CN101836896B

CN101836896B - 动物离心机视频采集系统

Info

Publication number: CN101836896B
Application number: CN2010102000347A
Authority: CN
Inventors: 熊利泽; 马玉林; 孙静; 董海龙; 桑韩飞; 栾琪
Original assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Current assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Priority date: 2010-06-13
Filing date: 2010-06-13
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-06-13
Also published as: CN101836896A

Abstract

本发明属于医学实验设备，特别是动物离心机视频采集系统，其特征是：至少包括一离心机转轴、离心机转轴驱动机构，离心机转轴与离心机转臂垂直连接，使离心机转臂与离心机基台平行，水平离心机转臂另一端固定动物实验平台，一无线摄像单元的摄像固定在水平离心机转臂靠近离心机转轴的位置，摄像头调焦在动物实验平台上，无线摄像单元用提取固定动物实验平台的动物图像信息，当离心机转轴驱动机构驱动离心机转轴转动，离心机转轴带动离心机转臂另一端的固定的动物实验平台绕轴离心转动时，控制计算单元对动物图像信息进行接收存贮和分析，并判断动物是否发生了意识丧失。它为研究正加速度致脑损伤的病理生理机制和防治提供基础。

Description

动物离心机视频采集系统

技术领域

本发明属于医学实验设备，特别是动物离心机视频采集系统，它通过观察大鼠在动物离心机中的表现，从而建立离心机产生的正加速度所致脑损伤的大鼠模型，其中包括大鼠特殊固定装置的设计和计算机图像采集分析。

背景技术

战斗机做机动或特技飞行时，所产生的向心加速度方向由座舱底部指向座舱盖。在这种加速运动情况下，飞行员必然受到与加速度相反的惯性离心力作用，其方向由头部指向骨盆（足）。在航空医学中称这种加速度为正加速度，飞行员受到的惯性力表示为+Gz。近年来，高性能战斗机在机动飞行中可产生高G值（>9G），快增长率（>6G/s）的持续性+Gz，并反复出现。+Gz的生理影响主要表现为身体视重增加，器官沿惯性力方向发生变形、移位，流体静压差增大，血液发生惯性转移和重新分布，从而导致各种生理功能障碍。对飞行员威胁最大的就是+Gz引起的意识丧失（G-LOC）。目前认为，G-LOC主要是由于在+Gz作用下，脑水平动脉血压降低，脑血流量减少，进而引起脑组织缺血、缺氧所致（Kurihara et al,2007; McKinley et al,2005; Ossard et al,1994）。这方面的动物实验研究中已证实+Gz导致的脑缺血可引起脑损伤和学习记忆功能障碍(Cao XS,et al,2007; Sun XQ,et al,2005)，所以防治正加速度导致的脑缺血损伤是国内外航空医学研究的重要课题。

这方面的基础研究中，常用动物离心机产生正加速度来建立动物发生意识丧失的脑缺血模型，由于动物离心机的特殊操作条件（高速旋转）,限制了某些先进生理监测技术的应用，目前在建立模拟G-LOC的动物模型时，监测动物发生意识丧失的指标主要有：监测眼水平动脉血压法、50%死亡率法、心率减半法、心电消失法、脑电波消失法等(孙喜庆等，2009)，我们认为通过这些指标来判断动物发生意识丧失存在的缺陷首先是不直观，而且具有推测性。

将大鼠固定于动物离心机转臂上转动时，要求大鼠身体长轴与转臂长轴平行，并且头朝向离心机轴心。以前的动物实验中，离心机上固定动物（大鼠）的装置只是一个长方形盒子，不能调节大小，大鼠在盒中可出现回缩、转头、甚至转身等自我保护性体位，从而减弱了+Gz的影响，这样很难保证模型的成功与稳定，成为我们在此模型基础上开展防治措施研究的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种可直观分析动物行为状态表现，找出规律，进而判断动物发生G-LOC的动物离心机视频采集系统，从而建立G-LOC动物模型，为研究正加速度致脑损伤的病理生理机制和防治措施提供稳定的基础。

本发明的目的是这样实现的：动物离心机视频采集系统，其特征是：至少包括一离心机转轴、离心机转轴驱动机构，离心机转轴与离心机转臂垂直连接，使离心机转臂与离心机基台平行，水平离心机转臂另一端固定动物实验平台，一无线摄像单元的摄像固定在水平离心机转臂7靠近离心机转轴的位置，摄像头调焦在动物实验平台上，无线摄像单元用提取固定动物实验平台的动物图像信息，通过无线方式传送到一控制计算单元，当离心机转轴驱动机构驱动离心机转轴转动，离心机转轴带动离心机转臂另一端的固定的动物实验平台绕轴离心转动时，控制计算单元对动物图像信息进行接收存贮和分析，并判断动物是否发生了意识丧失（G-LOC），没有发生意识丧失（G-LOC）时，继续加速离心转动动物实验平台，带动动物离心运动；当发生意识丧失（G-LOC）时，控制计算单元给出提示信息，控制离心机转轴驱动机构停止转动。

