مقالة منهجية

التحويل الخطي المباشر لقياس إجهاد الأعصاب الطرفية في الموقع أثناء التمدد

1K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/65924

⸱

يناير 12, 2024

 ,  , 
1School of Biomedical Engineering, Science and Health Systems, Drexel University, 2Bioengineering Department, Temple University

في هذه المقالة

ملخص

ينفذ هذا البروتوكول نظام كاميرا تصوير مجسم تمت معايرته باستخدام التحويل الخطي المباشر لالتقاط الإزاحات ثلاثية الأبعاد في الموقع للأعصاب الطرفية الممتدة. من خلال التقاط هذه الإزاحات ، يمكن تحديد الإجهاد الناجم بدرجات متفاوتة من التمدد لإبلاغ عتبات إصابة التمدد التي يمكن أن تقدم علم إصلاح الأعصاب المعتمد على التمدد.

الملخص

تخضع الأعصاب الطرفية لتمدد فسيولوجي وغير فسيولوجي أثناء النمو ، وحركة المفاصل الطبيعية ، والإصابة ، ومؤخرا أثناء خضوعها للإصلاح الجراحي. يعد فهم الاستجابة الميكانيكية الحيوية للأعصاب الطرفية للتمدد أمرا بالغ الأهمية لفهم استجابتها لظروف التحميل المختلفة وبالتالي لتحسين استراتيجيات العلاج والتدخلات الجراحية. يصف هذا البروتوكول بالتفصيل عملية معايرة نظام كاميرا التصوير المجسم عبر التحويل الخطي المباشر وتتبع إزاحة الأنسجة ثلاثية الأبعاد في الموقع للأعصاب الطرفية أثناء التمدد ، والتي تم الحصول عليها من الإحداثيات ثلاثية الأبعاد لملفات الفيديو التي تم التقاطها بواسطة نظام كاميرا التصوير المجسم المعاير.

من الإحداثيات ثلاثية الأبعاد التي تم الحصول عليها ، يمكن حساب طول العصب والتغير في طول العصب ونسبة الإجهاد فيما يتعلق بالوقت للعصب المحيطي الممتد. يوفر استخدام نظام كاميرا التصوير المجسم طريقة غير جراحية لالتقاط الإزاحات ثلاثية الأبعاد للأعصاب الطرفية عند التمدد. يتيح التحويل الخطي المباشر إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لطول العصب المحيطي أثناء التمدد لقياس الإجهاد. حاليا ، لا توجد منهجية لدراسة الإجهاد في الموقع للأعصاب الطرفية الممتدة باستخدام نظام كاميرا التصوير المجسم الذي تمت معايرته عبر التحويل الخطي المباشر. إن التقاط سلالة الأعصاب الطرفية في الموقع عند التمدد لا يمكن أن يساعد الأطباء في فهم آليات الإصابة الأساسية لتلف الأعصاب عند التمدد الزائد فحسب ، بل يساعد أيضا في تحسين استراتيجيات العلاج التي تعتمد على التدخلات التي يسببها التمدد. المنهجية الموصوفة في الورقة لديها القدرة على تعزيز فهمنا للميكانيكا الحيوية للأعصاب الطرفية استجابة للتمدد لتحسين نتائج المرضى في مجال إدارة إصابات الأعصاب وإعادة التأهيل.

المقدمة

تخضع الأعصاب الطرفية (PNs) للتمدد أثناء التطور والنمو وحركة المفاصل الطبيعية والإصابة والجراحة1. تعرض PNs خصائص لزجة مرنة لحماية العصب أثناء الحركات المنتظمة 2,3 والحفاظ على الصحة الهيكلية لأليافه العصبية2. لأنه ثبت أن استجابة PN للتمدد الميكانيكي تعتمد على نوع تلف الألياف العصبية4 ، وإصابات الأنسجة الضامة المجاورة 2,4 ، وطرق الاختبار (أي معدل التحميل أو الاتجاه)5،6،7،8،9،10،11،12،13،14، من الضروري التمييز بين الاستجابات الميكانيكية الحيوية لل PNs أثناء النطاق الطبيعي للحركة مقابل النطاق غير الفسيولوجي بمعدلات التمدد البطيء والسريع. هذا يمكن أن يزيد من فهم آلية إصابة PN استجابة للتمدد والمساعدة في التدخل الأمثل في الوقت المناسب1،4،15،16. كان هناك اتجاه متزايد في العلاج الطبيعي للتقييم والتدخل بناء على العلاقة بين فسيولوجيا الأعصاب والميكانيكا الحيوية17. من خلال فهم الاختلافات في الميكانيكا الحيوية PN في مختلف الأحمال التطبيقية ، يمكن أن يكون المعالجون الفيزيائيون مستعدين بشكل أفضل لتعديل التدخلات الحالية17.

تظل البيانات الميكانيكية الحيوية المتاحة ل PNs استجابة للتمدد متغيرة ويمكن أن تعزى إلى معدات وإجراءات الاختبار والاختلافات في تحليل بيانات الاستطالة5،6،7،8،9،10،11،12،13،14،16. علاوة على ذلك ، لا يزال قياس إزاحة العصب في الموقع ثلاثي الأبعاد (3D) غير موصوف بشكل جيد في الأدبيات المتاحة حاليا. استخدمت الدراسات السابقة تقنيات التصوير المجسم لتحقيق أقصى قدر من دقة إعادة بناء 3D لإزاحة الأنسجة لكبسولات المفصل الوجهي18,19. تتيح تقنية التحويل الخطي المباشر (DLT) تحويل عرضين أو أكثر من طرق العرض ثنائية الأبعاد (2D) إلى إحداثيات العالم الحقيقي ثلاثية الأبعاد (أي بالملليمتر)20,21,22. توفر DLT طريقة معايرة عالية الدقة لأنظمة كاميرات التصوير الاستريو لأنها تتيح إعادة بناء دقيقة لمواقع 3D ، مع مراعاة تشويه العدسة ، ومعلمات الكاميرا ، وإحداثيات الصورة ، وتسمح بالمرونة في إعداد كاميرا التصوير الاستريو20،21،22. عادة ما تستخدم الدراسات التي تستخدم أنظمة كاميرا التصوير الاستريو المعايرة بواسطة DLT لدراسة تحليل الحركة والمشي22,23. يهدف هذا البروتوكول إلى تقديم منهجية مفصلة لتحديد الإجهاد في الموقع ل PNs بدرجات متفاوتة من التمدد باستخدام نظام كاميرا تصوير مجسم معايرة DLT وبرنامج تتبع مفتوح المصدر22.

البروتوكول

تمت الموافقة على جميع الإجراءات الموضحة من قبل لجنة رعاية واستخدام المؤسسية بجامعة دريكسيل (IACUC). تم الحصول على خنزير صغير لحديثي الولادة من مزرعة معتمدة من وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) تقع في ولاية بنسلفانيا بالولايات المتحدة الأمريكية.

