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    2. 文章詳情

      用于帕金森病研究的科研儀器VisuGait大小鼠步態分析系統參數介紹

      日期:2022-06-25 22:29
      瀏覽次數:918
      摘要:動物行為學分析技術的革新,以大小鼠步態系統為先導。隨著硬件(camera的分辨率、幀頻等)、方法(計算機視覺、深度學習等相關理論)的不斷發展,動物行為學從原有繁重的手工測量分析過程,逐步演變為接近自動化的水平,這里說是接近,是因為單靠一種或幾種算法,無法上乘地解決實驗方法自動化問題,特別是在數據挖掘過程中,還需要大量的人工工作。當然,隨著2012年深度學習理論的發展,可以進一步提升算法識別準確性,進一步減少人為工作。軟硬件技術的飛速發展,實驗指標體系發生了巨大的變化,如從二維分析到三維分析、從低幀頻到高幀頻、從事后分析到實時或準實時分析等。實驗指標在時空尺度上不斷細化,使得我們可以從全新的視角重新審視已有的動物行為學方法,新的機理機制逐步被發現。

      一、開發背景

      隨著硬件(camera的分辨率、幀頻等)、方法(計算機視覺、深度學習等相關理論)的不斷發展,動物行為學從原有繁重的手工測量分析過程,逐步演變為接近自動化的水平,這里說是接近,是因為單靠一種或幾種算法,無法上乘地解決實驗方法自動化問題,特別是在數據挖掘過程中,還需要大量的人工工作。當然,隨著2012年深度學習理論的發展,可以進一步提升算法識別準確性,進一步減少人為工作。軟硬件技術的飛速發展,實驗指標體系發生了巨大的變化,如從二維分析到三維分析、從低幀頻到高幀頻、從事后分析到實時或準實時分析等。實驗指標在時空尺度上不斷細化,使得我們可以從全新的視角重新審視已有的動物行為學方法,新的機理機制逐步被發現。

      從數據流的角度,要實現自動化獲取精準的實驗指標,需要在數據獲取、數據挖掘兩方面入手,而數據獲取又分為原始數據獲取和數據初步分析,這些依賴硬件系統、軟件系統。通常,我的做法是,通過硬件優化提升,以簡化算法設計,即硬件簡化軟件。

      VisuGait大小鼠步態實時檢測分析處理系統 大小鼠步態(gait)是指大小鼠行走時所表現的姿態。大小鼠步態分析系統基于原有足跡分析方法(footprint analysis),運用圖理新技術對足印分析法進行了改進,通過足印圖像增強技術采用高速攝像機可以清晰地采集大小鼠行走過程的足印信息,然后利用步態分析系統自動識別分析大小鼠足跡的步行周期、支撐距離、支撐時長、擺動時長、制動時長、推進時長、步頻等60余種指標,以此客觀、準確和**地反映動物步態的變化情況。而且本步態分析系統集數據采集、監測、分析、統計處理、繪圖制表、打印輸出于一體,避免繁重的人工勞動,極大提高實驗的自動化程度。本儀器可廣泛應用于腦缺血、阿爾茨海默病、帕金森氏病、腦外傷、脊髓損傷、疼痛**、關節炎等多種**動物模型步態的研究。

      二、系統介紹
      VisuGait動物可視步態分析系統是一套在嚙齒動物自然行走的情況下評估其運動缺陷和由疼痛引起的步態變化的完整系統。VisuGait系統的核心部件是步行臺,老鼠可以從步行臺的一端行走到另一端,系統采用獨特的腳印光亮折射技術,通過放置于步行臺下方的高速高清攝像機捕獲真正的腳印足跡,然后通過計算機視覺處理軟件將這些腳印進行自動歸類(新一代足跡歸類算法)。同時,系統還能夠探測到腳步的相對壓力差異,這是動物行走時體重在其四個腳爪上分布不同的結果。
      三、系統組成
      用于帕金森病研究的科研儀器VisuGait大小鼠步態分析系統參數介紹,VisuGait系統重要組成部分:
      • 動物步行臺(折射光源)
      • 動物誘導箱
      • 高清高速攝像機
      • VisuGait軟件
      四、應用范圍
      動物步態分析系統可用于評價神經創傷、神經性萎縮、神經**、以及疼痛癥狀群的動物模型。通過步態分析,了解神經源性**發展過程、評價**方法的效果和篩選****。例如:帕金森氏癥導致肢體動作僵硬和協調性降低。步態分析系統通過測量動物模型中的腳間距離、擺動時相、支撐方式和正常步序比等參數評估運動協調性。用于帕金森病研究的科研儀器VisuGait大小鼠步態分析系統參數介紹
      該系統應用范圍包括:
      • 脊索損傷
      • 神經性疼痛
      • 關節炎
      • 中風
      • 帕金森病
      • 運動失調
      • 腦損傷
      • 外周神經損傷、末梢神經損傷
      • 阿茲海默癥
      其他功能
      • 用于帕金森病研究的科研儀器VisuGait大小鼠步態分析系統參數介紹自動保存視頻文件,可用于離線分析,視頻分辨率為不低于1280x1024;
      • 支持雙向分析功能,即動物前行和后退都能采集數據并進行分析;
      • 系統可以靈活調節光敏感度,可以應對不同體重的動物;用于帕金森病研究的科研儀器VisuGait大小鼠步態分析系統參數介紹
      五、測試指標

      5.1系統可測量基于單只腳印的參數:

      5.1.1腳*大觸地時相(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腳觸地時間(Stand) 
      5.1.6腳印之間的位置關系(Print positions)
      5.1.7同一腳爪觸地時間占總時間的比例(Duty cycle)
      5.1.8步行周期(Step  Cycle)、步幅(Step Stride)
      5.1.9制動指數(Stop Index)、推進指數(Start Index)

      5.2系統可測量基于不同腳印間關系的參數:

      5.2.1單位時間內腳步數(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(左側步基、右側步基)
      5.2.5步序正常指數(Regularity index)
      5.2.6相位離差指數(Phase dispersions)
      5.2.7雙足協調指數(Couplings)
      5.2.8同時觸地指數(Support formulas) 
      5.3系統可以測量足趾寬度Toe Spread,中間足趾寬度(**只跟第四只足趾)Intermediate Toe Spread,基于身體腳爪的角度Paw Angle Body Axis
      5.4系統可以自動測量出脛骨神經功能指數(Posterior Tibial Functional Index TFI)
      5.5系統可以自動測量出腓骨神經功能指數(Peroneal Functional Index PFI)

      5.6系統可以自動測量出坐骨神經功能指數(Sciatic Functional Index SFI)

      用于帕金森病研究的科研儀器VisuGait大小鼠步態分析系統參數介紹

      滬公網安備 31011202007432號

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