所述的控制离心机转轴驱动机构驱动离心机转轴转带动动物离心运动是间隔的提高转速。

所述的控制计算单元对动物图像信息进行接收存贮和分析包括提取图像中动物在离心状态下的挣扎状态、被动性头抬高位及发生时间、前爪的抓爬状态、张口呼吸、痉挛及发生时间、呼吸次数、眼球颜色不同状态产生时的时间和图像。

所述的固定动物实验平台包括一个U型支架、动物座舱、身长调节圈、胸部固定圈、头部运动限制框，动物座舱固定在U型支架内，U型支架与水平离心机转臂固定在一起，动物座舱为圆型管状结构，圆型管状结构一端是舱门，腔内有身长调节圈、胸部固定圈，圆型管状结构的另一出口有头部运动限制框。

本发明的的优点是：首先，大鼠的固定装置严格按照动物在离心机中的位置要求设计，防止大鼠采取保护性体位，以便最大程度的观测到大鼠发生G-LOC时的行为状态表现；第二，可以通过实时直观地观测动物在离心机中的行为状态来判断动物G-LOC的发生，又可以采集保存视频，以便事后进一步回放分析；第三，通过本方法建立的模拟G-LOC的动物模型成功率高、稳定性好，为研究正加速度致脑损伤的病理生理机制和防治措施提供稳定的基础。

附图说明

图1是大鼠固定装置（座舱）结构示意图；

图2是视频采集系统结构示意图（已加入座舱）；

图3是系统硬件连接示意图。

图中：1．舱门；2.身长调节圈；3.胸部固定圈；4.头部运动限制框；5. 无线摄像单元；6.照明光源；7.离心机转臂；8.信号接收器；9.信号放大器；10.离心机转轴外罩；11.信号电缆；12.离心机转轴；13. 控制计算单元；14、离心机转轴驱动机构；15、动物实验平台；16、离心机基台。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，动物离心机视频采集系统，至少包括一离心机转轴12、离心机转轴驱动机构14，离心机转轴12与离心机转臂7垂直连接，使离心机转臂7与离心机基台16平行，水平离心机转臂7另一端固定动物实验平台15，一无线摄像单元的摄像固定在水平离心机转臂7靠近离心机转轴12的位置，摄像头调焦在动物实验平台15上，无线摄像单元5用提取固定动物实验平台15的动物图像信息，通过无线方式传送到一控制计算单元13，当离心机转轴驱动机构14驱动离心机转轴12转动，离心机转轴12带动离心机转臂7另一端的固定的动物实验平台15绕轴离心转动时，控制计算单元13对动物图像信息进行接收存贮和分析，并判断动物是否发生了意识丧失（G-LOC），没有发生意识丧失（G-LOC）时，继续加速离心转动动物实验平台15，带动动物离心运动；当发生意识丧失（G-LOC）时，控制计算单元13给出提示信息，控制离心机转轴驱动机构14停止转动。

控制离心机转轴驱动机构14驱动离心机转轴12转带动动物离心运动是间隔的提高转速。

所述的控制计算单元13对动物图像信息进行接收存贮和分析包括提取图像中动物在离心状态下的挣扎状态、被动性头抬高位及发生时间、前爪的抓爬状态、张口呼吸、痉挛及发生时间、呼吸次数、眼球颜色不同状态产生时的时间和图像。

所述的固定动物实验平台15包括一个U型支架、动物座舱、身长调节圈2、胸部固定圈3、头部运动限制框4，动物座舱固定在U型支架内，U型支架与水平离心机转臂7固定在一起，动物座舱为圆型管状结构，圆型管状结构一端是舱门1，腔内有身长调节圈2、胸部固定圈3，圆型管状结构的另一出口有头部运动限制框4。

首先将大鼠用吸入麻醉剂（安氟醚或异氟醚或七氟醚）麻醉后快速固定于座舱内（3-5分钟完全清醒），如附图1所示，根据大鼠胸廓的直径选择合适的胸部固定圈3固定在胸廓上部，保证不影响其呼吸又使其在圆筒中不能前窜也不能后退；再依据大鼠的身长调节并固定好身长调节圈2的位置，这样就不会因为离心力的作用而使动物身体被拉长而影响动物的呼吸；调节好头部运动限制框4的大小；最后关闭舱门1。

