Summary
אנו מציגים שיטת ניתוח קינסטית המשתמשת במנגנון לכידת תנועה תלת מימדי המכיל ארבע מצלמות ותוכנות עיבוד נתונים לביצוע הערכות פונקציונליות במהלך מחקר בסיסי הכרוך במודלים של מכרסמים.
Abstract
בהשוואה למדד הפונקציונלי הראשי (SFI), ניתוח קנמטי הוא שיטה אמינה ורגישה יותר לביצוע הערכות פונקציונליות של מודלים מכרסמים של פגיעה בעצב. בפרוטוקול זה, אנו מתארים שיטת ניתוח הקנטית הרומן המשתמשת תלת מימדי (3D) מכשיר לכידת תנועה עבור הערכות תפקודית באמצעות מודל לרסק עצבי העצבים מעצב. ראשית, החולדה מכירה. הליכון מהלך סמנים מחוברים אז העצם המיועד ציוני והעכברוש עשוי ללכת על ההליכון במהירות הרצויה. בינתיים, תנועות הגפיים האחורי של החולדה נרשמות באמצעות ארבע מצלמות. בהתאם לתוכנה שבשימוש, סמני הסמן נוצרות באמצעות מצבי אוטומטי וידני והנתונים הרצויים מיוצרים לאחר כוונונים עדינים. שיטה זו של ניתוח קימטיות, המשתמשת במנגנון לכידת תנועה תלת-ממדי, מציעה יתרונות רבים, כולל דיוק מעולה ודיוק. ניתן לחקור פרמטרים רבים נוספים במהלך ההערכות הפונקציונליות המקיפות. שיטה זו כוללת מספר חסרונות הדורשים התחשבות: המערכת יקרה, יכולה להיות מסובכת לתפעול, ועלולה לגרום לסטיות נתונים עקב הסטת העור. עם זאת, ניתוח קימטי באמצעות מנגנון לכידת תנועה תלת-ממדית שימושי לביצוע הערכות הגפיים הקדמיות והאחורי תפקודית. בעתיד, שיטה זו עשויה להיות שימושית יותר ויותר ליצירת הערכות מדויקות של טראומות ומחלות שונות.
Introduction
האינדקס הפונקציונלי (SFI) של הארגון הוא שיטת בחינת ביצועים לביצוע הערכות עצבים מסוימות מסוימות הפונקציונליות של1. Sfi כבר מאומץ נרחב והוא משמש לעתים קרובות בתוך מחקרים שונים הערכהתפקודית על פציעות העצב החולדההעכברים 2,3,4,5,6. למרות הפופולריות שלה, ישנן מספר בעיות עם SFI, כולל האוטומטים7, חוזה משותף הסיכון, ומריחת העקבות8. בעיות אלה משפיעות ברצינות על ערך התחזיות שלה9. לכן, דרושה שיטה חלופית שאינה מועדת לשגיאות כתחליף ל-SFI.
שיטה חלופית אחת כזאת היא ניתוח קימטי. זה כולל ניתוח הילוך מקיף באמצעות סמני מעקב המצורפת ציוני דרך או מפרקים גרמיות. ניתוח קימטי משמש יותר ויותר עבור הערכות פונקציונליות9. שיטה זו מוכרת בהדרגה ככלי אמין ורגיש להערכה פונקציונלית10 ללא החסרונות המיוחסים ל-sfi11,12.
בפרוטוקול זה, אנו מתארים סדרה של ניתוחים קימטיים המשתמשים במנגנון לכידת תנועה תלת-ממד המורכב של הליכון, 4 120 Hz טעונה מצמידים (CCD) מצלמות המכשיר, ותוכנות עיבוד נתונים (ראה טבלת חומרים). שיטת הניתוח הקימטית שונה מניתוח וידאו כללי הליכה אוהילוך 13,14. שתי מצלמות ממוקמות בכיוונים שונים כדי להקליט תנועות הגפיים האחורי מצד אחד. לאחר מכן, מודל דיגיטלי 3D של האיבר האחורי נבנה באמצעות גרפיקה מחשב9. אנו מסוגלים לחשב זוויות משותפות מיועדות, כגון ירך, ברך, קרסול ומפרק בוהן, על ידי העצמה מקרוב את ממדי הגפיים בפועל. בנוסף, אנו יכולים לקבוע פרמטרים שונים כגון פסיעה/צעד אורך ואת היחס של שלב העמידה לשלב הנדנדה. שחזורים אלה מבוססים על מודל דיגיטלי משוחזר לחלוטין תלת-ממד של הגפיים האחוריים, שנוצר מנתונים המשודרים על ידי שני סטים של מצלמות. ניתן לחשב באופן אוטומטי גם את המרכז הדמיוני של מסלול הכבידה.