1. إعداد نظام التصوير المجسم

  1. قم بتوصيل نظام كاميرا تصوير استريو يلتقط ما يصل إلى 100 إطار / ثانية (FPS) بحامل مرافق. نظام كاميرا التصوير الاستريو المستخدم في هذه الدراسة هو كاميرا ستيريو سلبية مع كاميرتين محاذيتين أفقيا (يشار إليهما باسم الكاميرات اليمنى واليسرى) مفصولة بخط أساس يبلغ 63 مم (الشكل 1).

figure-protocol-1
الشكل 1: نظام كاميرا التصوير المجسم. (أ) نظام كاميرا تصوير ستيريو متوازي مع كاميرتين (كاميرتان يمين ويمين) يفصل بينهما خط أساس يبلغ 63 مم. (ب) رسم تخطيطي لنظام كاميرا التصوير المجسم وإعداد الحامل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. نظام التصوير الاستريو DLT معايرة رقمنة حجم التحكم 3D

  1. احصل على ثلاث صفائح مربعة من زجاج شبكي الأكريليك الشفاف (12 بوصة × 12 بوصة × 0.125 بوصة). في كل ورقة ، ضع شبكة وارسم 10 نقاط على الأقل ، مما ينتج عنه 30 نقطة على الأقل موزعة عبر حجم التحكم ثلاثي الأبعاد في مستويات الإحداثيات x و y و z. قم ببناء حجم التحكم ثلاثي الأبعاد عن طريق تكديس الأوراق الثلاث على ارتفاعات متفاوتة لالتقاط أقصى ارتفاع لما سيتم تسجيله (الشكل 2 أ).
  2. رقمنة جميع النقاط على مستوى صوت التحكم 3D باستخدام محول رقمي مع دواسة القدم. احصل على إحداثيات x و y و z (بالملليمتر) (الشكل 2B) عن طريق تحديد الأصل (0 ، 0 ، 0) على مكعب التحكم ثلاثي الأبعاد ، وتحديد الاتجاهين x و y الموجب ، وفتح مستند لحفظ الإحداثيات الرقمية (x ، y ، z) (مم) لكل نقطة ، وحفظ إحداثيات (x ، y ، z) (مم) كملف *.csv.
    ملاحظة: الإحداثيات (x، y، z) مرتبطة بالأصل المحدد على مكعب التحكم 3D.
  3. استخدم هذه الإحداثيات الرقمية (x ، y ، z) (بالملليمتر) لمعايرة الكاميرات اليمنى واليسرى لنظام كاميرا التصوير الاستريو ، على التوالي.

figure-protocol-2
الشكل 2: حجم التحكم ثلاثي الأبعاد والتحويل الرقمي مع دواسة القدم. (أ) رسم تخطيطي لحجم التحكم 3D. (B) مكونات التحويل الرقمي مع دواسة القدم المستخدمة لرقمنة حجم التحكم 3D للحصول على (x ، y ، z) الإحداثيات بالملليمتر. اختصار: 3D = ثلاثي الأبعاد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. معايرة نظام كاميرا التصوير المجسم - توليد معاملات التحويل الخطي المباشر

  1. قم بتوصيل نظام كاميرا التصوير الاستريو بحامل المرافق (الشكل 3 أ).
  2. ضع نظام كاميرا التصوير الاستريو على ارتفاع 6 سم فوق مستوى صوت التحكم ثلاثي الأبعاد (الشكل 3 أ).
  3. قم بتوصيل نظام كاميرا التصوير الاستريو بجهاز كمبيوتر محمول عبر كابل USB من النوع C.
  4. افتح برنامج التصوير (انظر جدول المواد).
  5. صورة مستوى صوت عنصر التحكم 3D. تتضمن صورة الإخراج (الشكل التكميلي S1) كلا من مشاهد الكاميرا اليمنى واليسرى (الشكل 3B).
  6. قم بتشغيل كود MATLAB المخصص (الملف التكميلي 1) لفصل الصورة الناتجة إلى صورتين ، الصور اليمنى واليسرى ، على التوالي (الشكل 3C ، الأشكال التكميلية S2 ، والأشكال التكميلية S3 ، على التوالي).
  7. انقر فوق تشغيل لتهيئة واجهة المستخدم الرسومية DLTcal5.m22 (الملف التكميلي 2).
    1. انقر فوق تهيئة في نافذة عناصر تحكم DLTcal5 لتحديد ملف * .csv بالإحداثيات الرقمية (x ، y ، z) (بالملليمتر) (الشكل 4A والملف التكميلي 3).
    2. حدد الصورة المقابلة لمستوى صوت التحكم ثلاثي الأبعاد من العرض الأول لنظام كاميرا التصوير الاستريو (الشكل التكميلي S2). بالنسبة لنظام كاميرا التصوير المجسم هذا ، يتوافق عرض الكاميرا اليسرى مع عرض الكاميرا الأول (الشكل 4 ب).
    3. تنبثق صورة عرض الكاميرا الأولى (أي عرض الكاميرا اليسرى).
    4. حدد النقاط بالترتيب الذي تم رقمنة النقاط به في القسم 2 للحصول على إحداثيات البكسل ثنائية الأبعاد من عرض الكاميرا الأيسر (الشكل 4B).
    5. قم بتعيين النقطة الحالية في نافذة DLTcal5 Controls وانقر فوق النقطة الحالية المقابلة في صورة عرض الكاميرا الأولى المحملة (أي عرض الكاميرا اليسرى).
    6. بعد تحديد جميع النقاط في عرض الكاميرا الأولى المحملة ، انقر فوق معاملات الحساب لإنشاء معاملات DLT 11 لعرض الكاميرا اليسرى (الشكل 4B).
    7. انقر فوق إضافة كاميرا في نافذة عناصر تحكم DLTcal5 وكرر الخطوات 3.7.2-3.7.6 لإنشاء معاملات DLT ال 11 لعرض الكاميرا الأيمن (أي عرض الكاميرا الثاني) (الشكل 4B و C والشكل التكميلي S3).
    8. انقر فوق حفظ البيانات في نافذة عناصر تحكم DLTcal5 لتحديد المجلد حيث سيتم حفظ ملفات الإخراج (الشكل 4D).
    9. تتضمن ملفات الإخراج إحداثيات البكسل 2D (x ، y) (الملف التكميلي 4) ومعاملات DLT ال 11 المقابلة لمناظر الكاميرا اليمنى واليسرى لنظام كاميرا التصوير الاستريو (الشكل 4D والملف التكميلي 5).
    10. تمت معايرة نظام كاميرا التصوير الاستريو.

