CN114869242B - 实验动物心肺运动功能检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验动物心肺运动功能检测装置，属于生物医学工程技术领域。所述实验动物心肺运动功能检测装置包括能够检测实验动物呼出的二氧化碳量的呼吸系统检测单元、能够驱动实验动物进行设定运动的运动量控制单元，能够测量实验动物左右两侧的肌肉组织发热量的肌肉组织发热测量单元、集成处理单元和电源，所述集成处理单元与呼吸系统检测单元、运动量控制单元和肌肉组织发热测量单元连接，能够采集和获得实验动物呼出的二氧化碳量和肌肉组织发热量数据。本发明提供的实验动物心肺运动功能检测装置，能够实时获得实验动物神经受损导致的运动功能障碍的发展过程，为药物及治疗方法的有效性提供量化评估基础。

Description

实验动物心肺运动功能检测装置
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种实验动物心肺运动功能检测装置。
背景技术
针对心肺功能疾病和运动功能障碍的药物开发及治疗手段的研究对于降低国民的因病死亡率以及提高老龄患者生存质量至关重要。相关的药物和治疗方法的科研需要通过动物实验进行有效性评估。
传统的实验方法将心肺功能检测和运动功能障碍检测分为两种不同的实验方法。通常心肺功能实验仅针对动物的心肺指标进行检测，例如血氧、心率、二氧化碳排放量等参数。这些参数无法反映运动功能相关的肌肉活动，对于评判动物整体心肺功能有作用，但是无法评估运动功能受损的具体部位。
传统的运动功能实验往往针对部分神经和肌肉组织进行基于图像信号采集，从而评估神经或者肌肉受损程度，例如通过图像捕捉动物步态变化评估周围神经受损。但是对于神经系统受损所造成的肌肉功能障碍，则需要一段时间后通过解剖测量肌肉萎缩量，无法做到实时检测和活体测量，因此无法跟踪神经受损造成运动功能障碍的发展过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种实验动物心肺运动功能检测装置，能够实时获得实验动物神经受损导致的运动功能障碍的发展过程，为药物及治疗方法的有效性提供量化评估基础。
为了实现上述目的，本发明提供了一种实验动物心肺运动功能检测装置，包括能够检测实验动物呼出的二氧化碳量的呼吸系统检测单元、能够驱动实验动物进行设定运动的运动量控制单元，能够测量实验动物左右两侧的肌肉组织发热量的肌肉组织发热测量单元、集成处理单元和电源，所述集成处理单元与呼吸系统检测单元、运动量控制单元和肌肉组织发热测量单元连接，能够采集和获得实验动物呼出的二氧化碳量和肌肉组织发热量数据。
在一个优选的实施例中，所述肌肉组织发热测量单元包括安装在所述实验动物左侧和右侧的热成像装置，所述热成像装置为双目热成像摄像头。
在一个优选的实施例中，所述呼吸系统检测单元包括底座、固定安装在所述底座上的侧壁、可拆卸地安装在侧壁上的顶盖、气泵和二氧化碳传感器，所述底座、侧壁和顶盖围成密封的运动实验空间，所述侧壁上开设有进气孔和出气孔，所述气泵将外部空气从所述进气口吸入，流经运动实验空间后从出气口排出，所述二氧化碳传感器的数量为两个，分别设置在所述进气口和出气口处，以检测进入和排出所述运动实验空间的气体的二氧化碳含量。
在一个优选的实施例中，所述进气孔和出气孔分别设置在所述侧壁的前后两端。
在一个优选的实施例中，所述运动量控制单元包括滚筒支架、滚筒、跑带和减速电机，所述滚筒支架的数量为两个，分别设置在所述底座的前侧和后侧，每个所述滚筒支架上均安装有滚筒，所述跑带套装在前后两个所述滚筒上，所述跑带位于所述运动实验空间内，所述减速电机驱动所述滚筒转动。
在一个优选的实施例中，所述实验动物心肺运动功能检测装置还包括能够检测实验动物的生命体征参数的生命体征检测单元，所述集成处理单元与所述生命体征检测单元连接，所述集成处理单元采集和记录所述生命体征参数。
