CN110840618B - 一种自适应体型的小动物夹持保温装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应体型的小动物夹持保温装置及其控制方法。本发明采用具有弹性的囊体，有效地减少对小动物的伤害；同时通过流体速度控制及加热装置实时地调节流体的注入速度，以实现对小动物的精准压力夹持，一方面能够适应更多体型大小的小动物，另一方面能够更加精确的将压力分段控制在小动物身体的不同区域；通过实时调节流体的温度，能够有效地将实验温度控制在要求范围内；除此以外，此装置使小动物保持立着的姿态，对于一些需要让小动物长时间处于立姿状态的一些特殊设计的实验装置，具有广大的应用前景；本发明提高了固定压力精度，实现了温度实时调节，减少了对小动物的伤害，简化了实验人员操作复杂度。

Description

一种自适应体型的小动物夹持保温装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及医学实验辅助装置技术，具体涉及一种自适应体型的小动物夹持保温装置及其控制方法。

背景技术

在一些医学实验中，需要将小动物固定起来并保持一定的体温。目前采取的固定方法包括通过一些刚性板的组合使小动物保持不动或是通过夹子夹住小动物的四肢进行固定。目前用于小动物的保温装置多采用在小动物身体上覆盖保温材料比如棉被的方式。总体来说，目前小动物的夹持和保温装置多是固定式的，这些夹持保温方法均具备一定的局限性。一方面容易给小动物造成伤害，另一方面这些夹持保温方法大多仅适应小动物平卧或平躺姿势，无法适应一些需要小动物保持立姿的特殊实验环境，尤其对于老鼠来说，在其向上攀爬过程中一直保持立着的姿态，在特定研究中使老鼠保持立姿是十分重要且必要的。此外，一些特殊设计的实验装置也需要让小动物长时间处于立姿状态。

因此，有必要设计一种不会给小动物造成伤害、可以适应小动物立姿以及维持正常体温的小动物夹持保温装置。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题与不足，本发明提供了一种自适应体型的小动物夹持保温装置及其控制方法；通过控制流体的速度，根据不同体态大小的小动物自动进行加压固定至设定压力阈值；将小动物固定为立着的姿势，适应特定的研究实验场景；同时通过预加热的流体给小动物保温。

本发明的一个目的在于提出一种自适应体型的小动物夹持保温装置。

本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置包括：外罩壳、上挡板、下挡板、囊体、传感器单元、进流管道、泄流管道、进流阀门、泄流阀门、流体速度控制及加热装置、A/D转换电路和控制器；其中，外罩壳为内部具有柱状空间的壳体；在外罩壳的底部设置有下挡板；囊体放置在外罩壳内，囊体环绕外罩壳的内壁，中间具有通孔，囊体的体壁围成封闭空间，随着注入流体的增多，囊体逐渐向内膨胀挤压，囊体采用弹性材料；外罩壳的高度大于囊体充满流体后的最大高度；外罩壳的顶部设置上挡板；上挡板和下挡板均具有通气孔，通气孔与囊体的通孔共轴；在囊体的通孔处的外表面设置有传感器单元，传感器单元包括一个或多个压力传感器以及一个或多个温度传感器；传感器单元连接至外罩壳外的A/D转换电路；A/D转换电路连接至控制器；囊体上分别设置有进流管道和泄流管道，分别连通至囊体内的封闭空间；进流管道和泄流管道分别通过进流阀门和泄流阀门连接至流体速度控制及加热装置；流体速度控制及加热装置连接至控制器；囊体、传感器单元、进流管道、泄流管道、进流阀门、泄流阀门和流体速度控制及加热装置构成一套囊体模式组件；采用一套或多套囊体模式组件；对于多套囊体模式组件，多个囊体上下顺次叠放在外罩壳内，多个囊体中的通孔共轴；在囊体未充满流体的状态下，小动物放入囊体中间的通孔内，盖上上挡板；流体速度控制及加热装置通过进流阀门经进流管道向囊体内充入流体，并经泄流管道通过泄流阀门流回流体速度控制及加热装置；传感器单元采集囊体的通孔处的温度和压力信号，并传输至A/D转换电路；A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至控制器；控制器根据测得的温度信号，调整流体速度控制及加热装置对流体的加热温度，以调节囊体的通孔处的温度；控制器根据测得的压力信号，通过流体速度控制及加热装置实控制流体的注入速度，从而调节囊体通孔处的压力；囊体具有弹性，在泄流阀门孔径不变的情况下，通过流体速度控制及加热装置调节流体的注入速度能够精准地控制囊体对小动物的压力，最终实现对小动物体温的维持以及压力的控制。

