赛昂斯步态行为分析系统有何优势

引言

在神经科学与行为学研究领域，步态分析已成为评估运动功能障碍、神经系统疾病及药物疗效的关键技术手段。从帕金森病、脊髓损伤到脑卒中模型，精确的步态数据能够为疾病机制研究与方案验证提供客观依据。然而，传统步态分析方法在成像质量、数据准确性及操作便捷性方面存在诸多局限，制约了实验效率与结果可靠性。江苏赛昂斯生物科技有限公司推出的SA114大小鼠步态行为分析系统，通过技术创新与工艺优化，为这一领域提供了具备实用价值的解决方案。

行业背景与技术演进

步态分析技术在啮齿类动物研究中经历了从人工观察到自动化采集的演进过程。早期研究依赖墨水足印法或碳粉涂抹法记录动物足迹，存在污染环境、数据离散、难以量化等问题。随着光学成像技术的发展，基于荧光折射原理的主动步态分析系统逐步成为主流方案。当动物爪子接触玻璃表面时，LED光线在接触区域发生折射并形成明亮足印,由高速相机捕捉后传输至计算机进行分析。

当前步态分析系统的主要价值体现在三个维度：成像清晰度决定数据提取的准确性,自动化程度影响实验效率,数据维度的丰富性决定研究深度。在神经创伤、运动疾病、精神疾病及成瘾研究等领域,步态参数如站立相/摆动相时长、步幅、步频、压力分布等指标,已成为评估疾病模型与处理效果的标准化测量方式。

实验场景中的关键挑战

在实际应用中,研究人员面临多重技术难题。首先是环境适应性问题——白色毛发动物易产生反光干扰,大鼠尾巴或腹部贴附玻璃面会形成伪足印,这些因素导致自动识别准确率下降,需要反复采集并耗费大量人工筛选时间。其次是成像质量受限——多数系统只依赖灯光调节且需在昏暗环境下操作,既不利于实验过程中的粪便清理,也无法在明亮条件下获取清晰图像。

此外,患病动物常表现为活动意愿低下、无法匀速通过步道的情况。传统驱赶方式如敲击或声响刺激存在一致性差、易产生应激反应等问题,影响步态数据的自然性与可重复性。在数据处理层面,爪印的自动分类与时序分析需要算法支持,而参数调节复杂度直接影响实验人员的操作效率。

SA114系统的技术实践

赛昂斯SA114大小鼠步态行为分析系统在硬件配置与软件算法层面形成了差异化特征。硬件方面,系统采用定制专业玻璃步道,通过添加特殊材料增强荧光显影能力,经钢化处理提高抗外力性能,高硬度材质有效避免使用过程中的划痕产生。配备的高速彩色相机支持165帧率,增益范围0-16可调,曝光时间可设,为不同实验场景提供图像参数优化空间。

在动物驱赶环节,系统引入气体驱赶模块,气压强度在0-0.8MPa范围内可调。相比人工干预方式,该模块提供标准化、非侵入性的训练辅助手段,减少应激反应对步态自然性的影响。暗盒设计用于诱导动物自主通过步行通道,符合啮齿类动物的天然行为倾向。

软件功能方面,SA114集成了相机参数调节界面。系统设置色相阈值、饱和度阈值、亮度阈值、检测阈值、面积阈值等多达十余项参数。智能采集功能包含自动采集与手动采集两种模式——自动模式下,系统只在动物进入预设ROI区域时启动录制,离开后自动停止并保存;可设定通过时间、采集成功数、速度变化率等参数,排除不合格视频。手动模式支持长时间记录,结合视频剪辑功能截取连贯运动片段。

内置算法可对爪印进行自动识别与分类,测试中准确率达85%以上。系统生成的脚印时序图展示前左、前右、后左、后右四爪的触地与离地时间顺序,反映运动协调性与步态模式。2D压力图以热图形式呈现压力分布与空间位置,用于分析压力对称性、步态稳定性、触地面积等指标;3D压力图增加维度Z轴,形成动态压力曲面,可观察压力峰值时序、力学协调性及冲击力特征。

