Method Article

坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析

DOI:

10.3791/60267

⸱

February 12th, 2020

 ,  ,  ,  , 
1Department of Development and Rehabilitation of Motor Function, Human Health Sciences, Graduate School of Medicine, Kyoto University, 2Department of Motor Function Analysis, Human Health Sciences, Graduate School of Medicine, Kyoto University, 3Department of Otolaryngology, The Ohio State University Wexner Medical Center

In This Article

Summary

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げっ歯類モデルを用いた基礎研究で機能評価を行う4台のカメラとデータ処理ソフトウェアを含む3次元モーションキャプチャ装置を用いた運動解析法を紹介します。

Abstract

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坐骨神経機能指数(SFI)と比較して、運動学的分析は、坐骨神経損傷げっ歯類モデルの機能的評価を行うためのより信頼性の高い、敏感な方法です。本プロトコルでは、ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルを用いた機能評価に3次元(3D)運動キャプチャ装置を用いた新規運動学的解析法について述べた。まず、ラットはトレッドミルウォーキングに精通しています。マーカーは、指定された骨のランドマークに取り付けられ、ラットは、所望の速度でトレッドミルの上を歩くように作られています。一方、ラットの後肢の動きは4台のカメラを使用して記録される。使用するソフトウェアに応じて、マーカートレーシングは自動モードと手動モードの両方を使用して作成され、必要なデータは微妙な調整の後に生成されます。3Dモーションキャプチャー装置を使用する運動解析のこの方法は、優れた精度と精度を含む多くの利点を提供します。包括的な機能評価では、さらに多くのパラメータを調査できます。この方法には、考慮が必要ないくつかの欠点があります:システムは高価であり、操作が複雑になり、皮膚のシフトに起因するデータ偏差を生じる可能性があります。それにもかかわらず、3Dモーションキャプチャー装置を用いた運動学的解析は、機能的前肢および後肢評価を行う上で有用である。今後、この方法は、様々な外傷および疾患の正確な評価を生成するためにますます有用になる可能性がある。

Introduction

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坐骨神経機能性指数(SFI)は、機能的な坐骨神経評価を行うためのベンチマーク法である1。SFIは広く採用されており、ラット坐骨神経損傷に関する様々な機能評価研究で頻繁に使用されています2,3,4,5,6.その人気にもかかわらず、SFIには、オートマチネーション7、共同拘縮リスク、および足跡8の塗抹など、いくつかの問題があります。これらの問題は、その予後の値に深刻な影響を与えます9.したがって、SFIの代用として、代わりのエラーが発生しやすい方法が必要です。

そのような代替方法の1つは、運動学的分析である。これには、骨のランドマークやジョイントに取り付けられたトラッキングマーカーを使用した包括的な歩行分析が含まれます。キネマティック解析は、機能評価9にますます使用されています。この方法は、SFI

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Protocol

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京都大学動物実験委員会により議定書が承認され、京都大学動物実験委員会ガイドライン(承認番号:MedKyo17029)に従ってすべての議定書が実施されました。

1. トレッドミル歩行でラットを知る

  1. トレッドミルの両側に2枚の透明なプラスチックシートを設置し、12週齢の雄のルイスラットをまっすぐ正面方向に歩かせ、電気ショックグリッドをオンにします。
  2. 各ラットにトレッドミルの上を歩いしてもらいます。トレッドミルを目的の速度(20cm/sまたは12 m/分)まで徐々に加速し、ラットをこの速度で5分間正常に歩かせます。歩行の各セッションの後、1-2分の休憩を与えます。このプロセスを 1 日あたり 3 倍、週 5 日、1 週間繰り返します。
    注:ステップ2の1週間前にトレッドミルを開始します。
  3. 12時間の明暗サイクルでケージあたり3群のラットを収容し、市販のラット食品と水道水アドリビタムに餌を与える。

2. 坐骨神経クラッシュ傷害の実施

  1. ラットを麻酔誘導室に入れ、5%のイソファフルラン吸入液を導入する。
  2. 0.15 mg/kg メデトミジン塩酸塩、2 mg/kg ミダゾラム、および2.5 mg/kgブトルファントール酸をラットに調製した組み合わせ麻酔薬の腹腔内注射を提供する。ペダル反射神経の欠如を確認してください。その....

