3D кинематический анализ для функциональной оценки в Крыса Модель Сиатический нерв Давка травмы
Summary
Мы внедряем метод кинематический анализ, который использует трехмерный аппарат захвата движения, содержащий четыре камеры и программное обеспечение для обработки данных для выполнения функциональных оценок в ходе фундаментальных исследований с участием моделей грызунов.
Abstract
По сравнению с Sciatic Functional Index (SFI), кинематический анализ является более надежным и чувствительным методом для выполнения функциональных оценок седалищного нерва травмы грызунов моделей. В этом протоколе мы описываем новый метод кинематический анализ, который использует трехмерный (3D) аппарат захвата движения для функциональных оценок с использованием модели травмы седалищного нерва крысиного седалищадового нерва. Во-первых, крыса знакома с беговой дорожке ходьбы. Маркеры затем прикрепляются к назначенным костным ориентирам, и крысу заставят ходить по беговой дорожке с нужной скоростью. Между тем, задние движения конечностей крысы регистрируются с помощью четырех камер. В зависимости от используемого программного обеспечения, отслеживание маркеров создается с использованием автоматического и ручного режимов, а желаемые данные создаются после тонких корректировок. Этот метод кинематический анализ, который использует 3D аппарат захвата движения, предлагает многочисленные преимущества, в том числе превосходную точность и точность. В ходе комплексных функциональных оценок можно изучить гораздо больше параметров. Этот метод имеет ряд недостатков, которые требуют рассмотрения: система является дорогостоящим, может быть сложным в эксплуатации, и может привести к отклонениям данных из-за смещения кожи. Тем не менее, кинематический анализ с использованием 3D аппарата захвата движения полезен для выполнения функциональных передних и задних оценок конечностей. В будущем этот метод может стать все более полезным для получения точных оценок различных травм и заболеваний.
Introduction
Сиатический функциональный индекс (SFI) является эталонным методом для проведения функциональных седалитарных нервов оценки1. SFI был широко принят и часто используется в различных функциональных исследований оценки крысситов нервных травм2,3,4,5,6. Несмотря на свою популярность, есть несколько проблем с SFI, в том числе автомутация7,совместный контрактный риск, и мазок следов8. Эти проблемы серьезно влияют на его прогностичное значение9. Таким образом, в качестве замены SFI требуется альтернативный, менее подверженный ошибкам метод.
Одним из таких альтернативных методов является кинематический анализ. Это включает в себя всеобъемлющий анализ походки с использованием маркеров слежения, прикрепленных к костлявым ориентирам или суставам. Кинематический анализ все чаще используется для функциональных оценок9. Этот метод постепенно признается в качестве надежного и чувствительного инструмента для функциональной оценки10 без недостатков, приписываемых SFI11,12.
В этом протоколе мы описываем серию кинематический анализ, которые используют 3D аппарат захвата движения, состоящий из беговой дорожки, четырех 120 Гц заряженных камер совместного устройства (CCD) и программного обеспечения для обработки данных (см. Таблица материалов). Этот метод кинематический анализ отличается от общего видео ходьбы или походки анализа13,14. Две камеры расположены в разных направлениях для записи задних движений конечностей с одной стороны. Впоследствии, 3D цифровая модель задней конечности построен с помощью компьютерной графики9. Мы можем вычислить обозначенные углы сустава, такие как бедро, колено, лодыжка и сустав, путем тщательного повторения фактических размеров конечностей. Кроме того, мы можем определить различные параметры, такие как длина шага/шага и отношение фазы позиции к фазе качели. Эти реконструкции основаны на полностью реконструированных 3D-цифровой модели задних конечностей, генерируемой на основе данных, передаваемых двумя наборами камер. Даже воображаемый центр тяжести (CoG) траектории может быть рассчитан автоматически.
Мы использовали этот 3D аппарат захвата движения для введения и оценки нескольких кинематических параметров, которые показывают функциональные изменения с течением времени в контексте крысы седалищного нерва раздавить травмы модели травмы.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом протоколе стабильная и постоянно гуляя крыса является наиболее важным компонентом кинематический анализ. Скорость беговой дорожки была установлена до 20 см/с. Эта скорость ходьбы ни в коем случае не считается “высокой”, если крысы двигаться без ограничений пространства1…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано JSPS KAKENHI Грант номер JP19K19793, JP18H03129, и 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 |
Riferimenti
- 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).