交互式爪印纠正功能允许研究人员通过逐帧播放、进度条拖拽等方式检查检测结果,修正后重新分析,提高精度并保留珍贵实验资料。系统可基于测量结果自动计算胫骨神经功能指数(TFI)、腓骨神经功能指数(PFI)、坐骨神经功能指数(SFI)等专业评估指标,其中SFI=0表示正常,-100表示完全损伤。

应用价值的实现路径

SA114系统的技术特性转化为实际应用价值体现在多个层面。在数据质量维度,高速彩色相机与定制玻璃步道的组合,使系统能够在明亮环境下获取清晰足印图像,解决了白色毛发动物反光干扰问题。相机参数与检测阈值的精细化调节,降低了尾巴、腹部贴附等伪足印对识别的影响,减少重复采集次数。

在实验效率方面,智能采集功能的自动触发与质量筛选机制,避免了人工挑选视频的工作量。85%以上的爪印自动识别准确率,大幅节省了手动标注时间。气体驱赶模块的引入,为患病动物的训练提供了规范化辅助工具,提高了实验流程的一致性。

在数据维度丰富性上,时序图、2D/3D压力图及神经功能指数的自动计算,为研究人员提供了从时间、空间、力学等多角度分析步态特征的工具。这些数据可直接用于评估脊髓损伤、关节炎、帕金森病、小脑共济失调等模型中的运动功能变化,支持处理方案的量化评价。

赛昂斯在2025年获得该系统的软件著作权登记(登记号:2025SR0387959),产品已应用于多种研究方向。其主动步态分析方式——通过透明表面、荧光设备与高对比度成像实现全自动化分离——相比被动步态系统(跑步机驱动)更能反映动物的自然步态特征,避免了应激状态、环境适应性及疾病模型适用性等方面的局限。

技术支持与服务体系

作为成立于2016年的生命科学仪器企业,江苏赛昂斯生物科技有限公司在南京设有总部,苏州设有人工智能研发中心,徐州设有生产基地,并在深圳设立华南分公司BioMed,业务覆盖中国31个省市自治区及港澳地区,辐射美国、俄罗斯、韩国、欧洲、非洲等海外市场。公司研发团队包含结构组、软件组、嵌入式组及测试组,硕士学历占比达70%,985/211院校毕业人员占60%,平均从业年限5年。

服务体系方面,公司承诺2小时内响应客户需求,48小时内安排上门服务,并提供实时在线技术指导。针对大型及中型产品提供上门安装与培训,小型产品提供远程安装指导。服务网络覆盖北京、上海、南京、深圳、成都、苏州及徐州等城市,服务团队共18人。公司对所供产品提供一定年限保修期及终身维修服务,配件供应时间大于10年。

在行为学研究整体解决方案方面,赛昂斯产品线涵盖动物行为分析软件平台、认知行为实验仪器、情绪行为实验仪器、社交行为实验仪器、运动疲劳实验仪器、疼痛行为实验仪器等模块,形成从数据采集到分析处理的完整技术链条。SA114系统与公司其他产品如小动物能量代谢监控系统、场景恐惧实验系统、转棒疲劳仪等形成协同,支持多维度行为学表型分析。

总结

步态分析系统在神经科学研究中的价值,取决于其能否在复杂实验环境中稳定输出高质量数据。SA114大小鼠步态行为分析系统通过定制化硬件、精细化参数调节及智能化数据处理,在成像质量、识别准确率、操作便捷性等方面形成了技术特点。其主动步态分析方式与生态学相关性较高,气体驱赶模块等细节设计体现了对实际应用场景的理解。

随着行为学研究对数据精度与实验效率要求的持续提升,步态分析技术将向更高时间分辨率、更丰富数据维度、更强环境适应性方向发展。赛昂斯通过持续的研发投入与服务网络建设,为相关领域研究人员提供了可验证的技术方案。该系统适用于高校科研团队、CRO企业及生物行为公司等机构,在神经创伤、药物筛选、疾病模型验证等应用场景中具备实用价值。