Análisis de gait cinemático 3D para estudios preclínicos en roedores

La cinemática 3D del movimiento y la locomoción se utilizan cada vez más. Pero la complejidad de la mayoría de los sistemas limita su uso en la investigación preclínica. Lo que estamos haciendo en este trabajo es proporcionar un método detallado y simple de recopilar datos 3D durante la locomoción cuadrúpeda en ratas adultas.

El sistema descrito proporciona un análisis de datos cualitativo y cuantitativo en profundidad, sin necesidad de algoritmos complejos. Mi parte favorita del sistema es su versatilidad de uso. Hemos sido capaces de usarlo para la locomoción, así como para alcanzar y agarrar la función.

Aquí, voy a demostrar su uso para caminar en la cinta de correr. Monte seis cámaras en la pared, a dos metros de la cinta de correr, utilizando cabezales de engranajes finamente ajustables. Ligeramente ángulo por debajo del horizonte para la máxima cobertura de los marcadores.

Equipe cada cámara con una luz de anillo para la visualización de marcadores retrorreflectantes. Defina los marcadores deseados para el experimento. Utilice marcadores tanto para las extremidades anteriores como para las extremidades posteriores para evaluar la locomoción cuadrúpeda bilateral.

Aquí, usamos 22 marcadores. Sin embargo, esto se puede ajustar de acuerdo con el diseño experimental. Calibre el sistema de captura de movimiento utilizando el sistema de varita, que consta de la trama L y la varita.

Coloque el marco L ortogonalmente en la cinta de correr con la pierna larga del marco L apuntando hacia la dirección en la que la rata caminará. Abra el software de captura de movimiento. Seleccione Grabar para capturar el vídeo de calibración.

Mueva el marco de calibración de la varita por todo el área de la cinta de correr en el espacio para cubrir todas las áreas en las que la rata estará caminando. Registre un mínimo de un minuto de material de archivo para asegurarse de que hay puntos de datos de varita adecuados para una calibración precisa. Guarde los vídeos como un archivo de calibración 3D.

Haga clic con el botón derecho en el grupo de cámaras y seleccione Seguimiento 3D"después de grabar los vídeos de calibración. Seleccione vídeos de calibración 3D"y seleccione Todas las cámaras de calibración"Seguimiento de los marcadores de fotograma l en los seis vídeos mediante la función de punto fijo. Defina todos los puntos y, a continuación, seleccione el botón Buscar automáticamente".

Después del seguimiento, salga de la ventana y seleccione Seguimiento automático de varitas 3D"Seleccione opciones" y anule la selección de Detectar marco L"Iniciar seguimiento. Después de que el software haya terminado de rastrear, haga clic en Asignar marcadores "Assign Wand Short"Wand Mid" y Wand Long"markers para las seis cámaras. Después de que la varita y el marco L han sido rastreados, haga clic con el botón derecho en Grupo de calibración de la cámara"y seleccione Nuevo grupo de calibración de varitas "Seleccione todas las cámaras" y mantenga pulsada la tecla de control mientras selecciona OK"Cambiar la longitud de la varita, la altura del marco L y el número de cámaras de acuerdo con lo que se utilizó durante la calibración.

Acepte calibraciones con una desviación estándar de longitud de varita inferior a tres milímetros y un residuo de calibración de 0,004 o menos. Este sistema está disponible comercialmente. Y en este informe, proporcionamos una guía exhaustiva de la investigación aquí y su uso eficaz.

Lo que más me gusta de este protocolo en particular y el sistema per se, es que hay una variedad de más resultados y uno puede seleccionar resultados predefinidos de interés que son específicos de la condición. Aclimatar las ratas a la cinta de correr durante 5 minutos antes de cada sesión de entrenamiento. Entrenar a las ratas para caminar con peso completo en sus extremidades a varias velocidades.

Entrena a todas las ratas hasta que sean capaces de caminar constantemente en la cinta de correr. Antes de la recopilación de datos, afeite las ratas en las regiones donde se colocarán los marcadores. Palpa la piel para un punto de referencia óseo para colocar con precisión los marcadores.