figure-protocol-3
الشكل 3: رسم تخطيطي للحصول على صورة لحجم التحكم ثلاثي الأبعاد باستخدام نظام كاميرا التصوير المجسم لمعايرة التحويل الخطي المباشر. ( أ) قم بتوصيل نظام كاميرا التصوير الاستريو بحامل ثم قم بتوصيله بجهاز كمبيوتر محمول عبر كابل USB من النوع C. ضع مستوى صوت التحكم 3D 6 سم تحت نظام كاميرا التصوير الاستريو. (ب) باستخدام برنامج التصوير ، التقط صورة لحجم التحكم 3D. صورة الإخراج هي صورة مدمجة من الكاميرات اليمنى واليسرى. (C) باستخدام رمز MATLAB مخصص ، يتم فصل صورة الإخراج المدمجة إلى صور فردية يسار ويمين لوحدة تحكم 3D. اختصار: 3D = ثلاثي الأبعاد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-4
الشكل 4: رسم تخطيطي لتوليد معاملات التحويل الخطي المباشر لمناظر الكاميرا اليمنى واليسرى لنظام تصوير الكاميرا الاستريو. (أ) قم بتشغيل DLTcal5.m22 ، وانقر فوق تهيئة في نافذة عناصر التحكم ، وحدد ملف * .csv مع الإحداثيات الرقمية (x ، y ، z) (بالملليمتر) لحجم التحكم 3D. ( ب) حدد صورة المعايرة لعرض الكاميرا اليسرى. ثم حدد النقاط الموجودة على الصورة بنفس الترتيب الذي تم رقمنتها به. ثم انقر فوق معاملات الحساب لإنشاء معاملات DLT لعرض الكاميرا اليسرى. بعد ذلك ، انقر فوق إضافة كاميرا لتكرار الخطوات لعرض الكاميرا الصحيح. ( C) حدد صورة المعايرة لعرض الكاميرا الأيمن. ثم حدد النقاط الموجودة على الصورة بنفس الترتيب الذي تم رقمنتها به. ثم انقر فوق معاملات الحساب لإنشاء معاملات DLT لعرض الكاميرا الصحيح. (د) انقر فوق حفظ البيانات لتحديد الدليل لحفظ معاملات DLT لطرق عرض الكاميرا اليمنى واليسرى. أدخل اسم ملف الإخراج وانقر فوق موافق وسيتم حفظ معاملات DLT كملف *.csv. الاختصار: 3D = ثلاثي الأبعاد و DLT = تحويل خطي مباشر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. الحصول على البيانات

  1. ضع خنزير يوركشاير الصغير المخدر (3-5 أيام) في وضع ضعيف مع الأطراف العلوية في الاختطاف لفضح المنطقة الإبطية. قم بعمل شق في خط الوسط عبر الجلد واللفافة التي تغطي القصبة الهوائية وصولا إلى الثلث العلوي من القص.
  2. استخدم التشريح الحاد لفضح أعصاب الضفيرة العضدية.
  3. رش محلول ملحي على عصب الضفيرة العضدية المكشوف للحفاظ على رطوبته قبل الاختبار وأثناءه وبعده.
  4. قطع الطرف البعيد من الضفيرة العضدية PN والمشبك إلى جهاز الاختبار الميكانيكي.
  5. قم بتوصيل نظام كاميرا التصوير الاستريو بحامل المرافق ، وضعه حتى 6 سم فوق PN ليتم شده ، ثم قم بتوصيل نظام كاميرا التصوير الاستريو بجهاز كمبيوتر محمول عبر كابل USB من النوع C (الشكل 5A).
  6. استخدم علامة جلد قائمة على الحبر لوضع علامات على مواقع الإدخال والمشبك وعلامتين إلى أربع علامات إضافية على طول PN اعتمادا على طول العصب ، لتتبع الإزاحة (الشكل 5B).
  7. ضع شبكة معايرة (أي شبكة مغلفة بمربعات 0.5 سم × 0.5 سم) ومسطرة 1 سم ، مسطحة أسفل PN لتحليل البيانات (الشكل 5B).
  8. سجل الطول الأولي لل PN بعد التثبيت وقبل التمدد مباشرة.
  9. قم بتمديد PN بمعدل إزاحة 500 مم / دقيقة إلى الفشل أو التمدد المحدد مسبقا.

figure-protocol-5
الشكل 5: رسم تخطيطي تمثيلي للحصول على بيانات تمدد الأعصاب الطرفية. ( أ) قم بتوصيل نظام كاميرا التصوير الاستريو بحامل ثم قم بتوصيله بجهاز كمبيوتر محمول عبر كابل USB من النوع C. ضع نظام كاميرا التصوير الاستريو حتى 6 سم فوق العصب المحيطي. (ب) العصب الطرفي مثبت بالإعداد الميكانيكي في الطرف البعيد. باستخدام علامة الجلد القائمة على الحبر ، ضع علامة على مواقع الإدخال والمشبك واثنين إلى أربعة علامات إضافية على طول العصب. يتم رش محلول ملحي على العصب المحيطي للحفاظ على رطوبته قبل الاختبار وأثناءه وبعده. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. تتبع مسار علامة تحليل البيانات

