CN224166301U - 一种具有电击功能的体积描记装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有电击功能的体积描记装置。该装置包括：呼吸罐、体积描记模块以及电击控制模块；其中，所述呼吸罐壁上设置有呼吸检测传感器，所述呼吸检测传感器用于采集所述呼吸罐内实验对象的呼吸数据，并将所述呼吸数据传输给所述体积描记模块；所述呼吸罐底部设置有电击电极，所述电击控制模块用于向所述电击电极传输电击控制信号。本实用新型所提供的技术方案，实现了可在该呼吸罐内的同一空间下完成呼吸功能检测和电击刺激，研究人员无需在不同设备间切换操作，简化了实验操作流程，减少了实验操作时间，提高了实验效率，同时也降低了实验对象状态改变风险，提高了数据关联性和准确性，还可以减少设备占用空间。

Description

一种具有电击功能的体积描记装置

技术领域

本实用新型实施例涉及生物医学研究技术领域，尤其涉及一种具有电击功能的体积描记装置。

背景技术

在生物医学研究中，对实验动物生理指标和行为反应的研究是深入了解生命现象和疾病机制的重要手段。呼吸功能是反映动物生理状态的关键指标之一，常可以通过WBP体积描记仪在动物清醒、自由活动的状态下对其呼吸功能进行检测，避免了麻醉和创伤性操作对实验结果的干扰，在哮喘、呼吸疾病药物研发、毒理学等研究领域应用广泛。另一方面，足底电击作为一种常用的刺激方式，在神经科学、行为学等研究中被用于研究动物的恐惧、习得性无助、学习记忆、应激反应等行为学机制，通常采用专门的足底电击仪器实现。

现有技术中WBP体积描记仪与足底电击仪器相互独立，在需要同时研究呼吸功能和行为学反应时，研究人员需分别操作两套设备，增加实验操作难度和时间成本。例如在研究动物应激呼吸变化时，要先使用体积描记仪记录呼吸数据，再转移到足底电击仪器进行刺激等等。而且实验需要在不同空间进行，难以在同一环境下同时获取呼吸数据和电击刺激下的行为学数据，不利于分析两者内在联系，转移过程中也容易改变实验动物状态，影响实验准确性，从而阻碍深入研究动物在特定刺激下生理和行为的综合变化。另外使用两套独立的设备也会占用较大的放置和操作空间，对于空间有限的实验室，增加了设备摆放和实验开展的困难。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种具有电击功能的体积描记装置，以实现在同一空间完成呼吸功能检测和电击刺激，从而简化实验操作流程，提高数据关联性和准确性，并减少设备占用空间。

本实用新型实施例提供了一种具有电击功能的体积描记装置，该装置包括：呼吸罐、体积描记模块以及电击控制模块；其中，

所述呼吸罐壁上设置有呼吸检测传感器，所述呼吸检测传感器用于采集所述呼吸罐内实验对象的呼吸数据，并将所述呼吸数据传输给所述体积描记模块；

所述呼吸罐底部设置有电击电极，所述电击控制模块用于向所述电击电极传输电击控制信号。

可选的，所述电击电极为网格电极。

可选的，所述电击电极为导电金属电极或导电橡胶电极。

可选的，所述呼吸检测传感器包括设置于所述呼吸罐顶部的流量传感器以及设置于所述呼吸罐侧部的压力传感器，所述流量传感器用于检测所述实验对象呼吸引起的罐内气流变化，所述压力传感器用于检测所述实验对象呼吸引起的罐内气压波动。

