सिस्टिक तंत्रिका क्रश चोट के चूहे मॉडल में कार्यात्मक मूल्यांकन के लिए 3 डी काइनेमेटिक विश्लेषण
Summary
हम एक काइनेमेटिक विश्लेषण विधि पेश करते हैं जो कृंतक मॉडलों को शामिल मौलिक अनुसंधान के दौरान कार्यात्मक मूल्यांकन करने के लिए चार कैमरों और डेटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर वाले त्रि-आयामी गति कैप्चर उपकरण का उपयोग करता है।
Abstract
सियाटिक कार्यात्मक सूचकांक (एसएफआई) की तुलना में, काइनेमेटिक विश्लेषण सियाटिक तंत्रिका चोट कृंतक मॉडलके कार्यात्मक मूल्यांकन करने के लिए एक अधिक विश्वसनीय और संवेदनशील तरीका है। इस प्रोटोकॉल में, हम एक उपन्यास काइनेमेटिक विश्लेषण विधि का वर्णन करते हैं जो चूहे के सिस्टिक तंत्रिका क्रश चोट मॉडल का उपयोग करके कार्यात्मक मूल्यांकनों के लिए त्रि-आयामी (3 डी) गति कैप्चर उपकरण का उपयोग करता है। सबसे पहले, चूहा ट्रेडमिल चलने से परिचित है। मार्कर तो नामित हड्डी स्थलों से जुड़े होते हैं और चूहा वांछित गति से ट्रेडमिल पर चलने के लिए बनाया जाता है। इस बीच, चूहे के पीछे अंग आंदोलनों चार कैमरों का उपयोग कर दर्ज कर रहे हैं । उपयोग किए गए सॉफ़्टवेयर के आधार पर, स्वचालित और मैनुअल दोनों मोड का उपयोग करके मार्कर ट्रेसिंग बनाई जाती हैं और सूक्ष्म समायोजन के बाद वांछित डेटा का उत्पादन किया जाता है। काइनेमेटिक विश्लेषण की यह विधि, जो 3 डी मोशन कैप्चर उपकरण का उपयोग करती है, बेहतर सटीकता और सटीकता सहित कई फायदे प्रदान करती है। व्यापक कार्यात्मक मूल्यांकनों के दौरान कई और मापदंडों की जांच की जा सकती है। इस विधि में कई कमियां हैं जिन पर विचार करने की आवश्यकता है: सिस्टम महंगा है, काम करने के लिए जटिल हो सकता है, और त्वचा स्थानांतरण के कारण डेटा विचलन का उत्पादन कर सकता है। फिर भी, 3 डी मोशन कैप्चर उपकरण का उपयोग करके काइनेमेटिक विश्लेषण कार्यात्मक पूर्वकाल और पीछे के अंग मूल्यांकन ों को करने के लिए उपयोगी है। भविष्य में, यह विधि विभिन्न आघात ों और बीमारियों का सटीक आकलन उत्पन्न करने के लिए तेजी से उपयोगी हो सकती है।
Introduction
Sciatic कार्यात्मक सूचकांक (एसएफआई) कार्यात्मक sciatic तंत्रिका मूल्यांकन1बाहर ले जाने के लिए बेंचमार्क विधि है । एसएफआई को व्यापक रूप से अपनाया गया है और इसका उपयोग चूहे के सिस्टिक तंत्रिकाचोटों 2,3,4,5,6पर विभिन्न कार्यात्मक मूल्यांकन अध्ययनों के भीतर अक्सर किया जाता है । अपनी लोकप्रियता के बावजूद, एसएफआई के साथ कई समस्याएं हैं, जिनमें ऑटोम्यूरटिथन7,संयुक्त संकुचन जोखिम और पैरों के निशान8को गंदा करना शामिल है । ये समस्याएं इसके शकुन मूल्य9को गंभीर रूप से प्रभावित करती हैं । इसलिए एसएफआई के विकल्प के तौर पर एक विकल्प, कम त्रुटि-प्रवण विधि की आवश्यकता होती है।
ऐसी ही एक वैकल्पिक विधि काइनेमेटिक एनालिसिस है। इसमें बोनी लैंडमार्क या जोड़ों से जुड़े ट्रैकिंग मार्कर का उपयोग करके व्यापक चाल विश्लेषण शामिल है। काइनेमेटिक विश्लेषण का उपयोग कार्यात्मक मूल्यांकन9के लिए तेजी से किया जाता है। एसएफआई11,12के लिए जिम्मेदार कमियों के बिना कार्यात्मक मूल्यांकन10 के लिए इस विधि को उत्तरोत्तर एक विश्वसनीय और संवेदनशील उपकरण के रूप में पहचाना जा रहा है ।
इस प्रोटोकॉल में, हम काइनेमेटिक विश्लेषणों की एक श्रृंखला का वर्णन करते हैं जो ट्रेडमिल, चार 120 हर्ट्ज चार्ज किए गए डिवाइस (सीसीडी) कैमरे और डेटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर (सामग्री की तालिकादेखें) से मिलकर 3 डी मोशन कैप्चर उपकरण का उपयोग करते हैं। यह काइनेमेटिक विश्लेषण विधि सामान्य वीडियो वॉकिंग या चाल विश्लेषण13,14से अलग है . एक ही तरफ से पीछे के अंग आंदोलनों को रिकॉर्ड करने के लिए दो कैमरे अलग-अलग दिशाओं में तैनात हैं। इसके बाद, कंप्यूटर ग्राफिक्स9का उपयोग करके पीछे के अंग का 3डी डिजिटल मॉडल बनाया जाता है। हम वास्तविक अंग आयामों को बारीकी से संक्षिप्त करके, कूल्हे, घुटने, टखने और पैर की ओर जोड़ जैसे नामित संयुक्त कोणों की गणना कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, हम प्रगति/कदम लंबाई और स्विंग चरण के लिए रुख चरण के अनुपात जैसे विभिन्न मापदंडों का निर्धारण कर सकते हैं । ये पुनर्निर्माण पीछे के अंगों के पूरी तरह से पुनर्निर्मित 3 डी डिजिटल मॉडल पर आधारित हैं, जो कैमरों के दो सेटों द्वारा प्रेषित डेटा से उत्पन्न होते हैं। यहां तक कि गुरुत्वाकर्षण के काल्पनिक केंद्र (दांता) प्रक्षेपवक्र स्वचालित रूप से गणना की जा सकती है।
हमने इस 3 डी मोशन कैप्चर उपकरण का उपयोग कई काइनेमेटिक मापदंडों को पेश करने और उनका आकलन करने के लिए किया जो चूहे के सिस्टिक तंत्रिका क्रश चोट मॉडल के संदर्भ में समय के साथ कार्यात्मक परिवर्तन प्रकट करते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में, एक स्थिर और लगातार चलने वाला चूहा काइनेमेटिक विश्लेषण का सबसे महत्वपूर्ण घटक है। ट्रेडमिल की स्पीड 20 सेमी/एस तय की गई थी । यदि चूहे अंतरिक्ष बाधाओंकेबिना आगे बढ़ते हैं तो यह च…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को जेपीएस ककेन्ही ग्रांट नंबर JP19K19793, JP18H03129, और JP18K19739 द्वारा समर्थित किया गया था।
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).
