TWI386239B - Animal experiment gait recording method - Google Patents

Description

動物實驗步態存錄分析方法

本發明係有關於一種動物實驗步態存錄分析方法，特別是指建立具有透明履帶之跑步機，配合即時步態影像擷取及步態影像分析，測得實驗參數，並做實驗參數之比對。

習知如中華民國專利第245140號「踏步機運動行程之感知裝置」，其揭露該踏步機包括有一支撐架體，該支撐架體係為一中心縱軸固裝於一底座，及裝置於中心縱軸兩側面之二踏臂，且每一踏臂有一端樞接於支撐架體，該運動行程感知裝置係配合螢幕監視運動成效及產生運動資訊，其包括有一活裝於支撐架體之光感測裝置、一樞裝於其中之一踏臂之槽輪及一儀器控制裝置，又該光感測裝置包括有二光發射器及二光接收器，且每一光接收器係反向成列對應於之一光發射器，而該槽輪有一凸緣構件，其係延伸朝向中央縱桿且介於光發射器與光接收器之間而，該凸緣構件有一成列之開放部，當該槽輪隨踏板前後擺動，使該光接收器間歇接收與其對應之光發射器所發射的光射線，藉由該儀器控制單元與光感測單元成電連接，故可處理光感測單元所獲得之訊號及產生根據此訊號所產生的運動資訊，然其缺點在於：其僅利用踏板前後擺動而連續遮斷該光接收器與該光發射器間之光路徑，而作為測量運動資訊之依據，其並不具備有影像擷取及分析之功能，故無法測量實際行 走時身體傾向變化。

爰此，有鑑於習知步態分析的缺失，故本發明提供一種動物實驗步態存錄分析方法，其步驟為：

A.正常實驗動物之步態影像擷取：將一正常實驗動物置於一跑步機之透明履帶上使其行進，該透明履帶下方則利用一光源朝該透明履帶發射光線，並以一攝影單元連續拍攝該正常實驗動物於該透明履帶上行進之步態影像。

B.病態實驗動物之步態影像擷取：將一病態實驗動物置於該跑步機之透明履上使其行進，該透明履帶下方亦利用該光源朝該透明履帶發射光線，並以該攝影單元連續拍攝該病態實驗動物於該透明履帶上行進之步態影像。

C.步態影像分析：將上述步驟A及步驟B中該攝影單元拍攝之正常實驗動物及病態實驗動物之步態影像輸入一電腦主機，並分別選取其第一張步態影像作為參考影像，而利用一影像分析軟體對上述步態影像之步態進行特徵值的標記，分析出每一步態影像之影格與影格間其步態移動的關聯性，而進行其步態追蹤，測得實驗參數。

D.實驗參數比對：將實驗參數儲存至一儲存資料庫，並將該病態實驗動物與該正常實驗動物之實驗參數相互比對。

本發明亦包括一種動物實驗步態存錄分析裝置，包括有： 一跑步機，其上設有一透明履帶；一光源，係置於該透明履帶下方，並朝該透明履帶發射光線；一攝影單元，係拍攝該透明履帶上方穿透該透明履帶之影像；一電腦主機，其內建有一影像分析軟體及一儲存資料庫，該影像分析軟體係分析上述攝影單元拍攝之影像，產生實驗參數，並儲存至該儲存資料庫。

上述動物實驗步態存錄分析方法，係於該透明履帶下方以一反射鏡反射該正常實驗動物及該病態實驗動物於該透明履帶上行進之步態影像，該攝影單元則連續拍攝該反射鏡反射之步態影像。

上述動物實驗步態存錄分析方法，係先執行步驟B，而後執行步驟A，並於步驟A執行完畢後執行步驟C及步驟D。

上述動物實驗步態存錄分析方法，其中執行步驟D後係將該病態實驗動物投以藥物並施以訓練，而後重複上述步驟B，並於獲得投以藥物並施以訓練後之病態實驗動物之步態影像後，做其步態影像分析，而將該步態影像輸入該電腦主機，並選取其第一張步態影像作為參考影像，而利用該影像分析軟體對該步態影像之步態進行特徵值的標記，分析出每一步態影像之影格與影格間其步態移動的關聯性，而進行其步態追蹤，測得實驗參數，並比對該投以藥物並施以訓練前及投以藥物並施以訓練後之病態實驗動物之實驗參數改變情況，作為投以藥物並施以訓練效果之依據。

上述正常實驗動物係為正常實驗小白鼠，而該病態實驗動物則為破壞單側多巴胺系統之巴金森氏症小白鼠 。

上述實驗參數係為步態之步頻、步態擺盪角度及該正常實驗動物及該病態實驗動物之身體偏移。

上述動物實驗步態存錄分析裝置，另設置一反射鏡，係置於該透明履帶下方，且係反射該透明履帶上之影像，該攝影單元則拍攝該反射鏡反射之影像。

上述反射鏡與該透明履帶呈45度角，而該攝影單元係設置於該反射鏡之反射路徑上。

上述影像分析軟體係為Matlab軟體。

上述攝影單元係為高速攝影機。

上述光源係為LED燈。

本發明具有下列之優點：

1.本發明發展出一套價廉的步態分析方法及裝置，係建立一具有透明履帶的跑步機，配合即時步態影像擷取及步態影像分析，得到實驗參數，並做實驗參數之比對，而可比較一病態實驗動物與一正常實驗動物之差異性。