可选的，所述呼吸检测传感器包括基于激光多普勒效应的气流传感器。

可选的，所述体积描记模块中包括温度传感器和湿度传感器，分别用于检测实验环境中的温度数据和湿度数据。

可选的，所述电击控制模块包括控制面板，用于设置电击控制参数。

可选的，所述电击控制参数包括电击电压、电击电流、刺激时间以及刺激模式。

可选的，所述电击控制模块包括安全保护单元，所述安全保护单元用于过压保护、过流保护以及漏电保护中的至少一种。

可选的，所述装置还包括数据采集与处理模块，用于同步采集所述体积描记模块实时处理得到的呼吸功能参数，以及所述电击控制模块实时采用的电击控制参数。

本实用新型实施例提供了一种具有电击功能的体积描记装置，包括呼吸罐、体积描记模块和电击控制模块，呼吸罐壁上设置有呼吸检测传感器，可采集呼吸罐内实验对象的呼吸数据，并将采集到的呼吸数据传输给体积描记模块处理，呼吸罐底部设置有电击电极，可对呼吸罐内的实验对象进行电击刺激，电击控制模块可向电击电极传输电击控制信号，以控制电击电极的刺激方式。本实用新型实施例所提供的具有电击功能的体积描记装置，通过将电刺激功能整合进呼吸罐，实现了可在该呼吸罐内的同一空间下完成呼吸功能检测和电击刺激，研究人员无需在不同设备间切换操作，简化了实验操作流程，减少了实验操作时间，提高了实验效率，而且可在同一环境下同步监测呼吸功能数据和电击刺激下的行为学反应数据，降低了实验对象状态改变风险，提高了数据关联性和准确性，同时还可以减少设备占用空间，便于设备摆放和实验开展，优化了实验室资源配置，从而可以为生物医学研究提供高效、全面的实验工具。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种具有电击功能的体积描记装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的模块间信号传输与数据交互关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种具有电击功能的体积描记装置的结构示意图，本实施例可适用于在生物医学研究中同步监测实验对象的呼吸功能和在电击刺激下的行为学反应的情况。如图1所示，该装置包括：呼吸罐100、体积描记模块200以及电击控制模块300；其中，所述呼吸罐100壁上设置有呼吸检测传感器110，所述呼吸检测传感器110用于采集所述呼吸罐100内实验对象的呼吸数据，并将所述呼吸数据传输给所述体积描记模块200；所述呼吸罐100底部设置有电击电极120，所述电击控制模块300用于向所述电击电极120传输电击控制信号。

具体的，在实验时，可以将实验对象(如小鼠)置于呼吸罐100内，并将呼吸罐100密闭。呼吸罐100可采用透明高强度工程塑料材质，便于观察实验对象行为，罐体大小可根据实际应用的实验对象适应性设置，如用于小鼠可以将尺寸设计为长310mm、宽210mm、高200mm，罐壁密封良好，保证呼吸检测准确。则实验对象呼吸可引起呼吸罐100内的气压、气流等发生变化，这些变化可以通过呼吸检测传感器110检测出来，并转化为相应的电信号传输给体积描记模块200。装置整体可采用全身体积描记法(Whole Body Plethysmography，WBP)，呼吸罐100可为实验对象提供相对自由的活动空间。体积描记模块200中内置有专用算法，在实时采集到呼吸检测传感器110输出的呼吸数据后，可通过高性能微处理器分析处理得到相应的呼吸功能参数，如动物潮气量、呼吸频率、吸气时间、呼气时间、呼气峰流速、吸气峰流速等等。体积描记模块200还可以包括显示屏，从而可以将处理得到的呼吸功能参数实时在该显示屏上进行显示，以便实验人员实时观察。

其中，可选的，如图1所示，所述呼吸检测传感器110包括设置于所述呼吸罐100顶部的流量传感器111以及设置于所述呼吸罐100侧部的压力传感器112，所述流量传感器111用于检测所述实验对象呼吸引起的罐内气流变化，所述压力传感器112用于检测所述实验对象呼吸引起的罐内气压波动。从而便于体积描记模块200计算各种呼吸功能参数，示例性的，可根据流量传感器111单位时间检测到的气体流量变化，结合呼吸罐100容积计算潮气量，还可通过压力传感器112监测分析呼吸周期内压力变化，确定吸气和呼气时间，进而可以计算呼吸频率等等。

在另一可选的实施方式中，所述呼吸检测传感器110包括基于激光多普勒效应的气流传感器，该传感器对气流变化检测更灵敏，能精确测量动物呼吸微小气流变化，提高呼吸功能参数检测精度。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述体积描记模块200中包括温度传感器和湿度传感器，分别用于检测实验环境中的温度数据和湿度数据。以使体积描记模块200可以利用实验环境中的温度数据和湿度数据在数据分析处理过程中进行校正，从而提高呼吸功能参数计算的准确性。

呼吸罐100底部设置有电击电极120，用于对置于呼吸罐100内的实验对象进行足底电击刺激，从而将电击刺激功能整合进呼吸罐100，在同一罐体内即可同时完成电击刺激和呼吸监测，无需转移动物。示例性应用场景如动物应激呼吸反应实验，如可以设置不同强度足底电击刺激同时监测呼吸功能变化，以研究动物在不同应激状态下呼吸功能变化规律。进一步还可应用于药物筛选研究、神经生理学研究、环境应激研究等等。其中，药物筛选研究如研究药物对动物在应激状态下呼吸功能和行为学反应的影响，给予动物不同药物后，在本装置进行足底电击刺激并监测相关指标，评估药物疗效和安全性，为药物研发提供实验依据。神经生理学研究如结合神经电生理记录技术(如脑电图、肌电图等)，研究动物在足底电击刺激下神经活动与呼吸功能、行为学反应关系，深入探讨神经调节机制。环境应激研究如模拟不同环境应激因素(如噪音、强光等)与足底电击刺激结合，研究动物在复合应激条件下生理和行为反应，为环境科学和心理学研究提供实验模型。当然，也可以应用本装置进行单独的呼吸监测或电击刺激，如在哮喘研究中，通过检测动物在药物干预前后呼吸功能的变化，评估药物疗效，又如在条件性恐惧实验中，通过给予动物足底电击刺激，使其建立对特定刺激的恐惧记忆，进而研究相关神经环路和分子机制等等。

其中，可选的，所述电击电极120为网格电极，并可平铺于呼吸罐100底部，从而不会妨碍实验对象自由活动。网格间距可根据实验对象进行设置，以确保实验对象足底可与电极充分接触，从而保证电击刺激效果。示例性的，用于小鼠可以将网格间距设置为5-20mm。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述电击电极120为导电金属电极或导电橡胶电极。其中，导电橡胶电极柔韧性和舒适性较好，能减少对动物足底损伤，保证良好导电性，从而保证电击刺激效果。