השתמשנו במנגנון לכידת תנועה תלת-ממד כדי להציג ולהעריך פרמטרים קימטיים מרובים החושפים שינויים פונקציונליים לאורך זמן בתוך ההקשר של המודל לרסק עצבים של החולדה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הפרוטוקול אושר על ידי ועדת הניסויים של בעלי החיים של אוניברסיטת קיוטו, וכל שלבי הפרוטוקול נערכו בהתאם להנחיות ועדת הניסויים בבעלי חיים, אוניברסיטת קיוטו (מספר אישור: MedKyo17029).
1. הכרת חולדות עם הליכון הליכה
- להגדיר שני גיליונות פלסטיק שקוף משני צידי ההליכון כדי לאפשר לאדם בן 12 שבועות עכברוש לואיס ללכת בכיוון ישר, כיוון הפוך, ואז להדליק את רשת הזעזועים החשמלית.
- . שכל עכברוש ילך על ההליכון בהדרגה להאיץ את ההליכון למהירות הרצויה (20 ס"מ/s או 12 מ'/דקות) ולתת העכברוש ללכת בדרך כלל במהירות זו עבור 5 דקות. אחרי כל מפגש הליכה, לספק הפסקה 1 – 2 דקות לנוח. חזור על תהליך זה 3 x ליום, 5 ימים בשבוע, עבור 1 שבוע.
הערה: להתחיל את ההליכון הליכה 1 שבוע לפני שלב 2. - חולדות הבית בקבוצות של שלושה לכל כלוב עם מחזור 12 האור כהה ומאכילים אותם מזון עכברוש מסחרי ומים ברז libitum.
2. ביצוע פציעת העצב הסרמתי
- מניחים את העכברוש בתא אינדוקציה הרדמה ולהציג 5% שאיפת פתרון האינהלציה.
- לספק הזרקה תוך הצפק של שילוב הרדמה מוכן עם 0.15 מ"ג/ק"ג medetomidine הידרוכלוריד, 2 מ"ג/ק"ג midazolam, ו 2.5 mg/ק"ג tartrate לחולדה. בדוק אם העדר רפלקסים פדלים. ואז לגלח את האזור מהטרוטר השמאלי לירך באמצע עם מכונת גילוח חשמלית.
- הפיצו פיסת בד אספטי, הניחו את העכברוש על זה, ושכבו בתנוחה הצדדית השמאלית. מניחים כלי ניתוח סטרילי גם על הבד.
- צור חתך ישר מן הטרוצ הגדול עד הירך באמצע עם להב כירורגי מס ' 10. לאחר מכן לבצע ניתוח קהה בין הירך הארבע ארבע ושרירי הזרוע באמצעות דימום כירורגי כדי לחשוף את העצב הגיד.
- לנתק את העצב הגיד מן הרקמה הסובבת עם שני זוגות של מלקחיים ולמחוץ את העצב המגיד עבור 10 s, באמצעות מתקן כירורגי סטנדרטי, כדי ליצור פציעה 2 מ"מ ארוך למחוץ באתר ישירות מתחת לתוך העור.
- לבצע 9-0 לתפור ניילון תפר על הקצה הקרוב ביותר של הפציעה באמצעות זוג מלקחיים ולאחר מכן לסגור את השריר ואת העור עם 4-0 התפרים ניילון.
- לספק הזרקה תוך הצפק של היריב הרדמה מוכן עם 0.3 מ"ג/ק ג atipamezole הידרוכלוריד אל העכברוש, כדי להעיר אותו ב 10 דקות. לאחר החולדה מתאושש הרדמה, להתבונן תנועות הבוהן השמאלית בעוד עכברוש מושעה על ידי בסיס זנבו. אם הבוהן לא מתפשטת כלל, הניתוח היה מוצלח.