  1. قم بتشغيل كود MATLAB المخصص (الملف التكميلي 6) لفصل ملف الفيديو الناتج (الملف التكميلي 7) إلى ملفين فيديو ، ملفات فيديو الكاميرا اليمنى واليسرى (الملف التكميلي 8 والملف التكميلي 9 ، على التوالي).
  2. نقر ركض لتهيئة DLTdv7.m22 واجهة المستخدم الرسومية (الملف التكميلي 10).
    1. تنبثق نافذة عناصر تحكم DLTdv7 ويتم تمكين أزرار المشروع الجديد وتحميل المشروع والإنهاء (الشكل 6 أ).
    2. انقر فوق مشروع جديد في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 لبدء مشروع جديد.
    3. عندما ينبثق مربع حوار ، حدد 2 للإشارة إلى ملفين فيديو (أي ، طرق عرض الكاميرا اليمنى واليسرى) لتتبع مسارات علامة الإزاحة على العصب المحيطي الممتد (الشكل 6B).
    4. حدد ملف الفيديو الأول (أي الفيديو 1) ، وهو ملف الفيديو من عرض الكاميرا الأيسر (الملف التكميلي 8) ، وانقر فوق فتح (الشكل 6C). ثم حدد ملف الفيديو الثاني (أي الفيديو 2) ، وهو ملف الفيديو من عرض الكاميرا الأيمن (الملف التكميلي 9) ، وانقر فوق فتح (الشكل 6C).
    5. بعد تحديد ملفي الفيديو، انقر فوق نعم للإشارة إلى أنه تم الحصول على ملفات الفيديو من طرق عرض الكاميرا التي تمت معايرتها عبر DLT.
    6. حدد معاملات DLT * .csv المقابلة (الملف التكميلي 5) لنظام كاميرا التصوير الاستريو وانقر فوق فتح (الشكل 6D).
    7. يتم عرض إطارات الفيديو الأولية من كل من ملفات الفيديو ويتم تنشيط بقية نافذة عناصر تحكم DLTdv7 . يتم استبدال زر المشروع الجديد بزر نقاط 3D لإعادة الحساب ويتم استبدال زر تحميل المشروع بزر الحفظ (الشكل 6E).
    8. في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 ، تأكد من أن رقم الإطار على 1 ، وتعيين النقطة الحالية على 1 ، وإيقاف تشغيل وضع التتبع التلقائي ، وتحديث جميع مقاطع الفيديو ، والتعليقات المرئية DLT ، وإظهار مسارات 2D (الشكل 6E).
    9. تأكد من وضع نقاط التتبع على علامات الإزاحة الخاصة ب PN بحيث تتوافق علامة الإدخال مع النقطة 1 ، والعلامة 1 تتوافق مع النقطة 2 ، وهكذا مع كون علامة المشبك هي النقطة النهائية.
    10. ضع النقطة 1 على علامة الإدراج في الفيديو 1 (أي ملف فيديو عرض الكاميرا اليسرى) مع التأكد من أن النقطة الموضوعة في مركز علامة الإدراج. استخدم اختصارات لوحة المفاتيح (الجدول 1) لنقل النقطة الموضوعة إلى مركز علامة الإدراج (الشكل 7 أ).
    11. نظرا لأنه يتم التحقق من ردود الفعل المرئية ل DLT ، عند وضع نقطة في الفيديو 1 ، يظهر خط فوق قطبي أزرق في الفيديو 2 (أي ملف فيديو عرض الكاميرا الأيمن) (الشكل 7). ضع النقطة 1 على علامة الإدراج في الفيديو 2 باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق كمرجع. استخدم اختصارات لوحة المفاتيح (الجدول 1) ، حسب الحاجة ، لنقل النقطة الموضوعة إلى مركز علامة الإدراج (الشكل 7 أ).
    12. انقر فوق إضافة نقطة في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 لإضافة نقاط على علامات الأنسجة الأخرى لتتبع مساراتها. راجع النقطة الحالية في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 لمعرفة النقطة النشطة.
    13. انقر على إضافة نقطة. ضع النقطة 2 على العلامة 1 في الفيديو 1. استخدم الخط فوق القطبي الأزرق واختصارات لوحة المفاتيح لوضع النقطة 2 على العلامة 1 في الفيديو 2. استمر في إضافة النقاط ووضعها ، أولا في الفيديو 1 ثم في الفيديو 2 ، لجميع علامات الإزاحة على طول العصب بين الإدخال والمشبك (أي النقطة النهائية) (الشكل 7B-F).
    14. بمجرد وضع جميع النقاط الأولية في الفيديو 1 والفيديو 2 (أي ملفات فيديو الكاميرا اليمنى واليسرى ، على التوالي) ، تأكد من أن رقم الإطار على 1 وأن النقطة الحالية مضبوطة على 1 في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 .
    15. في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 ، قم بتغيير وضع التتبع التلقائي إلى التقدم التلقائي من القائمة المنسدلة وتوقع التتبع التلقائي إلى Kalman الممتد من القائمة المنسدلة (الشكل 8A).
    16. أكمل تتبع جميع النقاط الموضوعة في الفيديو 1 أولا ثم أكمل التتبع في الفيديو 2. تتبع مسار العلامة عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر على مركز العلامة إطارا تلو الآخر حتى الفشل (أي الإطار قبل التمزق الإجمالي للعصب المحيطي) أو كامل الفيديو لتمديد محدد مسبقا.
    17. ابدأ نقطة التتبع 1 في الفيديو 1. التكبير والتصغير (الجدول 1) حسب الرغبة للتأكد من أن التتبع في مركز العلامة ؛ انقر إطارا بإطار حتى فشل الفيديو أو نهايته (الشكل 8 ب). بعد الانتهاء من تتبع النقطة 1 في الفيديو 1 ، ارجع إلى الإطار 1 وقم بتغيير النقطة الحالية إلى النقطة 2 من القائمة المنسدلة في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 . ستتحول النقطة المتعقبة السابقة إلى اللون الأزرق الفاتح وسيتحول مسارها إلى اللون الأصفر. سيكون للنقطة الحالية ماسة خضراء ومركز وردي.
    18. أكمل تتبع جميع النقاط في الفيديو 1 بالنقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر لكل نقطة حتى فشل الفيديو أو نهايته (الشكل 8C-G).
    19. في الفيديو 2 ، استخدم الخط فوق القطبي الأزرق لتتبع النقاط بالإشارة إلى الفيديو 1 (الشكل 9). في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 ، أعد رقم الإطار إلى 1 واضبط النقطة الحالية على 1 ، وابدأ في تتبع مسار النقطة 1 في الفيديو 2.
    20. اتبع نفس الخطوات (5.2.16-5.2.18) لتتبع النقاط المتبقية في الفيديو 2.
    21. بعد اكتمال التعقب في الفيديو 1 والفيديو 2، انقر فوق نقاط التصدير في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 لتصدير إحداثيات (x وy وz) (بالملليمتر) للنقاط المتعقبة.
    22. ينبثق مربع حوار لتحديد الدليل حيث يتم حفظ ملفات الإخراج. انقر فوق موقع الدليل.
    23. ينبثق مربع حوار آخر لتعيين اسم ملفات الإخراج. قم بتعيين اسم ملفات الإخراج (على سبيل المثال ، nerve1_101-Jan-2001videoanalyzed_cal09.30_trial1_).
    24. ينبثق مربع حوار آخر. حدد تنسيق الحفظ على أنه مسطح.
    25. ينبثق مربع حوار آخر. حدد لا لحساب فاصل الثقة 95٪.
    26. ينبثق مربع حوار نهائي يوضح تصدير البيانات وحفظها ، ويتم تصدير ملفات الإخراج الأربعة إلى موقع الدليل المحدد (الملف التكميلي 11 ، الملف التكميلي 12 ، الملف التكميلي 13 ، والملف التكميلي 14).
    27. انقر فوق حفظ المشروع في نافذة عناصر تحكم DLTdv7 لحفظ المشروع الحالي (الملف التكميلي 15) في نفس الدليل مثل ملفات الإخراج.

figure-protocol-6
الشكل 6: تخطيطي لإعداد مشروع جديد لبدء تتبع المسار ثلاثي الأبعاد. (أ) قم بتشغيل DLTdv7.m22 وانقر فوق مشروع جديد لبدء مشروع جديد. (B) حدد 2 كعدد ملفات الفيديو. (C) حدد ملف الفيديو 1 (أي عرض الكاميرا اليسرى) ثم حدد ملف الفيديو 2 (أي عرض الكاميرا الأيمن). (د) حدد نعم لأن ملفات الفيديو تأتي من نظام كاميرا تصوير استريو معايرة DLT. ثم حدد الملف *.csv الذي يحتوي على معاملات DLT. (ه) ملفات الفيديو المحددة جاهزة الآن للتتبع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

مفتاح/نقرةوصف
انقر بزر الماوس الأيسريتتبع مسار نقطة في الإطار الذي تم النقر عليه
(+) مفتاحتكبير/تصغير إطار الفيديو الحالي في مؤشر mosue
(-) مفتاحيقوم بتكبير إطار الفيديو الحالي خارج مؤشر mosue
(ط) المفتاحتحريك النقطة لأعلى
(ي) المفتاحتحريك النقطة إلى اليسار
(ك) المفتاحتحريك النقطة لليمين
(م) المفتاحتحريك النقطة لأسفل

