基于对比增强记录的足印分析（PrAnCER）：一种低成本、开放获取的自动化步态分析系统，用于评估运动功能障碍

我们介绍一种新型步态分析系统，该系统操作简便、价格实惠，且可作为商用步态分析系统的准确替代方案。在适当光照条件下使用半透明地面，可产生高对比度的足印，同时遮蔽动物身体。本系统可用于评估多种损伤和疾病模型中的运动功能，例如脊髓或神经损伤、神经退行性疾病以及神经肌肉疾病。

我们的步态装置和自动化程序 PrAnCER 均可轻松调整，以适应不同的实验设置或动物模型。要搭建步态分析跑道，请将一个透明的聚甲基丙烯酸甲酯（plexiglass）封闭式跑道放置在透明的聚甲基丙烯酸甲酯地板上，并用一张与跑道宽度相同的 16 磅绘图纸覆盖地板表面。然后，在跑道正下方安装一台帧率至少为每秒 30 帧的摄像机，用于捕捉跑道中段的图像；同时，在距离跑道地板约两英寸远、一英寸高的位置固定一条 12 伏、每英尺含 18 个发光二极管的灯带，以消除跑道上的阴影。

为了使动物适应步态走道，将大鼠的饲养笼置于步态走道末端的同一水平面上，作为目标箱，并让大鼠从手中沿走道行走至饲养笼。大鼠在跳入饲养笼前，通常会在走道末端停下并环顾四周。如果大鼠超过一分钟仍未离开走道，可用轻柔推动的方式鼓励其进入饲养笼。

如果大鼠转身，可用一小块有机玻璃挡住跑道的起始端。当大鼠能够以稳定的速度从容通过跑道而不出现僵直时，调整网络摄像头软件的设置，以获得最清晰的足印图像，并分别记录每一次运行过程，对各次运行进行适当标注，以便后续使用自动化分析程序。在确认羊皮纸表面无任何污点或碎屑后，于大鼠进入跑道前数秒开始录制，待大鼠离开跑道并进入居住笼后停止录制。

为准确反映动物的运动功能，必须确保所录制的视频至少包含四个连续且无停顿或加速的步态周期。每次实验后，需用乙醇擦拭步道，并根据需要更换牛皮纸。进行步态记录分析时，将所有待分析的视频放入同一个文件夹中，然后运行用于分析对比度增强录像的爪印分析 Python 脚本（PrAnCER）。

在弹出菜单中，单击“选择文件夹”以选定视频所在的文件夹，并根据需要选择适当的自定义分析选项。完成后单击“继续”。要在步道图像上定义感兴趣区域，使用鼠标左键单击以确定上边缘，右键单击以确定下边缘。

如果出现的对话框正确无误，请按 N 键继续。程序将自动运行。PrAnCER 完成后，在终端中按回车键以终止程序。

然后，通过运行 Python 脚本 Gait Editor 图形用户界面，手动审查 PrAnCER 输出的图像，并为每个视频选择相应的 MP4 文件。根据需要校正任何误识别或合并的足迹。为提取空间和时间步态参数，运行 Python 脚本 Parameter Analyzer，选择要分析的后肢足迹数量以及要分析的视频文件夹。

然后，单击继续，为每个视频输出一个包含多个常见步态参数的 csv 文件。尽管与手动评分不完全相同，PrAnCER 具有高准确性，可生成可靠的步态测量结果。此处展示了对照组视频的结果，以供比较。

PrAnCER 对步长的分析结果与手动评分相比无显著差异，但在支撑基底的测量中观察到显著差异。这可能是由于中心点选择的差异所致，而非检测错误。在高剂量氟哌啶醇处理的动物中，观察到步长和最大接触面积显著增加。

接受低剂量氟哌啶醇的动物也表现出站立时长和最大接触面积的显著增加。此外，在支撑基底、最大接触面积和肢体间距离等步态参数方面，高剂量与低剂量氟哌啶醇处理条件之间存在显著差异。尽管PrAnCER已能分析许多常见的时空步态参数，但其代码可被修改以评估用户所需的任何其他步态特征。

我们希望我们的系统能够使步态分析对研究人员更加便捷，为那些希望以简单且经济的方式测量运动功能的研究者提供支持。