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技術(shù)文章

了解動物步態(tài)分析系統(tǒng)的Phase Dispersions
更新時間:2024-09-09   點擊次數(shù):329次

最近,Noldus 再次對動物步態(tài)分析系統(tǒng)(CatWalk XT)進(jìn)行了創(chuàng)新。最新升級的 CatWalk XT 10.7進(jìn)行了許多改進(jìn),讓我們一起來看看吧!

 

Phase dispersionsCoupling

10.7 中更新的主要內(nèi)容之一是Phase dispersionsCoupling參數(shù)的可視化和計算方式。盡管舊方法并沒有錯誤,但我們發(fā)現(xiàn)以前表示這些參數(shù)的方式并不直觀,可能會導(dǎo)致對參數(shù)值的錯誤解釋。由于Phase dispersionsCoupling是最難掌握的兩個參數(shù),而且這需要對Circular statistics有一些基本的了解,我們將在中對這些概念進(jìn)行更多的介紹。

 

步態(tài)分析基礎(chǔ):步態(tài)周期

在開始之前,我們先來回顧一下步態(tài)周期的不同部分。步態(tài)周期是指動物行走時腳掌的重復(fù)運(yùn)動。當(dāng)嚙齒動物的腳跟接觸地面時(定義為初始接觸)開始,同一腳跟再次接觸地面時結(jié)束。步態(tài)周期可分為兩個階段:

站立階段:爪子接觸地面

擺動階段:爪子在空中移動

嚙齒類動物是四足動物,因此有四只爪子,它們通常以略微不同的偏移量相互循環(huán)。如下圖所示,偏移量是每只爪子步態(tài)周期開始的時間,數(shù)字之間的時間距離就是偏移量。

 

 

站立階段又可分為兩個階段:

制動階段:從初始接觸開始,到爪子平放在地面上(最大接觸)時結(jié)束。

推進(jìn)階段:從最大接觸后開始,到爪子離開地面時結(jié)束。

由于嚙齒動物是四足動物,因此有 24 種潛在的腳步順序。然而,在剔除鏡像和重復(fù)模式后,只剩下三種截然不同的模式。這些模式的時間以及兩個不同腳爪步態(tài)之間的距離對于測量Phase dispersionsCoupling至關(guān)重要。

 

 

解釋Phase DispersionsCoupling

我們試圖用Phase dispersionsCoupling參數(shù)來研究的是一對爪子之間的偏移。換句話說,在一只爪子("")的步態(tài)周期中,另一只爪子("目標(biāo)")的步態(tài)周期從哪里開始。測量值是偏移量占錨點步態(tài)周期的百分比。這兩個參數(shù)之間的區(qū)別表述如下:

 

Coupling側(cè)重于兩只爪子之間的關(guān)系及其相互協(xié)調(diào)。由于其定義,Coupling度總是在 0-100% 的范圍內(nèi)

Phase dispersions側(cè)重于步態(tài)周期之間的時間和一致性的可變性

 

舉例來說,當(dāng)右前爪的步態(tài)周期總持續(xù)時間為 20 毫秒并被視為錨點時,左后爪的步態(tài)周期在錨點開始后 15 毫秒開始。這就意味著左后爪在錨點步態(tài)周期的 75% 時觸地。Coupling參數(shù)和Phase dispersions的值均為 75%。

 

在步態(tài)分析中使用Circular Statistics

由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有重復(fù)性,因此我們需要使用Circular statistics來計算一次運(yùn)行一次試驗或一組動物中一組數(shù)值的平均Phase dispersions。讓我們舉一個簡化的例子,數(shù)據(jù)來自四個步態(tài)周期:兩次為75%,兩次為5%。線性統(tǒng)計得出的平均值為40% [(75+75+5+5)/4],但這是不正確的。

 

 

Circular statistics中,數(shù)據(jù)點被繪制在一個圓圈上。對于Phase dispersions,圓的頂部為 0%(和 100%),順時針方向移動,右側(cè)為正值25%,底部為50%,左側(cè)為75%。逆時針方向則為負(fù)值。因此,像75% -25% 這樣的值在這個圓上是同一個點。

 

以剛才提到的例子為例,當(dāng)我們在圓圈上畫出5%75%時,它們在逆時針方向上靠得更近,使得平均值為-10%(或90%),而不是40%。這個例子中的值是-10% 還是90%,取決于參數(shù)的定義。Coupling度范圍為0%-100%,Phase dispersions范圍為-50%75%。

 

因此,Phase dispersions的值為-10%,而Coupling度則為90%。這說明了對該參數(shù)進(jìn)行循環(huán)分析的必要性,以及我們引入循環(huán)分析以避免解釋錯誤的原因。

 

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