الجدول 1: اختصارات لوحة المفاتيح والماوس لتتبع مسار النقطة.

figure-protocol-7
الشكل 7: رسم تخطيطي لوضع النقاط الأولية على علامات الأنسجة للفيديو 1 والفيديو 2 باستخدام DLTdv7.m22. (أ) اضبط النقطة الحالية على 1. ضع النقطة 1 على علامة الإدراج في الفيديو 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في الفيديو 2 ، ضع النقطة 1 على علامة الإدراج. (ب) اضبط النقطة الحالية على 2. ضع النقطة 2 على العلامة 1 في الفيديو 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في الفيديو 2 ، ضع النقطة 2 على العلامة 1. (ج) اضبط النقطة الحالية على 3. ضع النقطة 3 على العلامة 2 في الفيديو 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في الفيديو 2 ، ضع النقطة 3 على العلامة 2. (د) اضبط النقطة الحالية على 4. ضع النقطة 4 على العلامة 3 في الفيديو 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في الفيديو 2 ، ضع النقطة 4 على العلامة 3. (ه) اضبط النقطة الحالية على 5. ضع النقطة 5 على العلامة 4 في الفيديو 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في الفيديو 2 ، ضع النقطة 5 على العلامة 4. (F) اضبط النقطة الحالية على 6. ضع النقطة 6 على علامة المشبك في الفيديو 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في الفيديو 2 ، ضع النقطة 6 على علامة المشبك. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-8
الشكل 8: رسم تخطيطي لتتبع مسارات نقطة علامة الفيديو 1 باستخدام DLTdv7.m22. (أ) اضبط رقم الإطار على 1 ، والنقطة الحالية على 1 ، ووضع التتبع التلقائي على التقدم التلقائي ، وتوقع التتبع التلقائي على كالمان الموسع. (ب) اضبط النقطة الحالية على 1. في ملف الفيديو 1 ، ابدأ في تتبع إزاحة علامة الإدراج (أي النقطة 1) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. (ج) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 2. في ملف الفيديو 1 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 1 (أي النقطة 2) بالنقر بزر الماوس الأيسر إطارا بإطار حتى الإطار الأخير. (د) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 3. في ملف الفيديو 1 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 2 (أي النقطة 3) بالنقر بزر الماوس الأيسر إطارا بإطار حتى الإطار الأخير. (ه) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 4. في ملف الفيديو 1 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 3 (أي النقطة 4) بالنقر بزر الماوس الأيسر إطارا بإطار حتى الإطار الأخير. (F) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 5. في ملف الفيديو 1 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 4 (أي النقطة 5) بالنقر بزر الماوس الأيسر إطارا بإطار حتى الإطار الأخير. (ز) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 6. في ملف الفيديو 1 ، ابدأ في تتبع إزاحة علامة المشبك (أي النقطة 6) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-9
الشكل 9: رسم تخطيطي لتتبع مسارات نقطة علامة الفيديو 2 باستخدام DLTdv7.m22. (أ) اضبط رقم الإطار على 1 ، والنقطة الحالية على 1 ، ووضع التتبع التلقائي على التقدم التلقائي ، وتوقع التتبع التلقائي على كالمان الموسع. (ب) اضبط النقطة الحالية على 1. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في ملف الفيديو 2 ، ابدأ في تتبع إزاحة علامة الإدراج (أي النقطة 1) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. (ج) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 2. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في ملف الفيديو 2 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 1 (أي النقطة 2) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. (د) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 3. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في ملف الفيديو 2 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 2 (أي النقطة 3) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. (ه) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 4. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في ملف الفيديو 2 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 3 (أي النقطة 4) بالنقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. (F) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 5. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في ملف الفيديو 2 ، ابدأ في تتبع إزاحة العلامة 4 (أي النقطة 5) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. (ز) اضبط رقم الإطار على 1 والنقطة الحالية على 6. باستخدام الخط فوق القطبي الأزرق في ملف الفيديو 2 ، ابدأ في تتبع إزاحة علامة المشبك (أي النقطة 6) عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر إطارا تلو الآخر حتى الإطار الأخير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

6. تحليل البيانات - تحليل الإجهاد

  1. قم بتشغيل رمز MATLAB مخصص (الملف التكميلي 16) لاستيراد مسارات علامة 3D المتعقبة (x ، y ، z) (بالملليمتر).
  2. في نافذة أوامر MATLAB ، اكتب:
    النسبة المئوية للسلالة ، دلتالي ، الطولني ، اسم الملف] = PercentStrain_3D
  3. أدخل وقت التمزق ، على سبيل المثال ، إذا كانت ملفات الفيديو تحتوي على 59 إطارا ، يكون الوقت 0.59 ثانية ؛ أدخل عدد النقاط المتعقبة ، وحدد ملف * _xyzpts.csv ، مع مسارات 3D المتعقبة (x ، y ، z) (بالملليمتر).
  4. حدد الدليل لحفظ طول الإخراج مقابل الوقت (الشكل التكميلي S4) ، والتغيير في الطول مقابل الوقت (الشكل التكميلي S5) ، والإجهاد مقابل الوقت (الشكل التكميلي S6) و * .xls الملف مع الوقت والطول والتغيير في الطول والإجهاد (الملف التكميلي 17).
  5. احسب الطول (l) والتغير في الطول (Δl) والنسبة المئوية للإجهاد باستخدام المعادلات 1-3:
    figure-protocol-10(1)
    حيث liهي المسافة بين أي علامتين في أي نقطة زمنية ؛ x1i ، y1i ، z1i هي الإحداثيات ثلاثية الأبعاد لإحدى العلامتين ؛ و x2i و y2i و z2i هي الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للعلامات الثانية.
    figure-protocol-11(2)
    حيث liهي المسافة بين أي علامتين في أي نقطة زمنية ، و lo هي المسافة بين أي علامتين عند النقطة الزمنية الأصلية / الصفر.
    figure-protocol-12(3)
    حيث Δliهو التغير في الطول بين علامتين في أي نقطة زمنية ، و loهي المسافة بين أي علامتين عند النقطة الزمنية الأصلية / الصفر.