Use marcadores de pluma para las articulaciones distales en el codo y la rodilla. Seleccione el botón rojo de la cámara en la barra superior del software de captura de movimiento para grabar una prueba. Deje que la rata camine durante aproximadamente 30 segundos o un mínimo de 10 pasos continuos.

Cree un nuevo grupo de cámaras para cada prueba después de guardar el vídeo grabado. El software presentado en este protocolo puede ser utilizado por estudiantes, personal e investigadores sin la necesidad de experiencia técnica. Este proceso es fácil de usar y se puede dominar fácilmente con poca práctica.

Este protocolo se puede implementar en aproximadamente 45 minutos a una hora, dependiendo de la cantidad de datos deseados. Haga clic con el botón derecho en el grupo de cámaras para realizar el seguimiento de movimiento. Seleccione El seguimiento 2D"Seleccione de siete a 10 mejores pasos continuos y coherentes para el seguimiento.

Haga clic con el botón derecho en el marcador de interés y seleccione Seguimiento automático", que detectará puntos circulares brillantes creados por marcadores retrorreflectantes. Alternativamente, rastrear marcadores usando coincidencia de patrones, que utilizará un algoritmo integrado en el software para realizar un seguimiento de los marcadores en función del tamaño y el color. Realice un seguimiento de los marcadores negros mediante el procesamiento avanzado de imágenes invirtiendo marcadores negros a puntos brillantes para el seguimiento automático.

Realice un seguimiento manual y corrija los marcadores o errores indetectables en el seguimiento. Haga clic con el botón derecho del 1er clic en Fases"y seleccione Editar modelo de fase"Personalizar fases del ciclo de marcha para cada extremidad según los déficits que uno elija estudiar. Asigne fases del ciclo de marcha para cada extremidad dentro del software utilizando el botón Añadir fase"o la tecla de método abreviado F11.

Realice cálculos 3D después de realizar el seguimiento de las seis cámaras. Haga clic con el botón derecho en el grupo de cámaras y seleccione Nuevos cálculos 3D"Aparecerá una nueva carpeta. Genere datos de interés, como diagramas de altura o velocidad de las uniones con puntos de datos arrastrando hacia fuera el marcador de interés para ver en paralelo las fases de marcha asignadas.

Haga clic en Diagrama 3D"para generar una figura tridimensional de la versión de prueba. Esta figura muestra el perfil del ángulo del codo en una rata sana representativa que camina sobre la cinta de correr. Tenga en cuenta que las tarifas saludables pueden dar paso continuamente durante más tiempo.

Los picos individuales lisos representan ciclos de marcha con un rango completo de movimiento. La fase de postura alterna y las duraciones de la fase de oscilación, con un tiempo constante en cada paso es indicativa de la coordinación intralimb normal. Por el contrario, el paso continuo es menos común después de una lesión.

El perfil del ángulo del codo de una rata lesionada con núcleo espinal representativo muestra múltiples picos distorsionados, que son menos consistentes y de menor rango de movimiento. Además, la fase de postura alargada y las duraciones de fase de oscilación acortadas sugieren deficiencia en la coordinación intralimb para la extremidad delantera derecha. Esta figura muestra datos representativos trazados para la coordinación intralimb entre dos pares de extremidades.

Rata sana representativa demuestra una coordinación rítmica alterna bien definida, que se ve como un patrón en forma de L en una gráfica de línea de dispersión. Por el contrario, la rata lesionada de la médula espinal cervical representativa demuestra una mala coordinación no alterna y no rítmica entre las dos extremidades anteriores. Después de ver este video, usted debe tener una buena comprensión sobre cómo configurar y calibrar un sistema de captura de movimiento multicámara, cómo preparar una rata para la captura de movimiento, cómo grabar la locomoción de la cinta de correr, y cómo obtener y analizar los datos cinemáticos 3D emitidos.

El objetivo final para los investigadores entonces, es emplear estas herramientas de evaluación motora altamente estandarizadas y hacer nuestra investigación sobre una base rutinaria para descifrar los efectos de las intervenciones en la recuperación motora después del neurotraumato.