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Results

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ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルにおける時間の経過に伴う機能的変化を調べる4つのパラメータを選択した。これらは、スタンス・ツー・スイング相の比率、重心(CoG)の軌道、足首の角度、および'つま先オフ'フェーズ9におけるつま先角度であった。24匹のラットは、対照群(C)、第1(1w)、第3(3w)、および左坐骨神経クラッシュ傷害の6週目の4つの群のいずれかに無作為に割り当てられた。

3D運動解析により、10段階周期におけるスタンスまたはスイング相の平均比を自動的に計算し、インタフェース上に表した(図1A-D)。手術後にスタンス・ツー・スイング期の比率が回復したことがわかりました。

CoGは、3Dモーションキャプチャ装置によって仮想マーカーでトレースすることができる仮想点である。それは2つの前の上の腸骨の脊柱の2つの反側より大きいトロシャンターに接続する2本の線の交差点に位置する。したがっ.......

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Discussion

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このプロトコルでは、安定した連続歩行ラットが運動学的分析の最も重要な要素である。トレッドミルの速度は20cm/sに設定されました。この歩行速度は、16のスペース制約なしにラットが動く場合、決して「高い」とは考えられない。それにもかかわらず、この速度は訓練されていないラットがトレッドミルを安定して歩くのには速すぎて、異常な歩行と不均一な動きをもたらす可能性があります。これらのイベントは、データの信頼性と信頼性に深刻な影響を与える可能性があります。しかし、トレッドミルの速度が20cm/s未満の場合、ラットは断続的に歩行を停止し、大きな偏差を生み出し、データの信頼性が低下する可能性があります。したがって、正確な運動学的分析を達成するためには、トレッドミル上のまっすぐな正面方向を着実に歩くことができるようにラットを訓練することは非常に重要です。

さらに、オペレータは運動解析プロセス中に再確認や微調整の必要性を無視すべきではありません。我々は、振幅相が正常ラットのステップサイクルの25%を占めていることを発見した。これは、スイングフェーズ中の後.......

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Disclosures

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著者たちは開示するものは何もない。

Acknowledgements

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本研究は、JSPS KAKENHI助成金番号JP19K19793、JP18H03129、およびJP18K19739によって支援されました。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
9-0ナイロン縫合糸メディックコーポレーション。T06A09N20-25
小動物用麻酔器信濃製作所SN-487-0T
イソフルラン吸入液ファイザー社(01)14987114133400
キネ分析装置キッセイコムテック(株)N.A.解析ソフト
液状接着剤カンボウプラスPT-B180
マイクロ鉗子BRC CO.
モーションレコーダーキッセイコムテック(株)N.A.録音ソフト
標準外科用止血剤Fine Science Tools, Inc.12501-13
手術用刃物 No.10フェザー安全カミソリ (株100D
手術用止血器ワールド精密機器503740
3次元モーションキャプチャ装置(動物用キネマトレーサー)キッセイコムテックN.A.カメラで構成された3Dモーション解析システム
3次元(3D)電卓キッセイ・コムテック(株)N.A.マーカートレースソフトウェア
トレッドミル室町機械株式会社MK-685電動ショッカー、透明シート、速度制御装置を連結したトレッドミル
ベア16171080)

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Takhtfooladi, M. A., Jahanbakhsh, F., Takhtfooladi, H. A., Yousefi, K., Allahverdi, A.

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3D Kinematic AnalysisSciatic Nerve CrushRat ModelMotion Capture ApparatusTreadmill WalkingMarker AttachmentBone LandmarksFunctional EvaluationPosterior LimbCenter Of Gravity

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