3D Kinematische Analyse zur funktionellen Bewertung im Rattenmodell von Ischias-Nerven-Crush-Verletzungen
Summary
Wir führen eine kinematische Analysemethode ein, die ein dreidimensionales Bewegungserfassungsgerät mit vier Kameras und Datenverarbeitungssoftware für die Durchführung funktionaler Auswertungen während der Grundlagenforschung mit Nagetiermodellen verwendet.
Abstract
Im Vergleich zum Sciatic Functional Index (SFI) ist die kinematische Analyse eine zuverlässigere und empfindlichere Methode zur Durchführung funktioneller Auswertungen von Ischiasnervenverletzungs-Nagetiermodellen. In diesem Protokoll beschreiben wir eine neuartige kinematische Analysemethode, die ein dreidimensionales (3D) Bewegungserfassungsgerät für funktionelle Auswertungen mit einem Ratten-Ischias-Nervenzerkleinerungs-Verletzungsmodell verwendet. Zunächst wird die Ratte mit dem Laufbandlaufen vertraut gemacht. Markierungen werden dann an den ausgewiesenen Knochenlandmarken befestigt und die Ratte wird gemacht, um auf dem Laufband mit der gewünschten Geschwindigkeit zu gehen. Inzwischen werden die hinteren Gliedmaßenbewegungen der Ratte mit vier Kameras aufgezeichnet. Je nach verwendeter Software werden Markerverfolgungen sowohl im automatischen als auch im manuellen Modus erstellt und die gewünschten Daten nach subtilen Anpassungen erstellt. Diese Methode der kinematischen Analyse, bei der ein 3D-Bewegungserfassungsgerät verwendet wird, bietet zahlreiche Vorteile, darunter überlegene Präzision und Genauigkeit. Viele weitere Parameter können im Rahmen der umfassenden Funktionsauswertungen untersucht werden. Diese Methode weist mehrere Mängel auf, die berücksichtigt werden müssen: Das System ist teuer, kann kompliziert zu bedienen sein und kann zu Datenabweichungen aufgrund von Hautverschiebungen führen. Dennoch ist die kinematische Analyse mit einem 3D-Bewegungsaufnahmegerät nützlich für die Durchführung funktioneller vorderer und hinterer Gliedmaßenauswertungen. In Zukunft könnte diese Methode immer nützlicher werden, um genaue Bewertungen verschiedener Traumata und Krankheiten zu erstellen.
Introduction
Der Sciatic Functional Index (SFI) ist die Benchmark-Methode zur Durchführung funktioneller Ischiasnervbewertungen1. Das SFI ist weit verbreitet und wird häufig in verschiedenen funktionellen Evaluierungsstudien über Rattenischias-Nervenverletzungen2,3,4,5,6verwendet. Trotz seiner Popularität, gibt es mehrere Probleme mit SFI, einschließlich Automutilation7, gemeinsames Kontraktierungsrisiko, und Schmierung der Fußabdrücke8. Diese Probleme beeinträchtigen ernsthaft seinen prognostischen Wert9. Daher ist eine alternative, weniger fehleranfällige Methode als Ersatz für das SFI erforderlich.
Eine solche alternative Methode ist die kinematische Analyse. Dazu gehört eine umfassende Ganganalyse mit Tracking-Markern, die an knöchernen Landmarken oder Gelenken befestigt sind. Kinematische Analysen werden zunehmend für funktionelle Auswertungeneingesetzt 9. Diese Methode wird nach und nach als zuverlässiges und sensibles Instrument für die funktionelle Bewertung10 anerkannt, ohne dass die dem SFI11,12zugeschriebenen Mängel nicht berücksichtigt werden.
In diesem Protokoll beschreiben wir eine Reihe von kinematischen Analysen, die ein 3D-Bewegungsaufnahmegerät verwenden, das aus einem Laufband, vier 120 Hz geladenen gekoppelten Geräte (CCD) Kameras und Datenverarbeitungssoftware besteht (siehe Tabelle der Materialien). Diese kinematische Analysemethode unterscheidet sich von der allgemeinen Video-Walking- oder Ganganalyse13,14. Zwei Kameras sind in verschiedene Richtungen positioniert, um hintere Gliedmaßenbewegungen von einer Seite aufzuzeichnen. Anschließend wird ein digitales 3D-Modell der hinteren Gliedmaße mit Computergrafik9erstellt. Wir können bestimmte Gelenkwinkel wie Hüfte, Knie, Knöchel und Zehengelenk berechnen, indem wir die tatsächlichen Gliedmaßenmaße genau rekapitulieren. Zusätzlich können wir verschiedene Parameter wie Schritt-/Schrittlänge und das Verhältnis der Haltungsphase zur Schwingphase bestimmen. Diese Rekonstruktionen basieren auf einem vollständig rekonstruierten 3D-Digitalmodell der hinteren Gliedmaßen, das aus Daten generiert wird, die von zwei Kamerasätzen übertragen werden. Auch die imaginäre Schwerpunktbahn (CoG) kann automatisch berechnet werden.
Wir haben dieses 3D-Bewegungserfassungsgerät verwendet, um mehrere kinematische Parameter einzuführen und zu bewerten, die funktionelle Veränderungen im Laufe der Zeit im Kontext des Ratten-Ischias-Nervenzerkleinerungsmodells offenbaren.
Protocol
Representative Results
Discussion
In diesem Protokoll ist eine stabile und kontinuierlich gehende Ratte der wichtigste Bestandteil der kinematischen Analyse. Die Laufbandgeschwindigkeit wurde auf 20 cm/s eingestellt. Diese Gehgeschwindigkeit gilt keineswegs als “hoch”, wenn sich Ratten ohne Platzbeschränkungen bewegen16. Dennoch ist diese Geschwindigkeit für ungeübte Ratten zu schnell, um auf dem Laufband stabil zu laufen und würde wahrscheinlich zu einem ungewöhnlichen Gang und ungleichmäßigen Bewegungen führen. Diese Ere…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde von JSPS KAKENHI Grant Number JP19K19793, JP18H03129 und JP18K19739 unterstützt.
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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