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了解動物步態分析系統的Phase Dispersions
2024-9-9 閱讀(885)
最近，Noldus 再次對動物步態分析系統(CatWalk XT)進行了創新。最新升級的 CatWalk XT 10.7進行了許多改進，讓我們一起來看看吧！
Phase dispersions和Coupling
10.7 中更新的主要內容之一是Phase dispersions和Coupling參數的可視化和計算方式。盡管舊方法并沒有錯誤，但我們發現以前表示這些參數的方式并不直觀，可能會導致對參數值的錯誤解釋。由于Phase dispersions和Coupling是最難掌握的兩個參數，而且這需要對Circular statistics有一些基本的了解，我們將在本文中對這些概念進行更多的介紹。
步態分析基礎：步態周期
在開始之前，我們先來回顧一下步態周期的不同部分。步態周期是指動物行走時腳掌的重復運動。當嚙齒類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束。步態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。如下圖所示，偏移量是每只爪子步態周期開始的時間，數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）時結束。
推進階段：從最大接觸后開始，到爪子離開地面時結束。
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之間的距離對于測量Phase dispersions和Coupling至關重要。
解釋Phase Dispersions和Coupling
我們試圖用Phase dispersions和Coupling參數來研究的是一對爪子之間的偏移。換句話說，在一只爪子（"錨"）的步態周期中，另一只爪子（"目標"）的步態周期從哪里開始。測量值是偏移量占錨點步態周期的百分比。這兩個參數之間的區別表述如下：
l Coupling側重于兩只爪子之間的關系及其相互協調。由于其定義，Coupling度總是在 0-100% 的范圍內
l Phase dispersions側重于步態周期之間的時間和一致性的可變性
舉例來說，當右前爪的步態周期總持續時間為 20 毫秒并被視為錨點時，左后爪的步態周期在錨點開始后 15 毫秒開始。這就意味著左后爪在錨點步態周期的 75% 時觸地。Coupling參數和Phase dispersions的值均為 75%。
在步態分析中使用Circular Statistics
由于基礎數據具有重復性，因此我們需要使用Circular statistics來計算一次運行、一次試驗或一組動物中一組數值的平均Phase dispersions。讓我們舉一個簡化的例子，數據來自四個步態周期：兩次為75%，兩次為5%。線性統計得出的平均值為40% [(75+75+5+5)/4]，但這是不正確的。
在Circular statistics中，數據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，右側為正值25%，底部為50%，左側為75%。逆時針方向則為負值。因此，像75% 和-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，當我們在圓圈上畫出5%和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%，取決于參數的定義。Coupling度范圍為0%-100%，Phase dispersions范圍為-50%至75%。
因此，Phase dispersions的值為-10%，而Coupling度則為90%。這說明了對該參數進行循環分析的必要性，以及我們引入循環分析以避免解釋錯誤的原因。
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