3D تحليل الحركية للتقييم الوظيفي في نموذج الفئران من عرق النسا الأعصاب سحق الإصابة
Summary
نقدم طريقة تحليل حركية تستخدم جهاز التقاط الحركة ثلاثي الأبعاد الذي يحتوي على أربع كاميرات وبرامج معالجة البيانات لإجراء تقييمات وظيفية أثناء الأبحاث الأساسية التي تنطوي على نماذج القوارض.
Abstract
بالمقارنة مع مؤشر وظيفي ة الوركية (SFI) ، التحليل الحركي هو طريقة أكثر موثوقية وحساسة لإجراء تقييمات وظيفية لنماذج القوارض إصابة الأعصاب الوركي. في هذا البروتوكول، نصف طريقة تحليل حركية جديدة تستخدم جهاز التقاط الحركة ثلاثي الأبعاد (3D) للتقييمات الوظيفية باستخدام نموذج إصابة سحق العصب الوركي الجرذ. أولاً، الجرذ مُتّمّ بالمشي في المطحنة. ثم يتم إرفاق علامات إلى المعالم العظام المعينة ويتم إجراء الفئران على المشي على حلقة مفرغة في السرعة المطلوبة. وفي الوقت نفسه، يتم تسجيل حركات الطرف الخلفي من الفئران باستخدام أربع كاميرات. اعتمادا على البرمجيات المستخدمة، يتم إنشاء تتبع علامات باستخدام كل من وسائط التلقائي واليدوي ويتم إنتاج البيانات المطلوبة بعد تعديلات خفية. تقدم هذه الطريقة للتحليل الحركي ، والتي تستخدم جهاز التقاط الحركة ثلاثي الأبعاد ، العديد من المزايا ، بما في ذلك الدقة والدقة الفائقة. ويمكن التحقيق في العديد من البارامترات خلال التقييمات الوظيفية الشاملة. هذه الطريقة لديها العديد من أوجه القصور التي تتطلب النظر: النظام مكلف ، يمكن أن يكون معقدًا للعمل ، وقد ينتج انحرافات في البيانات بسبب تحول الجلد. ومع ذلك، فإن التحليل الحركي باستخدام جهاز التقاط الحركة ثلاثي الأبعاد مفيد لإجراء تقييمات وظيفية للأطراف الأمامية والخلفية. في المستقبل، قد تصبح هذه الطريقة مفيدة بشكل متزايد في توليد تقييمات دقيقة لمختلف الصدمات والأمراض.
Introduction
مؤشر وظيفي الوركي (SFI) هو الأسلوب القياسي لتنفيذ تقييمات الأعصاب الوركي الوظيفية1. وقد اعتمدت على نطاق واسع SFI وكثيرا ما تستخدم في مختلف دراسات التقييم الوظيفي على إصابات العصب الوركي الفئران2،3،4، 5،6. على الرغم من شعبيتها ، هناك العديد من المشاكل مع SFI ، بما في ذلك تشويه تلقائي7، ومخاطر التعاقد المشتركة ، وتشويه آثار الأقدام8. هذه المشاكل تؤثر بشكل خطير على قيمتها التكهنية9. لذلك، مطلوب أسلوب بديل أقل عرضة للخطأ كبديل لـ SFI.
إحدى هذه الطرق البديلة هي التحليل الحركي. وهذا يشمل تحليل المشي ة الشامل باستخدام علامات التتبع المرفقة بالمعالم العظمية أو المفاصل. يستخدم التحليل الحركي بشكل متزايد للتقييمات الوظيفية9. يتم الاعتراف بهذه الطريقة تدريجيا كأداة موثوقة وحساسة للتقييم الوظيفي10 دون أوجه القصور المنسوبة إلى SFI11،12.
في هذا البروتوكول ، نصف سلسلة من التحليلات الحركية التي تستخدم جهاز التقاط الحركة ثلاثية الأبعاد التي تتكون من جهاز المشي ، وأربع كاميرات جهاز مقرن مشحون 120 Hz (CCD) ، وبرامج معالجة البيانات (انظر جدول المواد). تختلف طريقة التحليل الحركي هذه عن الفيديو العام أو تحليل المشي13،14. يتم وضع كاميرتين في اتجاهات مختلفة لتسجيل حركات الأطراف الخلفية من جانب واحد. في وقت لاحق ، يتم إنشاء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد للطرف الخلفي باستخدام رسومات الكمبيوتر9. يمكننا حساب زوايا المفصل المعينة، مثل الورك والركبة والكاحل ومفصل القدمين، عن طريق تلخيص أبعاد الأطراف الفعلية عن كثب. بالإضافة إلى ذلك، يمكننا تحديد معلمات مختلفة مثل طول الخطوة / الخطوة ونسبة مرحلة الموقف إلى مرحلة التأرجح. وتستند هذه الإعادة إلى نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد أعيد بناؤه بالكامل للأطراف الخلفية، تم إنشاؤه من البيانات المرسلة بواسطة مجموعتين من الكاميرات. حتى مسار مركز الثقل الوهمي (CoG) يمكن حسابه تلقائيًا.
استخدمنا جهاز التقاط الحركة ثلاثي الأبعاد هذا لتقديم وتقييم معلمات حركية متعددة تكشف عن التغيرات الوظيفية بمرور الوقت في سياق نموذج إصابة سحق العصب الوركي للفئران.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا البروتوكول ، والجرذ مستقرة والمشي باستمرار هو العنصر الأكثر حيوية من التحليل الحركي. تم تعيين سرعة جهاز المشي إلى 20 سم / س. سرعة المشي هذه لا تعتبر بأي حال من الأحوال “عالية” إذا كانت الفئران تتحرك دون قيود الفضاء16. ومع ذلك، فإن هذه السرعة سريعة جداً بالنسبة للفئران غير ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذه الدراسة من قبل JSPS KAKENHI منحة رقم JP19K19793، JP18H03129، وJP18K19739.
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).