2.本發明不必侷限於步態的測量，可同時測量步態與身體之關係，對於帕金森氏症、脊椎損傷的步態與動作研究來說，帶來相當大的幫助，未來將此方法及裝置應用在神經系統疾病之步態測量上，必定帶來助益。

3.本發明可於一隔絕外界氣味、光線、聲音等影響因素之實驗環境中進行，不但可以減少外界干涉，以利環境因素控制，更提供一個良好的分離背景，使影像與背景區分明顯呈現出較佳的分析品質，對於影像分析上能夠帶來很大的幫助。

首先，請參閱第一圖所示，本發明係為一種動物實驗步態存錄分析方法，其步驟為：

A.正常實驗動物之步態影像擷取：將一正常實驗動物(A)置於一跑步機(1)之透明履帶(11)上使其行進，該透明履帶(11)下方則利用一光源(2)朝該透明履帶(11)發射光線，而該透明履帶(11)下方並以一反射鏡(3)反射該正常實驗動物(A)於該透明履帶(11)上行進之步態影像，並以一攝影單元(4)連續拍攝該步態影像，而該正常實驗動物(A)係為正常實驗小白鼠。

B.病態實驗動物之步態影像擷取：將一病態實驗動物(B)置於該跑步機(1)之透明履帶(11)上使其行進，該透明履帶(11)下方亦利用該光源(2)朝該透明履帶(11)發射光線，且該透明履帶(11)下方同樣以該反射鏡(3)反射該病態實驗動物(B)於該透明履帶(11)上行進之步態影像，並以該攝影單元(4)連續拍攝該步態影像，該病態實驗動物(B)則為破壞單側多巴胺系統之小白鼠。

C.步態影像分析：將上述步驟A及步驟B中該攝影單元(4)拍攝之正常實驗動物(A)及病態實驗動物(B)之步態影像輸入一電腦主機(5)，並分別選取該正常實驗動物(A)及該病態實驗動物(B)之第一張步態影像作為參考影像，並利用一影像分析軟體(51)對該步態影像上之步態進行特徵值的標記，分析出每一步態影像之影格與影格間其步態移動的關聯性，而進行步態追 蹤[請參考附件]，進而測得實驗參數，該實驗參數係為步態之步頻、步態擺盪角度及該正常實驗動物(A)及該病態實驗動物(B)之身體偏移，藉此，不僅侷限於步態的測量，可同時測量步態與身體之關係，對於帕金森氏症、脊椎損傷的步態與動作研究來說，帶來相當大的幫助。

D.實驗參數比對：將實驗參數儲存至一儲存資料庫(52)，並將該正常實驗動物(A)與該病態實驗動物(B)之實驗參數相互比對。另外，亦可先執行步驟B，而後執行步驟A，並於步驟A執行完畢後執行步驟C及步驟D，又當執行步驟D後係可將該病態實驗動物(B)投以藥物並施以訓練，而後重複上述步驟B，並於獲得投以藥物並施以訓練後之病態實驗動物(B)之步態影像後，做其步態影像分析，而將該步態影像輸入該電腦主機(5)，並選取其第一張步態影像作為參考影像，而利用該影像分析軟體對該步態影像之步態進行特徵值的標記，分析出每一步態影像之影格與影格間其步態移動的關聯性，而進行其步態追蹤，測得實驗參數，並比對該投以藥物並施以訓練前及投以藥物並施以訓練後之病態實驗動物(B)之實驗參數改變情況，作為投以藥物並施以訓練效果之依據，而執行步驟A及步驟B時，可於一隔絕外界氣味、光線、聲音等影響因素之實驗環境(C)中進行，不但可以減少外界干涉，以利環境因素控制，更提供一個良好的分離背景，使影像與背景區分明顯呈現出較佳的分析品質，對於影像分析上能夠帶來很大的幫助。

一種動物實驗步態存錄分析裝置，如第二圖、第三圖及第四圖所示，包括有：一跑步機(1)，其上設有一透明履帶(11)；一光源(2)，係置於該透明履帶(11)下方，並朝該透明履帶(11)發射光線，其可為LED燈；一反射鏡(3)，係置於該透明履帶(11)下方，其與該透明履帶(11)係呈45度角，且係反射該透明履帶(11)上之影像；一攝影單元(4)，其可為高速攝影機，且係設於該反射鏡(3)之反射路徑上，其拍攝該反射鏡(3)反射之影像；一電腦主機(5)，其內建有一影像分析軟體(51)及一儲存資料庫(52)，該影像分析軟體(51)係分析上述攝影單元(4)拍攝之影像產生實驗參數，並儲存至該儲存資料庫(52)，而該影像分析軟體(51)係為Matlab軟體。

