Analisi kinematica 3D per la valutazione funzionale nel modello di ratto di lesioni da schiacciamento del nervo sciatico
Summary
Introduciamo un metodo di analisi cinetica che utilizza un apparato di motion capture tridimensionale contenente quattro telecamere e software di elaborazione dati per eseguire valutazioni funzionali durante la ricerca fondamentale che coinvolge modelli di roditori.
Abstract
Rispetto allo Sciatic Functional Index (SFI), l’analisi cinetica è un metodo più affidabile e sensibile per eseguire valutazioni funzionali di modelli di roditori di lesioni nervose sciatiche. In questo protocollo, descriviamo un nuovo metodo di analisi cinetica che utilizza un apparato di cattura del movimento tridimensionale (3D) per valutazioni funzionali utilizzando un modello di lesioni da schiacciamento del nervo sciatico del ratto. In primo luogo, il ratto ha familiarità con tapis roulant a piedi. I marcatori vengono quindi attaccati ai punti di riferimento ossei designati e il ratto viene fatto camminare sul tapis roulant alla velocità desiderata. Nel frattempo, i movimenti degli arti posteriori del ratto vengono registrati utilizzando quattro telecamere. A seconda del software utilizzato, i tracciati dei marcatori vengono creati utilizzando sia le modalità automatiche che manuali e i dati desiderati vengono prodotti dopo sottili regolazioni. Questo metodo di analisi cinematica, che utilizza un apparato di cattura del movimento 3D, offre numerosi vantaggi, tra cui precisione e precisione superiori. Molti altri parametri possono essere studiati durante le valutazioni funzionali complete. Questo metodo presenta diverse carenze che richiedono considerazione: il sistema è costoso, può essere complicato da utilizzare e può produrre deviazioni dei dati a causa dello spostamento della pelle. Tuttavia, l’analisi cinematica utilizzando un apparato di cattura del movimento 3D è utile per eseguire valutazioni funzionali degli arti anteriori e posteriori. In futuro, questo metodo potrebbe diventare sempre più utile per generare valutazioni accurate di vari traumi e malattie.
Introduction
Lo Sciatic Functional Index (SFI) è il metodo di riferimento per effettuare valutazioni funzionali del nervo sciatico1. La SFI è stata ampiamente adottata ed è spesso utilizzata all’interno di vari studi di valutazione funzionale sulle lesioni nervose sciatiche del ratto2,3,4,5,6. Nonostante la sua popolarità, ci sono diversi problemi con SFI, tra cui l’automutilazione7, il rischio di contrattura articolare e la smearing delle impronte8. Questi problemi influenzano seriamente il suo valore prognostico9. Pertanto, è necessario un metodo alternativo, meno soggetto a errori, in sostituzione del SFI.
Uno di questi metodi alternativi è l’analisi cinematica. Questo include un’analisi completa dell’andatura utilizzando marcatori di tracciamento collegati a punti di riferimento ossei o giunti. L’analisi cinematica è sempre più utilizzata per le valutazioni funzionali9. Questo metodo viene progressivamente riconosciuto come uno strumento affidabile e sensibile per la valutazione funzionale10 senza le carenze attribuite al SFI11,12.
In questo protocollo, descriviamo una serie di analisi cinematiche che utilizzano un apparato di motion capture 3D costituito da un tapis roulant, quattro telecamere a dispositivo accoppiato caricato da 120 Hz (CCD) e software di elaborazione dati (vedere Tabella dei materiali). Questo metodo di analisi cinematica differisce dal video walking generale o analisi dell’andatura13,14. Due telecamere sono posizionate in direzioni diverse per registrare i movimenti degli arti posteriori da un solo lato. Successivamente, un modello digitale 3D dell’arto posteriore viene costruito utilizzando la computer grafica9. Possiamo calcolare angoli articolari designati, come l’anca, il ginocchio, la caviglia e l’articolazione delle alture, ricapitolando strettamente le dimensioni effettive degli arti. Inoltre, possiamo determinare vari parametri come la lunghezza passo/passo e il rapporto tra la fase di posizione e la fase di oscillazione. Queste ricostruzioni si basano su un modello digitale 3D completamente ricostruito degli arti posteriori, generato dai dati trasmessi da due serie di telecamere. Anche la traiettoria del centro di gravità immaginario (CoG) può essere calcolata automaticamente.
Abbiamo usato questo apparato di cattura del movimento 3D per introdurre e valutare più parametri cinematici che rivelano cambiamenti funzionali nel tempo nel contesto del modello di lesioni da deflusso del nervo sciatico del ratto.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo protocollo, un ratto stabile e continuo è la componente più vitale dell’analisi cinematica. La velocità del tapis roulant è stata impostata su 20 cm/s. Questa velocità di marcia non è affatto considerata “alta” se i ratti si muovono senza vincoli di spazio16. Tuttavia, questa velocità è troppo veloce per i ratti non addestrati a camminare stabilmente sul tapis roulant e probabilmente si tradurrà in un’andatura anomala e movimenti non uniformi. Questi eventi possono influire seri…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato supportato da JSPS KAKENHI Grant Number JP19K19793, JP18H03129 e 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 |
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