上挡板和下挡板与外罩壳采用卡扣的连接方式。

流体速度控制及加热装置包括：加热棒、流体输送管、流体储蓄箱、流体补给阀门和离心泵；其中，加热棒和离心泵连接至控制器；流体输送管的入口通过泄流阀门连接至泄流管道；流体输送管缠绕在加热棒上；流体输送管的出口连接至流体储蓄箱；流体储蓄箱的底部连接至离心泵的入口，离心泵的出口通过进流阀门连接至进流管道；在流体储蓄箱的顶部设置流体补给阀门；通过流体补给阀门向流体储蓄箱补充流体；囊体内的流体经泄流管道通过泄流阀门回收至流体输送管，流经加热棒对流体进行加热；控制器通过控制加热棒的加热时间，从而使流体的温度达到设定值；加热后的流体进入流体储蓄箱；流体从储蓄箱至离心泵，控制器通过控制离心泵的叶轮转速，控制流体的流速，从而实现对流体的温度和流速的控制。

离心泵包括泵壳和叶轮，泵壳与叶轮之间形成流体通道；流体首先注满泵壳，叶轮高速旋转，流体在离心力作用下产生高速度，高速流体经过直径逐渐扩大的流体通道，实现增压的效果，同时控制器通过控制叶轮的旋转速度，控制流体的速度，叶轮转速越高，流体的流速越快，反之，流体的流速越慢。

囊体的材料采用具有弹性的橡胶、乳胶和聚亚安酯中的一种，有效地减少对小动物的伤害。上挡板和下挡板均具有通气孔，保证小动物呼吸通风需要，并且囊体上方有足够的空间，确保小动物不会窒息死亡。

流体采用气体或体，空气、氮气、油或水。

对于医学成像实验，外罩壳、上挡板和下挡板的材料采用亚克力或木材；对于生理信号监测实验，采用亚克力、钢材、铝材、铜材或木材。

本发明的另一个目的在于提出一种自适应体型的小动物夹持保温装置的控制方法。

本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置的控制方法，包括以下步骤：

1)根据实验的温度要求，首先在流体速度控制及加热装置中对流体进行预热；

2)打开进流阀门，关闭泄流阀门，启动流体速度控制及加热装置，控制器通过来自传感器单元的压力信号判断压力是否到达设定的压力初始值；

3)当测得的压力等于设定初始值，控制器对流体速度控制及加热装置发起指令，打开泄流阀门，流体速度控制及加热装置通过进流阀门经进流管道向囊体内充入流体，并经泄流管道通过泄流阀门流回流体速度控制及加热装置；

4)传感器单元采集囊体的通孔处的温度和压力信号，并传输至A/D转换电路；A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至控制器；

5)控制器根据测得的温度信号，调整流体速度控制及加热装置对流体的加热温度，以调节囊体的通孔处的温度；囊体具有弹性，控制器根据测得的压力信号，在泄流阀门孔径不变的情况下，通过流体速度控制及加热装置调节流体的注入速度能够精准地控制囊体通孔处的压力；，最终实现温度和压力的控制；

6)实验结束，关闭进流阀门，打开泄流阀门，实现流体的释放。

本发明的优点：

本发明采用具有弹性的囊体，相较于刚性固定装置和夹子来说，有效地减少对小动物的伤害；同时通过流体速度控制及加热装置实时地调节流体的注入速度，以实现对小动物的精准压力夹持，一方面能够适应更多体型大小的小动物，另一方面能够更加精确的将压力分段控制在小动物身体的不同区域；通过流体速度控制及加热装置实时调节流体的预热温度，能够有效地将实验温度控制在要求范围内；除此以外，此装置使小动物保持立着的姿态，对于一些需要让小动物长时间处于立姿状态的一些特殊设计的实验装置，具有广大的应用前景；本发明提高了固定压力精度，实现了温度实时调节，减少了对小动物的伤害，简化了实验人员操作复杂度。

