Analyse de la démarche cinématique 3D pour les études précliniques chez les rongeurs

La cinématique 3D du mouvement et de la locomotion est de plus en plus utilisée. Mais la complexité de la plupart des systèmes limite votre utilisation dans la recherche préclinique. Ce que nous faisons dans ce travail est de fournir une méthode détaillée et simple de collecte de données 3D lors de la locomotion quadrupède chez les rats adultes.

Le système décrit fournit une analyse qualitative et quantitative approfondie des données, sans avoir besoin d’algorithmes complexes. Ma partie préférée du système est sa polyvalence d’utilisation. Nous avons été en mesure de l’utiliser pour la locomotion, ainsi que d’atteindre et de saisir la fonction.

Ici, je vais démontrer son utilisation pour la marche sur tapis roulant. Montez six caméras dans le mur, à deux mètres du tapis roulant, à l’aide de têtes finement réglables. Légèrement incliné en dessous de l’horizon pour une couverture maximale des marqueurs.

Équipez chaque appareil photo d’une lumière d’anneau pour la visualisation de marqueurs rétro-réfléchissants. Définissez les marqueurs désirés pour l’expérience. Utilisez des marqueurs pour les membres antérieurs et les limites postérieures pour évaluer la locomotion quadrupède bilatérale.

Ici, nous avons utilisé 22 marqueurs. Toutefois, cela peut être ajusté en fonction de ceux conception expérimentale. Calibrez le système de capture de mouvement à l’aide du système de baguette, qui se compose du cadre L et de la baguette magique.

Placez le cadre L orthogonally sur le tapis roulant avec la longue jambe du cadre L pointant vers la direction dans laquelle le rat marchera. Ouvrez le logiciel de capture de mouvement. Sélectionnez Enregistrer " pour capturer la vidéo d’étalonnage.

Déplacez le cadre d’étalonnage de la baguette dans toute la zone du tapis roulant dans l’espace afin de couvrir toutes les zones où le rat marchera. Enregistrez un minimum d’une minute d’images pour vous assurer que des points de données de baguette adéquats sont présents pour un étalonnage précis. Enregistrez les vidéos sous forme de fichier d’étalonnage 3D.

Cliquez à droite sur le groupe de caméra et sélectionnez suivi 3D"après l’enregistrement des vidéos d’étalonnage. Sélectionnez des vidéos d’étalonnage 3D et sélectionnez Toutes les caméras d’étalonnage « Suivez les marqueurs l-frame sur les six vidéos à l’aide de la fonction point fixe. Définissez tous les points, puis sélectionnez le bouton Rechercher automatiquement.

Après le suivi, sortez de la fenêtre et sélectionnez le suivi automatique des baguettes 3D « Sélectionner les options » et désélectionner Détecter L-Frame"Commencer le suivi. Une fois que le logiciel a terminé le suivi, cliquez sur Assigner des marqueurs « Assigner Wand Short"Wand Mid » et Wand Long"marqueurs pour les six caméras. Une fois que la baguette magique et le cadre L ont été suivis, cliquez à droite sur Camera Calibration Group"et sélectionnez New Wand Calibration Group « Select All Cameras » et maintenez la clé de commande tout en sélectionnant OK"Changer la longueur de la baguette magique, la hauteur du cadre L, et le nombre de caméras en fonction de ce qui a été utilisé lors de l’étalonnage.

Acceptez les étalonnages avec un écart type de longueur de baguette de moins de trois millimètres et un résidu d’étalonnage de 0,004 ou moins. Ce système est disponible dans le commerce. Et dans ce rapport, nous fournissons un guide complet de la recherche ici et l’utilisons efficacement.

Ce que j’aime le plus dans ce protocole particulier et dans le système en soi, c’est qu’il y a une variété de résultats de plus et qu’on peut choisir des résultats d’intérêt prédéfinis qui sont spécifiques à la condition. Acclimater les rats au tapis roulant pendant 5 minutes avant chaque séance d’entraînement. Entraînez les rats à marcher avec tout le poids portant sur leurs membres à différentes vitesses.

Entraînez tous les rats jusqu’à ce qu’ils soient capables de marcher constamment sur le tapis roulant. Avant la collecte des données, raser les rats dans les régions où des marqueurs seront placés. Palpate la peau pour point de repère osseux pour placer avec précision des marqueurs.

