脑声常谈：如何使用ViuTread被动步态系统评价大鼠脊髓挫伤模型
实验方法
动物分组及预适应 动物随机分为假手术组和模型组，假手术组16只， 模型组 24 只，模型组需做损伤体积测定。分组前一周， 在步态分析仪跑步带进行适应性训练，每天 2 次，每次 10 min，速度为 20 m/min 。确保每只大鼠能够适应 跑道环境，连续跑动，在其停止行走或转身情况下，手 动将其重新定位，直至完成整个过程。术前动物禁食 12 h，但自由饮水。整体实验设计过程见 Fig.1。
步态分析
采用VisuTread小动物步态分析仪（上海欣软）进行后肢步态录像，每只大鼠每次录像 20 s，取 3 段跑动清晰的录像计算平均数。先设定跑带的速度，使动物在密闭的透明跑带上不 受强迫地自主跑动，然后采用高速彩色摄像机以腹面 角度对跑带上的步态进行录像。待视频文件传送到计 算机后，运用 VisuTread系统软件进行分析。利用自研的脚模型数据分析圈出大鼠的脚掌区域，通过单帧进行多次校正匹配，然后采用自动预览进行分割有效图像，最后分析各项行 为学参数并导出数据。本实验主要选取脚印面积（print area）、摆动时间（swing time）、步长（stride length）、跨步时间（stride time）、瞬间跑速（instant run speed）、后脚脚间距（rear foot track width）、正常步序比（regularity index）、最小纵向偏差（minimum longitudinal deviation） 等步态参数。实际操作和分析评估采用双盲法，由2 名 受过专业训练的实验人员执行，步态的数据采用组内 配对 t 检验和组间方差分析。术前 1 d 记录基础数据， 术后 7、14、21、28 d 每组分别取 4 只再进行记录分析。
VisuTread被动步态系统（上海欣软）采用目前国际上最新的步态分析技术，通过高速数字摄像机（100 FPS）以 腹面角度对动物在透明跑带上的步态进行录像，并以 动物身形和脚印样本为基础进行可靠的自动识别，得出大量与病理生理体征相关的运动步态参数。摄像机 可工作在不同光照条件下，以 640×480 的分辨率至 500 FPS，采集长至 20 s 以上的步态视频。在术后 7 d 时 由于后肢尚未恢复部分功能，无法在跑带上跑动，所以只在其他时间点选取一些步态参数进行分析。
脚印面积是指站立相中脚掌与平板接触的面积 ，单位是像素面积，可在一定程度上间接反映后肢的损伤 恢复情况。动物同一足两次着地的步长以及受测脚站立相与摆动相之和的跨步时间 ，不仅可以单独反映大鼠后肢的运动功能，而且作为两者比值的瞬间跑 速也是常用的主要评价指标。正常步序比可直接反映大鼠跨步过程中整体运动协调性 ，受测脚离开地面 向前迈步到再次落地之间的时间，即受测脚在空中停 留的摆动时间 。后脚脚间距是指两后肢步幅中点间 的距离，可体现伤后动物后肢运动及平衡能力 。最小纵向偏差反映大鼠在跨步前进中，后脚与相对短的 体轴（腰轴）之间的最近距离。
VisuTread 动物被动步态系统，型号：XR-XT120,上海欣软
在研究SCI 时，对有关后肢活动范围的测量非常重要，通常情况下，受伤脚的运动范围非常有限，最小纵向偏差和最大纵向偏差的 变化比较一致，都特别大；而一个正常的步幅具有全方位的活动度（表现为非常低的最小纵向偏差和非常大的最大纵向偏差）。VisuTread步态分析系统可以通过这些直接的、间接的、总体协调等多方面运动步态的自动识别与分析，进行运动神经区缺损情况评价，以及对多种病理生理特征进行客观、准确、高灵敏的检测。
VisuTread功能参数
1、系统配备完整的步态分析软件，可用于腹观主动步态分析及侧观的被动动态分析（跑步 机）；软件具有强大的兼容性，可以支持第三方商业步态系统的采集视频。
2、系统支持多相机、多角度捕捉配置(如侧面相机)；系统配备侧面拍摄相机，用于关节和 躯干运动的三维动作捕捉分析。
3、系统不受实验室光线条件干扰，可双向运行，全程清楚显示动物的全身。
4、系统通过内置算法可最大化调节动物脚爪和背景之间的对比度，可检测头、尾、生殖器 等身体部位并自动忽略；可自动跟踪、检测和显示动物四脚在皮带上或跑道上的踩踏，检测 每个脚印在和地面接触时的压力分布；可提供整个身体运动信息，包括走动时身体的转动，走动时身体的纵向和侧向移动信息，检测多足同时在地面上的时间以及四肢相对于身体的位 置和运动，适合对任何品种和肤色的啮齿动物进行研究。
5、每次视频记录时间≥20 秒，以取得足够步数。
6、系统支持批处理模式，可连续对多个视频进行分析处理。
7、系统可自动跟踪老鼠的各项步态参数，提供多种步态参数，包括：脚站立时间（脚爪在 转动带上）、脚步摆动时间（脚爪在空中）、总计跨步时间、跨步长度、脚接触面积大小、 脚步站立的压力、身体‐脚爪间隔距离（身体和脚爪间距离）、脚爪之间距离、跑步速度、 跨步频率、脚步协调度量（脚步步态模式同相或异相），坐骨神经功能指数有关的度量，如 脚印对身体的偏转角度、脚趾分布指数（瘫痪）。另外，还计算制动时间（脚站立的前期、 直到脚爪达到最大的接触面积等），推进时间（脚站立的后期，此时脚爪在推动身体）；同 时可提供动物肢体关节空间活动数据。
8、系统支持输出脚步站立分布图（脚步站立和脚步接触面大小信息的时间图），可显示每 个脚步每跨一步脚印的位置。