一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置和方法制造方法及图纸

一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置和方法，属于生物测量技术领域。装置包括：平台、固定槽、线槽、三轴微调滑台、红外传感器、信号放大器、数据采集设备、计算机、分析软件。固定槽置于平台上，用于固定鱼；线槽和三轴微调滑台安装于平台上，用于固定和操控红外传感器；红外传感器、信号放大器和数据采集设备用于探测和记录心率信号；计算机和分析软件用于储存数据和数据分析。方法为：先用红外发射器照射鱼腹面的心脏或血管部位，再用红外光电探测器接收反射回的红外信号，最后用相关仪器将红外光电探测器接收的信号转化为心率信号。无须侵入鱼体，不会对鱼造成损伤，无须要求鱼体具备高透光性，适用性广。适用性广。适用性广。

【技术实现步骤摘要】
一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置和方法


[0001]本专利技术属于生物测量
，具体是涉及一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置和方法。

技术介绍

[0002]水产养殖是粮食生产的重要组成部分，提供优质的蛋白质和营养，而鱼类在水产养殖中占据重要地位，对鱼类的生物学研究为养殖生产实践提供理论依据和指导，有助于提高养殖产量。在众多生物学特征中，心率是一种重要的生理指标，鱼类的心率与其代谢状态相关，并且不同环境因子的变化(高温、缺氧、酸化等)，会引起其心率的改变，因此可通过测量鱼类的心率来评估其生理状态，为鱼类的养殖生产提供理论依据和指导，也可丰富鱼类的基础生物学研究，研制适宜的心率测量装置和方法可促进鱼类的心率研究。
[0003]鱼类心率的测量方法中，若按测量原理基本分成四类：心电图法(Electrocardiogram，ECG)、光电容积脉搏波描记法(Photoplethysmography，PPG)、视频像素变化法和超声波法，其中超声波法和视频像素变化法对测量环境和测量条件要求较高，因此应用场景有限，所以目前应用得最为广泛的是ECG和PPG，ECG的原理是记录心脏跳动产生的电流，PPG的原理是利用光电检测器在活体组织中检测血液容积变化。若按测量方式可分成两类，即侵入式和非侵入式，侵入式的测量方式需要将测量电极插入到鱼的心包外膜附近，或者将测量装置植入心脏附近的位置，对鱼造成一定的损伤，而非侵入式的测量方式几乎不会对鱼造成损伤。目前很多研究都采用非侵入式ECG的方法监测鱼的心率，但是该方法也有一定的缺点，例如：心电的信号较小、容易受到肌电信号的影响、设备配件多、生物电放大器的价格较昂贵等；而非侵入式PPG的方法可获得很强的信号，并且配件少，红外放大器的价格便宜很多，采用该方法可同时进行大批量测量，提高通量，以应用于鱼类心率的遗传学研究。
[0004]非侵入式PPG的测量方法按照光源和光电探测器的相对位置又可分成两类，即透射型和反射型。透射型指的是光源位于光电探测器的对面，光源发出的光透射过生物体后被光电探测器接收；反射型指的是光源和光电探测器位于同一侧，光源发出的光经生物体反射后被光电探测器接收。透射型PPG对被测生物体的要求较高，要求被测生物体具高透光性，因此透射型PPG常应用于规格较小的生物；而反射型PPG则无须要求被测生物具高透光性，所以反射型PPG应用较广，也更为便捷，生活中常用的智能手表或智能手环所具备的心率测量功能的原理大多数为反射型PPG。
[0005]鱼类心率的研究中，非侵入式PPG的应用相对较少，采用透射型非侵入式PPG进行心率测量，当实验鱼的规格较小时，能够获得较好的心率信号，但当实验鱼的规格较大时，其心率信号的质量较差。并且由于透射型非侵入式PPG装置的光源和光电探测器必须分开，无法集成为一个探头，所以在便捷性和稳定性上仍有所欠缺。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置和方法，能够在不侵入鱼体的前提下高效、稳定地测量鱼类心率。
[0007]为了实现所述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置，包括：平台、固定槽、线槽、三轴微调滑台、红外传感器、信号放大器、数据采集设备、计算机；所述固定槽置于平台上；红外传感器通过线槽固定于三轴微调滑台；三轴微调滑台安装于平台上；红外传感器、信号放大器、数据采集设备、计算机依次连接；计算机内装有分析软件，分析软件用于对来自信号放大器的电信号进行可视化和进一步的数据分析；所述平台用于放置固定槽和安装三轴微调滑台；固定槽用于固定被测鱼；线槽用于包藏红外传感器的连接线部分；三轴微调滑台用于操控红外传感器；红外传感器用于发射红外光和探测红外光的强度变化；信号放大器用于放大来自红外传感器的电信号；数据采集设备用于记录和分析来自信号放大器的电信号；计算机用于储存数据和运行分析软件。
[0009]优选的，所述固定槽用海绵包被，海绵可吸水，用于保护和保湿鱼体；固定槽的大小可调，以适用于不同规格的鱼。
