Siyatik Sinir Ezilme Hasarının Sıçan Modelinde Fonksiyonel Değerlendirme için 3D Kinematik Analiz
12 Şubat 2020
Kemirgen modellerini içeren temel araştırmalar sırasında fonksiyonel değerlendirmeler yapmak için dört kamera ve veri işleme yazılımı içeren üç boyutlu hareket yakalama cihazı kullanan bir kinematik analiz yöntemi salıyoruz.
Laboratuvar hayvanlarının fonksiyonel değerlendirmeleri için hassas ve DiCharacter yöntemi salıyoruz. Hassas, güvenilir ve fonksiyonel değerlendirmeler için diğer yöntemlere atfedilen eksikliklerden yoksundur. Örneğin, siyatik fonksiyonel dizin.
Başlamak için, koşu bandının her iki tarafında 12 haftalık erkek LEWIS sıçan düz bir ön yönde yürümek izin vermek için iki şeffaf plastik levha lar kurmak, sonra elektrik şok ızgara açmak. Her fare koşu bandında yürüsin. Yavaş yavaş saniyede 20 santimetre istenilen hıza koşu bandı hızlandırmak ve sıçan beş dakika boyunca bu hızda normal yürümesine izin.
Her yürüyüş seansından sonra, bir ila iki dakikalık bir dinlenme molası verin. Bu işlemi bir hafta boyunca haftada beş gün günde üç kez tekrarlayın. Sıçan anestezik maske ile istikrarlı anestezi alırken, bir elektrikli tıraş kullanarak bilateral malleoli alt sırt bir alan tıraş.
Fareyi yatkın konuma getirin. Tıraşlı derideki kemik simgelerini işaretlemek için siyah bir marker kalem kullanın, lomberden sakral omurlara kadar spinous süreçleri ile bir çizgi. Ayrıca, anterior / superior iliak dikenler işaretlemek için siyah bir marker kullanın, büyük trochanters, diz eklemleri, lateral malleoli, beşinci metatarsal falanks eklemler, ve dördüncü ayak ucu.
Daha sonra bu kemik işaretleri neisferik işaretleri eklemek için bir sıvı yapıştırıcı kullanın sakral vertebra ve dördüncü ayak ucu lomber süreçler aracılığıyla çizgi dışında. Tüm işaretleri yerleştirdikten sonra, fareyi kafese geri koyun. Anestezi tamamen iyileşene kadar fareyi koşu bandına koymayın.
Koşu bandının her iki tarafına iki şeffaf plastik levha ayarlayın ve kalibrasyon kutusunu koşu bandının ortasına yerleştirin. Kayıt yazılımını açın ve ardından ekrandaki kalibrasyon resim simgesine tıklayın. 120 hertz CCD kamerayı kullanarak dört yönden bir ila iki saniyelik video kaydetmek için kayıt simgesini tıklatın.
Kaydı durdurmak için kayıt simgesine tekrar tıklayın. Hesaplama yazılımındaki video dosyalarını açın. Ekranın sağ alt köşesindeki kalibrasyon kutusu 3D modellerinin karakteristik noktalarını, kalibrasyon deseninde videodan otomatik olarak dönüştürülen dört resimdeki ilgili işaretlere tıklayın ve sürükleyin.
Ardından kaydet simgesine tıklayın. Şimdi kalibrasyon kutusunu koşu bandından çıkar, elektrik şok ızgarasını aç ve tamamen uyanık fareyi koşu bandına yerleştir. Kayıt yazılımını açın ve fare nin seri numarası, yürüme hızı ve asıl operatörün adını içeren temel bilgileri girin.
Koşu bandını açın ve hızı saniyede 20 santimetreye ayarlayın. Sıçan hıza uyum sağladıktan ve normal bir şekilde yürüyebildikten sonra, yürüyen fareyi dört kamerayla kaydetmek için ekrandaki kayıt simgesine tıklayın. 10'dan fazla adım kaydedildikten sonra, kaydı durdurmak ve koşu bandını kapatmak için simgeye tekrar tıklayın.
Anestezi için fareyi anestezi indüksiyon odasına geri koyun. Sıçan anestezik maske ile sürekli anestezi altında iken, hemisferik belirteçleri kaldırın. Hesaplama yazılımını açın ve arabirimdeki video dosyasını açın.
Yalnızca 10 adımlık koşu bandı yürüyüş kaydının görüntülendiğinden emin olmak için videonun ilerleme çubuğundaki ikili kontrol çubuğunu tıklatın ve sürükleyin. Ekranın sağ alt köşesindeki 3B modelden, kameralar tarafından çekilen videoların dört ilk resminin her birinde ilgili işaretçiye kadar her karakteristik noktayı tıklatın ve sürükleyin. Ardından otomatik işaretçi izleme işlemini başlatmak için otomatik izleme simgesine tıklayın.
