DB-MGT型大小鼠步態(tài)分析系統(tǒng)

一、系統(tǒng)介紹

步態(tài)分析動(dòng)物可視步態(tài)分析系統(tǒng)是一套在嚙齒動(dòng)物自然行走的情況下評(píng)估其運(yùn)動(dòng)缺陷和由疼痛引起的步態(tài)變化的完整系統(tǒng)。步態(tài)分析系統(tǒng)的核心部件是步行臺(tái)，老鼠可以從步行臺(tái)的一端行走到另一端，系統(tǒng)采用獨(dú)特的腳印光亮折射技術(shù)，通過放置于步行臺(tái)下方的高速高清攝像機(jī)捕獲真正的腳印足跡，然后通過計(jì)算機(jī)視覺處理軟件將這些腳印進(jìn)行自動(dòng)歸類(新一代足跡歸類算法)。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠探測到腳步的相對壓力差異，這是動(dòng)物行走時(shí)體重在其四個(gè)腳爪上分布不同的結(jié)果。

步態(tài)分析系統(tǒng)重要組成部分:

動(dòng)物步行臺(tái)(折射光源)

動(dòng)物誘導(dǎo)箱高清

高速攝像機(jī)

步態(tài)分析 軟件

 三、應(yīng)用范圍

動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)可用于評(píng)價(jià)神經(jīng)創(chuàng)傷、神經(jīng)性萎縮、神經(jīng)**、以及疼痛癥狀群的動(dòng)物模型。通過步態(tài)分析，了解神經(jīng)源性**發(fā)展過程、評(píng)價(jià)**方法的效果和篩選****。例如:帕金森氏癥導(dǎo)致肢體動(dòng)作僵硬和協(xié)調(diào)性降低。步態(tài)分析系統(tǒng)通過測量動(dòng)物模型中的腳間距離、擺動(dòng)時(shí)相、支撐方式和正常步序比等參數(shù)評(píng)估運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性。攝像頭采用USB線和電腦相連，無需通過網(wǎng)卡。

該系統(tǒng)應(yīng)用范圍包括:

脊索損傷

神經(jīng)性疼痛

關(guān)節(jié)炎

中風(fēng)

帕金森病

運(yùn)動(dòng)失調(diào)

腦損傷

外周神經(jīng)損傷、末梢神經(jīng)損傷

阿茲海默癥

神經(jīng)肌肉以及骨骼肌肉等**

四、技術(shù)特點(diǎn)

4.1新一代足印識(shí)別及歸類算法

步態(tài)分析可視步態(tài)分析軟件采用了自研的足印識(shí)別和歸類算法，為準(zhǔn)確無誤的識(shí)別動(dòng)物足印和高效足跡自動(dòng)歸類提供了有力保障，核心包括:

圖像降噪預(yù)處理模塊

虛假足印剔除模塊步跡分離增強(qiáng)模塊

時(shí)序跟蹤模塊

聚類分析模塊

其中降噪模塊主要利用濾波算法，降低因?yàn)楣饩€變化引起的足跡提取誤差;虛假目標(biāo)剔除模塊主要是對于老鼠行走過程中引起的虛假目標(biāo)(如老鼠糞便等)進(jìn)行剔除;步跡分離增強(qiáng)模塊針對紅綠藍(lán)三通道數(shù)據(jù)，根據(jù)其顯著性自動(dòng)剔除其中信噪比較低的通道，利用差圖像法和QTSU 二值化算法，自動(dòng)提取足跡區(qū)域;時(shí)序跟蹤模塊和聚類分析模塊主要對單幀提取的足跡區(qū)域，先進(jìn)行聚類，然后根據(jù)時(shí)序關(guān)系自動(dòng)識(shí)別左右前后四個(gè)爪子，并進(jìn)行標(biāo)記，為下幀分析提供依據(jù)

側(cè)光足跡增強(qiáng)裝置，采用綠色LED燈，將均勻的綠色熒光射入玻璃側(cè)面，達(dá)到玻璃體中充滿綠色熒光，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)物足跡圖像增強(qiáng)的效果，便于步態(tài)分析軟件對動(dòng)物行走時(shí)四肢的自動(dòng)識(shí)別。其中，老鼠步行通道、高速攝像機(jī)、足跡增強(qiáng)板、背景增強(qiáng)系統(tǒng)、誘導(dǎo)箱安裝在用鋁型材加工的支架上，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在足跡增強(qiáng)板上行走過程中足跡的提取，誘導(dǎo)箱為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物提供熟悉的小環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物經(jīng)過訓(xùn)練后，能夠在足跡增強(qiáng)板上正常行走，方便完成足跡提取。高速攝像機(jī)與安裝了步態(tài)分析軟件的計(jì)算機(jī)通過 USB 3.0接口實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集。

