脑声常谈丨啮齿动物关节步态分析总结

动物关节步态分析系统是一个多维度的分析系统，自动追踪关节标记并分析步态情况，可以从两种视角对动物跑步机透明跑带上的动物步态进行视频录制和分析：底面视角进行传统的动物步态分析；侧面视角进行关节运动学分析。底面视角的视频主要捕捉动物在跑步机上行走或跑动的足印；侧面视角的视频主要通过标记在动物后肢上的反光点或颜色来捕捉动物关节的运动。这两种视角的视频在动物行走的过程中是同步捕捉的。应用领域脊髓损伤，帕金森病，阿尔茨海默病，ALS，关节炎，疼痛，神经肌肉疾病，骨骼肌疾病，共济失调等。

啮齿动物关节步态分析系统可以可靠地分析这些多维度的视频，并得出和病理生理相关的多种参数。这些参数包括所有的传统的步态分析参数，如运行速度，步频，步态协调性、体足夹角、足趾间距等参数。通过侧面视角贴在动物后肢上的标记还可以分析关节运动参数，包括关节轨迹、关节轨迹随时间的变化、关节夹角以及夹角随时间的变化等。关节步态分析，在步态分析的基础上加入了关节功能分析，做到了对步态的全功能分析。

Fig1 动物关节步态示意图

动物步态分析系统可以可靠地分析这些多维度的视频，并得出和病理生理相关的多种参数。这些参数包括传统的步态分析参数，如运行速度，步频，步态协调性、体足夹角、足趾间距等参数。通过侧面视角贴在动物后肢上的标记还可以分析关节运动参数，包括关节轨迹、关节轨迹随时间的变化、关节夹角以及夹角随时间的变化等。

常规参数：

触地时间、步间隔时长、摆动时长、足迹面积、足底压力、最大体足横距，最小体足横距，最大体足纵距，最小体足纵距，前足迹横距，后足迹横距，左足迹纵距，右足迹距，空中移动速度，平均步速，总运动速度，总步数，步频，同侧协调性，异侧协调性，对侧协调性。

扩展参数：

关节轨迹、关节轨迹随时间的变化、关节夹角以及夹角随时间的变化。

始终清晰地显示完整的动物身体，在实验室正常照明环境下运行，高速捕捉数字视频（高达 175帧/秒）每次捕捉 20 秒或更长时间，提供超过 52 种不同的步态测量方法。

优势：

可以使用多种无创方式对动物的皮、毛进行关节颜色标记，也可以使用带有颜色标记的球体来进行标记；多种标记方式必须可以同时使用，以便适应不同的实验动物对象的不同实验条件（包括但不限于主动运动、被动运动等实验环境）；三维计算器：软件利用DTL算法自动跟踪视频文件中所有的颜色标记物的三维运动轨迹，同时计算三维空间中的位置、角度、速度、加速度等参数；通过插值函数算法，可以自动跟踪隐藏区域的颜色标记物（如隐藏在关节处、足底的颜色标记物），同时也可以实现手工标定；各种分析数据可以显示在同一个窗口，可以使用模板来设置首选项的位置。可以比较数据，可同时显示多个数据叠加图，可同时显示的动物被处理之前/之后或不同组别动物的步态结果，方便用户进行数据对比；可以在分析界面同步显示视频录像（movie）、关节图（stick picture）、时间系列图表（Time series graph）、归一化图（步态周期分析，Normalized graph，Gait Cycle Analysis）、李萨如图（Lissajou）、步态分析（Gait Analysis）。

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