Sistem bir işaretçiyi doğru şekilde izlemiyorsa, manuel izleme moduna geçmek için el ile sayısallaştırma simgesine tıklayın, 3B modeldeki izleme karakteristik noktasına ve ardından resimdeki yanıt işaretine tıklayın. İşaretleyici tıklatıldıktan sonra, resmin videonun bir sonraki çerçevesine geçiş yaptığından emin olun. Şimdi işaretçi izleme işlemi tamamlanana kadar işaretçiyi sürekli olarak tıklatın.
Tamamlandıktan sonra kaydet simgesine tıklayın. Çözümleme yazılımını açın ve ardından arayüz üzerindeki işlenmiş video dosyasını açın. Ayar simgesine tıklayın ve sağdaki açılır pencerede ekran listesine ayak bileği açısı, ayak açısı ve pelvik kaydırma gibi belirlenmiş parametreleri seçin ve ekleyin.
Parametrelerdeki değer değişikliklerini temsil eden eğrilerin arabirimde görünmesi için Tamam'ı tıklatın. Ölçüm simgesine tıklayın ve aşağı çekme menüsünde düzgün işleme yi seçin. Eğriler içinde 20 hertz'den büyük frekansları kaldırmak için açılır pencereye 20 hertz girin.
3D kinematik analiz sayesinde, 10 adım döngüsündeki duruş veya salıncak fazının ortalama oranı otomatik olarak hesaplanır ve arayüz üzerinde temsil edilir. Kontrol grubu için 10 adımlık döngü dönemlerinde her iki yönlü duruş ve salıncak evresi, ameliyat sonrası bir hafta, ameliyat sonrası üç hafta ve ameliyat sonrası altı hafta gruplar burada gösterilmiştir. Normal ağırlık merkezi yörünge şekli sonsuzluk işaretini andırır.
Ağırlık merkezi yörünge şekli ameliyattan altı hafta sonrasına kadar normal bir şekle dönmedi. Ayak bileği nin ortalama değeri veya ayak ayak açısının ayak bileği nin kapalı fazdaki ortalama değeri, ameliyat sonrası yukarı yönde geliştiklerini gösteriyordu. Tıraşlı ciltteki kemik simgelerinin mümkün olduğunca dikkatli ve doğru bir şekilde bulunması en önemli şeydir.
siyatik sinir analizi yapılabilir ve fonksiyonel ve histolojik değişiklikler arasındaki ilişkiyi ortaya çıkaracaktır.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, kemirgen lokomotif değerlendirmesi için dört kameralı bir 3D hareket yakalama sistemi kullanarak bir kinematik analiz yöntemi sunmaktadır. Yaklaşım, mevcut yöntemlere göre daha güvenilir işlevsel değerlendirmeler sağlamayı amaçlamaktadır.
Çalışmanın Ana Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Hayvan Lokomotoru
- Kinematik
Arka Plan
- Laboratuvar hayvanlarının işlevsel değerlendirmeleri zor olabilir.
- Mevcut yöntemlerin çeşitli eksiklikleri olabilir.
- Çalışmalarda daha hassas ve güvenilir tespit ihtiyacı.
- Bu tür işlevsel değerlendirmelerde sıklıkla kemirgen modelleri kullanılır.
Çalışmanın Amacı
- Laboratuvar hayvanlarının lokomotif değerlendirmesi için yeni bir yöntem geliştirmek.
- İşlevsel verilerin yakalama duyarlılığını ve güvenilirliğini artırmak.
- Mevcut değerlendirme tekniklerinin sınırlamalarını ele almak.
Kullanılan Yöntemler
- Bir 3D hareket yakalama cihazı ve veri işleme yazılımı kullanıldı.
- Değerlendirme protokolü için 12 haftalık erkek LEWIS sıçanları kullanıldı.
- Rat yürüyüşünün adım adım kinematik analizi, açık kurulum ve uygulama talimatlarıyla birlikte.
- Birden fazla video perspektifi ve kalibasyonu dahil eden kayıt ve analiz yöntemleri.
Ana Sonuçlar
- Yöntem, lokomotif aşamalarının kesin takibi ve analizi için izin verir.
- Ameliyat sonrası zaman içinde ayak bileği ve ayak parmağı açılarında belirgin değişiklikler gözlendi.
- Veriler, müdahale sonrası işlevsel iyileşme hakkında bilgiler sağlamaktadır.
- Ağırlık merkezi yörüngesi yalnızca altı hafta sonra normale dönme belirtileri göstermiştir.
Sonuçlar
- Bu çalışma, kemirgen lokomotif için ayrıntılı kinematik analiz için etkili bir yöntem göstermiştir.
- Metodolojik güvenilirlikteki gelişmeler, araştırmada işlevsel değerlendirmeyi önemli ölçüde iyileştirebilir.
- Bulgular, hayvan modellerinde lokomotor iyileşme mekanizmalarını anlamamızı ilerletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
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.
