实验动物活体状态下的红外成像监测系统、使用方法及应用

技术领域

本发明涉及一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统、使用方法及应用，属于实验动物活体状态参数测量领域。

背景技术

在对某种实验动物进行研究时，需要在该实验室动物的不同生长发育阶段记录其生长发育情况，而体长是反应其生长情况，骨骼发育最基本的生理指标。体长数据与研究动物的体表面积，能量代谢乃至生长曲线等息息相关。体长作为描述动物体生长发育情况是最基础的生理数据，保证体长数据的准确，是其他相关数据研究的前提条件。如何在更精确的情况下采集实验动物的体长信息，而对实验动物的干扰伤害影响最小一直都是研究人员的不懈追求。

常用的实验动物鼠类(小鼠，大鼠，豚鼠，地鼠)，犬，实验小型猪或微型猪等在进行生物学特性数据采集，尤其是体长数据采集时，若采用传统的测量方法，一个人手动控制动物，另外一个人拿游标卡尺、直尺或卷尺进行测量，需要两人配合默契。不仅测量不便，而且因实验动物的状态不同，操作人员操作方式不同，没有统一的操作规范标准，测量结果误差较大，得出数据不准确。而采用麻醉动物再进行体长测量时，会对该实验动物的后续行为实验造成影响，在频繁多次进行麻醉测量后还会对实验动物的生理机能造成影响。因此，设计一种非接触式的活体实验动物体长的装置/方法十分迫切，而构建能获得实验动物活体自然伸展状态下的热像图是获得高精度实验动物体长的重要保证。

发明内容

本发明提供了一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统、使用方法及应用，不仅可以用于获得实验动物活体状态下的热像图，进一步地可以进行热像图的显示；再进一步地可以用于实验动物活体状态下的体长测量，实现非接触式测量。

本发明的技术方案是：一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统，包括箱体6、电子设备，所述箱体6内设有体长测量跑台1，所述电子设备包括红外成像装置2、主控制装置3、显示装置4；其中，红外成像装置2与主控制装置3连接，主控制装置3还与显示装置4连接。

所述箱体6通过隔板分成两个独立腔室，第一腔室内设有体长测量跑台1，第二腔室用于收纳电子设备。

还包括伸缩机构5，以及能打开和盖合箱体的盖板7，伸缩机构5一端与第二腔室中的底座转动连接，伸缩机构5另一端安装电子设备；打开盖板7，将伸缩机构5伸展出第二腔室，通过红外成像装置2对第一腔室内的实验动物活体进行红外成像，获得红外成像图；收缩伸缩机构5，将伸缩机构5及安装在其上的电子设备收纳至第二腔室，盖合盖板7，实现收缩容纳。

所述第一腔室内还设有保护装置10，且保护装置10位于体长测量跑台1远离前进方向的一端。

根据本发明的另一方面，还提供了一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统的使用方法，包括：

S1、将实验动物活体置于体长测量跑台1上；

S2、通过主控制装置对传动装置9中的电机进行驱动，带动体长测量跑台1上的皮带运动；

S3、打开红外成像装置2，用于采集实验动物活体热图像，并将图像传至主控制装置3；主控制装置3驱动显示装置4显示热成像图。

根据本发明的另一方面，还提供了一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统的应用，采用上述中任一项所述的实验动物活体状态下的红外成像监测系统进行实验动物活体状态下红外成像体长测量，测量步骤包括：