在一个优选的实施例中，所述生命体征参数包括心率、血氧饱和度或血压。
在一个优选的实施例中，所述生命体征检测单元包括脉搏血氧饱和仪，所述脉搏血氧饱和仪通过导线与所述集成处理单元连接。
在一个优选的实施例中，所述导线为弹性导线，所述导线可拆卸地固定在所述顶盖上。
在一个优选的实施例中，所述集成处理单元包括信号采集模块、运算模块、信号输出模块和显示模块，所述信号采集模块采集与所述呼吸系统检测单元、运动量控制单元、肌肉组织发热测量单元和生命体征检测单元连接，所述运算模块处理所述肌肉组织发热测量单元的检测数据并得到实验动物左右两侧各部分发热量数据，所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据并得到实验动物呼出的二氧化碳量，所述运算模块根据设定的运动量通过所述信号输出模块控制所述运动量控制单元的运行速度，所述显示模块显示发热量数据、二氧化碳量数据和生命体征参数数据，所述发热量数据的显示方式为图形化显示；所述运算模块处理所述肌肉组织发热测量单元的检测数据，包括：使用双目三维重构算法将采集的数据构建为三维模型，并且通过温度在空间的分布进行区域积分，获取实验动物左右两侧各个部位的热量变化值。
在一个优选地实施例中，所述运算模块通过温度在空间的分布进行区域积分，获取实验动物左右两侧各个部位的热量变化值，包括：
获取实验动物左侧的初始热量值Hi_L，获取所述实验动物右侧的初始热量值Hi_R；
Figure 899115DEST_PATH_IMAGE001
；
其中Ti_l为初始状态下实验动物三维热量分布云图左侧单元温度初始测量值，Ci_l为初始状态下实验动物左侧单元比热容，dVl为实验动物左侧检测区域单元体积；Ti_r为初始状态下实验动物三维热量分布云图右侧单元温度初始测量值，Ci_r为初始状态下实验动物右侧单元比热容，dVr为实验动物右侧检测区域单元体积；
实时获取实验动物左侧的运动开始后热量值Ht_L；获取所述实验动物右侧的运动开始后热量值Ht_R；
Figure 859856DEST_PATH_IMAGE002
；
其中Tt_l为运动开始后实验动物三维热量分布云图左侧单元温度的测量值，Ct_l为运动开始后实验动物左侧单元比热容；Tt_r为运动开始后实验动物三维热量分布云图右侧单元温度的测量值，Ct_r为运动开始后实验动物右侧单元比热容；
计算所述实验动物左侧的热量变化值dH_l：
Figure 83027DEST_PATH_IMAGE003
计算所述实验动物右侧的热量变化值dH_r：
Figure 23301DEST_PATH_IMAGE004
计算所述实验动物左侧和右侧热量变化的差值dH，
Figure 15528DEST_PATH_IMAGE005
所述差值dH为运动功能受损指数。
在一个优选的实施例中，所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据并得到实验动物呼出的二氧化碳量，包括：
获取所述实验动物的初始二氧化碳呼出率CO2i；
Figure 914214DEST_PATH_IMAGE006
其中Q为向所述运动实验空间输送空气的气泵的流量，Di_r为初始状态下所述运动实验空间出气口处二氧化碳传感器浓度读数，Di_f为初始状态下所述运动实验空间进气口处二氧化碳传感器浓度读数，W为实验动物体重；
实时获取所述实验动物的运动开始后二氧化碳呼出率CO2t；
Figure 624681DEST_PATH_IMAGE007
其中，Dt_r为运动开始后所述运动实验空间出气口处二氧化碳传感器浓度读数，Dt_f为运动开始后所述运动实验空间进气口处二氧化碳传感器浓度读数；
计算所述实验动物二氧化碳呼出率的差值dCO2，
Figure 368646DEST_PATH_IMAGE008
所述差值dCO2为神经系统受损的代谢指标。