附图说明

图1为本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置的实施例一的示意图；

图2为本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置的实施例一的实验过程的示意图；

图3为本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置的实施例一的流体速度控制及加热装置的示意图；

图4为本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置的实施例一的囊体未充满流体时的示意图；

图5为本发明的自适应体型的小动物夹持保温装置的实施例二的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一

如图1所示，本实施例的自适应体型的小动物夹持保温装置包括：外罩壳2、上挡板1、下挡板6、囊体4、传感器单元3、进流管道5、泄流管道7、进流阀门8、泄流阀门9、流体速度控制及加热装置10、A/D转换电路12和控制器11；其中，外罩壳2为内部具有柱状空间的壳体；在外罩壳2的底部设置有下挡板6；囊体4放置在外罩壳2内，囊体4环绕外罩壳2的内壁，中间具有通孔，囊体4的体壁围成封闭空间，随着注入流体的增多，囊体4逐渐向内膨胀挤压，囊体4采用弹性材料；外罩壳2的高度大于囊体4充满流体后的最大高度；外罩壳2的顶部设置上挡板1；上挡板1和下挡板6均具有通气孔，通气孔与囊体4的通孔共轴；在囊体4的通孔处的外表面设置有传感器单元3，传感器单元3包括一个或多个压力传感器以及一个或多个温度传感器；传感器单元3连接至外罩壳2外的A/D转换电路12；A/D转换电路12连接至控制器11；囊体4上分别设置有进流管道5和泄流管道7，分别连通至囊体4内的封闭空间；进流管道5和泄流管道7分别通过进流阀门8和泄流阀门9连接至流体速度控制及加热装置10；流体速度控制及加热装置10连接至控制器；囊体4、传感器单元3、进流管道5、泄流管道7、进流阀门8、泄流阀门9和流体速度控制及加热装置10构成一套囊体模式组件。

如图2所示，本实施例的自适应体型的小动物夹持保温装置用于小鼠的X射线-电子计算机断层扫描(CT)成像实验中，X射线源16发出X射线17，透过自适应体型的小动物夹持保温装置，由探测器15接收。外罩壳2为圆柱体壳；采用一套囊体模式组件；流体为空气。

如图3所示，流体速度控制及加热装置包括：加热棒19、流体输送管14、流体储蓄箱22、流体补给阀门18和离心泵20和21；其中，加热棒19和离心泵连接至控制器；流体输送管14的入口通过泄流阀门连接至泄流管道；流体输送管14缠绕在加热棒19上；流体输送管14的出口连接至流体储蓄箱22；流体储蓄箱22的底部连接至离心泵的入口，离心泵的出口通过进流阀门连接至进流管道；在流体储蓄箱22的顶部设置流体补给阀门18；通过流体补给阀门18向流体储蓄箱22补充流体；囊体内的流体经泄流管道通过泄流阀门回收至流体输送管14，流经加热棒19对流体进行加热；控制器通过控制加热棒19的加热时间，从而使流体的温度达到设定值；加热后的流体进入流体储蓄箱22；流体从储蓄箱至离心泵，控制器通过控制离心泵的叶轮转速，控制流体的流速，从而实现对流体的温度和流速的控制。

离心泵包括泵壳21和叶轮20，泵壳21与叶轮20之间形成流体通道；流体首先注满泵壳，叶轮高速旋转，流体在离心力作用下产生高速度，高速流体经过直径逐渐扩大的流体通道，实现增压的效果，同时控制器通过控制叶轮的旋转速度，控制流体的速度，叶轮转速越高，流体的流速越快，反之，流体的流速越慢。

如图4所示，囊体采用弹性的材料，在未充满流体时，折叠堆放在外罩壳内。

本实施例的自适应体型的小动物夹持保温装置的控制方法，包括以下步骤：

1)在实验前，通过流体补给阀门向流体储蓄箱内注入流体；打开进流管道和泄流管道，使得流体通过囊体返回流体速度控制及加热装置循环流动，根据实验的温度要求，在流体速度控制及加热装置中对流体进行预热；

