全自动分析仪 大小鼠步态实时检测分析处理系统 大小鼠步态行为分析系统 大小鼠步态 小动物步态分析系统大鼠步态分析系统 小鼠步态分析系统

大小鼠步态实时检测分析处理系统
Gait Analysis Lab
大小鼠步态（gait）是指大小鼠行走时所表现的姿态。大小鼠步态分析系统基于原有足迹分析方法(footprint analysis)，运用图理新技术对足印分析法进行了改进，通过足印图像增强技术采用高速摄像机可以清晰地采集大小鼠行走过程的足印信息，然后利用步态分析系统自动识别分析大小鼠足迹的步行周期、支撑距离、支撑时长、摆动时长、制动时长、推进时长、步频等60余种指标，以此客观、准确和全面地反映动物步态的变化情况。而且本步态分析系统集数据采集、监测、分析、统计处理、绘图制表、打印输出于一体，避免繁重的人工劳动，极大提高实验的自动化程度。本仪器可广泛应用于脑缺血、阿尔茨海默病、帕金森氏病、脑外伤、脊髓损伤、疼痛疾病、关节炎等多种疾病动物模型步态的研究。

• 系统构成

1. 硬件构成

其硬件系统主要包括：1视频采集分析计算机（1台）、2老鼠步行通道、3高速摄像机、4足迹增强板、5背景增强系统等等。图1 为步态分析系统原理机事物图片。

          图1 步态实时检测分析处理系统原理机实物图

1. 软件构成

本系统软件采用Visual C++开发软件编制。GAL系统的软件系统由视频采集模块和分析模块两部分组成。图2为步态分析系统主界面，通过点击采集按钮或分析按钮可以进入对应的模块。

图2 步态实时检测分析处理系统主界面
图3为采集模块界面，其中蓝色矩形区域为图像实时显示区域。通过点击界面右侧相应的按钮可以完成相机的连接、光照条件、白平衡参数、相机增益、存储模式等设置。
 
图3 步态实时数据采集模块界面
图4为视频分析模块界面，其中蓝色矩形区域为图像实时显示区域。通过点击界面上方视频浏览工作栏，可以完成视频文件播放、倒放、单帧播放等功能。点击视频分析工具栏按钮，可以完成视频分析功能。界面上不同区域，用于显示相应的指标信息。

图4 步态实时检测分析处理系统主界面

1. 控制原理

图5为步态实时采集处理硬件系统示意图。实验过程中，将老鼠从步行通道左入口（或右入口）放入步行通道，当老鼠沿通道直行到一定位置，自动触发安装在框架底部的垂直向上拍摄的高速摄像机开始chui采集老鼠行走过程的视频。当老鼠行走到通道尾巴一定位置后，系统自动终止实验视频采集过程，并将实验视频数据保存到计算机硬盘中。，利用分析软件系统分析老鼠步态指标，软件控制流程如图6所示。

图5 步态实时检测分析处理系统实物图

图6 软件控制流程图
二、指标评价体系
步行周期 动物行走时一侧足跟着地到该侧足跟再次着地的过程被称为一个步行周期，一个步行周期可分为支撑相（stance phase）和摆动相（swing phase）
支撑时长 在一个步行周期中始终与地接触的阶段
摆动时长 在一个步行周期中始终与地无接触的阶段
支撑时相 支撑时长所占步态周期的百分数（cycle%）作为单位来表达。
单支撑时相 通常指一足着地到该足离地的过程。
双支撑时相 在一个步行周期中产生的双足同时着地的阶段。
三支撑时相 在一个步行周期中产生的三足同时着地的阶段
摆动时相 摆动时长所占步态周期的百分数（cycle%）作为单位来表达
制动时长 从该足开始接触时刻到该足与地面接触面积时刻所需的时长
制动指数 制动时长/支撑时长
推进时长 从该足与地面接触面积时刻到该足离地时刻所需的时长
推进指数 推进时长/支撑时长
同源协调性 被观测足爪(RH or LH)的摆动时间或支撑时间与对照足爪(LH or LF)的步行周期的比值
同侧协调性 被观测足爪(RH or LH)的摆动时间或支撑时间与对照足爪(RF or LF)的步行周期的比值
对侧协调性 被观测足爪(RH or LH)的摆动时间或支撑时间与对照足爪(LF or RF)的步行周期的比值
步幅 动物在一个步行周期中，同一前肢或后肢连续两个脚印横坐标中点之间的距离
 左侧步基 动物在一个步行周期中，左前肢连续两个脚印横坐标中点与左后肢连续两个脚印横坐标中点之间的距离
右侧步基 同上
前肢步宽 在行走中左、右两足间的距离称为步宽，通常以足爪中点为测量参考点
后肢步宽 同上
足迹面积：t为足爪接触地面的面积时刻，面积计算公式为：

足迹平均面积：每帧图像足迹面积之和/总帧数
足迹强度：t为足爪接触地面的强度时刻，同理面积的计算方法：

足迹平均强度：每帧图像足迹强度之和/总帧数
摆动速度：步长/摆动时间
瞬时速度：每只爪子的步长/步行周期
平均速度：在一次行走过程中瞬时速度的平均值
总速度：在一次行走过程中，步长的总和/步长周期的总和
足角：在行走中前进的方向（体中线）与足的长轴所形成的夹角称为足角
平均体转角 老鼠嘴尖与尾根形成的轴线的方向和正前方向轴之间的夹角的平均值。比如老鼠移动的方向偏离正前方向5°
体转角标准偏差 老鼠嘴尖与尾根形成的轴线方向和正前方向轴之间的夹角的标准偏差。比如如果老鼠的平均体转角为5°，标准偏差为3°，那么代表动物有在2-8°的范围内运动的趋势
平均侧向移动 动物质量ZX延Y轴侧向移动的距离
侧向移动标准偏差 动物质量ZX延Y轴侧向移动的标准偏差
三、应用
该系统集数据采集、监测、分析、统计处理、绘图制表、打印输出于一体，避免繁重的人工劳动，极大提高实验的自动化程度。拥有多项精细的检测指标，功能强大又灵活。可适用于大、中专医学院校，科研单位进行有关脑缺血，阿尔茨海默病，帕金森氏病，脑外伤，脊髓损伤，疼痛疾病，关节炎，肌萎缩，运动损伤等多种疾病的机制研究以及相关药物筛选和作用机制的研究。