Прямое линейное преобразование для измерения деформации периферических нервов in situ во время растяжения

Резюме

Этот протокол реализует систему стереокамер, откалиброванную с использованием прямого линейного преобразования для захвата трехмерных смещений in-situ растянутых периферических нервов. Захватывая эти смещения, можно определить деформацию, вызванную при различной степени растяжения, что информирует о пороговых значениях травм при растяжении, которые могут продвинуть науку о восстановлении нервов, зависящих от растяжения.

Аннотация

Периферические нервы подвергаются физиологическому и нефизиологическому растяжению во время развития, нормального движения суставов, травм, а в последнее время и во время хирургического вмешательства. Понимание биомеханической реакции периферических нервов на растяжение имеет решающее значение для понимания их реакции на различные условия нагрузки и, таким образом, для оптимизации стратегий лечения и хирургических вмешательств. В этом протоколе подробно описан процесс калибровки стереокамеры с помощью прямого линейного преобразования и отслеживания трехмерного смещения периферических нервов в тканях in-situ во время растяжения, полученного из трехмерных координат видеофайлов, захваченных откалиброванной стереокамерой.

По полученным трехмерным координатам можно рассчитать длину нерва, изменение длины нерва и процент деформации по времени для растянутого периферического нерва. Использование стереокамеры обеспечивает неинвазивный метод захвата трехмерных смещений периферических нервов при растяжении. Прямое линейное преобразование позволяет трехмерно реконструировать длину периферических нервов во время растяжения для измерения деформации. В настоящее время не существует методологии для изучения деформации растянутых периферических нервов in situ с использованием стереокамеры, откалиброванной с помощью прямого линейного преобразования. Учет деформации периферических нервов in situ при растяжении может не только помочь клиницистам в понимании основных механизмов повреждения нервов при чрезмерном растяжении, но и помочь оптимизировать стратегии лечения, основанные на вмешательствах, вызванных растяжением. Методология, описанная в статье, может улучшить наше понимание биомеханики периферических нервов в ответ на растяжение для улучшения результатов лечения пациентов в области лечения и реабилитации при повреждении нервов.

Введение

Периферические нервы (ПН) подвергаются растяжению во время развития, роста, нормальной подвижности суставов, травм и хирургических операций¹. ПН проявляют вязкоупругие свойства для защиты нерва при регулярных движениях ^2,3 и поддержания структурного здоровья его нервных волокон². Поскольку было показано, что реакция ПН на механическое растяжение зависит от типа повреждения нервных волокон⁴, повреждений прилегающих соединительных тканей ^2,4 и подходов к тестированию (т.е. скорости или направления нагрузки)....

протокол

Все описанные процедуры были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) Университета Дрекселя. Неонатальный поросенок был приобретен на ферме, одобренной Министерством сельского хозяйства США (USDA), расположенной в Пенсильвании, США.

1. Настройка системы стереоизображения

1. Прикрепите стереокамеру, которая снимает до 100 кадров в секунду (FPS), к подставке. Система стереокамер, используемая в этом исследовании, представляет собой пассивную стереокамеру с двумя горизонтально выровненными камерами (называемыми левой и правой камерами), разделенными базовой линией 63 мм (р....

Результаты

С помощью описанной методики получаются различные выходные файлы. DLTdv7.m *_xyzpts.csv (Supplemental File 12) содержит координаты (x, y, z) в миллиметрах каждой отслеживаемой точки на каждом временном интервале, которые в дальнейшем используются для вычисления длины, изменения длины и деформации ?.......

Обсуждение

Исследования, сообщающие о биомеханических свойствах периферических нервов (ПН) из-за растяжения, варьируются, и эти различия могут быть связаны с методологиями тестирования, такими как испытательное оборудование и анализ удлинения 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,24 ^<.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
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