النتائج

باستخدام المنهجية الموضحة ، يتم الحصول على ملفات الإخراج المختلفة. يحتوي DLTdv7.m *_xyzpts.csv (الملف التكميلي 12) على الإحداثيات (x ، y ، z) بالمليمترات لكل نقطة مجنزرة في كل إطار زمني يستخدم أيضا لحساب الطول والتغير في الطول والإجهاد في PN الممتد. يوضح الشكل 10 الطول التمثيلي ، والتغير في الطول والوقت ، ومخططات وقت الإجهاد ل PN الممتدة. كان لل PN الممتد علامة إدخال ، وأربع علامات على طوله ، وعلامة مشبك تتكون من ستة أجزاء. من خلال تحديد السلالات الكلية والقطاعية ل PN الممتدة ، يتم اكتساب فهم أفضل لعدم تجانس هذه الهياكل بالإضافة إلى المساهمة القطاعية في الامتداد الكلي. يتم استخدام طول الوقت (الشكل 10 أ) والتغيير في مخططات الطول والوقت (الشكل 10 ب) لحساب مخططات وقت الإجهاد (الشكل 10 ج). بالإضافة إلى المؤامرات ، يتم تصدير جدول بيانات (الملف التكميلي 17) مع بيانات قطعة الأرض (أي الوقت والطول والتغيير في الطول والإجهاد).

figure-results-1
الشكل 10: مخططات تمثيلية لزمن الإجهاد، والتغير في طول الزمن، وطول زمن العصب الطرفي الممتد. (أ) مخططات طول العصب بأكمله (أي الجزء 1) ولجميع الأجزاء بين العلامات المجاورة (أي الأجزاء 2-6). (ب) التغير في مخططات طول العصب بأكمله (أي الجزء 1) ولجميع الأجزاء بين العلامات المجاورة (أي الأجزاء 2-6). (ج) مخططات وقت الإجهاد للعصب بأكمله (أي الجزء 1) ولجميع الأجزاء بين العلامات المجاورة (أي الأجزاء 2-6). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يتم استخدام ملفات إخراج DLTdv7.m الثلاثة الأخرى (الملف التكميلي 11 والملف التكميلي 13 والملف التكميلي 14) ومشروع الإخراج (الملف التكميلي 15) لإعادة تحميل المشروع في حالة الحاجة إلى إعادة تتبع مسارات نقاط العلامة.

الشكل التكميلي S1: صورة الإخراج لحجم التحكم ثلاثي الأبعاد (3D). صورة الإخراج لحجم التحكم 3D التي تم التقاطها باستخدام نظام كاميرا التصوير الاستريو المتوازي ونظام برامج التصوير لمعايرة التحويل الخطي المباشر. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S2: الصورة اليسرى لحجم التحكم ثلاثي الأبعاد (3D). الصورة اليسرى لحجم التحكم 3D المستخدمة لمعايرة التحويل الخطي المباشر. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S3: الصورة اليمنى لحجم التحكم ثلاثي الأبعاد (3D). الصورة اليمنى لحجم التحكم 3D المستخدمة لمعايرة التحويل الخطي المباشر. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S4: مخططات الإخراج ذات الوقت الطويل. (أ-و) مخططات الإخراج الطويلة لكل جزء في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S5: التغيير في مخططات الإخراج ذات الطول والوقت. (أ-و) التغيير في مخططات الإخراج الطويلة والزمنية لكل مقطع في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S6: مخططات إخراج وقت الإجهاد. (أ-و) مخططات الإخراج الطويلة لكل جزء في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 1: رمز MATLAB المخصص crop_left_right_stereoimage.m. كود MATLAB مخصص يستخدم لفصل صورة الإخراج إلى صورتين ، الصور اليمنى واليسرى ، على التوالي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: DLTcal5.m22. كود MATLAB مفتوح المصدر يستخدم للحصول على معاملات التحويل الخطي المباشر لنظام كاميرا التصوير المجسم المتوازي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 3: نقاط رقمية ثلاثية الأبعاد (3D) لحجم التحكم. ملف جدول بيانات (Volume_Digitized Pts.csv تحكم ثلاثي الأبعاد) يحتوي على النقاط الرقمية (x ، y ، z) بالمليمترات من النقاط الموجودة على وحدة تخزين التحكم ثلاثية الأبعاد. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 4: ملف جدول بيانات إخراج DLTcal5.m يحتوي على إحداثيات البكسل (x ، y) لنقاط حجم التحكم ثلاثية الأبعاد (3D). ملف جدول بيانات الإخراج (cal01_JOVE_test_xypts.csv) يحتوي على إحداثيات البكسل (x ، y) لنقاط حجم التحكم ثلاثية الأبعاد باستخدام DLTcal5.m22. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 5: ملف جدول بيانات إخراج DLTcal5.m يحتوي على 11 معاملات التحويل الخطي المباشر (DLT). ملف جدول بيانات الإخراج (cal01_JOVE_test_DLTcoefs.csv) الذي يحتوي على 11 معامل DLT لطرق عرض الكاميرا اليمنى واليسرى لنظام كاميرا التصوير الاستريو باستخدام DLTcal5.m22. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 6: رمز MATLAB المخصص crop_left_right_stereovideo.m. كود MATLAB مخصص يستخدم لفصل ملف الفيديو الناتج إلى ملفين فيديو ، ملفات فيديو الكاميرا اليمنى واليسرى. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 7: ملف فيديو الإخراج لعصب محيطي ممتد. إخراج ملف فيديو (nerve3_105-Nov-2021video.avi) لعصب محيطي ممتد يحتوي على ملفات الفيديو المدمجة لطرق عرض الكاميرا اليمنى واليسرى. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 8: ملف فيديو عرض الكاميرا اليسرى (أي الفيديو 1) لعصب محيطي ممتد. عرض الكاميرا اليسرى ملف فيديو (nerve3_105-Nov-2021video_left.avi) لعصب محيطي ممتد يستخدم لتتبع مسارات نقطة العلامة باستخدام DLTdv7.m22. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 9: ملف فيديو عرض الكاميرا اليمنى (أي الفيديو 2) لعصب محيطي ممتد. ملف فيديو عرض الكاميرا اليمنى (nerve3_105-Nov-2021video_right.avi) لعصب محيطي ممتد يستخدم لتتبع مسارات نقطة الصانع باستخدام DLTdv.7.m22. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 10: DLTdv7.m22. كود MATLAB مفتوح المصدر يستخدم لتتبع مسارات نقطة العلامة لملفات الفيديو التي تم الحصول عليها من نظام كاميرا التصوير المجسم الذي تمت معايرته باستخدام التحويل الخطي المباشر. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 11: ملف إخراج DLTdv7.m *_xypts.csv. أول ملف إخراج DLTdv7.m هو * _xypts.csv (nerve3_105-Nov-2021videoanalyzed_cal09.30_trial1_xypts.csv) يحتوي على إحداثيات البكسل (x1 ، y1) ، (x2 ، y2) ، إلخ ... لكل نقطة متعقبة في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 12: ملف إخراج DLTdv7.m *_xyzpts.csv. ملف الإخراج DLTdv7.m الثاني هو * _xyzpts.csv (nerve3_105-Nov-2021videoanalyzed_cal09.30_trial1_xyzpts.csv) يحتوي على إحداثيات العالم الحقيقي بالمليمترات (x1 ، y1 ، z1) ، (x2 ، y2 ، z2) ، إلخ ... لكل نقطة متعقبة في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 13: ملف إخراج DLTdv7.m *_xyzres.csv. ملف الإخراج DLTdv7.m الثالث هو * _xyzres.csv (nerve3_105-Nov-2021videoanalyzed_cal09.30_trial1_xyzres.csv) يحتوي على بقايا DLT لكل نقطة متعقبة في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 14: ملف إخراج DLTdv7.m *_offset.csv. أول ملف إخراج DLTdv7.m هو * _offset.csv (nerve3_105-Nov-2021videoanalyzed_cal09.30_trial1_offsets.csv) يحتوي على إزاحة الفيديو 1 والفيديو 2 لكل نقطة متعقبة في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 15: ملف إخراج مشروع DLTdv7.m * _dvProject.mat. يحتوي ملف إخراج مشروع DLTdv7.m (nerve3_105-Nov-2021videoanalyzed_cal09.30_trial1_dvProject.mat) على مسارات ملفات الفيديو وجميع إعدادات الواجهة وجميع مسارات نقطة العلامة التي تم النقر عليها ومعلومات المعايرة مما يسمح بإعادة تحميل المشروع بسهولة لإجراء التغييرات ، إذا لزم الأمر. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 16: رمز MATLAB المخصص PercentStrain_3D.m. يستخدم رمز MATLAB المخصص لحساب الطول والتغير في الطول والنسبة المئوية لإجهاد العصب الممتد بين العلامات المجاورة في كل نقطة زمنية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

