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VisuGait动物可视步态分析系统
-----新一代足迹识别及归类技术
介绍资料
上海欣软信息科技有限公司
（2019）
一、系统介绍
VisuGait动物可视步态分析系统是一套在啮齿动物自然行走的情况下评估其运动缺陷和由疼痛引起的步态变化的完整系统。VisuGait系统的核心部件是步行台，老鼠可以从步行台的一端行走到另一端，系统采用独特的脚印光亮折射技术，通过放置于步行台下方的高速高清摄像机捕获真正的脚印足迹，然后通过计算机视觉处理软件将这些脚印进行自动归类（新一代足迹归类算法）。同时，系统还能够探测到脚步的相对压力差异，这是动物行走时体重在其四个脚爪上分布不同的结果。
二、系统组成
VisuGait系统重要组成部分：
- 动物步行台（折射光源）
- 动物诱导箱
- 高清高速摄像机
- VisuGait软件
三、应用范围
动物步态分析系统可用于评价神经创伤、神经性萎缩、神经疾病、以及疼痛症状群的动物模型。通过步态分析，了解神经源性疾病发展过程、评价治疗方法的效果和筛选治疗药物。例如：帕金森氏症导致肢体动作僵硬和协调性降低。步态分析系统通过测量动物模型中的脚间距离、摆动时相、支撑方式和正常步序比等参数评估运动协调性。
该系统应用范围包括：
- 脊索损伤
- 神经性疼痛
- 关节炎
- 中风
- 帕金森病
- 运动失调
- 脑损伤
- 外周神经损伤、末梢神经损伤
- 阿兹海默症
- 神经肌肉以及骨骼肌肉等疾病
4.1 新一代足印识别及归类算法
VisuGait可视步态分析软件采用了自研的足印识别和归类算法，为准确无误的识别动物足印和高效足迹自动归类提供了有力保障，核心包括:
- 图像降噪预处理模块
- 虚假足印剔除模块
- 步迹分离增强模块
- 时序跟踪模块
- 聚类分析模块
脚印光亮折射技术
4.2 足迹增强装置（内光源折射技术）
侧光足迹增强装置，采用绿色LED灯，将均匀的绿色荧光射入玻璃侧面，达到玻璃体中充满绿色荧光，从而实现动物足迹图像增强的效果，便于VisuGait软件对动物行走时四肢的自动识别。
其中，老鼠步行通道、高速摄像机、足迹增强板、背景增强系统、诱导箱安装在用铝型材加工的支架上，用于实现实验动物在足迹增强板上行走过程中足迹的提取，诱导箱为实验动物提供熟悉的小环境，使实验动物经过训练后，能够在足迹增强板上正常行走，方便完成足迹提取。高速摄像机与安装了VisuGait软件的计算机通过USB 3.0接口实现图像数据采集。
4.3 步序可视化呈现
VisuGait软件可以可视化呈现多种类型的步序：
- 平面脚印图（footprints）
- 步序图（Gait diagram）
- 脚印压力分布图（Print intensities）
- 脚印压力热图（Footprints pressure thermogram）
- 三维脚印（3D Footprints），选配
4.4 自动检测分类错误
在一些体重大或者受损极其严重的动物中，对足印分类进行分类工作非常困难的，即便人工分类也是如此。新一代的智能足迹识别能力和出色的足迹归类技术可自动检测分类错误。用户可以通过下拉选择框来挑选这些分类错误，系统中视频能够自动跳到相应的时间点（时间帧）。使用者可以使用变焦摄影功能查看影像细节，然后根据实际情况进行分类。
4.5 足迹自动合并
有时，受损严重的动物的一个脚步可能会被分成两个或者更多的步型。基于这些额外足印，这时，VisuGait动物步态分析系统将会错误地计算参数。但是通过把分裂的脚步影像合成一个脚步影像，这些参数会很容易地被被修复。
4.6 交互式足迹测量模块（选配）
该模块可以测量以下参数：
- 远趾端开口距
- 近趾端开口距
- 脚印长度
- 脚印朝向
· 坐骨功能指数（简称SFI），被用作坐骨神经损伤的功能恢复评估的工具。
