Detta protokoll implementerar ett stereobildkamerasystem kalibrerat med hjälp av direkt linjär transformation för att fånga tredimensionella in-situ-förskjutningar av sträckta perifera nerver. Genom att fånga upp dessa förskjutningar kan belastning som induceras vid olika grader av sträckning bestämmas, vilket ger information om de trösklar för sträckskador som kan främja vetenskapen om sträckberoende nervreparation.
Perifera nerver genomgår fysiologisk och icke-fysiologisk sträckning under utveckling, normal ledrörelse, skada och på senare tid under kirurgisk reparation. Att förstå den biomekaniska responsen hos perifera nerver på sträckning är avgörande för att förstå deras respons på olika belastningsförhållanden och därmed för att optimera behandlingsstrategier och kirurgiska ingrepp. Detta protokoll beskriver i detalj kalibreringsprocessen för stereobildkamerasystemet via direkt linjär transformation och spårningen av den tredimensionella in-situ vävnadsförskjutningen av perifera nerver under sträckning, erhållen från tredimensionella koordinater för de videofiler som fångats av det kalibrerade stereobildkamerasystemet.
Från de erhållna tredimensionella koordinaterna kan nervlängden, förändringen i nervlängden och procentuell belastning med avseende på tid beräknas för en sträckt perifer nerv. Att använda ett stereobildkamerasystem ger en icke-invasiv metod för att fånga tredimensionella förskjutningar av perifera nerver när de sträcks ut. Direkt linjär transformation möjliggör tredimensionella rekonstruktioner av perifer nervlängd under stretch för att mäta töjning. För närvarande finns ingen metodik för att studera in-situ-stammen av sträckta perifera nerver med hjälp av ett stereobildkamerasystem kalibrerat via direkt linjär transformation. Att fånga in-situ-stammen av perifera nerver när de sträcks ut kan inte bara hjälpa kliniker att förstå underliggande skademekanismer för nervskador vid översträckning utan också hjälpa till att optimera behandlingsstrategier som är beroende av stretch-inducerade ingrepp. Metodiken som beskrivs i artikeln har potential att öka vår förståelse för perifer nervbiomekanik som svar på stretch för att förbättra patientresultaten inom området hantering och rehabilitering av nervskador.
Perifera nerver (PN) genomgår sträckning under utveckling, tillväxt, normal ledrörelse, skada och operation1. PN uppvisar viskoelastiska egenskaper för att skydda nerven under regelbundna rörelser 2,3 och upprätthålla den strukturella hälsan hos dess nervfibrer2. Eftersom PN-svar på mekanisk sträckning har visat sig bero på typen av nervfiberskada4, skador på intilliggande bindväv 2,4 och testmetoder (dvs. belastningshastighet eller riktning)5,6,7,8,9,10,11,12,13,14är det viktigt att skilja mellan de biomekaniska reaktionerna hos partiklar under normal rörelseomfång jämfört med icke-fysiologisk räckvidd vid både långsamma och snabba sträckningshastigheter. Detta kan öka förståelsen för PN-skademekanismen som svar på stretch och hjälpa till med snabb och optimerad intervention 1,4,15,16. Det har funnits en växande trend inom sjukgymnastik att utvärdera och ingripa baserat på förhållandet mellan nervfysiologi och biomekanik17. Genom att förstå skillnaderna i PN-biomekanik vid olika applicerade belastningar kan fysioterapeuter vara bättre förberedda på att modifiera nuvarande interventioner17.
Tillgängliga biomekaniska data för partikelutdrag som svar på sträckning varierar fortfarande och kan hänföras till testutrustning och procedurer samt skillnader i analys av töjningsdata 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16. Dessutom är mätning av tredimensionell (3D) in-situ nervförskjutning fortfarande dåligt beskriven i den för närvarande tillgängliga litteraturen. Tidigare studier har använt stereoavbildningstekniker för att maximera noggrannheten vid 3D-rekonstruktion av vävnadsförskjutning av facettledkapslar 18,19. Tekniken för direkt linjär transformation (DLT) gör det möjligt att konvertera två eller flera tvådimensionella (2D) vyer till verkliga 3D-koordinater (dvs. i mm)20,21,22. DLT tillhandahåller en kalibreringsmetod med hög noggrannhet för stereobildbehandlingskamerasystem eftersom den möjliggör exakt rekonstruktion av 3D-positioner, med hänsyn till linsförvrängning, kameraparametrar och bildkoordinater, och möjliggör flexibilitet i stereobildkamerainställningen 20,21,22. Studier med DLT-kalibrerade stereobildkamerasystem används vanligtvis för att studera rörelse- och gånganalys22,23. Detta protokoll syftar till att erbjuda en detaljerad metod för att bestämma in-situ-stammen av partikelpartiklar vid olika grader av sträckning med hjälp av ett DLT-kalibrerat kamerasystem för stereobilder och en spårningsprogramvara med öppen källkod22.
Studier som rapporterar biomekaniska egenskaper hos perifera nerver (PN) på grund av sträckskada varierar, och den variationen kan tillskrivas testmetoder som testutrustning och töjningsanalys 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,24 <…
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning stöddes av finansiering från Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development vid National Institutes of Health under utmärkelsenummer R15HD093024 och R01HD104910A och NSF CAREER Award nummer 1752513.
Clear Acrylic Plexiglass Square Sheet | W W Grainger Inc | BULKPSACR9 | Construct three-dimensional control volume |
Stereo-imaging camera system – ZED Mini Stereo Camera | StereoLabs Inc. | N/A | N/A |
Imaging Software – ZED SDK | StereoLabs Inc. | N/A | N/A |
Maintence Software – CUDA 12 | StereoLabs Inc. | N/A | Download to run ZED SDK |
Camera stand – Cast Iron Triangular Support Stand with Rod | Telrose VWR Choice | 76293-346 | N/A |
MicroSribe G2 Digitizer with Immersion Foot Pedal | SUMMIT Technology Group | N/A | N/A |
Proramming Software – MATLAB | Mathworks | N/A | version 2019A or newer |
DLTcal5.m | Hedrick lab | N/A | Open Source |
DLTdv7.m | Hedrick lab | N/A | Open Source |