- הבית חולדות בנפרד לאחר הניתוח עם 12 h מחזור אור כהה ולהאכיל אותם מזון עכברוש מסחרי לברז מים libitum.
3. חיבור הסמנים
- מניחים את העכברוש המיומן בתא אינדוקציה הרדמה ומציגים פתרון אינהלציה של 5%. בדוק את חוסר רפלקס הדוושה על ידי צובט את הבוהן.
- הניחו לחולדה להיות מורדם ללא הרף באמצעות מסיכת הרדמה (2% פתרון אינהלציה של שאיפת). בעוד העכברוש מקבל הרדמה יציבה, לגלח את האזור מן הגב התחתון אל הmalleoli הדו באמצעות מכונת גילוח חשמלית.
התראה: כדי למנוע חשיפת חוקרים לנוזל הדולף, ודא שהמסיכה מכסה את הראש והפנים של החולדה.
הערה: כדי למנוע פגיעה בחולדה, גלח את השיער בעדינות ככל האפשר. - מניחים את העכברוש בתנוחה הנוטה. השתמש בעט סמן שחור כדי לסמן את ציוני הדרך הבאים העצם על העור מגולח: קו דרך התהליכים spinous מן המותני לחוליות, השדרה הקדמית כסל הקדמי, הטרוטרס גדול, המפרקים בברך, malleoli לרוחב, החמישית . וקצה הבוהן הרביעית
הערה: השורה דרך התהליכים הspinous משמשת לקביעה אם הסמנים הדו-צדדיים הם בעלי סימטריות מרבית. - השתמשו בדבק נוזלי כדי לחבר סמנים מהאונה לציוני העצם האלה, למעט הקו דרך התהליכים הספיליים מהמותני ועד לחוליות הסאקרו, וקצה הבוהן הרביעית. השתמש בצבעים שונים לכל ציון דרך אחר כדי למנוע בלבול. קצה הבוהן הרביעית מסומן בדיו ורוד.
התראה: היזהרו לא לטפטף דבק על העור החשוף של המפעיל. - לאחר הצבת כל הסמנים, לשים את העכברוש בחזרה לכלוב. לא לשים את העכברוש על ההליכון עד שהוא מתאושש לחלוטין מן ההרדמה.
הערה: תודעה מופחתת עלולה להשפיע ברצינות על הליכה נורמלית אם העכברוש אינו מתאושש לחלוטין מהרדמה.
4. התקנת תוכנה וכיול
- להגדיר שני יריעות פלסטיק שקופות משני צידי ההליכון ולמקם את תיבת הכיול באמצע ההליכון. פתח את תוכנת ההקלטה ולאחר מכן לחץ על סמל הכיול תמונה בתצוגה (קובץ משלים 1).
- לחץ על סמל ההקלטה כדי להקליט 1 – 2 s של וידאו מארבעה כיוונים באמצעות מצלמות 120 Hz CCD. לחץ על סמל ההקלטה שוב כדי להפסיק את ההקלטה.
הערה: הווידאו יישמר באופן אוטומטי לאחר הפסקת ההקלטה. - פתח את קובץ הווידאו בתוכנת החישוב. לחץ וגרור את הנקודות האופייניות של מודלים תלת-ממדיים של תיבת הכיול בפינה הימנית התחתונה של המסך לסמנים המתאימים בארבע התמונות, שיומרו באופן אוטומטי מהווידאו בתבנית הכיול (קובץ משלים 2). לאחר מכן לחץ על סמל שמור .
הערה: אל תשנה את מיקומי המצלמות לאחר השלמת הכיול.
5. הקלטת המהלכים
- לקחת את תיבת הכיול מתוך ההליכון, להפעיל את רשת ההלם החשמלי, ולמקם את העכברוש ער לגמרי על ההליכון. פתח את תוכנת ההקלטה והקלט את המידע הבסיסי על החולדה, כולל המספר הסידורי, מהירות ההליכה ושמו של האופרטור הראשי.
