了解动物步态分析系统的Phase Dispersions

最近，Noldus 再次对动物步态分析系统(CatWalk XT)进行了创新。最新升级的 CatWalk XT 10.7进行了许多改进，让我们一起来看看吧！

Phase dispersions和Coupling

10.7 中更新的主要内容之一是Phase dispersions和Coupling参数的可视化和计算方式。尽管旧方法并没有错误，但我们发现以前表示这些参数的方式并不直观，可能会导致对参数值的错误解释。由于Phase dispersions和Coupling是最难掌握的两个参数，而且这需要对Circular statistics有一些基本的了解，我们将在本文中对这些概念进行更多的介绍。

步态分析基础：步态周期

在开始之前，我们先来回顾一下步态周期的不同部分。步态周期是指动物行走时脚掌的重复运动。当啮齿类动物的脚跟接触地面时（定义为初始接触）开始，同一脚跟再次接触地面时结束。步态周期可分为两个阶段：

站立阶段：爪子接触地面

摆动阶段：爪子在空中移动

啮齿类动物是四足动物，因此有四只爪子，它们通常以略微不同的偏移量相互循环。如下图所示，偏移量是每只爪子步态周期开始的时间，数字之间的时间距离就是偏移量。

站立阶段又可分为两个阶段：

制动阶段：从初始接触开始，到爪子平放在地面上（最大接触）时结束。

推进阶段：从最大接触后开始，到爪子离开地面时结束。

由于啮齿动物是四足动物，因此有 24 种潜在的脚步顺序。然而，在剔除镜像和重复模式后，只剩下三种截然不同的模式。这些模式的时间以及两个不同脚爪步态之间的距离对于测量Phase dispersions和Coupling至关重要。

解释Phase Dispersions和Coupling

我们试图用Phase dispersions和Coupling参数来研究的是一对爪子之间的偏移。换句话说，在一只爪子（"锚"）的步态周期中，另一只爪子（"目标"）的步态周期从哪里开始。测量值是偏移量占锚点步态周期的百分比。这两个参数之间的区别表述如下：

l Coupling侧重于两只爪子之间的关系及其相互协调。由于其定义，Coupling度总是在 0-100% 的范围内

l Phase dispersions侧重于步态周期之间的时间和一致性的可变性

举例来说，当右前爪的步态周期总持续时间为 20 毫秒并被视为锚点时，左后爪的步态周期在锚点开始后 15 毫秒开始。这就意味着左后爪在锚点步态周期的 75% 时触地。Coupling参数和Phase dispersions的值均为 75%。

在步态分析中使用Circular Statistics

由于基础数据具有重复性，因此我们需要使用Circular statistics来计算一次运行、一次试验或一组动物中一组数值的平均Phase dispersions。让我们举一个简化的例子，数据来自四个步态周期：两次为75%，两次为5%。线性统计得出的平均值为40% [(75+75+5+5)/4]，但这是不正确的。

在Circular statistics中，数据点被绘制在一个圆圈上。对于Phase dispersions，圆的顶部为 0%（和 100%），顺时针方向移动，右侧为正值25%，底部为50%，左侧为75%。逆时针方向则为负值。因此，像75% 和-25% 这样的值在这个圆上是同一个点。

以刚才提到的例子为例，当我们在圆圈上画出5%和75%时，它们在逆时针方向上靠得更近，使得平均值为-10%（或90%），而不是40%。这个例子中的值是-10% 还是90%，取决于参数的定义。Coupling度范围为0%-100%，Phase dispersions范围为-50%至75%。

因此，Phase dispersions的值为-10%，而Coupling度则为90%。这说明了对该参数进行循环分析的必要性，以及我们引入循环分析以避免解释错误的原因。

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