Step1、将实验动物活体置于体长测量跑台1上；

Step2、通过主控制装置3对传动装置9中的电机进行驱动，带动体长测量跑台1上的皮带运动；

Step3、保护装置10上安装压力传感器用于采集压力信号；打开红外成像装置2，用于采集实验动物活体红外图像，并将图像传至主控制装置3；

Step4、在一个采集周期内，如果主控制装置3接收到压力信号，则判断当前采集周期内采集数据不合格，则显示装置4提示采集数据不合格；否则，执行Step5；

Step5、主控制装置3接收红外图像，对红外图像进行重影判断，如果不存在重影，则通过主控制装置3中的图像处理模块获得图像对应的体长测量数据。

还包括：

Step6、在一个采集周期内，通过主控制装置3对收集的不存在重影的红外图像数量进行判断：

如果数量大于n，则取随机抽取的n张不存在重影的红外图像对应的体长测量数据平均值作为受测对象的体长测量结果，并通过显示装置4显示；

如果数量等于n，则取n张不存在重影的红外图像对应的体长测量数据平均值作为受测对象的体长测量结果，并通过显示装置4显示；

如果数量小于n，则显示装置4提示采集数量不达标。

本发明的有益效果是：本发明通过设置体长测量跑台并根据不同的实验动物配置适配的转速，以适应实验动物的自然姿态；再进一步地与电子设备配合，实现了实验动物的自动化、精确、无创体长测量的目的，填补了实验动物活体实验参数无接触测量的空缺；再进一步地，本发明中通过多张热像图构建平均数值，可以有效弥补单张数据测量不准确的问题，较比传统方式更进一步突显其便捷性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明主控制装置模块示意图；

图3为本发明红外成像装置的模块示意图；

图4为本发明装置整体原理示意图；

图5为本发明装置的使用流程示意图；

图中：1-体长测量跑台、2-红外成像装置、3-主控制装置、4-显示装置、5-伸缩机构、6箱体、7-盖板、8-蓄能装置、9-传动装置、10-保护装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对发明做进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-5所示，一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统，包括箱体6、电子设备，所述箱体6内设有体长测量跑台1，所述电子设备包括红外成像装置2、主控制装置3、显示装置4；其中，红外成像装置2与主控制装置3连接，主控制装置3还与显示装置4连接。

进一步地，所述箱体6通过隔板分成两个独立腔室，第一腔室内设有体长测量跑台1，第二腔室用于收纳电子设备，所述电子设备包括红外成像装置2、主控制装置3、显示装置4；其中，红外成像装置2与主控制装置3连接，主控制装置3还与显示装置4连接。

进一步地，还包括伸缩机构5，以及能打开和盖合箱体的盖板7，伸缩机构5一端与第二腔室中的底座转动连接，伸缩机构5另一端安装电子设备；打开盖板7，将伸缩机构5伸展出第二腔室，通过红外成像装置2对第一腔室内的实验动物活体进行红外成像，获得红外成像图；收缩伸缩机构5，将伸缩机构5及安装在其上的电子设备收纳至第二腔室，盖合盖板7，实现收缩容纳。使用时，可展开调整到一定的高度然后开始使用，使用完毕后可折叠收纳，通过顶部盖板封闭为一个整体，方便装置的保存运输。

进一步地，所述第一腔室内还设有保护装置10，且保护装置10位于体长测量跑台1远离前进方向的一端。即体长测量跑台1后方设有保护装置10，保护装置10为软质格栅，用于保护实验动物。具体实验过程中，考虑到有些动物自己适应不了跑台的速度，或者调节跑台速度过快，因此通过保护装置与体长测量跑台配合，从而防止实验动物被卷到跑台下面，起一个兜底的作用。

根据本发明的另一方面，提供了一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统的使用方法，包括：

S1、将实验动物活体置于体长测量跑台1上；

S2、通过主控制装置对传动装置9中的电机进行驱动，带动体长测量跑台1上的皮带运动；

S3、打开红外成像装置2，用于采集实验动物活体热图像，并将图像传至主控制装置3；主控制装置3驱动显示装置4显示热成像图。

根据本发明的另一方面，还提供了一种实验动物活体状态下的红外成像监测系统的应用，采用上述中任一项所述的实验动物活体状态下的红外成像监测系统进行实验动物活体状态下红外成像体长测量，测量步骤包括：

Step1、将实验动物活体置于体长测量跑台1上；

Step2、通过主控制装置3对传动装置9中的电机进行驱动，带动体长测量跑台1上的皮带运动；

Step3、保护装置10上安装压力传感器用于采集压力信号；打开红外成像装置2，用于采集实验动物活体红外图像，并将图像传至主控制装置3；

Step4、在一个采集周期内，如果主控制装置3接收到压力信号，则判断当前采集周期内采集数据不合格，则显示装置4提示采集数据不合格；否则，执行Step5；如果实验动物滑至格栅上，则压力传感器采集到压力信号，可以人为将动物重新放置到跑台的前方或者是中央，再次进行实验。

Step5、主控制装置3接收红外图像，对红外图像进行重影判断，如果不存在重影，则通过主控制装置3中的图像处理模块获得图像对应的体长测量数据；如果存在重影，则保存存在重影的红外图像，或者删除。

