坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析
Summary
げっ歯類モデルを用いた基礎研究で機能評価を行う4台のカメラとデータ処理ソフトウェアを含む3次元モーションキャプチャ装置を用いた運動解析法を紹介します。
Abstract
坐骨神経機能指数(SFI)と比較して、運動学的分析は、坐骨神経損傷げっ歯類モデルの機能的評価を行うためのより信頼性の高い、敏感な方法です。本プロトコルでは、ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルを用いた機能評価に3次元(3D)運動キャプチャ装置を用いた新規運動学的解析法について述べた。まず、ラットはトレッドミルウォーキングに精通しています。マーカーは、指定された骨のランドマークに取り付けられ、ラットは、所望の速度でトレッドミルの上を歩くように作られています。一方、ラットの後肢の動きは4台のカメラを使用して記録される。使用するソフトウェアに応じて、マーカートレーシングは自動モードと手動モードの両方を使用して作成され、必要なデータは微妙な調整の後に生成されます。3Dモーションキャプチャー装置を使用する運動解析のこの方法は、優れた精度と精度を含む多くの利点を提供します。包括的な機能評価では、さらに多くのパラメータを調査できます。この方法には、考慮が必要ないくつかの欠点があります:システムは高価であり、操作が複雑になり、皮膚のシフトに起因するデータ偏差を生じる可能性があります。それにもかかわらず、3Dモーションキャプチャー装置を用いた運動学的解析は、機能的前肢および後肢評価を行う上で有用である。今後、この方法は、様々な外傷および疾患の正確な評価を生成するためにますます有用になる可能性がある。
Introduction
坐骨神経機能性指数(SFI)は、機能的な坐骨神経評価を行うためのベンチマーク法である1。SFIは広く採用されており、ラット坐骨神経損傷に関する様々な機能評価研究で頻繁に使用されています2,3,4,5,6.その人気にもかかわらず、SFIには、オートマチネーション7、共同拘縮リスク、および足跡8の塗抹など、いくつかの問題があります。これらの問題は、その予後の値に深刻な影響を与えます9.したがって、SFIの代用として、代わりのエラーが発生しやすい方法が必要です。
そのような代替方法の1つは、運動学的分析である。これには、骨のランドマークやジョイントに取り付けられたトラッキングマーカーを使用した包括的な歩行分析が含まれます。キネマティック解析は、機能評価9にますます使用されています。この方法は、SFI11,12に起因する欠点を持たない機能評価10のための信頼性の高い敏感なツールとして徐々に認識されている。
このプロトコルでは、トレッドミル、4つの120 Hz充電式結合デバイス(CCD)カメラ、およびデータ処理ソフトウェアからなる3Dモーションキャプチャ装置を使用する一連の運動学的解析について説明します(資料表を参照)。この運動学的分析方法は、一般的なビデオ歩行または歩行分析13、14とは異なります。2 台のカメラは、1 つの側面から後肢の動きを記録するために、異なる方向に配置されます。続いて、後肢の3Dデジタルモデルがコンピュータグラフィックス9を使用して構築される。実際の四肢の寸法を厳密に再現することで、股関節、膝関節、足首関節、つま先関節などの指定関節角度を計算できます。また、ストライド/ステップ長や、スイング相に対するスタンス相の比率など、さまざまなパラメータを決定できます。これらの再構成は、2組のカメラによって送信されたデータから生成された後肢の完全に再構築された3Dデジタルモデルに基づいています。想像上の重心(CoG)軌道でさえ、自動的に計算することができます。
この3Dモーションキャプチャ装置を使用して、ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルの文脈における時間の経過に伴う機能的変化を明らかにする複数の運動学的パラメータを導入し、評価しました。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルでは、安定した連続歩行ラットが運動学的分析の最も重要な要素である。トレッドミルの速度は20cm/sに設定されました。この歩行速度は、16のスペース制約なしにラットが動く場合、決して「高い」とは考えられない。それにもかかわらず、この速度は訓練されていないラットがトレッドミルを安定して歩くのには速すぎて、異常な歩行と不均一な動きをも?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、JSPS KAKENHI助成金番号JP19K19793、JP18H03129、およびJP18K19739によって支援されました。
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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