将座舱固定于带有无线摄像单元5和照明光源6的视频采集装置上，如图2所示，无线摄像单元5和照明光源6都带有万向底座，调整好摄像头的位置和焦距以及光源的位置，摄像聚焦及照明的目标在大鼠的头部和前爪。

将视频采集装置固定于动物离心机转臂7上，固定时视频采集装置的长轴平行于转臂的长轴，头朝向离心机转轴12轴心。

控制计算单元13连接无线信号接收器8、信号放大器9，将信号接收器8固定于离心机转臂7上方离心机转轴外罩10上，信号电缆11跨过转臂上方进入观测房间连接电脑，开启系统，调试信号，信号稳定后运行离心机，实时监测大鼠的行为状态表现。

本发明需要注意的是：

1）把大鼠固定于特殊设计的装置中（座舱），先根据大鼠胸廓的直径选择合适的胸部固定圈固定大鼠的胸廓上部，使其在圆筒中不能前窜也不能后退，再依据大鼠的身长调节并固定好身长调节圈的位置，这样就不会因为离心力的作用而使动物身体被拉长而影响动物的呼吸，最后调节好头部运动限制框的大小；2）将座舱固定于带有无线摄像单元和照明光源的视频采集装置上，调整好摄像头的位置和焦距以及光源的位置；3）将视频采集装置固定于动物离心机转臂；4）连接无线信号接收器和计算机，实时采集并保存视频；5）设置动物离心机参数（加速度大小、加速度增长率、运转时间），运行离心机。

实时观测和回放分析大鼠在高速运转离心机中的行为状态表现，观测指标包括：挣扎状态、被动性头抬高位及发生时间、前爪的抓爬状态、张口呼吸、痉挛及发生时间、呼吸次数、眼球颜色的改变，眼球颜色的改变可通过图像分析软件对其中的红色进行定量的测量，这样可以间接反映动物大脑的供血。通过这些指标的观测分析，找出判断动物发生意识丧失（G-LOC）的监测指标，从而确定建立模拟意识丧失（G-LOC）动物模型时离心机的运行参数（加速度大小、加速度增长率、运转时间）。

摄像头与接收器之间的信号是无线传输，传输距离有限，动物离心机周围又存在很强的电磁干扰，为保证视频信号的稳定，在确保人员安全和不影响离心机运行的前提下，要尽量缩短摄像头与接收器之间的距离，其中在信号传输中加有信号放大器和抗干扰部件。

Claims

1.动物离心机视频采集系统，其特征是：至少包括一离心机转轴（12）、离心机转轴驱动机构（14），离心机转轴（12）与水平离心机转臂（7）垂直连接，使水平离心机转臂（7）与离心机基台（16）平行，水平离心机转臂（7）另一端固定动物实验平台（15），一无线摄像单元（5）的摄像头固定在水平离心机转臂（7）靠近离心机转轴（12）的位置，摄像头调焦在动物实验平台（15）上，无线摄像单元（5）用于提取动物实验平台（15）的动物图像信息，通过无线方式传送到一控制计算单元（13），当离心机转轴驱动机构（14）驱动离心机转轴（12）转动，离心机转轴（12）带动水平离心机转臂（7）另一端的固定的动物实验平台（15）绕轴离心转动时，控制计算单元（13）对动物图像信息进行接收存贮和分析，并判断动物是否发生了意识丧失，没有发生意识丧失时，继续加速离心转动动物实验平台（15），带动动物离心运动；当发生意识丧失时，控制计算单元（13）给出提示信息，控制离心机转轴驱动机构（14）停止转动；所述的控制计算单元（13）对动物图像信息进行接收存贮和分析包括提取图像中动物在离心状态下的挣扎状态、被动性头抬高位及发生时间、前爪的抓爬状态、张口呼吸、痉挛及发生时间、呼吸次数、眼球颜色不同状态产生时的时间和图像。

2.根据权利要求1所述的动物离心机视频采集系统，其特征是：所述的离心机转轴驱动机构（14）驱动离心机转轴（12）转动从而带动动物离心运动，控制所述的离心机转轴转动是间隔的提高转速。

3.根据权利要求1所述的动物离心机视频采集系统，其特征是：所述的动物实验平台（15）包括一个U型支架、动物座舱、身长调节圈（2）、胸部固定圈（3）、头部运动限制框（4），动物座舱固定在U型支架内，U型支架与水平离心机转臂（7）固定在一起，动物座舱为圆型管状结构，圆型管状结构一端是舱门（1），动物座舱内有身长调节圈（2）、胸部固定圈（3），圆型管状结构的另一端为出口，出口处有头部运动限制框（4）。