- הפעל את ההליכון ולהגדיר את המהירות 20 ס מ/s. לאחר העכברוש מסתגל למהירות והוא מסוגל ללכת כרגיל, לחץ על סמל ההקלטה על המסך כדי להקליט את עכברוש הליכה עם ארבע מצלמות. לאחר שלבים מספיקים נרשמים (> 10), לחץ על הסמל שוב כדי להפסיק את ההקלטה, ולכבות את ההליכון.
הערה: הווידאו יישמר באופן אוטומטי לאחר הפסקת ההקלטה. - תחזיר את העכברוש לחדר ההרדמה. לתוך תא הרדמה להרדמה בעוד החולדה נמצאת תחת הרדמה רציפה (מנוהל באמצעות מסיכת הרדמה), להסיר את סמני האונה.
הערה: הסר את הסמנים בעדינות ככל האפשר כדי למנוע גרימת כאב חולדה. - בזמן המיועד (למשל, 1 שבוע, 3 שבועות, או 6 שבועות לאחר הניתוח), לבצע את המדידה קינסטית על החולדה על ידי שלבים חוזרים 3.1 – 5.3. הפוך את המדידה הקימטית רק פעם אחת, בתחילת הניסוי, לחולדות שלא קיבלו ניתוח (כלומר, קבוצת הביקורת).
6. מעקב אחר מרקר
- פתח את תוכנת החישוב ופתח את קובץ הווידאו בממשק.
- לחץ וגרור את פס הבקרה הדו בשורת ההתקדמות של הווידאו כדי לוודא שרק רשומת הליכה של 10 צעדים מוצגת (קובץ משלים 3). לחץ וגרור כל נקודה אופיינית מדגם תלת-ממד בפינה הימנית התחתונה של המסך לסמן המתאים בכל אחת מארבע התמונות הראשוניות של סרטי הווידאו שצולמו על-ידי המצלמות (קובץ משלים 4).
- לחץ על סמל העקיבה האוטומטית כדי להפעיל את תהליך העקיבה האוטומטי של הסמן (קובץ משלים 5, קובץ משלים 6). אם המערכת אינה מסומנת במדויק בסמן, לחצו על הסמל ' דיגיטייז ' ידנית כדי לעבור למצב העקיבה הידני (קובץ משלים 7), לחצו על הנקודה האופיינית לעקיבה בדגם התלת-ממד ולאחר מכן בסמן התגובה בתמונה.
- לאחר הלחיצה על הסמן, ודא שהתמונה עוברת למסגרת הבאה של הווידאו. כעת לחץ ברציפות על הסמן עד שתהליך העקיבה אחר סמן יושלם. לאחר סיום, לחץ על סמל שמור .
7. אנליזה קימטית
- פתח את תוכנת הניתוח ולאחר מכן פתח את קובץ הווידאו המעובד בממשק.
- לחצו על סמל ההגדרה ובחרו והוסיפו פרמטרים ייעודיים כגון זווית הקרסול, זווית הבוהן ושינוי האגן (צירי X ו-Z) לרשימת התצוגה בחלון המוקפץ מימין (קובץ משלים 8). לחץ על אישור, כך שעקומות המייצגות את הערך שינויי הערכים בפרמטרים יופיעו בממשק.
- לחצו על סמל המדידה ובחרו עיבוד חלק בתפריט הנפתח שלו. הזן 20 הרץ בחלון המוקפץ כדי להסיר תדרים הגדולים מ-20 hz בתוך העקומות (קובץ משלים 9).
- ודא שיש חמישה לוחות בממשק: וידאו הליכה של עכברוש, מודל תלת-ממד דינמי, עקומות המייצגים שינויי ערך בפרמטרים ממחזור 10 השלבים, עקומות המייצגים שינויי ערך ממוצע בפרמטרים, ו היסטגרמות ודיאגרמות סכמטית המייצגים את היחס של העמידה וההנפה (קובץ משלים 10).
