直接线性变换在测量中的应用 原位 拉伸过程中的周围神经张力

摘要

本方案采用基于直接线性变换校准的立体成像相机系统，用于采集三维数据 原位 拉伸状态下周围神经的位移。通过捕捉这些位移，可确定在不同拉伸程度下所诱发的应变，从而明确与拉伸相关的神经损伤阈值，推动基于拉伸机制的神经修复科学的发展。

摘要

周围神经在发育、正常关节运动、损伤以及近期的手术修复过程中会经历生理性和非生理性拉伸。了解周围神经对拉伸的生物力学响应，对于理解其在不同载荷条件下的反应至关重要，从而有助于优化治疗策略和外科干预措施。本方案详细描述了通过直接线性变换法对立体成像相机系统进行校准的过程，以及对三维位移的追踪方法 原位 通过校准的立体成像相机系统捕获的视频文件三维坐标，获得拉伸过程中周围神经的组织位移。

从获得的三维坐标中，可计算拉伸状态下周围神经的神经长度、神经长度变化量以及随时间变化的应变百分比。使用立体成像相机系统可提供一种非侵入性方法，用于捕捉周围神经在拉伸过程中的三维位移。直接线性变换技术能够实现对拉伸过程中周围神经长度的三维重建，从而测量应变。目前尚无任何方法可用于研究 原位 使用通过直接线性变换校准的立体成像相机系统测量拉伸周围神经的应变。捕捉 原位 周围神经在受到拉伸时的应变不仅有助于临床医生理解神经过度拉伸所致损伤的潜在机制，还可为依赖拉伸干预的治疗策略优化提供支持。本文所述方法有望加深我们对周围神经在拉伸条件下生物力学响应的理解，从而改善神经损伤管理和康复领域的患者预后。

引言

周围神经（PNs）在发育、生长、正常关节运动、损伤和手术过程中会受到牵拉¹。周围神经具有黏弹性特性，可在日常活动中保护神经^2,3，并维持其神经纤维的结构健康²。由于周围神经对机械牵拉的反应已被证实取决于神经纤维损伤类型⁴、邻近结缔组织的损伤情况^2,4以及测试方法（如加载速率或方向）^{5,6,7,8,9,10,11,12,13,}

方案

所述所有操作均经德雷克塞尔大学机构动物护理与使用委员会（IACUC）批准。新生仔猪来自位于美国宾夕法尼亚州的美国农业部（USDA）认证养殖场。

1. 立体成像系统设置

1. 将一个最高可捕获 100 帧/秒（FPS）的立体成像相机系统连接至仪器支架。本研究所采用的立体成像相机系统为一种被动式立体相机，包含两个水平排列的相机（分别称为左相机和右相机），两者之间的基线距离为 63 mm（图 1）。

图1：立体成像相机系统。（A）平行式立体成像相机系统，包含两个相机（左相机和右相机），基线间距为63 mm。（B

结果

采用所述方法可获得多种输出文件。DLTdv7.m *_xyzpts.csv（补充文件 12）包含每个时间帧中各追踪点的 (x, y, z) 坐标（单位为毫米），用于进一步计算被拉伸周围神经的长度、长度变化及应变。图 10 展示了被拉伸周围神经的代表性长度-时间、长度变化-时间及应变-时间曲线。该被拉伸的周围神经具有一个起始标记、沿其长度分布的四个标记以及一个由六个节段组成的夹具标记。通过量化被拉伸周围神经的整体应变和节段应变，可更深入理解这些结构的非均质性以及各节段对整体拉伸的贡献。长度-时间曲线（图 10A）和长度变化-时间曲线（图 10B）用于计算应变-时间曲线（图 10C）。除图表外，还导出包含图表数据（即时间、长度、长度变化和应变）的电子表格（补充文件 17）。

讨论

由于牵拉损伤导致的周围神经（PNs）生物力学特性研究结果存在差异，这种差异可归因于测试方法的不同，例如测试设备和伸长分析方法^{5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,24}。本方案提供了详细的描述，利用经过直接线性变换（D.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
透明亚克力有机玻璃方板	W W Grainger Inc	BULKPSACR9	构建三维控制体积
立体成像相机系统 - ZED Mini 立体相机	StereoLabs Inc.	N/A	N/A
成像软件 - ZED SDK	StereoLabs Inc.	N/A	N/A
维护软件 - CUDA 12	StereoLabs Inc.	N/A	下载以运行 ZED SDK
相机支架 - 带杆铸铁三角支撑架	Telrose VWR Choice	76293-346	N/A
MicroScribe G2 数字化仪（含浸入式脚踏板）	SUMMIT Technology Group	N/A	N/A
编程软件 - MATLAB	Mathworks	N/A	版本 2019A 或更新版本
DLTcal5.m	Hedrick 实验室	N/A	开源
DLTdv7.m	Hedrick 实验室	N/A	开源