2)打开进流阀门，关闭泄流阀门，启动流体速度控制及加热装置，控制器通过来自传感器单元的压力信号判断压力是否到达设定的压力初始值P0；

3)当测得的压力等于设定初始值，控制器对流体速度控制及加热装置发起指令，打开泄流阀门，流体速度控制及加热装置通过进流阀门经进流管道向囊体内充入流体，并经泄流管道通过泄流阀门流回流体速度控制及加热装置；

4)传感器单元采集囊体的通孔处的温度和压力信号，并传输至A/D转换电路；A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至控制器；

5)控制器根据测得的温度信号，调整流体速度控制及加热装置对流体的加热温度，以调节囊体的通孔处的温度；控制器根据测得的压力信号，通过流体速度控制及加热装置实控制流体的流速，从而调节囊体通孔处压力，最终将压力稳定在设定的目标压力值P1，P1＞P0；囊体具有弹性，在泄流阀门孔径不变的情况下，通过流体速度控制及加热装置调节流体的注入速度能够精准地控制囊体对小动物的压力，最终实现对小动物体温的维持以及压力的控制；

6)实验结束，关闭进流阀门，打开泄流阀门，实现流体的释放。

实施例二

在本实施例中，如图5所示，采用三套囊体模式组件，三个囊体上下顺次叠放在外罩壳内，多个囊体中的通孔共轴。每一套囊体模式组件互相独立工作，各自具有独立的囊体、传感器单元、进流管道、泄流管道、进流阀门、泄流阀门和流体速度控制及加热装置。

本实施例中，外罩壳2采取立方体壳，以满足一些方形实验操作空间；囊体4采取三套囊体模式组件，实现对小动物分段加压保温，在一些特殊实验场景中，如患有腹水的小鼠来说，分段设计能够有效地保证囊体对其腹部的压力小于其他部位受到的压力。具体来说，通过压力温度传感器实时测量各个囊体对小动物产生的压力，及时反馈给控制器11，控制器11实时地调控流体速度控制及加热装置10对流体的注入速度，最终将压力稳定在设定的目标压力值；流体为水。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种自适应体型的小动物夹持保温装置，其特征在于，用于实现对小动物全身包裹式的立姿固定，所述自适应体型的小动物夹持保温装置包括：外罩壳、上挡板、下挡板、囊体、传感器单元、进流管道、泄流管道、进流阀门、泄流阀门、流体速度控制及加热装置、A/D转换电路和控制器；其中，外罩壳为内部具有柱状空间的壳体，中心轴位于竖直方向；在外罩壳的底部设置有下挡板；囊体放置在外罩壳内，囊体环绕外罩壳的内壁，中间具有通孔，通孔的轴线位于竖直方向，囊体的体壁围成封闭空间，随着注入流体的增多，囊体逐渐向内膨胀挤压，囊体采用弹性材料；外罩壳的高度大于囊体充满流体后的最大高度；外罩壳的顶部设置上挡板；上挡板和下挡板均具有通气孔，通气孔与囊体的通孔共轴；在囊体的通孔处的外表面设置有传感器单元，传感器单元包括一个或多个压力传感器以及一个或多个温度传感器；传感器单元连接至外罩壳外的A/D转换电路；A/D转换电路连接至控制器；囊体上分别设置有进流管道和泄流管道，分别连通至囊体内的封闭空间；进流管道和泄流管道分别通过进流阀门和泄流阀门连接至流体速度控制及加热装置；流体速度控制及加热装置连接至控制器；囊体、传感器单元、进流管道、泄流管道、进流阀门、泄流阀门和流体速度控制及加热装置构成一套囊体模式组件；所述自适应体型的小动物夹持保温装置采用一套或多套囊体模式组件；对于多套囊体模式组件，多个囊体上下顺次叠放在外罩壳内，多个囊体中的通孔共轴；在囊体未充满流体的状态下，小动物全身放入囊体中间的通孔内，盖上上挡板；流体速度控制及加热装置通过进流阀门经进流管道向囊体内充入流体，并经泄流管道通过泄流阀门流回流体速度控制及加热装置；传感器单元采集囊体的通孔处的温度和压力信号，并传输至A/D转换电路；A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至控制器；控制器根据测得的温度信号，调整流体速度控制及加热装置对流体的加热温度，以调节囊体的通孔处的温度；控制器根据测得的压力信号，通过流体速度控制及加热装置实控制流体的注入速度，从而调囊体通孔处的压力；囊体具有弹性，在泄流阀门孔径不变的情况下，通过流体速度控制及加热装置调节流体的注入速度能够精准地控制囊体对小动物的压力，最终实现对小动物体温的维持以及压力的控制，并且小动物保持立着的姿态；应用于需要让小动物长时间处于立姿状态的实验场景，所述自适应体型的小动物夹持保温装置的控制方法，包括以下步骤：

