本发明专利技术公开了一种基于红外热像跟踪的无偏性动物行为测定实验系统，由硬件装置和红外热像跟踪测定系统两部分组成，硬件装置包括箱体、置于箱体内的动物活动盒以及与箱体连通的新风系统；测定系统由系统硬件和测定软件组成，系统硬件包括红外热像成像仪、红外热像视频采集卡和计算机，红外热像成像仪通过数据线连接计算机并置于箱体顶部，红外热像视频采集卡和测定软件安装在计算机上，测定软件包括以下模块：红外热像视频采集、参数设置、动物轨迹计算、特征数据计算、结果格式化显示和保存。该实验系统鼠类行为数据的采集在低噪声、暗环境条件下进行，不会干扰鼠类的正常活动；结合红外热像跟踪测定系统，可以测定多种参数，使结果分析更全面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动物行为测定实验系统，具体涉及一种基于红外热像视频跟踪的无偏性鼠类行为测定实验系统。
技术介绍
药物成瘾是一种慢性复发性疾病，表现为强迫性的用药 行为、强烈的药物渴求及复发。而药物的奖赏效应是诱发精神依赖、导致强迫性觅药行为和复吸的最主要原因之一。为从不同角度模拟人的觅药行为，反应药物的正性强化效应，目前已有多种评价药物依赖的动物行为药理学模型，目前各实验室使用最广泛的是条件性位置偏爱(conditioned place preference，简称CPP)实验以及运动活性(locomotor activity, LA)测定。因此，能对鼠类自动进行行为测定的实验系统的建立，对药物依赖研究具有极其重要的辅助作用。CPP实验装置可分为有偏性设计和无偏性设计，目前大多采用有偏性设计方法，但有偏性设计存在一些不足之处。首先，在决定哪一侧环境是伴药环境时，选择已测中的偏爱侧为伴药环境会混淆条件性与非条件性偏爱，并且天花板效应可能会削弱CPP效应，不利于实验模型的建立；而将药物与已测中的非偏爱侧环境相匹配，是以动物对该侧环境厌恶的减弱来衡量药物奖赏效应的强弱。有偏性设计的不足之处还在于可能产生假阳性结果， 药物的抗焦虑成分会减弱对原本非偏爱的厌恶，而不是药物的奖赏作用引发了动物的偏爱，此外，厌恶的减弱与奖赏性刺激引发的偏爱是否具有相同的神经机制也没有一致意见。 而采用无偏性设计可以避免出现这些误差。其次，目前国内外应用的行为测定实验系统普遍采用光电管自动计数装置，存在实验获取的信息指标单一、实验过程中不能观察动物如鼠类活动状况等缺陷。有些虽然采用视频图像分析追踪动物如鼠类的运动轨迹进行特征数据计算，但是动物如鼠类活动留下的尿液对动物行为测定有很大的干扰，以致不能全程准确跟踪动物如鼠类不同行为状态时的位置，分析结果存在一定的误差；并且一般的视频跟踪必须要在一定照度下才能识别，这样就无法避免灯光因素对动物如鼠类活动的影响。再者，目前CPP实验装置对实验动物如鼠的毛色有特别要求，由于视频识别等因素只能选择白色种系的动物进行实验，实验系统存在一定的局限性和片面性。在实现了视频跟踪动物行为并进行自动识别与测定分析结果之后，追求高准确性、高自动化、高计算效率、而又能满足动物如鼠类生物实验环境特殊要求的动物如鼠类行为测定系统，一直是当前各实验室研究动物模型的重点。例如，如何消除鼠类活动留下的尿液对行为分析的影响，如何准确跟踪鼠类不同行为状态时的位置，如何保持实验环境的低噪声与暗环境等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于红外热像跟踪的无偏性动物行为测定实验系统，采用硬件装置和软件两部分相结合，可在低噪声、暗环境条件下进行条件性位置偏爱实验，该实验系统的实验周期可控，即使有尿液等干扰也可准确获取多项动物如鼠类特征数据，并全程监控动物如鼠类行动轨迹。一种基于红外热像跟踪的无偏性动物行为测定实验系统，由硬件装置和测定系统两部分组成，所述的硬件装置包括箱体、置于箱体内的动物活动盒以及与箱体连通的新风系统；所述的测定系统为红外热像跟踪测定系统，由系统硬件和测定软件组成，系统硬件包括红外热像成像仪、红外热像视频采集卡和计算机，红外热像成像仪通过数据线连接计算机并置于箱体顶部，红外热像视频采集卡和测定软件安装在计算机上，测定软件包括以下模块红外热像视频采集、参数设置、动物轨迹计算、特征数据计算、结果格式化显示和保存。所述的动物可选用实验常用动物，对动物的颜色没有限制，优选鼠类动物，如大鼠、小鼠等。所述的动物活动盒由若干个穿梭盒组成，每一个穿梭盒中间设有一活动的隔板， 该隔板训练阶段为封闭型隔板，测试阶段为通道型隔板，将穿梭盒分隔为第一盒子和第二盒子，第一盒子和第二盒子的四周均为黑色，底面粗糙。其中第一盒子标记为伴药盒，第二盒子标记为对照盒。所述的穿梭盒可选用聚氯乙烯(PVC)材料来制备。 所述的动物活动盒置于红外热像成像仪的图像采集范围内即可，优选位于红外热像成像仪的正下方，便于采集动物活动盒内各动物的红外运动热像图。所述的箱体优选隔音箱体，可采用1 4mm厚的隔音板来制备隔音箱体，比如一种由深圳华蝶隔音材料有限公司生产的型号为eplOO的高分子高效隔音板材，其具有高效隔音性能，耐水、耐老化、耐候、抗臭氧，防火级为难燃2级。所述的新风系统可选用本领域通用的现有产品，优选背景噪音可控制在30分贝 (dB)以下的新风系统，以便为动物提供正常的活动环境，免受噪音的干扰。