ملف الملحق 17: ملف إخراج PrecentStrain_3D.m * _3Dstrain.xls. ملف الإخراج *_3Dstrain.xls (nerve3_105-Nov-2021_3Dstrain.xls) الذي يحتوي على الوقت والطول والتغير في الطول والإجهاد لكل نقطة متعقبة في كل إطار زمني. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

تختلف الدراسات التي تشير إلى الخواص الميكانيكية الحيوية للأعصاب الطرفية (PNs) بسبب إصابة التمدد ، ويمكن أن يعزى هذا الاختلاف إلى منهجيات الاختبار مثل معدات الاختبار وتحليل الاستطالة5،6،7،8،9،10،11،12،13،14،16،24. يقدم هذا البروتوكول وصفا مفصلا لالتقاط إزاحة الأنسجة ثلاثية الأبعاد (3D) ل PNs أثناء التمدد باستخدام نظام كاميرا التصوير المجسم المعاير للتحويل الخطي المباشر (DLT). يجب اتباع الخطوات الحاسمة التالية للحصول على منهجية قوية لتحليل السلالة. أولا ، يجب أن يحتوي حجم التحكم ثلاثي الأبعاد على 30 نقطة على الأقل. ثانيا ، يجب رقمنة نقاط حجم التحكم ثلاثية الأبعاد في نفس الاتجاه باستخدام محول الأرقام مع دواسة القدم وبرنامج DLTcal5.m22 . ثالثا ، عند التقاط صورة لحجم التحكم 3D ، يجب وضع نظام كاميرا التصوير المجسم في أقصى ارتفاع للكائن محل الاهتمام الذي يتم تسجيله (أي 6 سم للدراسة الحالية). رابعا ، يجب على المستخدمين معرفة طرق عرض الكاميرا اليمنى واليسرى. أخيرا ، يجب إكمال تتبع مسار العلامة في الفيديو 1 (أي عرض الكاميرا اليسرى) ثم في الفيديو 2 (أي عرض الكاميرا الأيمن).

يجب تنزيل MATLAB 2019A أو إصدار أحدث ويجب أيضا تثبيت الوظائف الإضافية Image Acquisition Toolbox و Computer Vision Toolbox و Image Processing Toolbox و Curve Fitting Toolbox و Statistics and Machine Learning Toolbox و Financial Analysis Toolbox.

DLT هي طريقة متعددة الاستخدامات يمكن تطبيقها لمعايرة الكاميرا وإعادة بناء 3D وتتبع الكائنات وتحليل الحركة20،22،23،25،26. بالإضافة إلى ذلك ، توفر DLT منهجية قوية ودقيقة لمعايرة الكاميرا لأنها تسمح بتقدير دقيق لمعلمات الكاميرا ، بما في ذلك المعلمات الجوهرية (أي البعد البؤري) والمعلمات الخارجية (أي الدوران والترجمة)20,22. استخدمت الدراسات السابقة أنظمة كاميرا التصوير المجسم المعايرة بواسطة DLT لدراسة تحليل الحركة والمشي للبشر23 أو النماذج الحيوانية22. يمكن تنفيذ المنهجية المقدمة بسهولة في أي دراسة تبحث في الاستجابات الميكانيكية الحيوية ل PNs لإصابة التمدد. يوفر هذا البروتوكول رموز MATLAB مفتوحة المصدر ومخصصة تستخدم وتنشأ ، على التوالي ، لمعايرة نظام كاميرا التصوير المجسم وتتبع إزاحة الأنسجة 3D من PNs أثناء التمدد.

باختصار ، يمكن لنظام كاميرا التصوير المجسم المعاير بواسطة DLT توفير منهجية أكثر شمولا لتحديد إجهاد PNs استجابة للتمدد. تهدف هذه الدراسة الحالية إلى تطوير منهجية باستخدام كاميرا التصوير المجسم و DLT لقياس الإجهاد في الموقع في PNs الممتدة. سيساعد تطوير مثل هذه الطريقة في تحديد إجهاد 3D في PNs أثناء التمدد. أظهرت الدراسات التي تبحث في فشل PNs الممتدة أنه يؤدي إلى أقصى إجهاد ، وتشوه مستمر ، وتباين سلالة إقليمية ، وموقع فشل ، مما يسلط الضوء على أهمية فهم الاستجابة الميكانيكية الحيوية لل PNs لتمتد9،27،28. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات أن PNs تخضع لتغييرات هيكلية عند تعرضها لإصابات التمدد28,29. يعد فهم عتبات PNs التي تتحمل هذه التغييرات أمرا ضروريا ، حيث يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة حول مرونة وسلامة PNsالممتدة 28,29. لذلك ، فإن القياس الكمي الشامل لمدى إصابة التمدد في PNs يمكن أن يساعد الدراسات المستقبلية في ربط التغيرات الهيكلية والعجز الوظيفي ، مما يوفر فهما أعمق لآلية الإصابة المرتبطة بتمدد PN. لذلك ، تعد هذه الدراسة الحالية خطوة أولى حاسمة لتعزيز فهم الميكانيكا الحيوية للإصابة في PNs للمساعدة في تسهيل الأطباء على تحسين العلاج وإعادة التأهيل لتحسين نوعية حياة المرضى وتخفيف المعاناة من إصابات PN. علاوة على ذلك ، يمكن دمج البروتوكول التفصيلي والملفات التكميلية المقدمة في الدراسة في وحدات تدريس الميكانيكا الحيوية الحالية وتعزيز تعلم الطلاب لتقنية DLT30.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذا البحث بتمويل من معهد يونيس كينيدي شرايفر الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية التابع للمعاهد الوطنية للصحة بموجب الجائزة رقم R15HD093024 و R01HD104910A وجائزة NSF CAREER رقم 1752513.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ورقة مربعة من الزجاج الشبكي من الأكريليكالشفاف WW GraingerInc BULKPSACR9ثلاثي الأبعاد
- ZED Mini StereoStereoLabs Inc.التصوير غير
- ZED SDKStereoLabs Inc.N / AN /
A برنامج الصيانة - CUDA 12StereoLabs Inc.غير متاحتنزيل لتشغيل ZED SDK 
حامل الكاميرا - حامل دعم مثلثي من الحديد الزهر مع قضيبTelrose VWR Choice76293-346N / A
MicroSribe G2 Digitizer مع دواسة القدم الغاطسةSUMMIT Technology GroupN / A/
A PRORAMMING SOFTWARE - MATLAB &NBSP ؛MathworksN / Aالإصدار 2019A أو أحدث
DLTcal5.mHedrick labN / Aمفتوح المصدر
DLTdv7.mHedrick labN / Aمفتوح المصدر
بناء نظام كاميرا تصوير ستيريو Camera برنامج متاح N