Utilisez des marqueurs de stylo pour les articulations distales au coude et au genou. Sélectionnez le bouton caméra rouge sur la barre supérieure du logiciel de capture de mouvement pour enregistrer un essai. Laissez le rat marcher pendant environ 30 secondes ou un minimum de 10 étapes continues.

Créez un nouveau groupe de caméras pour chaque essai après avoir enregistré la vidéo enregistrée. Le logiciel présenté dans ce protocole peut être utilisé par les étudiants, le personnel et les chercheurs sans avoir besoin d’expertise technique. Ce processus est convivial et peut être facilement maîtrisé avec peu de pratique.

Ce protocole peut être mis en œuvre en environ 45 minutes à une heure, selon la quantité de données souhaitées. Cliquez à droite sur le groupe de caméra pour le suivi des mouvements. Sélectionnez suivi 2D « Sélectionnez sept à dix meilleures étapes continues et cohérentes pour le suivi.

Cliquez à droite sur le marqueur d’intérêt et sélectionnez suivi automatique"qui détectera les taches circulaires lumineuses créées par des marqueurs rétro-réfléchissants. Alternativement, suivre les marqueurs en utilisant l’appariement des motifs, qui utilisera un algorithme intégré dans le logiciel pour suivre les marqueurs en fonction de la taille et de la couleur. Suivez les marqueurs noirs à l’aide d’un traitement d’image avancé en inversant des marqueurs noirs à des points lumineux pour un suivi automatique.

Suivez et corrigez manuellement les marqueurs ou erreurs indétectables dans le suivi. Phases à clic droit » et sélectionnez le modèle de phase Edit « Personnaliser les phases du cycle de la démarche pour chaque membre en fonction des déficits que l’on choisit d’étudier. Attribuez des phases du cycle de démarche pour chaque membre du logiciel à l’aide du bouton Ajouter la phase ou de la clé de raccourci F11.

Effectuez des calculs 3D après avoir suivi les six caméras. Cliquez à droite sur le groupe de la caméra et sélectionnez nouveaux calculs 3D"Un nouveau dossier apparaîtra. Générer des données d’intérêt, telles que des diagrammes de hauteur ou de vitesse des articulations avec des points de données en faisant glisser le marqueur d’intérêt pour afficher côte à côte avec les phases de démarche assignées.

Cliquez sur diagramme 3D « pour générer une figure tridimensionnelle de l’essai. Cette figure montre le profil d’angle de coude dans un rat sain représentatif marchant sur le tapis roulant. Notez que les taux sains sont en mesure de marcher continuellement pendant de plus longues durées.

Les pics simples lisses représentent des cycles de démarche avec une gamme complète de mouvement. La phase de position alternée et les durées de phase de balançoire, avec un timing cohérent à chaque étape, sont révélatrices d’une coordination intralimb normale. En revanche, le pas continu est moins fréquent après une blessure.

Le profil d’angle de coude d’un rat blessé spinal représentatif démontre les crêtes déformées multiples, qui sont moins cohérentes et de plus petite gamme de mouvement. En outre, la phase de position allongée et les durées raccourcies de phase de oscillation suggèrent l’insuffisance dans la coordination intralimb pour le membre antérieur droit. Ce chiffre montre des données représentatives tracées pour la coordination intralimb entre deux paires de membres.

Le rat sain représentatif démontre la coordination rythmique alternée bien définie, qui est considérée comme un modèle en forme de L dans une parcelle de ligne de dispersion. En revanche, le rat blessé cervical représentatif de moelle épinière démontre la coordination non-alternée et non rythmique pauvre entre les deux membres antérieurs. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension sur la façon de configurer et de calibrer un système de capture de mouvement multi-caméra, comment préparer un rat pour la capture de mouvement, comment enregistrer la locomotion tapis roulant, et comment obtenir et analyser les données cinématiques 3D outputted.

Le but ultime pour les chercheurs est donc d’utiliser ces outils d’évaluation motrice hautement normalisés et de faire nos recherches de façon routinière pour déchiffrer les effets des interventions sur la récupération motrice après neurotraumatisme.