使用時，如第三圖及第四圖所示，係將上述跑步機(1)、光源(2)、反射鏡(3)及攝影單元(4)架設於一可於一隔絕外界氣味、光線、聲音等影響因素之實驗環境(C)中，而將一正常實驗動物(A)及一病態實驗動物(B)置於該跑步機(1)之透明履帶(11)上，使其於該透明履帶(11)上行進，而該透明履帶(11)下方則以該光源(2)朝該透明履帶(11)發射光線，使該正常實驗動物(A)及該病態實驗動物(B)之步態影像更為清晰，而該反射鏡(3)則反射該步態影像，並以該攝影單元(4)分別連續拍攝該步態影像，藉由拍攝該反射鏡(3)內之步態影像，可使該攝影單元(4)容易架設及調整，不必將該攝影單元(4)架設於該透明履帶 (11)下方，之後，並將該步態影像上傳至該電腦主機(5)，並以該影像分析軟體(51)分析該步態影像，進而得到實驗參數，並將實驗參數儲存至該儲存資料庫(52)，使用者藉由觀察該病態實驗動物(B)訓練前及訓練後之實驗參數改變情況，並與正常實驗動物(A)之實驗參數相互比較，可以作為訓練效果之依據。

(1)‧‧‧跑步機

(11)‧‧‧透明履帶

(2)‧‧‧光源

(3)‧‧‧反射鏡

(4)‧‧‧攝影單元

(5)‧‧‧電腦主機

(51)‧‧‧影像分析軟體

(52)‧‧‧儲存資料庫

(A)‧‧‧正常實驗動物

(B)‧‧‧病態實驗動物

(C)‧‧‧實驗環境

第一圖係為本發明之流程示意圖。

第二圖係為本發明於實驗環境內拍攝步態影像之示意圖。

第三圖係為本發明步態影像拍攝完成並上傳至電腦主機之操作流程圖。

第四圖係為本發明影像分析軟體分析步態影像並儲存至儲存資料庫之流程圖。

Claims (6)

1. 一種動物實驗步態存錄分析方法，其步驟為：A.正常實驗動物之步態影像擷取：將一正常實驗動物置於一跑步機之透明履帶上使其行進，該透明履帶下方則利用一光源朝該透明履帶發射光線，並以一攝影單元連續拍攝該正常實驗動物於該透明履帶上行進之步態影像；B.病態實驗動物之步態影像擷取：將一病態實驗動物置於該跑步機之透明履上使其行進，該透明履帶下方亦利用該光源朝該透明履帶發射光線，並以該攝影單元連續拍攝該病態實驗動物於該透明履帶上行進之步態影像；C.步態影像分析：將上述步驟A及步驟B中該攝影單元拍攝之正常實驗動物及病態實驗動物之步態影像輸入一電腦主機，並分別選取其第一張步態影像作為參考影像，而利用一影像分析軟體對上述步態影像之步態進行特徵值的標記，分析出每一步態影像之影格與影格間其步態移動的關聯性，而進行其步態追蹤，測得實驗參數；D.實驗參數比對：將實驗參數儲存至一儲存資料庫，並將該病態實驗動物與該正常實驗動物之實驗參數相互比對。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動物實驗步態存錄分析方法，係於該透明履帶下方以一反射鏡反射該正常實驗動物及該病態實驗動物於該透明履帶上行進之步態影像，該攝影單元則連續拍攝該反射鏡反射之步態影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述之動物實驗步態存錄分析方法，係先執行步驟B，而後執行步驟A，並於步驟A執行完畢後執行步驟C及步驟D。
4. 如申請專利範圍第1項所述之動物實驗步態存錄分析方法，其中執行步驟D後係將該病態實驗動物投以藥物並施以訓練，而後重複上述步驟B，並於獲得投以藥物並施以訓練後之病態實驗動物之步態影像後，做其步態影像分析，而將該步態影像輸入該電腦主機，並選取其第一張步態影像作為參考影像，而利用該影像分析軟體對該步態影像之步態進行特徵值的標記，分析出每一步態影像之影格與影格間移動的關聯性，而進行其步態追蹤，測得實驗參數，並比對該投以藥物並施以訓練前及投以藥物並施以訓練後之病態實驗動物之實驗參數改變情況，作為投以藥物並施以訓練效果之依據。
5. 如申請專利範圍第1項所述之動物實驗步態存錄分析方法，其中該正常實驗動物係為正常實驗小白鼠，而該病態實驗動物則為破壞單側多巴胺系統之巴金森氏症小白鼠。
6. 如申請專利範圍第1項所述之動物實驗步態存錄分析方法，其中該實驗參數係為步態之步頻、步態擺盪角度及該正常實驗動物及該病態實驗動物之身體偏移。