Siyatik Sinir Ezilme Hasarının Sıçan Modelinde Fonksiyonel Değerlendirme için 3D Kinematik Analiz
Summary
Kemirgen modellerini içeren temel araştırmalar sırasında fonksiyonel değerlendirmeler yapmak için dört kamera ve veri işleme yazılımı içeren üç boyutlu hareket yakalama cihazı kullanan bir kinematik analiz yöntemi salıyoruz.
Abstract
Siyatik Fonksiyonel İndeks (SFI) ile karşılaştırıldığında, kinematik analiz siyatik sinir yaralanması kemirgen modellerinin fonksiyonel değerlendirmelerini yapmak için daha güvenilir ve hassas bir yöntemdir. Bu protokolde, bir sıçan siyatik sinir ezilme yaralanma modeli kullanarak fonksiyonel değerlendirmeler için üç boyutlu (3D) hareket yakalama cihazı kullanan yeni bir kinematik analiz yöntemi açıklanmıştır. İlk olarak, sıçan koşu bandı yürüyüş aşina. Belirteçler daha sonra belirlenen kemik işaretleri eklenir ve sıçan istenilen hızda koşu bandı üzerinde yürümek için yapılır. Bu arada, sıçan ın arka ekstremite hareketleri dört kamera kullanılarak kaydedilir. Kullanılan yazılıma bağlı olarak, işaretleyici izlemeleri hem otomatik hem de manuel modlar kullanılarak oluşturulur ve ince ayarlamalardan sonra istenen veriler üretilir. 3D hareket yakalama cihazı kullanan bu kinematik analiz yöntemi, üstün hassasiyet ve doğruluk da dahil olmak üzere birçok avantaj sunar. Kapsamlı fonksiyonel değerlendirmeler sırasında daha birçok parametre araştırılabilir. Bu yöntemdikkate gerektiren birkaç eksiklikleri vardır: Sistem pahalı, çalışması karmaşık olabilir ve cilt kayması nedeniyle veri sapmaları üretebilir. Bununla birlikte, 3D hareket yakalama cihazı kullanılarak kinematik analiz fonksiyonel anterior ve posterior ekstremite değerlendirmeleri yapmak için yararlıdır. Gelecekte, bu yöntem çeşitli travmalar ve hastalıkların doğru değerlendirmeleri üretmek için giderek daha yararlı hale gelebilir.
Introduction
Siyatik Fonksiyonel İndeksi (SFI) fonksiyonel siyatik sinir değerlendirmeleri yürütmek için bir kriter yöntemidir1. SFI yaygın olarak kabul edilmiştir ve sıklıkla sıçan siyatik sinir yaralanmaları 2,3,4,5,6çeşitli fonksiyonel değerlendirme çalışmaları içinde kullanılır. Popülaritesi rağmen, Otomutilation dahil olmak üzere SFI ile çeşitli sorunlar vardır7, ortak kontraktür riski, ve ayak izleri bulaşması8. Bu sorunlar prognostik değerini ciddi şekilde etkiler9. Bu nedenle, Alternatif, daha az hata eğilimli yöntem SFI yerine gereklidir.
Bu alternatif yöntemlerden biri de kinematik analizdir. Bu kemik işaretleri veya eklem bağlı izleme işaretleri kullanarak kapsamlı yürüyüş analizi içerir. Kinematik analiz giderek fonksiyonel değerlendirmeler için kullanılır9. Bu yöntem giderek sfi11atfedileneksiklikleri olmadan fonksiyonel değerlendirme10 için güvenilir ve hassas bir araç olarak kabul edilmektedir ,12.
Bu protokolde, koşu bandı, dört adet 120 Hz şarjlı birleştirilmiş cihaz (CCD) kamera ve veri işleme yazılımından oluşan bir 3D hareket yakalama cihazı kullanan bir dizi kinematik analiz ve veri işleme yazılımı (Bkz. Malzeme Tablosu). Bu kinematik analiz yöntemi genel video yürüyüş veya yürüyüş analizi13,14farklıdır. İki kamera tek bir taraftan arka ekstremite hareketlerini kaydetmek için farklı yönlere konumlandırılmış. Daha sonra, arka ekstremite bir 3D dijital model bilgisayar grafikleri kullanılarak inşa edilir9. Biz yakından gerçek ekstremite boyutları özetleyerek, kalça, diz, ayak bileği ve ayak eklemi gibi belirlenmiş eklem açıları hesaplayabilirsiniz. Ayrıca, adım/adım uzunluğu ve duruş fazının salıncak aşamasına oranı gibi çeşitli parametreleri belirleyebiliriz. Bu rekonstrüksiyonlar, iki kamera seti tarafından aktarılan verilerden elde edilen arka ekstremitelerin tamamen yeniden inşa edilmiş 3Boyutlu dijital modeline dayanmaktadır. Hatta hayali ağırlık merkezi (CoG) yörüngeotomatik olarak hesaplanabilir.
Biz sıçan siyatik sinir ezilme yaralanma modeli bağlamında zaman içinde fonksiyonel değişiklikleri ortaya birden fazla kinematik parametreleri tanıtmak ve değerlendirmek için bu 3D hareket yakalama cihazı kullanılır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolde, kararlı ve sürekli yürüyen bir sıçan kinematik analizin en önemli bileşenidir. Koşu bandı hızı 20 cm/s olarak belirlenmiştir. Fareler alan kısıtlamaları olmadan hareket eğer bu yürüme hızı hiçbir şekilde “yüksek” olarak kabul edilir16. Yine de, bu hız çok eğitimsiz sıçanlar için merdiven bandı üzerinde yürümek için hızlı ve büyük olasılıkla anormal yürüyüş ve üniformasız hareketler neden olur. Bu olaylar veri güvenilirliğini ve orijin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma JSPS KAKENHI Grant Number JP19K19793, JP18H03129 ve JP18K19739 tarafından desteklenmiştir.
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).
