3D кинематический анализ для функциональной оценки в Крыса Модель Сиатический нерв Давка травмы
12 февраля 2020 г.
Мы внедряем метод кинематический анализ, который использует трехмерный аппарат захвата движения, содержащий четыре камеры и программное обеспечение для обработки данных для выполнения функциональных оценок в ходе фундаментальных исследований с участием моделей грызунов.
Мы предоставляем точный и DiCharacter метод для функциональных оценок лабораторных животных. Она чувствительна и надежна и лишена недостатков, приписываемых другим методам функциональных оценок. Например, седалищный функциональный индекс.
Для начала установите два прозрачных пластиковых листа по обе стороны беговой дорожки, чтобы 12-недельный самец крысы LEWIS пошел в прямом направлении, а затем включить электрическую ударную сетку. У каждой крысы ходить на беговой дорожке. Постепенно ускоряйте беговую дорожку до нужной скорости 20 сантиметров в секунду и позволяйте крысе нормально ходить с такой скоростью в течение пяти минут.
После каждого сеанса ходьбы, обеспечить один-двухминутный перерыв на отдых. Повторите этот процесс три раза в день пять дней в неделю в течение одной недели. В то время как крыса получает стабильную анестезию через анестезианую маску, брить области от нижней части спины до двустороннего malleoli с помощью электрической бритвы.
Поместите крысу в положение, подверженную риску. Используйте черную маркерную ручку, чтобы отметить костные ориентиры на бритой коже, линию через спинные процессы от поясничного до сакрального позвонков. Кроме того, используйте черный маркер, чтобы отметить передние / высшие подвиховые шипы, больше trochanters, коленные суставы, боковой malleoli, пятый плюсневой фаланги суставов, и кончик четвертого нова.
Затем используйте жидкий клей, чтобы прикрепить маркеры полушария к этим костным ориентирам, за исключением линии через спинные процессы от поясничного отдела до сакральных позвонков и кончика четвертого носа. После размещения всех маркеров, положить крысу обратно в клетку. Не ставить крысу на беговую дорожку, пока она полностью не оправиться от анестезии.
Установите два прозрачных пластиковых листа по обе стороны беговой дорожки и поместите калибровочную коробку в середине беговой дорожки. Откройте программное обеспечение для записи, а затем нажмите на значок изображения калибровки на дисплее. Нажмите значок записи, чтобы записать одну-две секунды видео с четырех направлений с помощью 120 герц CCD камер.
Нажмите на значок записи еще раз, чтобы остановить запись. Откройте видеофайлы в программном обеспечении для вычислений. Нажмите и перетащите характерные точки калибровки коробки 3D-моделей в правом нижнем углу экрана к соответствующим маркерам на четырех картинках, которые автоматически преобразуются из видео в шаблон калибровки.
Затем нажмите на значок сохранения. Теперь возьмите калибровочные коробки из беговой дорожки, включите электрическую ударную сетку, и поместите полностью проснулся крысы на беговой дорожке. Откройте программное обеспечение для записи и ввемите основную информацию о крысе, включая ее серийный номер, скорость ходьбы и имя основного оператора.
Включите беговую дорожку и установите скорость до 20 сантиметров в секунду. После того, как крыса адаптируется к скорости и может нормально ходить, нажмите значок записи на дисплее, чтобы записать ходьбе крысы с четырьмя камерами. После записи более 10 шагов нажмите на значок снова, чтобы остановить запись и выключить беговую дорожку.
Положите крысу обратно в индукционной камере анестезии для анестезии. В то время как крыса находится под непрерывной анестезией через анестезиальную маску, удалите маркеры полушария. Откройте программное обеспечение для вычислений и откройте видео файл на интерфейсе.
Нажмите и перетащите двусторонний бар управления на планку прогресса видео, чтобы убедиться, что только 10-шаг беговой дорожке ходьбе запись отображается. Нажмите и перетащите каждую характерную точку от 3D-модели в правом нижнем углу экрана к соответствующему маркеру на каждой из четырех первоначальных фотографий видео, которые были сделаны камерами. Затем нажмите на значок автоматического отслеживания, чтобы начать процесс автоматического отслеживания маркеров.
Если система точно не отслеживает маркер, нажмите на значок ручной оцифровки, чтобы перейти в режим ручного отслеживания, нажмите на характерную точку трассировки в 3D-модели, а затем на маркер ответа на картинке. После нажатия маркера убедитесь, что изображение переключается на следующий кадр видео. Теперь постоянно нажимайте на маркер до завершения процесса отслеживания маркеров.
После завершения, нажмите на значок сохранения. Откройте программное обеспечение для анализа, а затем откройте обработанный видео файл на интерфейсе. Нажмите на значок настройки и выберите и добавьте назначенные параметры, такие как угол лодыжки, угол ногой и тазовый сдвиг в список отображения в всплывающем окне справа.