本发明与现有技术的不同之处在于，本发明提供的实验动物心肺运动功能检测装置，通过运动量控制单元控制被检测的实验动物按照设定的速度运动，通过呼吸系统检测单元检测实验动物呼出的二氧化碳含量作为实验动物的代谢指标，并通过肌肉组织发热测量单元测量实验动物左右两侧的肌肉组织发热量，根据实验动物左右两侧肌肉组织发热量差值获得实验动物神经受损导致的运动功能受损指数，结合实验动物的代谢指标，可以实时评价实验动物神经受损导致的运动功能障碍。因此本发明提供的实验动物心肺运动功能检测装置能够实时获得实验动物神经受损导致的运动功能障碍的发展过程，为药物及治疗方法的有效性提供量化评估基础。
附图说明
图1是本发明一示例性实施例中一种实验动物心肺运动功能检测装置的结构示意图，其中呼吸系统检测单元的侧壁和顶盖未示出；
图2是图1所示的实验动物心肺运动功能检测装置的俯视剖视图；
图3是图1所示的实验动物心肺运动功能检测装置的侧视剖视图；
图4是运算模块通过利用双目成像算法由采集到的热成像图片进行双目三维重建的示意图；
图中，1、底座；2、侧壁；3、滚筒；4、跑带；5、减速电机；6、滚筒支架；7、顶盖；8、密封件；9、摄像头支架；10、双目热成像摄像头；11、气泵；12、二氧化碳传感器；13、实验动物；14、软管；15、脉搏血氧饱和仪；16、导线。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。
在附图中示出了根据本申请实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请提供的实验动物心肺运动功能综合检测装置进行详细地说明。
参考图1所示，本发明提供的基本实施方式的一种实验动物心肺运动功能检测装置，包括能够检测实验动物呼出的二氧化碳量的呼吸系统检测单元、能够驱动实验动物进行设定运动的运动量控制单元，能够测量实验动物左右两侧的肌肉组织发热量的肌肉组织发热测量单元、集成处理单元和电源。
其中电源用于给呼吸系统检测单元、运动量控制单元和肌肉组织发热测量单元连接和集成处理单元供电，该电源可以采用外接其他供电设备或装置的电源输入结构（如电源接口），也可以采用电池结构（如充电电池），或者所述电源同时包括电源输入结构和电池结构。
所述集成处理单元与呼吸系统检测单元、运动量控制单元和肌肉组织发热测量单元连接，能够采集和获得实验动物呼出的二氧化碳量和肌肉组织发热量数据。
本发明提供的实验动物心肺运动功能检测装置在使用时，首先将实验动物放置在运动量控制单元上，通过运动量控制单元控制被检测的实验动物按照设定的速度运动，然后通过呼吸系统检测单元检测实验动物呼出的二氧化碳含量作为实验动物的代谢指标，并通过肌肉组织发热测量单元测量实验动物左右两侧的肌肉组织发热量，根据实验动物左右两侧肌肉组织发热量差值获得实验动物神经受损导致的运动功能受损指数，结合实验动物的代谢指标，可以实时评价实验动物神经受损导致的运动功能障碍。
在本发明中，所述呼吸系统检测单元用于检测实验动物13在运动过程中呼出的二氧化碳含量，因此呼吸系统检测单元可以采用现有的各种能够检测实验动物13产生的二氧化碳含量的装置，在本发明的优选实施例中，如图1-图3所示，所述呼吸系统检测单元包括底座1、固定安装在所述底座1上的侧壁2、可拆卸地安装在侧壁2上的顶盖7、气泵11和二氧化碳传感器12。所述底座1、侧壁2和顶盖7围成密封的运动实验空间。
如图1所示，其中底座1可以作为固定安装其他零部件的平台，以固定其他零部件的相对位置，并且能够与侧壁2和顶盖7形成运动实验空间，为气密检测环境的运动实验空间提供底面的密封。如图2、图3所示，所述侧壁2呈上下两端敞口的筒状，侧壁2的下端固定在底座1上，并且与底座1通过密封胶等常用密封结构密封。在所述侧壁2上开设有进气孔和出气孔，进气口和出气口优选开设在侧壁2的前端和后端，并且高度与位于运动实验空间内的实验动物13高度相同。侧壁2优选采用红外投射玻璃制作，从而使得肌肉组织发热测量单元可以布置在运动实验空间外部。