- לחצו לחיצה ימנית על החלונית לעקומות המייצגות שינויי ערך ממוצע בפרמטרים ובחירת פלט נתונים בתפריט הנפתח (קובץ משלים 11). זה יפיק את הערכים הממוצעים של זוויות משותפת האיבר האחורי, כולל את זוויות הקרסול והבוהן, משמרת האגן, וכל הפרמטרים הרצויים אחרים במחזור 10-step.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
בחרנו ארבעה פרמטרים כדי לחקור שינויים פונקציונליים במשך הזמן במודל לרסק עצבי העצבים החולדה. אלו היו היחס של השלב העמידה אל הנדנדה, מרכז מסלול הכבידה, זוויות הקרסול, וזוויות הבוהן בשלב9של הבוהן. עשרים וארבע חולדות הוקצו באופן אקראי לאחת מארבע קבוצות: קבוצת הביקורת (C), חולדות בפעם הראשונה (1w), השלישי (3w), ו השישי (6w) בשבוע שלאחר פציעה מעוך העצבים השמאלי.
באמצעות ניתוח קימטי תלת-ממדי, היחס הממוצע של העמידה או שלב הנדנדה במחזור של 10 השלבים היה מחושב ומיוצג באופן אוטומטי בממשק (איור 1א-ד). מצאנו שהיחס של השלב להנפה התאושש בעקבות הניתוח.
הגלגל הוא נקודה וירטואלית שניתן לאתר עם סמן וירטואלי על ידי מנגנון לכידת תנועה 3D. הוא ממוקם בנקודת הצלב של שתי שורות המחבר בין שני השדרה הקדמית כסל הקדמי העליון שלהם הצלעות הגדולות יותר. כך, בזמן אמת משמרת האגן במישור ילתית (X ו-Z צירים) תוצאות משמרת בו של הגלגל כמודל האגן בנוי 3d משמש. ניתן למדוד משמרת זו גם באופן אוטומטי. מסלול הגלגל מתואר כעיקול המשתנה של ערך ממוצע משמרת האגן בצירי X ו-Z של מחזור 10 השלבים. צורת מסלול הגלגל הרגיל דומה לסימן האינסוף (∞). מצאנו שצורת מסלול הגלגל לא חזרה לצורה נורמלית בקירוב עד 6 שבועות לאחר הניתוח (איור 2א-ד).
הקרסול הרגיל ואת זוויות הבוהן בשלב "הבוהן" להגיע לערך המקסימלי במהלך תנוחת הטרמינל של מחזור הצעד15, אבל פרמטרים אלה עשויים להיות דיווח באופן כוזב אם העכברוש קיבל ניתוח. עם זאת, הניתוח הקימטי התלת-ממדי איפשר לנו לקבוע את הזוויות בשלב "האצבע החוצה" על-ידי התייחסות לסרטון. הערך הממוצע של זווית הקרסול או הבוהן בשלב "הבוהן" מחושב ממחזור 10 השלבים. התוצאות הראו כי הקרסול וזוויות הבוהן, בשלב "הבוהן" השתפר בכיוון כלפי מעלה לאחר הניתוח. (איור 3א-ב).
איור 1: עמידה דו-צדדית ושלב הנדנדה. הנדנדה הימנית (מגנטה), העמידה הימנית (אדום), הנדנדה השמאלית (תכלת) ושלבי העמידה השמאליים (כחול) מיוצגים על ידי הפסים הצבעוניים שלהם. פסים צהובים מסמלים שלבי תמיכה כפולים. חלוניות A-D הצג כל עמידה דו-צדדית ושלב הנדנדה בתקופות של 10 שלבים עבור קבוצת הפקדים (A), 1w (B), 3 וואט (ג) ו-6w (ד). C = בקרה; 1w = 1 שבוע לאחר ניתוח; 3 וואט = 3 שבועות לאחר הניתוח; 6w = 6 שבועות לאחר הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מסלולי שקעים. חלוניות A-D הצג מסלולים ממוצעים של נציג במהלך מחזור של 10 שלבים עבור קבוצת הפקדים (A), 1w (B), 3 וואט (ג) ו-6w (D) קבוצות. C = בקרה; 1w = 1 שבוע לאחר ניתוח; 3 וואט = 3 שבועות לאחר הניתוח; 6w = 6 שבועות לאחר הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: הקרסול וזוויות הבוהן. פאנלים A ו- B להראות שינויים לאורך זמן בזווית הקרסול ואת הבוהן ב 10 "הבוהן" שלבים עבור קבוצת הביקורת, 1w, 3w, ו 6w קבוצות (* * p < 0.01, לעומת קבוצת הביקורת, * * p < 0.01, לעומת הקבוצה הסמוכה. קווי שגיאה = שגיאת תקן של הממוצע (SEM); C = בקרה; 1w = 1 שבוע לאחר ניתוח; 3 וואט = 3 שבועות לאחר הניתוח; 6w = 6 שבועות לאחר הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
