Bezpośrednia transformacja liniowa do pomiaru napięcia nerwów obwodowych in-situ podczas rozciągania
12 stycznia 2024
Ten protokół implementuje system kamer stereo-obrazowania, skalibrowany za pomocą bezpośredniej transformacji liniowej, aby uchwycić trójwymiarowe przemieszczenia in situ rozciągniętych nerwów obwodowych. Rejestrując te przemieszczenia, można określić obciążenie wywołane przy różnym stopniu rozciągnięcia, informując o progach uszkodzenia rozciągania, które mogą posunąć naprzód naukę o naprawie nerwów zależnej od rozciągania.
Na początek zdobądź trzy przezroczyste kwadratowe arkusze z pleksi akrylowej. Na każdym arkuszu utwórz siatkę i zaznacz co najmniej 10 punktów, zapewniając co najmniej 30 punktów w przestrzeni kontrolnej 3D na płaszczyznach współrzędnych X, Y i Z. Ułóż arkusze na różnych wysokościach, aby uchwycić maksymalną wysokość zamierzonego nagrania.
Za pomocą digitizera wyposażonego w pedał nożny zdigitalizuj wszystkie punkty na głośności sterującej 3D. Określ początek sześcianu sterującego 3D i zdefiniuj dodatnie kierunki X i Y, aby uzyskać współrzędne X, Y i Z. W interfejsie oprogramowania digitizera ustaw odpowiednio punkt początkowy i dodatnie osie X i Y na układzie odniesienia.
Otwórz nowy arkusz programu Excel, aby zapisać współrzędne X, Y i Z woluminu kontrolnego. Następnie w interfejsie oprogramowania digitizera ustaw ciągi formatu na Excel, aby zapisać współrzędne na woluminie kontrolnym 3D. Gdy współrzędne X, Y i Z są digitalizowane za pomocą digitizera i pedału nożnego, są one rejestrowane w otwartym arkuszu Excel.
Aby je udokumentować, otwórz arkusz Excela i zapisz współrzędne jako plik csv. Aby rozpocząć, uruchom kod MATLAB, aby podzielić filmy z rozciągniętym przemieszczeniem nerwu na pliki lewej i prawej kamery. Kliknij przycisk Uruchom, aby zainicjować graficzny interfejs użytkownika DLTdv7m22.
Pojawi się okno DLTdv7 Controls z opcjami takimi jak projekt, ładowanie projektu i zamykanie. Aby rozpocząć nowy projekt, kliknij pozycję Nowy projekt w oknie Formanty DLTdv7. W oknie dialogowym wybierz wartość 2, aby wskazać użycie 2 plików wideo do śledzenia trajektorii znaczników.
Wybierz pierwszy plik wideo z widoku lewej kamery i kliknij przycisk Otwórz. Następnie wybierz i otwórz drugi plik wideo z prawej kamery view. Po wybraniu obu plików wideo kliknij przycisk Tak, aby potwierdzić, że zostały skalibrowane przy użyciu DLT.
Wybierz odpowiedni plik csv ze współczynnikami DLT z systemu kamer i kliknij przycisk Otwórz. Po załadowaniu plików wideo elementy sterujące DLTdv7 są włączone, a przycisk nowego projektu zmienia się, aby ponownie obliczyć punkty 3D, podczas gdy przycisk ładowania projektu zmienia się, aby zapisać. Następnie w oknie DLTdv7 Controls sprawdź, czy numer ramki jest ustawiony na 1.
Bieżący punkt to 1, a tryb automatycznego śledzenia jest wyłączony. Upewnij się, że wybrano opcje Aktualizuj wszystkie filmy, Wizualne informacje zwrotne DLT i Pokaż ścieżki 2D. Na filmie 1 umieść 0,1 dokładnie na środku znacznika wstawiania.
Użyj skrótów klawiaturowych, aby dostosować położenie punktów w celu uzyskania dokładności. Na filmie 2 niebieska, epipolarna linia wskazuje położenie 0,1 na znaczniku wstawiania. Użyj skrótów klawiaturowych, aby dostosować położenie punktów, wyrównując je ze środkiem znacznika wstawiania.
Następnie użyj funkcji dodawania punktu w kontrolkach DLTdv7, aby śledzić sekwencyjnie każdy znacznik tkanki, a następnie kliknij Dodaj punkt i umieść 0.2 na znaczniku 2 w filmie 1. Używając niebieskiej linii epipolarnej i skrótów klawiaturowych, umieść 0.2 na znaczniku 1 w filmie 2. Kontynuuj dodawanie i umieszczanie punktów na obu filmach od włożenia do zacisku.