[0010]优选的，所述线槽采用耐腐蚀的硬材质，不易被腐蚀，能够包藏红外传感器的连接线，使红外传感器的连接线部分硬质化以易于精细操作。
[0011]优选的，所述红外传感器包括红外发射器和红外光电探测器，可发射红外光和探测红外光的强度变化，并将光信号转化成电信号，以检测血液容积变化。
[0012]优选的，所述三轴微调滑台可进行水平方向操控和垂直方向操控，操控的最小距离单位为微米，通过三轴微调滑台的操控，可将红外传感器的红外发射器和红外光电探测器精准对准鱼的心脏或血管位置。
[0013]一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量方法，具体步骤如下：
[0014]1)将被测鱼用含麻醉剂的水体进行麻醉，麻醉至鳃盖缓慢开合，在该麻醉状态下对鱼进行操作时，对鱼的影响较小；
[0015]2)将麻醉后的被测鱼固定，以方便进一步操作；
[0016]3)用红外发射器照射鱼腹面的心脏或血管部位，再利用红外光电探测器接收鱼腹面的心脏或血管反射回的红外信号，以检测被测鱼腹面的心脏和血管的血液容积变化；
[0017]4)用相关仪器将红外光电探测器接收的信号转化为心率信号。
[0018]通过所述技术方案，本专利技术提供的装置和方法可通过探测经鱼类心脏和血管反射回的红外信号，从而达到用反射型非侵入式PPG测量鱼类心率目的。
[0019]本专利技术提供一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置和方法，与现有的鱼类心率测量技术相比，本专利技术至少有以下优点和技术效果：
[0020]1)本专利技术测量心率时，无需侵入鱼体，不会对鱼造成损伤。
[0021]2)本专利技术使用反射型PPG的方法，无需要求鱼体具备高透光性，因此适用性广。相比CCD采集信号测量鱼心率等方法，本专利技术可以用红外发射器照射鱼腹面的心脏或血管部位，再利用红外光电探测器接收鱼腹面的心脏或血管反射回的红外信号，准确性和稳定性更高。
[0022]3)本专利技术可准确测量相同状态下鱼类的心率，通过差异对比等，可用于评估鱼类
生理状态，为鱼类的养殖生产提供理论依据和指导；给鱼类心率研究领域带来极大的便利，亦可促进水产养殖研究领域的发展。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置的结构示意图；
[0024]图2为大黄鱼腹面心脏部位的心率信号图；
[0025]图3为大黄鱼腹面血管部位的心率信号图。
[0026]图标：1
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平台；2
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固定槽；3
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线槽；4
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三轴微调滑台；5
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红外传感器；6
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信号放大器；7
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数据采集分析设备；8
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计算机；9
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分析软件；10
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被测鱼。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置，其特征在于包括：平台、固定槽、线槽、三轴微调滑台、红外传感器、信号放大器、数据采集设备、计算机；所述固定槽置于平台上；红外传感器通过线槽固定于三轴微调滑台；三轴微调滑台安装于平台上；红外传感器、信号放大器、数据采集设备、计算机依次连接；计算机内装有分析软件，分析软件用于对来自信号放大器的电信号进行可视化和进一步的数据分析；所述平台用于放置固定槽和安装三轴微调滑台；固定槽用于固定被测鱼；线槽用于包藏红外传感器的连接线部分；三轴微调滑台用于操控红外传感器；红外传感器用于发射红外光和探测红外光的强度变化；信号放大器用于放大来自红外传感器的电信号；数据采集设备用于记录和分析来自信号放大器的电信号；计算机用于储存数据和运行分析软件。2.根据权利要求1所述的一种反射型非侵入式PPG的鱼类心率测量装置，其特征在于：所述固定槽用海绵包被，固定槽的大小可调。3.根据权利要求1所述的一种反射型...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，邓雅程，柯巧珍，王家迎，曾俊嘉，濮菲，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：