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Das vorrangige Ziel der in-vitro-Untersuchung bestand in der hochgenauen Erfassung der Wirbelbewegung unter physiologischen Standardbelastungen. Methode: Ein cervikales Bewegungssegment C5/6 wurde in einer 6-D-Messapparatur untersucht. Unter dem Einfluss zyklisch variierter freier Drehmomente (axiale Rotation, Lateralflexion und Flexion/Extension)wurde die Reaktion des Segments erfasst, während variable Vorlasten (0-6 kg) verschiedenste physiologische Bedingungen simulierten. Das Auflösungsvermögen betrug bei der Translation bis zu 3.1 µm und 4,5 mGrad bei Drehbewegungen. Spezielle Software ermöglichte eine biomechnaische Analyse: : alpha(T)-Kurven zeigten die Verteilung des Momentanwinkels, Spurpunkte und 3-D-Ansichten visualisierten die räumliche Verteilung differenzieller Schraubachsen (IHA) in Bezug zu den anatomischen Komponenten. Resultate: Das Bewegungsverhalten wurde sehr stark sowohl von der Ausrichtung des Drehmoments als auch von der einwirkenden Vorlast bestimmt. Selbst kleine Variationen veränderten die räumliche Verteilung der IHAs, die hiermit charakteristische Veränderungen der Segmentbewegung aufzeigten. Der Bewegungsumfang sank mit steigender Last und dezentrale Vorlasten führten zu einer Langzeit-Flexion des Segments. Eine Computersimulation der Segmentrotation gab Aufschluss über die wechselnde Führung von Facetten- und Uncovertebralgelenken. Zusammenfassung: Nicht nur die Art des Drehmoments, sondern auch die Größe und die Position der Kraftwirkungslinie der Vorlasten bestimmen das Bewegungsverhalten und die Wechselwirkung der Gelenke.
The capability to parameterize shapes is of essential importance in biomechanics to identify cells, to track their motion, and to quantify deformation. While various shape descriptors have already been investigated to study the morphology and migration of adherent cells, little is known of how the mathematical definition of a contour impacts the outcome of rheological experiments on cells in suspension. In microfluidic systems, hydrodynamic stress distributions induce time-dependent cell deformation that needs to be quantified to determine viscoelastic properties. Here, we compared nine different shape descriptors to characterize the deformation of suspended cells in an extensional as well as shear flow using dynamic real-time deformability cytometry. While stress relaxation depends on the amplitude and duration of stress, our results demonstrate that steady-state deformation can be predicted from single cell traces even for translocation times shorter than their characteristic time. Implementing an analytical simulation, performing experiments, and testing various data analysis strategies, we compared single cell and ensemble studies to address the question of computational costs vs experimental accuracy. Results indicate that high-throughput viscoelastic measurements of cells in suspension can be performed on an ensemble scale as long as the characteristic time matches the dimensions of the microfluidic system. Finally, we introduced a score to evaluate the shape descriptor-dependent effect size for cell deformation after cytoskeletal modifications. We provide evidence that single cell analysis in an extensional flow provides the highest sensitivity independent of shape parametrization, while inverse Haralick's circularity is mostly applicable to study cells in shear flow.