顶盖7安装在侧壁2的上端开口上，为了便于拆装，所述顶盖7的下部可以设置密封槽，密封槽内可以安装密封件8（如密封圈），从而当顶盖7安装在侧壁2上后，可以保证顶盖7与侧壁2之间的密封。所述气泵11将外部空气从所述进气口吸入，流经运动实验空间后从出气口排出。气泵11可以安装在进气口或出气口处，在本实施例中，如图3所示，所述气泵11通过软管14安装在所述进气口处，具体地，气泵11位于侧壁2外侧前端，固定在底座1上，可以向运动实验空间提供可控流量的空气。
所述二氧化碳传感器12的数量为两个，分别设置在所述进气口和出气口处，形成前置二氧化碳传感器和后置二氧化碳传感器。所述二氧化碳传感器12可以直接安装在进气口或出气口上，或者根据具体工况，如图3所示，两个二氧化碳传感器12分别安装在进气口和出气口上安装的软管14上。在本实施例中，通过底座1、侧壁2和顶盖7组成气密的运动实验空间，并且在侧壁2的进气口和出气口处分别设置二氧化碳传感器12，当气泵11引导空气经进气口处的二氧化碳传感器12、进气口进入运动实验空间，再经出气口、出气口处的二氧化碳传感器12排出时，两个二氧化碳传感器12能够检测进入和排出所述运动实验空间的气体的二氧化碳含量（二氧化碳传感器采集到二氧化碳浓度乘以气泵的流量可以得到二氧化碳含量），从而得到实验动物13在运动过程中呼出的二氧化碳量。
在本发明中，所述肌肉组织发热测量单元可以采用现有的各种能够检测实验动物13肌肉发热量的装置，优选地，如图1、图2所示，所述肌肉组织发热测量单元包括安装在所述实验动物13体左侧和右侧的热成像装置，所述热成像装置为双目热成像摄像头10。所述双目热成像摄像头10具有两个热成像摄像头，根据双目成像算法，两个热成像摄像头平行安装，从而使安装在实验动物13左右两侧的双目热成像摄像头10形成实验动物13左右两侧的三维影像，在左右两组双目热成像摄像头10的共同作用下可以形成实验动物13的完整热成像三维影像。
如图1所述，为了便于双目热成像摄像头10的安装，在底座1的左右两侧分别安装有摄像头支架9，双目热成像摄像头10安装在摄像头支架9上。在本实施例中，两组双目热成像摄像头10可以分别对实验动物13的左右两侧进行热成像图形采集，经过集成处理单元计算，获得实验动物13身体各部位肌肉的三维热量分布云图。
如图1所示，在本发明中，优选地，所述运动量控制单元包括滚筒支架6、滚筒3、跑带4和减速电机5。所述滚筒支架6的数量为两个，分别设置在所述底座1的前侧和后侧，每个所述滚筒支架6上均安装有滚筒3，所述跑带4为环形带状，套装在前后两个所述滚筒3上，如图3所示，所述跑带4位于所述运动实验空间内。跑带4优选采用带有弹性的高分子制成，宽度5-15cm。
所述减速电机5驱动所述滚筒3转动，所述减速电机5包括电机和减速器两个部分，通过驱动滚筒3转动，从而驱动跑带4转动，因此通过控制减速电机5的转速，可以控制实验动物13的运动速率。如图1所示，在本实施例中，所述减速电机5设置在后侧，驱动后侧的滚筒3转动。
在本发明中，优选地，所述实验动物心肺运动功能检测装置还包括能够检测实验动物13的生命体征参数的生命体征检测单元，所述集成处理单元与所述生命体征检测单元连接，所述集成处理单元采集和记录所述生命体征参数。所述生命体征参数可以包括心率、血氧饱和度或血压。在本实施例中，通过设置生命体征检测单元，可以判断实验动物在运动时是否处于非正常运动状态，从而判定测量的数据是否有效。
进一步优选地，所述生命体征检测单元可以包括脉搏血氧饱和仪15，所述脉搏血氧饱和仪15通过导线16与所述集成处理单元连接。如图1、图3所示，脉搏血氧饱和仪15可以固定在实验动物13的尾部，通过发射并测量例如波长为660nm和910nm的红外线的吸收率来测量实验动物的血氧饱和度和/或心率。导线16用于给脉搏血氧饱和仪15供电和传输信号。