קובץ משלים 1. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 2. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 3. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 4. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 5. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 6. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 7. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 8. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 9. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 10. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
קובץ משלים 11. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בפרוטוקול זה, עכברוש יציב ומהלך ללא הרף הוא המרכיב החיוני ביותר של ניתוח קימטי. מהירות ההליכון הוגדר 20 ס מ/s. זה מהירות הליכה היא בשום אופן לא נחשב "גבוה" אם חולדות לנוע ללא אילוצי שטח16. עם זאת, מהירות זו היא מהירה מדי עבור חולדות בלתי מיומנת ללכת באופן בלתי נשכח על ההליכון והוא עלול לגרום הילוך נורמלי תנועות לא אחיד. אירועים אלה עשויים להשפיע ברצינות על אמינות הנתונים ועל האותנטיות. עם זאת, מהירויות הליכון נמוך יותר 20 ס מ/s יכול לגרום חולדות לסירוגין להפסיק ללכת, פוטנציאל לייצר סטיות גדולות ואמינות נתונים מופחת. לכן, אימון חולדות כדי להיות מסוגל ללכת בהתמדה בכיוון ישר, כיוון מסתובב על ההליכון הוא חשוב מאוד אם אחד הוא להשיג ניתוח קימטי מדויק.
בנוסף, האופרטורים לא צריכים להתעלם מהצרכים לאישור מחדש ולהתאמות נאות במהלך תהליך הניתוח הקימטי. מצאנו ששלב התנופה מדווח על 25%. ממחזור הצעדים בחולדות רגילות משמעות הדבר היא כי תנועות הגפיים האחורי במהלך שלב הנדנדה מואצת לנקודה שבה מערכת המצלמה לא היתה אפשרות ללכוד במדויק את התנועות ללא הרף ולאורך זמן. גם, אור בהיר מדי או עמום הסביבה, כתמים על גיליונות הליכון שקוף, דפוסי תנועה חריגים אשר במקרה מתרחשים בזמן הליכה יכול לגרום לסטייה מוגזמת של תוויות העקיבה מן הסמנים המחוברים חולדות. גורמים אלה יכולים להקטין את הדיוק של תהליך לכידת התנועה. כוונונים ידניים הוכנסו למערכת העקיבה אחר סמן כדי לטפל בבעיה זו. באמצעות התאמה ידנית, סטיות בולטת או הפסדים לכידת תנועה עדינים ניתן לתקן מיד במהלך תהליך העקיבה סמן. יתרה מזאת, אישור מחדש של שינויים בעקומות של פרמטרים מרובים שעובדו באמצעות תוכנת הניתוח הקימטי שסייעה בחיפוש אחר פגמים בתהליך העקיבה אחר סמן. אישור מחדש איפשר לנו גם להפיק את הנתונים האמינים והאותנטיים ביותר.
בהשוואה לניתוח הקימטי, החסרונות של ה-SFI נובעים בעיקר מדיוק נמוך ומאמינותו, ולא מהפרעות המיוצרים על ידי הגורמים הנ ל. מחקר קודם לכן ציין כי שיטת ה-SFI אינה אמינה ולא מיושמת כאשר היא מוחלת בתקופת הפציעה שלאחר הפגיעה המוקדמת17. מאידך, מוכרת באופן נרחב הדיוק והאמינות הגבוהים של האנליזה הקימטית. עם זאת, יישומים קודמים רבים היו מסוגלים רק להתבונן ולמדוד זוויות ייעודי, במיוחד הקרסול זוויות10,15,18,19,20. מגבלות ניתוח וידאו דו מימדי (2D) מונעות חקירה של פרמטרים נוספים במהלך הערכות פונקציונליות.