Po umieszczeniu wszystkich początkowych punktów w obu filmach ustaw numer klatki na 1 i upewnij się, że bieżący punkt jest również ustawiony na 1 w kontrolkach DLTdv7. Zmień tryb automatycznego śledzenia na Auto Advance. Automatyczny predyktor ścieżek w celu rozszerzenia Kalmana w kontrolkach DLTdv7.
Rozpocznij śledzenie 0.1 w filmie 1, powiększ lub pomniejsz w razie potrzeby, aby uzyskać precyzję. Klikaj każdą klatkę, aż dojdziesz do punktu awarii lub końca filmu. Po zakończeniu zresetuj do klatki 1 i przełącz na 0.2 w kontrolkach DLTdv7.
Śledzone punkty będą miały wyraźne kolory w celu łatwej identyfikacji. Aby śledzić wszystkie punkty w filmie 1, klikaj każdą klatkę, aż dojdziesz do punktu awarii lub końca filmu. W filmie 2 użyj niebieskiej linii epipolarnej do śledzenia punktów, odwołując się do filmu 1.
W oknie DLTdv7 Controls (Formanty DLTdv7) zwróć numer ramki na 1. Ustaw bieżący punkt na 1 i rozpocznij śledzenie trajektorii punktu pierwszego w filmie 2. Po zakończeniu śledzenia w filmach 1 i 2 kliknij przycisk Eksportuj punkty w oknie Formanty DLTdv7, aby wyeksportować współrzędne X, Y i Z śledzonych punktów.
Wybierz żądaną bezpośrednią relokację, aby zapisać pliki wyjściowe. Ustaw nazwę plików wyjściowych w innym oknie dialogowym. Następnie wybierz format zapisu na płaski.
Następnie wybierz opcję Nie w innym oknie dialogowym, aby zdecydować o obliczeniu przedziału ufności 95%. Potwierdź eksport i zapisanie danych, wskazując, że 4 pliki wyjściowe są eksportowane do wybranego katalogu. Kliknij przycisk Zapisz projekt w oknie Formanty DLTdv7, aby zapisać bieżący projekt w tym samym katalogu, w którym znajdują się pliki wyjściowe.
Uruchom niestandardowy kod MATLAB, aby zaimportować śledzone trajektorie znaczników 3D w wymiarach X, Y i Z. Wprowadź szczegółowe informacje, takie jak czas zerwania i liczba śledzonych punktów. Wybierz plik CSV punktu X, Y, Z zawierający trajektorie 3D.
Wybierz katalog, aby zapisać wykresy wyjściowe i plik xls z wyczerpującymi danymi dotyczącymi czasu, długości, zmiany długości i odkształcenia. Następnie użyj podanych równań, aby obliczyć długość, zmianę długości i procentowe odkształcenie.
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje zastosowanie systemu kamer do obrazowania stereoskopowego, skalibrowanego przy użyciu bezpośredniej transformacji liniowej (DLT), w celu rejestracji trójwymiarowych przemieszczeń in situ rozciągniętych nerwów obwodowych. Poprzez rejestrację tych przemieszczeń można określić odkształcenia indukowane przy różnych stopniach rozciągnięcia, co pozwala na ustalenie progów urazów rozciągnięciowych, co z kolei może przyczynić się do rozwoju nauki o regeneracji nerwów zależnej od rozciągania.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Biomechanika
- Techniki obrazowania
Wprowadzenie
- Zrozumienie rozciągania i uszkadzania nerwów jest kluczowe dla opracowania strategii ich naprawy.
- Obrazowanie trójwymiarowe dostarcza informacji na temat mechaniki nerwów.
- Kalibrowane systemy obrazowania zwiększają dokładność pomiarów.
- Progi odkształcenia mogą służyć jako wytyczne dla praktyk klinicznych w zakresie naprawy nerwów.
Cel badania
- W celu rejestracji i analizy przemieszczeń nerwów obwodowych in situ.
- W celu określenia progów odkształcenia podczas rozciągania nerwu.
- W celu pogłębienia zrozumienia mechanizmów naprawy nerwów zależnych od rozciągania.
Zastosowane metody
- Pozyskanie przezroczystych arkuszy akrylowych do wyznaczania siatki.
- Digitalizacja punktów w trójwymiarowej objętości kontrolnej.
- Kalibracja systemu kamer do obrazowania stereoskopowego.
- Analiza odkształceń wywołanych różnym stopniem rozciągania nerwu.
Główne wyniki
- Skuteczne zarejestrowanie trójwymiarowych przemieszczeń nerwów.
- Identyfikacja progów odkształcenia związanych z rozciąganiem nerwów.
- Wgląd w mechanikę uszkodzeń nerwów wywołanych rozciąganiem.