Нажмите на OK, чтобы кривые, представляющие изменения значения параметров, появились на интерфейсе. Нажмите на значок измерения и выберите плавную обработку в его тянуть вниз меню. Введите 20 герц во всплывающем окне, чтобы удалить частоты более 20 герц в кривых.
С помощью 3D-кинематический анализ среднее соотношение позиции или фазы качели в 10-шаговом цикле автоматически вычисляется и представлено на интерфейсе. Здесь показаны каждая двусторонняя позиция и фаза качелей в 10-шаговых периодах цикла для контрольной группы, одна неделя после операции, три недели после операции и шесть недель послеоперационных групп. Нормальный центр тяжести траектории формы напоминает знак бесконечности.
Форма траектории тяжести вернулась в нормальную форму только через шесть недель после операции. Среднее значение лодыжки или ногой угол в ноге от фазы предложил, что они улучшились в восходящем направлении после операции. Расположение костных ориентиров на бритой коже как можно тщательнее и правильно является наиболее важной вещью.
анализ седалищного нерва может быть выполнен, и это покажет связь между функциональными и гистологическими изменениями.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В этом исследовании представлен метод кинематического анализа с использованием 3D системы захвата движения с четырьмя камерами для оценки локомоции грызунов. Метод нацелен на предоставление надежных функциональных оценок, улучшающих существующие методы.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Локомоция животных
- Кинематика
Предыстория
- Функциональные оценки лабораторных животных могут быть сложными.
- Существующие методы могут иметь различные недостатки.
- Необходимость в более чувствительном и надежном обнаружении в исследованиях.
- Модели грызунов часто используются в таких функциональных оценках.
Цель исследования
- Разработать новый метод оценки локомоции лабораторных животных.
- Улучшить чувствительность и надежность при регистрации функциональных данных.
- Решить ограничения существующих методов оценки.
Использованные методы
- Использована 3D аппаратура захвата движения и программное обеспечение для обработки данных.
- Задействованы 12-недельные самцы крыс LEWIS для протокола оценки.
- Пошаговый кинематический анализ ходьбы крысы с ясными инструкциями по установке и выполнению.
- Методы записи и анализа, которые включают множество видеоперспектив и калибровку.
Основные результаты
- Метод позволяет точно отслеживать и анализировать фазы локомоции.
- Заметные изменения наблюдались в углах голеностопа и пальцев со временем после операции.
- Данные подтверждают представления о функциональном восстановлении после вмешательства.
- Траектория центра тяжести показала признаки возвращения к норме только через шесть недель.
Выводы
- Это исследование демонстрирует эффективный метод для детального кинематического анализа локомоции грызунов.
- Улучшение надежности методологии может значительно улучшить функциональную оценку в исследованиях.
- Результаты могут продвинуть понимание механизмов восстановления локомоции в животных моделях.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Kinematic analysis using 3D motion capture provides a more sensitive and reliable functional evaluation method than traditional indices like SFI for rodent models of nerve injury. This approach supports target validation by enabling precise quantification of locomotor recovery, which is critical for de-risking mechanistic hypotheses in preclinical neuroscience programs. The method enhances predictive confidence in early discovery by delivering quantitative, reproducible data on neuromuscular function.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through precise measurement of stance/swing phase ratios and joint kinematics in nerve injury models.
- Operational Value: Reduces mechanistic ambiguity by providing high-resolution temporal and spatial locomotor data not accessible via endpoint functional indices.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative dependent variables such as ankle angle, toe angle, and center of gravity trajectory for assay standardization.
- Operational Value: Supports screening readiness through automated calculation of stance/swing phase means across multiple post-injury timepoints.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates correlation between functional recovery and histological changes, supporting translational biomarker alignment.
- Operational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by tracking recovery trajectories over six weeks post-surgery.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early biology to preclinical validation by delivering functional readouts that inform target confidence and pathway modulation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing via measurement of locomotor parameters that reflect sciatic nerve function.
- Screening: Delivers assay-ready quantitative outputs including pelvic shift and joint angles for compound evaluation.
- Analytics: Provides smooth-processed kinematic curves at 20 Hz cutoff for reliable inter-group comparison.
- Translational Research: Connects functional data to structural outcomes, enabling mechanistic de-risking before preclinical advancement.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable locomotor phenotyping platform applicable across trauma and disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through sensitive detection of functional deficits and recovery.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via calibrated 3D motion capture and software-based marker tracing.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by reducing false negatives in functional assessment.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on longitudinal locomotor recovery profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in motion capture systems, marker placement, and kinematic data processing.
- Dependent on 3D motion capture apparatus with multi-camera synchronization and calibration tools.
- Necessitates cross-team standardization for marker placement protocols and software workflows.
- Involves adaptation considerations for different rodent strains and injury models due to skin shifting artifacts.
- Limited by high equipment cost, operational complexity, and potential data deviation from soft tissue movement.