المراجع

  1. Bueno, F. R., Shah, S. B. Implications of tensile loading for the tissue engineering of nerves. Tissue Engineering Part B: Reviews. 14 (3), 219-233 (2008).
  2. Grewal, R., Xu, J., Sotereanos, D. G., Woo, S. L. Biomechanical properties of peripheral nerves. Hand Clinics. 12 (2), 195-204 (1996).
  3. Papagiannis, G., et al. Biomechanical behavior and viscoelastic properties of peripheral nerves subjected to tensile stress: common injuries and current repair techniques. Critical Reviews in Physical and Rehabilitation Medicine. 32 (3), 155-168 (2020).
  4. Castaldo, J., Ochoa, J. Mechanical injury of peripheral nerves. Fine structure and dysfunction. Clinics in Plastic Surgery. 11 (1), 9-16 (1984).
  5. Singh, A. Extent of impaired axoplasmic transport and neurofilament compaction in traumatically injured axon at various strains and strain rates. Brain Injury. 31 (10), 1387-1395 (2017).
  6. Singh, A., Kallakuri, S., Chen, C., Cavanaugh, J. M. Structural and functional changes in nerve roots due to tension at various strains and strain rates: an in-vivo study. Journal of Neurotrauma. 26 (4), 627-640 (2009).
  7. Singh, A., Lu, Y., Chen, C., Kallakuri, S., Cavanaugh, J. M. A new model of traumatic axonal injury to determine the effects of strain and displacement rates. Stapp Car Crash Journal. 50, 601(2006).
  8. Singh, A., Lu, Y., Chen, C., Cavanaugh, J. M. Mechanical properties of spinal nerve roots subjected to tension at different strain rates. Journal of Biomechanics. 39 (9), 1669-1676 (2006).
  9. Singh, A., Shaji, S., Delivoria-Papadopoulos, M., Balasubramanian, S. Biomechanical responses of neonatal brachial plexus to mechanical stretch. Journal of Brachial Plexus and Peripheral Nerve Injury. 13 (01), e8-e14 (2018).
  10. Zapałowicz, K., Radek, A. Mechanical properties of the human brachial plexus. Neurologia I Neurochirurgia Polska. 34, 89-93 (2000).
  11. Zapałowicz, K., Radek, A. Annales Academiae Medicae Stetinensis. 51 (2), 11-14 (2005).
  12. Zapałowicz, K., Radek, M. The distribution of brachial plexus lesions after experimental traction: a cadaveric study. Journal of Neurosurgery: Spine. 29 (6), 704-710 (2018).
  13. Kawai, H., et al. Stretching of the brachial plexus in rabbits. Acta Orthopaedica Scandinavica. 60 (6), 635-638 (1989).
  14. Marani, E., Van Leeuwen, J., Spoor, C. The tensile testing machine applied in the study of human nerve rupture: a preliminary study. Clinical Neurology and Neurosurgery. 95, 33-35 (1993).
  15. Lee, S. K., Wolfe, S. W. Peripheral nerve injury and repair. JAAOS-Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 8 (4), 243-252 (2000).
  16. Rickett, T., Connell, S., Bastijanic, J., Hegde, S., Shi, R. Functional and mechanical evaluation of nerve stretch injury. Journal of Medical Systems. 35, 787-793 (2011).
  17. Topp, K. S., Boyd, B. S. Structure and biomechanics of peripheral nerves: nerve responses to physical stresses and implications for physical therapist practice. Physical Therapy. 86 (1), 92-109 (2006).
  18. Lu, Y., Chen, C., Kallakuri, S., Patwardhan, A., Cavanaugh, J. M. Development of an in vivo method to investigate biomechanical and neurophysiological properties of spine facet joint capsules. European Spine Journal. 14 (6), 565-572 (2005).
  19. Kallakuri, S., et al. Tensile stretching of cervical facet joint capsule and related axonal changes. European Spine Journal. 17 (4), 556-563 (2008).
  20. Abdel-Aziz, Y. I., Karara, H. M. Direct linear transformation from comparator coordinates into object space coordinates in close-range photogrammetry. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 81 (2), 103-107 (2015).
  21. Pourcelot, P., Audigié, F., Degueurce, C., Geiger, D., Denoix, J. M. A method to synchronise cameras using the direct linear transformation technique. Journal of Biomechanics. 33 (12), 1751-1754 (2000).
  22. Hedrick, T. L. Software techniques for two- and three-dimensional kinematic measurements of biological and biomimetic systems. Bioinspiration & Biomimetics. 3 (3), 034001(2008).
  23. Chen, L., Armstrong, C. W., Raftopoulos, D. D. An investigation on the accuracy of three-dimensional space reconstruction using the direct linear transformation technique. Journal of Biomechanics. 27 (4), 493-500 (1994).
  24. Singh, A., Magee, R., Balasubramanian, S. Methods for in vivo biomechanical testing on brachial plexus in neonatal piglets. Journal of Visualized Experiments. (154), e59860(2019).
  25. Black, J., Ellis, T. Multi camera image tracking. Image and Vision Computing. 24 (11), 1256-1267 (2006).
  26. Cardenas-Garcia, J. F., Yao, H. G., Zheng, S. 3D reconstruction of objects using stereo imaging. Optics and Lasers in Engineering. 22 (3), 193-213 (1995).
  27. Mahan, M. A., Yeoh, S., Monson, K., Light, A. Rapid stretch injury to peripheral nerves: biomechanical results. Neurosurgery. 85 (1), E137-E144 (2019).
  28. Rydevik, B. L., et al. An in vitro mechanical and histological study of acute stretching on rabbit tibial nerve. Journal of Orthopaedic Research. 8 (5), 694-701 (1990).
  29. Mahan, M. A., Warner, W. S., Yeoh, S., Light, A. Rapid-stretch injury to peripheral nerves: implications from an animal model. Journal of Neurosurgery. 133 (5), 1537-1547 (2019).
  30. Singh, A., Ferry, D., Balasubramanian, S. Efficacy of clinical simulation based training in biomedical engineering education. Journal of Biomechanical Engineering. 141 (12), 121011-121017 (2019).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

MATLAB

مقالات ذات صلة