小动物步态精细化分析系统

步态精细化分析系统

步行是人类生存的基础 ，步态是步行的行为特征。步态分析就是研究步行规律的检查方法，

旨在通过生物力学和运动学手段 ，揭示步态异常的关键环节和影响因素 ，从而指导康复评估和

治疗，也有助于临床诊断、疗效评定及损伤机制的研究等。

通过高速相机以及步行通道对实验鼠步态进行观测的方案逐渐成为主流，我司开发的老鼠步

态分析系统是针对实验室大小实验鼠进行步态分析的完整系统，由灯光系统，行走通道，电脑工

作站和软件程序组成，能定量评估大小鼠的脚步和运动，计算各类参数多达30个。操作流程简单

，如图左所示。

本司开发的老鼠步态分析系统操作简单，在检测时操作流程如图1.1所示,整个操作流程包括

灯光调节、相机等各种参数的设置、视频的采集与检测以及最终结果的图和表的展示。

老鼠步态分析系统采用绿色LED灯，将绿色荧光均匀地注射入玻璃平台，达到增强动物足迹的

效果，本系统采用了最高帧率为165的高速彩色相机，能够精准捕捉到大小鼠运动过程中每一个细

微的落地过程。检测过程可分为初检与二检，经过初检后，可以修改少数没有正确分辨脚印。通

过修改二检则能够进一步提高步态检测结果的准确率；二检将在界面上展示爪印分类图 、步序图

、2D和3D的压力图等以及首次着地时间、步幅时常、加速度、支撑时长、足迹面积、步长、摆动

时间等。

●神经系统退行性疾病：阿尔兹海默症（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿舞蹈症（HD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）、衰老等

●神经肌肉功能障碍：前庭功能障碍、痛觉障碍、脊髓损伤等

●遗传代谢性疾病：溶酶体贮积症、关节炎等

被动驱赶模块:包含声音驱赶模块(0-130db的纯音，白噪音刺激)，气体驱赶模块(0-100kpa气压强度可调)。

可快速训练动物实现标准姿态通过步道。

软件集成了相机参数调节功能，可以灵活调节相机增益(范围为0-16)、

曝光时间(范围为5000~15000)以及帧率(最大值为165)，

在灯光调节之外通过相机的调节可以轻松提高视频帧的拍摄质量。

软件具有自动采集功能，其自动性表现在两个方面:

1.只有当老鼠进入到框选的ROI区域才会开始录制视频,

并且在老鼠离开ROI区域后自动停止录制并将录制的视频保存;

2.如图2.2所示，在检测开始前设定最大最小通过时间、

最少采集成功数、最大速度变化率，基于这些参数可以排除

采集失败的视频如图2.3，保证视频拍摄的连贯性并避免所

拍摄视频的人工挑选。

内置算法可以在极短的时间内对视频中老鼠的脚爪印进行识别并且分类，

在测试中爪印的识别及分类的准确率极高，这将大大节省实验人员手动对脚印进行分类的时间

设置了爪印纠正按钮，在初步检测后可以通过逐帧播放按钮、进度条拖拽等多种方式检测检测结果存在的误差，

并在修正后重新开始检测，能极大提高对老鼠步态行为的检测精度。

②在一个走道上展示老鼠经过时留下的所有脚印图，如图2.6所示;

软件包含多种情况可视化:①爪印分类后，出现的爪印会使用相应颜色的矩形框进行框选，

并且老鼠身上绘制了了一条白色曲线展现老鼠的体态，如图2.5所示;

③对老鼠当前帧存在的脚印进行放大展示，能够更加清晰分辨爪印的各个细节，如图2.7所示;

④展现老鼠在各个时刻内的爪子着地情况，即如图2.8所示的老鼠爪子的时序图;

⑤老鼠爪子落地时，同一个爪子的各区域的压力不同，分别使用了2D压力图(如图2.9)来展现在落地过程中压力最大值和平均值，

以及3D压力图(如图2.10)实时展现老鼠爪子在各个位置的压力情况。

算法自动检测后会对老鼠的步态信息进行计算并将所有的信息输出到软件界面中，

计算的数据包括:首次着地时间、步幅时常、加速度、支撑时长、足迹面积、步长、摆动时间等数据，所示为部分计算数据。