动物步态分析系统

一 系统构成​

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。

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。

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

二、指标评价体系

1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）

2支撑时长 在一个步行周期中始终与地接触的阶段

3摆动时长 在一个步行周期中始终与地无接触的阶段

4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。

5单支撑时相 通常指一足着地到该足离地的过程。

6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。

7三支撑时相 在一个步行周期中产生的三足同时着地的阶段

8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

9制动时长 从该足开始接触时刻到该足与地面大接触面积时刻所需的时长

10制动指数 制动时长/支撑时长

11推进时长 从该足与地面大接触面积时刻到该足离地时刻所需的时长

12推进指数 推进时长/支撑时长

13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 

14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 

15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

16步幅 动物在一个步行周期中，同一前肢或后肢连续两个大脚印横坐标中点之间的距离

17左侧步基 动物在一个步行周期中，左前肢连续两个大脚印横坐标中点与左后肢连续两个大脚印横坐标中点之间的距离

18右侧步基 同上

19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

20后肢步宽 同上

21足迹大面积：t为足爪接触地面的大面积时刻，大面积计算公式为： 

22足迹平均面积：每帧图像足迹面积之和/总帧数

23足迹大强度：t为足爪接触地面的大强度时刻，同理大面积的计算方法：

24足迹平均强度：每帧图像足迹强度之和/总帧数

25摆动速度：步长/摆动时间

26瞬时速度：每只爪子的步长/步行周期

27平均速度：在一次行走过程中瞬时速度的平均值

28总速度：在一次行走过程中，步长的总和/步长周期的总和

29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

30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°

31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

32平均侧向移动 动物质量中心延Y轴侧向移动的距离

33侧向移动标准偏差 动物质量中心延Y轴侧向移动的标准偏差