ניתוח קימטי תלת מימדי מתגבר על כל החסרונות של SFI ומאפשר חקירה של פרמטרים רבים נוספים. הדגם הדיגיטלי 3D בנוי מתמונות שנתפסו על ידי ארבע מצלמות. כתוצאה מכך, מכשיר זה יכול למדוד או לחשב פרמטרים באופן מדויק יותר מאשר שיטות הקימטיות קונבנציונאלי 2D. לפיכך, ניתוח קימטי המשתמש במנגנון לכידת התנועה התלת-ממדי, מכיל הבטחה עצומה כתחליף פוטנציאלי לשיטות אחרות של הערכה תפקודית.
עם זאת, השיטה התלת-ממדית לניתוח יש מספר מגבלות. הכשרת מכרסמים, הצמדת סמנים ותהליכי בדיקת העקיבה מסובכים וצורכים זמן. על מנת להשיג נתונים מהימנים ואמינים, המפעיל צריך להכיר היטב את הצעדים הקריטיים הנדרשים. העברת העור המתרחשת במהלך הליכה מכרסם סביר במיוחד כדי לייצר סטיות נתונים21. יתרה מזאת, העלות הגבוהה של ציוד הניתוח הקימטי התלת-ממדי עלולה לעכב את הפופולריזציה שלה ולהגביל את השימוש במחקרים רלוונטיים.
מחקרים קודמים מצאו כי ניתוח קימטי תלת-ממדי השיגה תוצאות מדויקות וחוקיות בהקשר של מודל פגיעה בעצב החולדה מדגם9,22. כתוצאה מכך, יש לנו סיבות להאמין ששיטה זו עשויה להיות כלי שימושי להערכות פונקציונליות של מצבי טראומה או מחלות שונים הכרוכים בגפיים האחוריים, כולל הפרעות במערכת העצבים המרכזית וההיקפית ומחלות שריר-השלד. יתר על כן, על ידי שינוי מיקום סמן, שיטה זו עשויה לשמש כדי להעריך באופן פונקציונלי תנועות הגפיים הקדמיות. למרות ההשערות הללו דורשים אימות נוסף באמצעות ניסויים עתידיים, אנו מאמינים כי ניתוח קימטי באמצעות מכשיר 3D לכידת תנועה עשוי לעורר שיטות הערכה תפקודית יותר מבטיח ולשחק תפקיד חשוב במחקר ויישומים קליניים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
. למחברים אין מה לגלות
Acknowledgments
מחקר זה היה נתמך על ידי JSPS KAKENHI גרנט מספר JP19K19793, JP18H03129, ו JP18K19739.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 9-0 nylon suture | Bear Medic Corporation. | T06A09N20-25 | |
| Anesthetic Apparatus for Small Animals | SHINANO MFG CO.,LTD. | SN-487-0T | |
| ISOFLURANE Inhalation Solution | Pfizer Japan Inc. | (01)14987114133400 | |
| Kine Analyzer | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A analysis software |
| Liquid adhesive | KANBO PRAS CORPORATION | PT-B180 | |
| Micro forceps | BRC CO. | 16171080 | |
| Motion Recorder | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A recording software |
| Standard surgical hemostat | Fine Science Tools, Inc. | 12501-13 | |
| Surgical blade No.10 | FEATHER Safety Razor CO., LTD | 100D | |
| Surgical hemostat | World Precision Instruments | 503740 | |
| Three-dimensional motion capture apparatus (KinemaTracer for Animal) | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A 3D motion analysis system that consists of cameras |
| Three-dimensional(3D) Calculator | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.A. | A marker tracing software |
| Treadmill | MUROMACHI KIKAI CO.,LTD | MK-685 | a treadmill with affialiated the electrical schocker, transparent sheats and a speed control apparatus |
References
- 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).
- Takhtfooladi, M. A., Jahanbakhsh, F., Takhtfooladi, H. A., Yousefi, K., Allahverdi, A. Effect of low-level laser therapy (685 nm, 3 J/cm(2)) on functional recovery of the sciatic nerve in rats following crushing lesion. Lasers in Medical Science. 30 (3), 1047-1052 (2015).
- Xing, H., Zhou, M., Assinck, P., Liu, N. Electrical stimulation influences satellite cell differentiation after sciatic nerve crush injury in rats. Muscle & Nerve. 51 (3), 400-411 (2015).