其中所述导线16为优选地为弹性导线，使得导线16的长度在实验中可以调整，在顶盖7的中部可以设置有用于通过电缆的通孔，所述导线16固定在所述顶盖7上。通过将导线16固定在顶盖7上，可以使得连接在实验动物13上的部分悬空，从而避免脉搏血氧饱和仪15的重量对实验动物尾部的压迫和影响。
在本发明中，所述集成处理单元包括信号采集模块、运算模块、信号输出模块和显示模块。所述信号采集模块采集与所述呼吸系统检测单元、运动量控制单元、肌肉组织发热测量单元和生命体征检测单元连接，采集呼吸系统检测单元、运动量控制单元、肌肉组织发热测量单元和生命体征检测单元产生的数据，并将数据传输到运算模块。
所述运算模块处理所述肌肉组织发热测量单元的检测数据并得到实验动物左右两侧各部分发热量数据，所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据并得到实验动物呼出的二氧化碳量，所述运算模块根据设定的运动量通过所述信号输出模块控制所述运动量控制单元的运行速度，所述显示模块显示发热量数据、二氧化碳量数据和生命体征参数数据，所述发热量数据的显示方式为图形化显示。
所述运算模块处理所述肌肉组织发热测量单元的检测数据，包括：使用现有的双目三维重构算法将采集的数据构建为三维模型，并且通过温度在空间的分布进行区域积分，获取实验动物左右两侧各个部位的发热量数据。结合左右两侧的数据，可以对实验动物各部位及整体的热量进行计算并记录。所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据，包括：将采集到的进气口处的二氧化碳传感器及出气口处的二氧化碳传感器的数据差值分析并记录，结合所述气泵的流量，计算呼出的二氧化碳量。运算模块可以记录生命体征参数数据（例如血氧饱和度、心率等）。
如图4所示，运算模块通过利用双目成像算法由采集到的热成像图片进行双目三维重建，获得单侧热量分布云图，并将实验动物13左右两侧的三维热量分布云图整合成一体，最终获得完整的实验动物13三维热量分布云图。其中双目成像算法为现有的常用形成三维热量分布云图的方法，例如科学出版社出版的《双目立体视觉理论及应用》即公开了相关技术。
其中所述运算模块通过温度在空间的分布进行区域积分，获取实验动物左右两侧各个部位的热量变化值的方式为：
获取实验动物左侧的初始热量值Hi_L，获取所述实验动物右侧的初始热量值Hi_R；其中获取实验动物13左侧和右侧的初始热量值，可以通过上述实施例中提供的肌肉组织发热测量单元和集成处理单元在实验动物13刚开始运动时（初始状态）获取。初始热量值Hi_L和Hi_R可以通过以下公式得到：
Figure 713914DEST_PATH_IMAGE001
；
其中Ti_l为初始状态下实验动物三维热量分布云图左侧单元温度初始测量值，Ci_l为初始状态下实验动物左侧单元比热容（单元比热容即单位质量材料温度每升高一摄氏度所吸收的热量，可通过差示扫描量热仪进行测量），dVl为实验动物左侧检测区域单元体积；Ti_r为初始状态下实验动物三维热量分布云图右侧单元温度初始测量值，Ci_r为初始状态下实验动物右侧单元比热容，dVr为实验动物右侧检测区域单元体积；
实时获取实验动物左侧的运动开始后热量值Ht_L；获取所述实验动物右侧的运动开始后热量值Ht_R。其中热量值Ht_L和热量值Ht_R为在实验动物运动后各个时间点左右两侧产生的热量值。获取实验动物13左侧和右侧的热量值可以通过上述实施例中提供的肌肉组织发热测量单元和集成处理单元在实验动物13运动过程中实时获取。热量值Ht_L和热量值Ht_R可以通过以下公式得到：
Figure 517922DEST_PATH_IMAGE002
；
其中Tt_l为运动开始后实验动物三维热量分布云图左侧单元温度的测量值，Ct_l为运动开始后实验动物左侧单元比热容，dVl为实验动物左侧检测区域单元体积；Tt_r为运动开始后实验动物三维热量分布云图右侧单元温度的测量值，Ct_r为运动开始后实验动物右侧单元比热容，dVr为实验动物右侧检测区域单元体积。