电击控制模块300与电击电极120连接，以向电击电极120传输电击控制信号，从而控制电击电极120按需产生电击刺激。如图1所示，电击控制模块300可以通过密封封接于呼吸罐100壁上的电插头310与电击电极120进行连接，从而保证罐体的密封性。另外，呼吸罐100底部还可以包括一可拆卸的橡胶封接底座130，以使实验过程装置稳定。

其中，可选的，所述电击控制模块300包括控制面板，用于设置电击控制参数。具体可以配备操作简便的控制面板，研究人员可以通过控制面板上的按键和显示屏对电击控制参数进行设置，并可以配置有停电记忆功能，从而在实验时可以生成相应的电击控制信号提供给电击电极120。进一步可选的，所述电击控制参数包括电击电压、电击电流、刺激时间以及刺激模式。其中，电击电压范围可以为0.1-200V，电击电流范围可以为0.1-999mA，刺激模式可以包括P1模式(延迟T1时间后持续放电刺激)、P2模式(持续放电刺激T2时间后，断电结束)等多种，从而满足各种不同实验需求。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述电击控制模块300包括安全保护单元，所述安全保护单元用于过压保护、过流保护以及漏电保护中的至少一种，从而可以防止设备故障伤害实验对象及研究人员。进一步在检测到异常情况时，还可以自动切断电击控制信号并发出警报提示，以保障实验安全。另外，电击控制模块300内部可采用恒压恒流控制电路，以确保设定参数下可稳定输出电击控制信号。

在上述技术方案的基础上，可选的，如图2所示，所述装置还包括数据采集与处理模块400，用于同步采集所述体积描记模块200实时处理得到的呼吸功能参数，以及所述电击控制模块300实时采用的电击控制参数。数据采集与处理模块400可以对采集到的呼吸功能参数以及电击控制参数按照时间整合处理及存储，形成同步实验数据记录，实现同步监测，进而还可以对两者数据进行关联分析，从而挖掘其内在联系，准确揭示动物在电击刺激时生理和行为综合变化规律，相比现有技术数据更具研究价值。数据采集与处理模块400中的数据处理软件，可另外自主开发，也可采用成熟商业数据分析软件平台进行二次开发，从而利用其强大数据分析功能和丰富的算法库，扩展整体装置的数据处理分析能力，以满足不同研究人员的个性化需求。

本实用新型实施例所提供的具有电击功能的体积描记装置，包括呼吸罐、体积描记模块和电击控制模块，呼吸罐壁上设置有呼吸检测传感器，可采集呼吸罐内实验对象的呼吸数据，并将采集到的呼吸数据传输给体积描记模块处理，呼吸罐底部设置有电击电极，可对呼吸罐内的实验对象进行电击刺激，电击控制模块可向电击电极传输电击控制信号，以控制电击电极的刺激方式。通过将电刺激功能整合进呼吸罐，实现了可在该呼吸罐内的同一空间下完成呼吸功能检测和电击刺激，研究人员无需在不同设备间切换操作，简化了实验操作流程，减少了实验操作时间，提高了实验效率，而且可在同一环境下同步监测呼吸功能数据和电击刺激下的行为学反应数据，降低了实验对象状态改变风险，提高了数据关联性和准确性，同时还可以减少设备占用空间，便于设备摆放和实验开展，优化了实验室资源配置，从而可以为生物医学研究提供高效、全面的实验工具。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，包括：呼吸罐、体积描记模块以及电击控制模块；其中，

所述呼吸罐壁上设置有呼吸检测传感器，所述呼吸检测传感器用于采集所述呼吸罐内实验对象的呼吸数据，并将所述呼吸数据传输给所述体积描记模块；

所述呼吸罐底部设置有电击电极，所述电击控制模块用于向所述电击电极传输电击控制信号。

2.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述电击电极为网格电极。

3.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述电击电极为导电金属电极或导电橡胶电极。

4.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述呼吸检测传感器包括设置于所述呼吸罐顶部的流量传感器以及设置于所述呼吸罐侧部的压力传感器，所述流量传感器用于检测所述实验对象呼吸引起的罐内气流变化，所述压力传感器用于检测所述实验对象呼吸引起的罐内气压波动。

5.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述呼吸检测传感器包括基于激光多普勒效应的气流传感器。

6.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述体积描记模块中包括温度传感器和湿度传感器，分别用于检测实验环境中的温度数据和湿度数据。

7.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述电击控制模块包括控制面板，用于设置电击控制参数。

8.根据权利要求7所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述电击控制参数包括电击电压、电击电流、刺激时间以及刺激模式。

9.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述电击控制模块包括安全保护单元，所述安全保护单元用于过压保护、过流保护以及漏电保护中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的具有电击功能的体积描记装置，其特征在于，所述装置还包括数据采集与处理模块，用于同步采集所述体积描记模块实时处理得到的呼吸功能参数，以及所述电击控制模块实时采用的电击控制参数。