- Yang, C. C., Wang, J., Chen, S. C., Jan, Y. M., Hsieh, Y. L. Enhanced functional recovery from sciatic nerve crush injury through a combined treatment of cold-water swimming and mesenchymal stem cell transplantation. Neurological Research. 37 (90), 816-826 (2015).
- Jiang, W., et al. Low-intensity pulsed ultrasound treatment improved the rate of autograft peripheral nerve regeneration in rat. Scientific Reports. 6, 22773 (2016).
- Ni, X. J., et al. The Effect of Low-Intensity Ultrasound on Brain-Derived Neurotropic Factor Expression in a Rat Sciatic Nerve Crushed Injury Model. Ultrasound in Medicine & Biology. 43 (2), 461-468 (2017).
- Weber, R. A., Proctor, W. H., Warner, M. R., Verheyden, C. N. Autotomy and the sciatic functional index. Microsurgery. 14 (5), 323-327 (1993).
- Dellon, A. L., Mackinnon, S. E. Sciatic nerve regeneration in the rat. Validity of walking track assessment in the presence of chronic contractures. Microsurgery. 10 (3), 220-225 (1989).
- Wang, T., et al. Functional evaluation outcomes correlate with histomorphometric changes in the rat sciatic nerve crush injury model : A comparison between sciatic functional index and kinematic analysis. PLoS One. 13 (12), e0208985 (2018).
- de Ruiter, G. C., et al. Two-dimensional digital video ankle motion analysis for assessment of function in the rat sciatic nerve model. Journal of the Peripheral Nervous System. 12 (3), 216-222 (2007).
- Walker, J. L., Evans, J. M., Meade, P., Resig, P., Sisken, B. F. Gait-stance duration as a measure of injury and recovery in the rat sciatic nerve model. Journal of Neuroscience Methods. 52 (1), 47-52 (1994).
- Dijkstra, J. R., Meek, M. F., Robinson, P. H., Gramsbergen, A. Methods to evaluate functional nerve recovery in adult rats: walking track analysis, video analysis and the withdrawal reflex. Journal of Neuroscience Methods. 96 (2), 89-96 (2000).
- Lee, J. Y., et al. Functional evaluation in the rat sciatic nerve defect model: a comparison of the sciatic functional index, ankle angles, and isometric tetanic force. Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (5), 1173-1180 (2013).
- Rui, J., et al. Gait cycle analysis: parameters sensitive for functional evaluation of peripheral nerve recovery in rat hind limbs. Annals of Plastic Surgery. 73 (4), 405-411 (2014).
- Yu, P., Matloub, H. S., Sanger, J. R., Narini, P. Gait analysis in rats with peripheral nerve injury. Muscle & Nerve. 24 (2), 231-239 (2001).
- Amado, S., et al. The sensitivity of two-dimensional hindlimb joint kinematics analysis in assessing functional recovery in rats after sciatic nerve crush. Behavioural Brain Research. 225 (2), 562-573 (2011).
- Monte-Raso, V. V., Barbieri, C. H., Mazzer, N., Yamasita, A. C., Barbieri, G. Is the Sciatic Functional Index always reliable and reproducible? Journal of Neuroscience Methods. 170 (2), 255-261 (2008).
- Varejao, A. S. P., et al. Motion of the foot and ankle during the stance phase in rats. Muscle & Nerve. 26 (5), 630-635 (2002).
- Lin, F. M., Pan, Y. C., Hom, C., Sabbahi, M., Shenaq, S. Ankle stance angle: a functional index for the evaluation of sciatic nerve recovery after complete transection. Journal of Reconstructive Microsurgery. 12 (3), 173-177 (1996).
- Patel, M., et al. Video-gait analysis of functional recovery of nerve repaired with chitosan nerve guides. Tissue Engineering. 12 (11), 3189-3199 (2006).
- Filipe, V. M., et al. Effect of skin movement on the analysis of hindlimb kinematics during treadmill locomotion in rats. Journal of Neuroscience Methods. 153 (1), 55-61 (2006).
- Tajino, J., et al. Three-dimensional motion analysis for comprehensive understanding of gait characteristics after sciatic nerve lesion in rodents. Scientific Reports. 8 (1), 13585 (2018).
