JP18H03129, ו JP18K19739.
Materials
| 9-0 nylon suture | Bear Medic Corporation. | T06A09N20-25 | |
| Anesthetic Apparatus for Small Animals | SHINANO MFG CO.,LTD. | SN-487-0T | |
| ISOFLURANE Inhalation Solution | Pfizer Japan Inc. | (01)14987114133400 | |
| Kine Analyzer | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A analysis software |
| Liquid adhesive | KANBO PRAS CORPORATION | PT-B180 | |
| Micro forceps | BRC CO. | 16171080 | |
| Motion Recorder | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A recording software |
| Standard surgical hemostat | Fine Science Tools, Inc. | 12501-13 | |
| Surgical blade No.10 | FEATHER Safety Razor CO., LTD | 100D | |
| Surgical hemostat | World Precision Instruments | 503740 | |
| Three-dimensional motion capture apparatus (KinemaTracer for Animal) | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A 3D motion analysis system that consists of cameras |
| Three-dimensional(3D) Calculator | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A marker tracing software |
| Treadmill | MUROMACHI KIKAI CO.,LTD | MK-685 | a treadmill with affialiated the electrical schocker, transparent sheats and a speed control apparatus |
References
- Kanaya, F., Firrell, J. C., Breidenbach, W. C. Sciatic function index, nerve conduction tests, muscle contraction, and axon morphometry as indicators of regeneration. Plastic and Reconstructive Surgery. 98 (7), 1264-1274 (1996).
- Takhtfooladi, M. A., Jahanbakhsh, F., Takhtfooladi, H. A., Yousefi, K., Allahverdi, A. Effect of low-level laser therapy (685 nm, 3 J/cm(2)) on functional recovery of the sciatic nerve in rats following crushing lesion. Lasers in Medical Science. 30 (3), 1047-1052 (2015).
- Xing, H., Zhou, M., Assinck, P., Liu, N. Electrical stimulation influences satellite cell differentiation after sciatic nerve crush injury in rats. Muscle & Nerve. 51 (3), 400-411 (2015).
- Yang, C. C., Wang, J., Chen, S. C., Jan, Y. M., Hsieh, Y. L. Enhanced functional recovery from sciatic nerve crush injury through a combined treatment of cold-water swimming and mesenchymal stem cell transplantation. Neurological Research. 37 (90), 816-826 (2015).
- Jiang, W., et al. Low-intensity pulsed ultrasound treatment improved the rate of autograft peripheral nerve regeneration in rat. Scientific Reports. 6, 22773 (2016).
- Ni, X. J., et al. The Effect of Low-Intensity Ultrasound on Brain-Derived Neurotropic Factor Expression in a Rat Sciatic Nerve Crushed Injury Model. Ultrasound in Medicine & Biology. 43 (2), 461-468 (2017).
- Weber, R. A., Proctor, W. H., Warner, M. R., Verheyden, C. N. Autotomy and the sciatic functional index. Microsurgery. 14 (5), 323-327 (1993).
- Dellon, A. L., Mackinnon, S. E. Sciatic nerve regeneration in the rat. Validity of walking track assessment in the presence of chronic contractures. Microsurgery. 10 (3), 220-225 (1989).
- Wang, T., et al. Functional evaluation outcomes correlate with histomorphometric changes in the rat sciatic nerve crush injury model : A comparison between sciatic functional index and kinematic analysis. PLoS One. 13 (12), e0208985 (2018).
- de Ruiter, G. C., et al. Two-dimensional digital video ankle motion analysis for assessment of function in the rat sciatic nerve model. Journal of the Peripheral Nervous System. 12 (3), 216-222 (2007).
- Walker, J. L., Evans, J. M., Meade, P., Resig, P., Sisken, B. F. Gait-stance duration as a measure of injury and recovery in the rat sciatic nerve model. Journal of Neuroscience Methods. 52 (1), 47-52 (1994).
- Dijkstra, J. R., Meek, M. F., Robinson, P. H., Gramsbergen, A. Methods to evaluate functional nerve recovery in adult rats: walking track analysis, video analysis and the withdrawal reflex. Journal of Neuroscience Methods. 96 (2), 89-96 (2000).
- Lee, J. Y., et al. Functional evaluation in the rat sciatic nerve defect model: a comparison of the sciatic functional index, ankle angles, and isometric tetanic force. Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (5), 1173-1180 (2013).
- Rui, J., et al. Gait cycle analysis: parameters sensitive for functional evaluation of peripheral nerve recovery in rat hind limbs. Annals of Plastic Surgery. 73 (4), 405-411 (2014).
- Yu, P., Matloub, H. S., Sanger, J. R., Narini, P. Gait analysis in rats with peripheral nerve injury. Muscle & Nerve. 24 (2), 231-239 (2001).
- Amado, S., et al. The sensitivity of two-dimensional hindlimb joint kinematics analysis in assessing functional recovery in rats after sciatic nerve crush. Behavioural Brain Research. 225 (2), 562-573 (2011).
- Monte-Raso, V. V., Barbieri, C. H., Mazzer, N., Yamasita, A. C., Barbieri, G. Is the Sciatic Functional Index always reliable and reproducible?. Journal of Neuroscience Methods. 170 (2), 255-261 (2008).
- Varejao, A. S. P., et al. Motion of the foot and ankle during the stance phase in rats. Muscle & Nerve. 26 (5), 630-635 (2002).
- Lin, F. M., Pan, Y. C., Hom, C., Sabbahi, M., Shenaq, S. Ankle stance angle: a functional index for the evaluation of sciatic nerve recovery after complete transection. Journal of Reconstructive Microsurgery. 12 (3), 173-177 (1996).
- Patel, M., et al. Video-gait analysis of functional recovery of nerve repaired with chitosan nerve guides. Tissue Engineering. 12 (11), 3189-3199 (2006).
- Filipe, V. M., et al. Effect of skin movement on the analysis of hindlimb kinematics during treadmill locomotion in rats. Journal of Neuroscience Methods. 153 (1), 55-61 (2006).
- Tajino, J., et al. Three-dimensional motion analysis for comprehensive understanding of gait characteristics after sciatic nerve lesion in rodents. Scientific Reports. 8 (1), 13585 (2018).