所述的红外热像成像仪可选用通用的现有产品，如主动红外热像成像仪或被动红外热像成像仪。主动热像成像仪需要主动发射红外射线的发射机，与其相比，被动热像成像仪靠探测生命体(如鼠类)发射的 ο μ m左右的红外线而进行工作，主要优点是自身不主动发出任何类型的红外线，从而减少了对受试动物的影响；另一方面，黑暗环境与光亮环境中都可有效成像，对实验环境的光照条件没任何要求，因此，优选被动红外成像的热像视频摄像仪。可采用专门部门购置的符合规定的标准化器件，例如美国FLIR公司的 Photon-320。所述的红外热像视频采集卡、计算机和数据线均可采用直接购置的标准化器件。所述的红外热像跟踪测定系统的测定软件为面向动物如鼠类的行为学红外热像视频自动测定软件，适用于专门实验箱的动物如鼠类行为红外热像视频的测定。动物行为测定实验阶段采集的动物红外运动热像图可采用红外热像跟踪测定系统来测定受试动物的位置偏爱、运动活性和探索行为等指标，这些指标可通过受试动物的特征数据来表现。所述的红外热像跟踪测定系统进行动物行为测定的步骤如下(I)安装红外热像跟踪测定系统的系统硬件；(II)安装红外热像跟踪测定系统的测定软件；(III)启动红外热像跟踪测定系统的运行程序，对红外热像跟踪测定系统的系统硬件进行初始化；包括红外热像成像仪、红外热像视频采集卡和计算机的初始化；红外热像成像仪的初始化为设定红外热像跟踪测定系统的视频测定视场，设定红外热像跟踪测定系统的采样周期； 所述红外热像跟踪测定系统的视频测定视场为若干个穿梭盒所在的区域；(IV)红外热像成像仪根据设定的采样周期采集视频测定视场内的红外热像图像并记录相对应的采集时间，红外热像成像仪将采集到的红外热像图像数据输入到红外热像视频采集卡；(V)红外热像视频采集卡对红外热像图像数据进行模数转换，变成数字红外热像图像数据，并将数字红外热像图像数据传输到计算机；(VI)测定软件对每一帧数字红外热像图像计算后得到动物位置的轨迹点，根据动物位置的轨迹点生成动物的行为轨迹集合。步骤(VI)中，所述的测定软件对每一帧数字红外热像图像计算的算法包括以下步骤a.选择跟踪区域；b.根据设定的图像二值化阈值(一般为0-255中任意值)将跟踪区域内的数字红外热像图像二值化，并用形态学开操作算子进行去噪滤波；c.采用连通分量的序贯标记算法对二值化后的数字红外热像图像进行前景连通分量的标记；d.找出最大前景连通分量，并计算其重心，该重心即为动物位置的轨迹点。根据每一帧数字红外热像图像计算获得的动物位置的轨迹点，可形成动物的活动轨迹集合如动物的行为轨迹图。在活动轨迹集合的基础上，可采用现有技术简单计算获得很多动物的活动特征数据，例如穿梭次数、逗留时间、徘徊路程等，从而达到对动物行为本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于红外热像跟踪的无偏性动物行为测定实验系统，由硬件装置和测定系统两部分组成，其特征在于，所述的硬件装置包括箱体（１）、置于箱体（１）内的动物活动盒（２）以及与箱体（１）连通的新风系统（３）；所述的测定系统为红外热像跟踪测定系统，由系统硬件和测定软件组成，系统硬件包括红外热像成像仪（４）、红外热像视频采集卡和计算机（５），红外热像成像仪（４）通过数据线连接计算机（５）并置于箱体（１）顶部，红外热像视频采集卡和测定软件安装在计算机（５）上，测定软件包括以下模块：红外热像视频采集、参数设置、动物轨迹计算、特征数据计算、结果格式化显示和保存；所述的动物活动盒（２）由若干个穿梭盒（６）组成；所述的穿梭盒（６）中间设有一活动的隔板，将穿梭盒（６）分隔为第一盒子（７）和第二盒子（８），第一盒子（７）和第二盒子（８）的四周和底面均为黑色，底面粗糙；所述的红外热像跟踪测定系统进行动物行为测定的步骤如下：（Ｉ）安装红外热像跟踪测定系统的系统硬件；（ＩＩ）安装红外热像跟踪测定系统的测定软件；（ＩＩＩ）启动红外热像跟踪测定系统的运行程序，对红外热像跟踪测定系统的系统硬件进行初始化；包括红外热像成像仪（４）、红外热像视频采集卡和计算机（５）的初始化；红外热像成像仪（４）的初始化为设定红外热像跟踪测定系统的视频测定视场，设定红外热像跟踪测定系统的采样周期；（ＩＶ）红外热像成像仪（４）根据设定的采样周期采集视频测定视场内的红外热像图像并记录相对应的采集时间，红外热像成像仪（４）将采集到的红外热像图像数据输入到红外热像视频采集卡；（Ｖ）红外热像视频采集卡对红外热像图像数据进行模数转换，变成数字红外热像图像数据，并将数字红外热像图像数据传输到计算机（５）；（ＶＩ）测定软件对每一帧数字红外热像图像计算后得到动物位置的轨迹点，根据动物位置的轨迹点生成动物的行为轨迹集合。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘纲，朱永平，孙霖，许洁琼，钱玲玲，张乐，徐艳兰，沈亚君，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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