4.3 步序可視化呈現(xiàn)

步態(tài)分析軟件可以可視化呈現(xiàn)多種類型的步序:

4.4 自動(dòng)檢測分類錯(cuò)誤

在一些體重大或者受損極其嚴(yán)重的動(dòng)物中，對足印分類進(jìn)行分類工作非常困難的，即便人工分類也是如此。新一代的智能足跡識(shí)別能力和出色的足跡歸類技術(shù)可自動(dòng)檢測分類錯(cuò)誤。用戶可以通過下拉選擇框來挑選這些分類錯(cuò)誤，系統(tǒng)中視頻能夠自動(dòng)跳到相應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)(時(shí)間幀)。使用者可以使用變焦攝影功能查看影像細(xì)節(jié)，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分類。

4.5 足跡自動(dòng)合并

有時(shí)，受損嚴(yán)重的動(dòng)物的一個(gè)腳步可能會(huì)被分成兩個(gè)或者更多的步型?；谶@些額外足印，這時(shí)，步態(tài)分析動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)將會(huì)錯(cuò)誤地計(jì)算參數(shù)。但是通過把分裂的腳步影像合成一個(gè)腳步影像，這些參數(shù)會(huì)很容易地被被修復(fù)。

4.6交互式足跡測量模塊

該模塊可以測量以下參數(shù):

遠(yuǎn)趾端開口距

近趾端開口距

腳印長度

腳印朝向

脛骨神經(jīng)和腓骨神經(jīng)是坐骨神經(jīng)的兩個(gè)分支。類似于坐骨神經(jīng)功能指數(shù)，這些新參數(shù)的計(jì)算同樣基于遠(yuǎn)趾端開口距，近趾端開口距，腳印長度。

坐骨功能指數(shù)(簡稱SFI)，被用作坐骨神經(jīng)損傷的功能恢復(fù)評(píng)估的工具。

脛骨功能指數(shù)(簡稱TFI)，被應(yīng)用于研究脛骨神經(jīng)損傷恢復(fù)。

腓骨功能指數(shù)(簡稱PFI)，被應(yīng)用于研究腓骨神經(jīng)(也被稱為腓神經(jīng))損傷恢復(fù)。

4.7其他功能

支持雙向分析功能，即動(dòng)物前行和后退都能采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析;

系統(tǒng)可以靈活調(diào)節(jié)光敏感度，可以應(yīng)對不同體重的動(dòng)物;

自動(dòng)保存視頻文件，可用于離線分析，采集幀數(shù)120FPS、視頻分辨率不低于640*480:

五、測試指標(biāo)

5.1系統(tǒng)可測量基于單只腳印的參數(shù):

5.1.1腳*大觸地時(shí)相(Max contact)

5.1.2腳*大觸地面積(Max area)

5.1.3腳觸地壓力(Intensity)

5.1.4腳印寬度(Box width)

5.1.5 腳觸地時(shí)間(Stand)

5.1.6 腳印之間的位置關(guān)系(Print positions)5.1.7 同一腳爪觸地時(shí)間占總時(shí)間的比例(Duty cycle)5.1.8步行周期(Step Cycle)、步幅(Step Stride)5.1.9制動(dòng)指數(shù)(Stop Index)、推進(jìn)指數(shù)(Start Index)等

5.2系統(tǒng)可測量基于不同腳印間關(guān)系的參數(shù):

5.2.1單位時(shí)間內(nèi)腳步數(shù)(Cadence)

5.2.2步序(Step sequence)

5.2.3步寬(前肢步寬、后肢步寬)

5.2.4步基(左側(cè)步基、右側(cè)步基)

5.2.5步序正常指數(shù)(Regularity index)

5.2.6相位離差指數(shù)(Phase dispersions)

5.2.7雙足協(xié)調(diào)指數(shù)(Couplings)

5.2.8同時(shí)觸地指數(shù)(Support formulas)

5.3 系統(tǒng)可以測量足趾寬度 Toe Spread，中間足趾寬度(**只跟第四只足趾)IntermediateToe Spread，基于身體腳爪的角度Paw Angle Body Axis

5.4系統(tǒng)可以自動(dòng)測量出脛骨神經(jīng)功能指數(shù)(Posterior Tibial Functional Index TFI)5.5系統(tǒng)可以自動(dòng)測量出腓骨神經(jīng)功能指數(shù)(PeronealFunctional Index PFI)

5.6系統(tǒng)可以自動(dòng)測量出坐骨神經(jīng)功能指數(shù)(Sciatic Functional Index SFI)5.7系統(tǒng)還可以自動(dòng)檢測后肢共享觸地時(shí)間、步幅長度變化性、擺動(dòng)時(shí)長變化系數(shù)、運(yùn)動(dòng)失調(diào)系數(shù)等。