计算所述实验动物左侧的热量变化值dH_l：
Figure 715685DEST_PATH_IMAGE003
计算所述实验动物右侧的热量变化值dH_r：
Figure 263341DEST_PATH_IMAGE004
计算所述实验动物左侧和右侧热量变化的差值dH，
Figure 230160DEST_PATH_IMAGE005
所述差值dH为运动功能受损指数。通过所述实验动物左侧和右侧热量变化的差值dH可以作为运动功能受损指数，反应实验动物运动功能受损情况。
其中所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据并得到实验动物呼出的二氧化碳量，包括：
获取所述实验动物的初始二氧化碳呼出率CO2i；其中获得所述实验动物的初始二氧化碳呼出率可以通过上述实施例中提供的呼吸系统检测单元和集成处理单元在实验动物13刚开始运动时获取。其中二氧化碳呼出率为实验动物呼出的二氧化碳量除以实验动物的体重，其计算公式如下：
Figure 205069DEST_PATH_IMAGE006
其中Q为向所述运动实验空间输送空气的气泵的流量，Di_r为初始状态下所述运动实验空间出气口处二氧化碳传感器浓度读数，Di_f为初始状态下所述运动实验空间进气口处二氧化碳传感器浓度读数，W为实验动物体重。
实时获取所述实验动物的运动开始后二氧化碳呼出率CO2t；其中二氧化碳呼出率CO2t为在实验动物运动后各个时间点的二氧化碳呼出率。获得所述实验动物的二氧化碳呼出率可以通过上述实施例中提供的呼吸系统检测单元和集成处理单元在实验动物13运动过程中获取。其中二氧化碳呼出率CO2t的计算公式如下：
Figure 624549DEST_PATH_IMAGE009
其中Q为向所述运动实验空间输送空气的气泵的流量，Dt_r为运动开始后所述运动实验空间出气口处二氧化碳传感器浓度读数，Dt_f为运动开始后所述运动实验空间进气口处二氧化碳传感器浓度读数，W为实验动物体重；
计算所述实验动物二氧化碳呼出率的差值dCO2，
Figure 474432DEST_PATH_IMAGE010
所述差值dCO2为神经系统受损的代谢指标。其中dH和dCO2为在同一时间点的数值，因此，通过计算和记录各个实验动物各个时间点的dH和dCO2，就可以获得实验动物神经受损导致的运动功能障碍的发展过程，为药物及治疗方法的有效性提供量化评估基础。
为了避免实验动物的非正常运动对实验结果产生干扰，优选地，在步骤S30中，还包括实时获取所述实验动物的心率或血氧饱和度，当心率超过设定数值（例如520次/min）时，或者血氧保护度下降量超过设定数值（例如10%）时，后续实验结果判定为超出正常运动状态，作无效处理。
由上述可知，本申请实施例的实验动物心肺运动功能综合检测装置，通过呼吸系统检测单元、运动量控制单元、肌肉组织发热测量单元和集成处理单元，可以同时监测实验动物13在局部肌肉组织受损、运动神经受损、中枢神经受损、横纹肌溶解等症状下三维热量分布同心肺功能指标之间的同步关系，为分析或评判不同症状及其程度提供更加精准的数字化评判标准。
下面对上述实施例提供的实验动物心肺运动功能检测装置的一个具体实例作出说明。
设置进气泵11的进气流量，优选的为1000 ml/min；打开热成像摄像头10；将脉搏血氧饱和仪15固定在大鼠尾部，调节导线16到合适长度，使其保持悬空，将待测样本放置在跑带4上；启动数据采集；根据实验需求，逐步提高电机及减速器5的转速，使得跑带速度为10-20 m/min，并维持5分钟；利用运算模块对实验数据进行处理；停止电机及减速器5以及数据采集，取下脉搏血氧饱和仪15，将待测样本取出；对处理后的实验数据进行记录，获得的数据可以根据设计的实验需求用于后续分析。