1)根实验的温度要求，首先在流体速度控制及加热装置中对流体进行预热；

2)打开进流阀门，关闭泄流阀门，启动流体速度控制及加热装置，控制器通过来自传感器单元的压力信号判断压力是否到达设定的压力初始值；

3)当测得的压力等于设定初始值，控制器对流体速度控制及加热装置发起指令，打开泄流阀门，流体速度控制及加热装置通过进流阀门经进流管道向囊体内充入流体，并经泄流管道通过泄流阀门流回流体速度控制及加热装置；

4)传感器单元采集囊体的通孔处的温度和压力信号，并传输至A/D转换电路；A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至控制器；

5)控制器根据测得的温度信号，调整流体速度控制及加热装置对流体的加热温度，以调节囊体的通孔处的温度；囊体具有弹性，控制器根据测得的压力信号，在泄流阀门孔径不变的情况下，通过流体速度控制及加热装置调节流体的注入速度能够精准地控制囊体通孔处的压力；最终实现温度和压力的控制；

6)实验结束，关闭进流阀门，打开泄流阀门，实现流体的释放。

2.如权利要求1所述的自适应体型的小动物夹持保温装置，其特征在于，所述上挡板和下挡板与外罩壳采用卡扣的连接方式。

3.如权利要求1所述的自适应体型的小动物夹持保温装置，其特征在于，所述流体速度控制及加热装置包括：加热棒、流体输送管、流体储蓄箱、流体补给阀门和离心泵；其中，加热棒和离心泵连接至控制器；流体输送管的入口通过泄流阀门连接至泄流管道；流体输送管缠绕在加热棒上；流体输送管的出口连接至流体储蓄箱；流体储蓄箱的底部连接至离心泵的入口，离心泵的出口通过进流阀门连接至进流管道；在流体储蓄箱的顶部设置流体补给阀门；通过流体补给阀门向流体储蓄箱补充流体；囊体内的流体经泄流管道通过泄流阀门回收至流体输送管，流经加热棒对流体进行加热；控制器通过控制加热棒的加热时间，从而使流体的温度达到设定值；加热后的流体进入流体储蓄箱；流体从储蓄箱至离心泵，控制器通过控制离心泵的叶轮转速，控制流体的流速，从而实现对流体的温度和流速的控制。

4.如权利要求1所述的自适应体型的小动物夹持保温装置，其特征在于，所述囊体的材料采用具有弹性的橡胶、乳胶和聚亚安酯中的一种。

5.如权利要求1所述的自适应体型的小动物夹持保温装置，其特征在于，所述流体采用气体或液体。

6.一种如权利要求1所述的自适应体型的小动物夹持保温装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)根实验的温度要求，首先在流体速度控制及加热装置中对流体进行预热；

2)打开进流阀门，关闭泄流阀门，启动流体速度控制及加热装置，控制器通过来自传感器单元的压力信号判断压力是否到达设定的压力初始值；

3)当测得的压力等于设定初始值，控制器对流体速度控制及加热装置发起指令，打开泄流阀门，流体速度控制及加热装置通过进流阀门经进流管道向囊体内充入流体，并经泄流管道通过泄流阀门流回流体速度控制及加热装置；

4)传感器单元采集囊体的通孔处的温度和压力信号，并传输至A/D转换电路；A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至控制器；

5)控制器根据测得的温度信号，调整流体速度控制及加热装置对流体的加热温度，以调节囊体的通孔处的温度；囊体具有弹性，控制器根据测得的压力信号，在泄流阀门孔径不变的情况下，通过流体速度控制及加热装置调节流体的注入速度能够精准地控制囊体通孔处的压力；最终实现温度和压力的控制；

6)实验结束，关闭进流阀门，打开泄流阀门，实现流体的释放。

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