- Potencjalne zastosowania w doskonaleniu technik naprawy nerwów.
Wnioski
- Skalibrowany system obrazowania stereoskopowego skutecznie mierzy przemieszczenia nerwów.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia urazów polegających na rozciągnięciu nerwów.
- Badania wspierają postępy w klinicznych strategiach naprawy nerwów.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowy pomiar odkształcenia nerwów obwodowych in situ podczas rozciągania pozwala wypełnić istotną lukę w mechanicznym ograniczaniu ryzyka strategii leczenia i naprawy uszkodzeń nerwów. Niniejszy protokół umożliwia precyzyjną, nieinwazyjną ocenę biomechaniczną, co zwiększa wiarygodność prognostyczną w ramach wczesnego etapu odkrywania oraz w procesach badawczych o charakterze translacyjnym. Podejście to usprawnia podejmowanie decyzji dotyczących portfolio poprzez dostarczanie solidnych danych na temat reakcji nerwów na obciążenie mechaniczne, co wspiera zarówno walidację celów, jak i optymalizację interwencji.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia rygorystyczną analizę biomechaniki nerwów w fizjologicznych i patologicznych warunkach rozciągania.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów poprzez ilościowe określanie odpowiedzi tkanki na stres mechaniczny.
- Zapewnia mechanistyczną redukcję ryzyka dla interwencji ukierunkowanych na naprawę lub ochronę nerwów.
- Ułatwia przewidywanie i zwiększa pewność w doborze progów rozciągania istotnych dla modeli urazów.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Ustanawia zwalidowany, powtarzalny system pomiaru trójwymiarowego przemieszczenia i odkształcenia nerwu.
- Dostarcza ilościowe wyniki odpowiednie do standaryzacji testów i w ramach dalszych procesów screeningu.
- Umożliwia skalowalność i ponowne wykorzystanie platformy do oceny związków kandydackich lub urządzeń wpływających na mechanikę nerwów.
- Wspiera wiarygodne porównywanie efektów interwencji w zakresie wskaźników odkształcenia nerwu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie pomiarów biomechanicznych do modeli uszkodzeń i regeneracji nerwów istotnych z punktu widzenia patologii.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkryć po walidację przedkliniczną, wiążąc odkształcenia mechaniczne z wynikami funkcjonalnymi.
- Ułatwia podejmowanie decyzji o rozwoju terapii celujących w odporność lub regenerację nerwów w oparciu o analizę ryzyka.
- Wspiera rozwój biomarkerów translacyjnych poprzez kwantyfikację odkształcenia jako punktu końcowego o charakterze mechanicznym.
Integracja potoków przetwarzania i przepływów pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, umożliwiając weryfikację hipotez, uzyskanie ilościowych wyników oraz ograniczanie ryzyka mechanistycznego w przypadku interwencji ukierunkowanych na nerwy.
- Biologia odkrywcza: Wspiera badania oparte na hipotezach dotyczące reakcji nerwów na rozciąganie i urazy.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe pomiary odkształcenia do opracowywania testów i oceny związków.
- Analityka: Generuje dane o długości nerwu w czasie, zmianie długości oraz procencie odkształcenia dla rzetelnej analizy statystycznej.
- Badania translacyjne: Łączy odkrycia z modelami przedklinicznymi poprzez ilościowe określanie punktów końcowych biomechanicznych istotnych dla wyników klinicznych.
- Zastosowania instytucjonalne: Oferuje zestandaryzowaną, nieinwazyjną platformę pomiarową, którą można dostosować do różnych modeli nerwów i rodzajów interwencji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstw
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad urazami nerwów.
- Wartość operacyjna: Dostarcza zestandaryzowane, powtarzalne i skalowalne pomiary biomechaniczne.
- Wartość strategiczna: Poprawia proces podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz efektywność kapitałową poprzez dostarczanie praktycznych danych o odkształceniu.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację terapii i interwencji celowanych w nerwy w oparciu o analizę ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w kalibracji obrazowania stereoskopowego i analizie danych trójwymiarowych.
- Wymaga dostępu do digytyzatorów, systemów kamer do obrazowania stereoskopowego oraz oprogramowania analitycznego (np. MATLAB).
- Wymaga standaryzacji procedur kalibracji i śledzenia pomiędzy zespołami w celu zapewnienia powtarzalności.
- Metoda jest możliwa do adaptacji dla różnych modeli nerwów, jednak może wymagać dostosowania protokołu dla różnych typów tkanek.
- Zależna od precyzyjnego rozmieszczenia markerów i dokładności śledzenia w celu wiarygodnej kwantyfikacji odkształceń.