还包括：

Step6、在一个采集周期内，通过主控制装置3对收集的不存在重影的红外图像数量进行判断：

如果数量大于n，则取随机抽取的n张不存在重影的红外图像对应的体长测量数据平均值作为受测对象的体长测量结果，并通过显示装置4显示；

如果数量等于n，则取n张不存在重影的红外图像对应的体长测量数据平均值作为受测对象的体长测量结果，并通过显示装置4显示；

如果数量小于n，则显示装置4提示采集数量不达标。

通过Step6，可以进一步保证数据准确性；该方式较比在传统实验动物体长测量方法中需不同人员多次测量求均值的方式，其计算速度，数据准确度和便捷性都远超传统测量方法。

进一步地，采用上述的实验动物活体状态下的红外成像监测系统进行实验动物活体状态下红外成像体长测量时，可以在第一腔室内布置标准件，以便于将红外热图像中物体尺寸与其真实尺寸按照热像图中标标准尺寸与标准件尺寸比例进行折算。

再进一步地，结合附图说明如下：

如图2所示，体长测量跑台1由传动装置9提供动力，传动装置9由内部蓄能装置8或外接电源供能。在使用时接通外接电源，经主控制装置3进行电源调节与分配，可同时满足各分系统的用电需求也可同时给内部蓄能装置8充电，以备动物饲养室没有外接电源的状况发生。所述主控制装置3包括转速控制模块，转速控制模块用于控制体长测量跑台1的转速；所述主控制装置还包括存储模块，用于存储采集不同实验对象所需要的转速控制指令，存储热图像及体长测量数据；后续使用时，只需要通过显示装置输入对应转速度控制指令的编号即可，无需每次都进行转速调试。所述主控制装置3还包括数据传输接口和数据编辑模块，方便使用者进行数据传输拷贝和命名等功能。

如图3所示，所述红外成像装置2利用红外线成像的原理，该部分主要由红外光学系统、红外探测器及制冷器，电子信号处理系统和显示系统组成。红外成像技术是一种被动红外夜视技术，利用物体自身各部分对红外热辐射的差异把红外辐射图像转换为可视图像的技术，其原理是：红外线是一种电磁波，也称为热线，红外线辐射是存在于自然界中一种最为广泛的电磁波辐射，其基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则运动，并不断地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大；反之，辐射的能量愈小。温度在绝对零度(-273℃)以上的物体，都会由于自身分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体红外热辐射的功率信号转换为电信号，再由成像装置的放大处理输出信号就可以形成与原物体相对应的模拟扫描物体表面温度的空间分布，形成视频信号传至显示装置，得到与物体表面热分布相应的热像图，利用这一技术研制成的装置称为红外热成像装置或红外热像仪。红外成像系统在医学上主要用于检测机体各部分温度分布差异情况，目前还没有用于生成热像图检测实验动物活体状态参数的案例。利用红外成像装置2检测实验动物体长优势除了可以利用热像图的软件自动分析得出体长数据，只需把实验动物放在体长测量跑台1上，调节运转速度让实验动物随着体长测量跑台1运动保持躯体自然舒展，最显著的优势是可以在微光弱光甚至无光的实验环境下检测动物体长，对于需避光处理的实验动物体长测量十分友好。

结合图4、图5，介绍本发明的主要工作流程如下：准备待测体长实验动物；打开盖板7，将实验动物活体置于体长测量跑台1上，将伸缩机构从第二腔室中伸展出来，调整伸缩机构带动红外成像装置2运动至体长测量跑台1正上方；通过主控制装置中的转速控制模块对传动装置9中的电机进行驱动，带动体长测量跑台1上的皮带运动；通过皮带运动，使实验动物在跑台上运动身体自然舒展；保护装置10上安装压力传感器用于采集压力信号；打开红外成像装置2，用于采集实验动物活体红外图像，并将图像传至主控制装置3；主控制装置3中的图像处理模块对采集的图像进行处理，获得实验动物体长数据和热像图，通过显示装置显示结果；并进一步通过主控制装置的数据编辑模块进行命名和通过存储模块存储，通过数据传输接口进行数据的拷贝；最后关闭电源并收起装置。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。