· 胫骨功能指数（简称TFI），被应用于研究胫骨神经损伤恢复。
· 腓骨功能指数（简称PFI），被应用于研究腓骨神经（也被称为腓神经）损伤恢复。
4.7其他功能
- 自动保存视频文件，可用于离线分析，视频分辨率为不低于1280x1024；
- 支持双向分析功能，即动物前行和后退都能采集数据并进行分析；
- 系统可以灵活调节光敏感度，可以应对不同体重的动物；
五、测试指标
5.1系统可测量基于单只脚印的参数：
5.1.1脚最大触地时相（Max contact）
5.1.2脚最大触地面积（Max area）
5.1.3脚触地压力（Intensity）
5.1.4脚印宽度（Box width）
5.1.5脚触地时间（Stand）
5.1.6脚印之间的位置关系（Print positions）
5.1.7同一脚爪触地时间占总时间的比例（Duty cycle）
5.1.8步行周期（Step Cycle）、步幅（Step Stride）
5.1.9制动指数（Stop Index）、推进指数（Start Index）
5.2系统可测量基于不同脚印间关系的参数：
5.2.1单位时间内脚步数（Cadence）
5.2.2步序（Step sequence）
5.2.3★步宽（前肢步宽、后肢步宽）
5.2.4★步基（左侧步基、右侧步基）
5.2.5步序正常指数（Regularity index）
5.2.6相位离差指数（Phase dispersions）
5.2.7双足协调指数（Couplings）
5.2.8同时触地指数（Support formulas）
5.3系统可以测量足趾宽度Toe Spread，中间足趾宽度（第二只跟第四只足趾）Intermediate Toe Spread，基于身体脚爪的角度Paw Angle Body Axis
5.4★系统可以自动测量出胫骨神经功能指数（Posterior Tibial Functional Index TFI）
5.5★系统可以自动测量出腓骨神经功能指数（Peroneal Functional Index PFI）
5.6系统可以自动测量出坐骨神经功能指数（Sciatic Functional Index SFI）
更多的动物行为实验测试方法和指标评价，可以扫码关注我们的公众号：BrainTalks，脑声常谈
如需了解产品的详细功能和技术参数，可电话或者添加微信--吴文远18121054991，在线咨询和演示：
上海欣软是一家集研发、生产、销售于一体的的高新技术企业，是专业的动物行为视频分析方案解决商。我司专注于动物神经科学与行为学产品的研究且致力于向高校、科研机构等领域提供实验室一体化方案，业务范围遍布全国上百家实验室。公司主营产品均为自主开发, 拥有100%核心技术，同时公司拥有数位动物行为学仪器行业从事10年以上的资深服务工程师，可为我们的产品提供全方案的售前及售后服务。我司开发的仪器设备都是科学研究所必备且不可替代的。
- 动物行为分析软件：
1、VisuTrack软件
2、SuperMaze软件
3、FishTrack斑马鱼分析软件
- 动物行为仪器：
1、自身给药、条件恐惧、斯金纳、震惊反射（PPI）、跑步机、各类经典迷宫等
2、动物抓挠分析仪、动物震颤行为分析仪、动物捕食行为分析仪
3、动物主动步态分析、动物被动步态分析、动物自由步态分析（内测中）
4、睡眠剥夺仪、体温维持仪、智能热板仪、转棒疲劳仪、鼠尾光照测痛仪等
- 神经电生理：
1、光遗传、无线光遗传
2、光纤记录系统（单通道、多通道）
3、电生理信号采集系统（脑电、肌电等）
1.2 我们提供质量保证期内的免费系统维护、设备保修和技术服务。
1.3 零、部件更换：对由于零、部件质量问题造成的损坏，提供现场服务，免费维修更换损坏的零、部件。由于买方人为造成的零、部件损坏，我方对损坏零部件作有偿的维修更换，其价格优惠。我方准备充分的备品、配件、可及时向买方提供技术服务和各种服务。