综上，本发明提供的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1. 能够通过四台热成像仪，生成实验动物热量分布三维云图，为实验提供更加详细的局部肌肉运动功能受损的信息；
2. 通过结合病理特征，可以针对特定症状引起的肌肉运动功能受损进行量化分析，从而可以对由周围神经受损、中枢神经受损、肌无力、横纹肌溶解等多种病症引起模型动物进行症状轻重程度的量化分析；
3. 能够同步检测二氧化碳呼出量，对心肺功能参数变化引起的肌肉运动功能障碍进行评估，从而可以分析实验动物的代谢速度；
4. 能够同步检测心率及血氧饱和度，可以为实验动物生理状态进行区分，对结果的有效性进行划分和评估。
以上实施方式的先后顺序仅为便于描述，不代表实施方式的优劣。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，包括能够检测实验动物呼出的二氧化碳量的呼吸系统检测单元、能够驱动实验动物进行设定运动的运动量控制单元，能够测量实验动物左右两侧的肌肉组织发热量的肌肉组织发热测量单元、集成处理单元和电源，所述集成处理单元与呼吸系统检测单元、运动量控制单元和肌肉组织发热测量单元连接，能够采集和获得实验动物呼出的二氧化碳量和肌肉组织发热量数据；
所述集成处理单元包括信号采集模块、运算模块、信号输出模块和显示模块，所述信号采集模块采集与所述呼吸系统检测单元、运动量控制单元、肌肉组织发热测量单元和生命体征检测单元连接，所述运算模块处理所述肌肉组织发热测量单元的检测数据并得到实验动物左右两侧各部分发热量数据，所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据并得到实验动物呼出的二氧化碳量，所述运算模块根据设定的运动量通过所述信号输出模块控制所述运动量控制单元的运行速度，所述显示模块显示发热量数据、二氧化碳量数据和生命体征参数数据，所述发热量数据的显示方式为图形化显示；所述运算模块处理所述肌肉组织发热测量单元的检测数据，包括：使用双目三维重构算法将采集的数据构建为三维模型，并且通过温度在空间的分布进行区域积分，获取实验动物左右两侧各个部位的热量变化值；
所述运算模块通过温度在空间的分布进行区域积分，获取实验动物左右两侧各个部位的热量变化值，包括：
获取实验动物左侧的初始热量值Hi_L，获取所述实验动物右侧的初始热量值Hi_R；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中Ti_l为初始状态下实验动物三维热量分布云图左侧单元温度初始测量值，Ci_l为初始状态下实验动物左侧单元比热容，dVl为实验动物左侧检测区域单元体积；Ti_r为初始状态下实验动物三维热量分布云图右侧单元温度初始测量值，Ci_r为初始状态下实验动物右侧单元比热容，dVr为实验动物右侧检测区域单元体积；
实时获取实验动物左侧的运动开始后热量值Ht_L；获取所述实验动物右侧的运动开始后热量值Ht_R；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
其中Tt_l为运动开始后实验动物三维热量分布云图左侧单元温度的测量值，Ct_l为运动开始后实验动物左侧单元比热容；Tt_r为运动开始后实验动物三维热量分布云图右侧单元温度的测量值，Ct_r为运动开始后实验动物右侧单元比热容；
计算所述实验动物左侧的热量变化值dH_l：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
计算所述实验动物右侧的热量变化值dH_r：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
计算所述实验动物左侧和右侧热量变化的差值dH，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
所述差值dH为运动功能受损指数；
所述运算模块处理所述呼吸系统检测单元的检测数据并得到实验动物呼出的二氧化碳量，包括：
获取所述实验动物的初始二氧化碳呼出率CO2i；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
其中Q为向所述运动实验空间输送空气的气泵的流量，Di_r为初始状态下所述运动实验空间出气口处二氧化碳传感器浓度读数，Di_f为初始状态下所述运动实验空间进气口处二氧化碳传感器浓度读数，W为实验动物体重；
实时获取所述实验动物的运动开始后二氧化碳呼出率CO2t；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，Dt_r为运动开始后所述运动实验空间出气口处二氧化碳传感器浓度读数，Dt_f为运动开始后所述运动实验空间进气口处二氧化碳传感器浓度读数；
计算所述实验动物二氧化碳呼出率的差值dCO2，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
所述差值dCO2为神经系统受损的代谢指标。
2.根据权利要求1所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述肌肉组织发热测量单元包括安装在所述实验动物左侧和右侧的热成像装置，所述热成像装置为双目热成像摄像头（10）。
3.根据权利要求2所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述呼吸系统检测单元包括底座（1）、固定安装在所述底座（1）上的侧壁（2）、可拆卸地安装在侧壁（2）上的顶盖（7）、气泵（11）和二氧化碳传感器（12），所述底座（1）、侧壁（2）和顶盖（7）围成密封的运动实验空间，所述侧壁（2）上开设有进气孔和出气孔，所述气泵（11）将外部空气从所述进气口吸入，流经运动实验空间后从出气口排出，所述二氧化碳传感器（12）的数量为两个，分别设置在所述进气口和出气口处，以检测进入和排出所述运动实验空间的气体的二氧化碳含量。
4.根据权利要求3所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述进气孔和出气孔分别设置在所述侧壁（2）的前后两端。
5.根据权利要求3所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述运动量控制单元包括滚筒支架（6）、滚筒（3）、跑带（4）和减速电机（5），所述滚筒支架（6）的数量为两个，分别设置在所述底座（1）的前侧和后侧，每个所述滚筒支架（6）上均安装有滚筒（3），所述跑带（4）套装在前后两个所述滚筒（3）上，所述跑带（4）位于所述运动实验空间内，所述减速电机（5）驱动所述滚筒（3）转动。
6.根据权利要求3所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述实验动物心肺运动功能检测装置还包括能够检测实验动物的生命体征参数的生命体征检测单元，所述集成处理单元与所述生命体征检测单元连接，所述集成处理单元采集和记录所述生命体征参数。
7.根据权利要求6所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述生命体征参数包括心率、血氧饱和度或血压。
8.根据权利要求6所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述生命体征检测单元包括脉搏血氧饱和仪（15），所述脉搏血氧饱和仪（15）通过导线（16）与所述集成处理单元连接。
9.根据权利要求8所述的实验动物心肺运动功能检测装置，其特征在于，所述导线（16）为弹性导线，所述导线（16）固定在所述顶盖（7）上。
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