一种可替代强迫游泳实验的智能吹气式实验装置

1.本发明涉及动物实验装置技术领域，具体涉及一种可替代强迫游泳实验的智能吹气式实验装置。


背景技术：

2.强迫游泳实验必须依赖一个带有水的透明圆筒，研究人员通过观察实验鼠在水中挣扎时长和悬浮不动时长，评价测试鼠的抑郁状态。从理论上讲，患抑郁情绪的小鼠比快乐的小鼠更容易放弃，但始终不能说明小鼠停止游泳是因为它们感到沮丧，还是因为它们已经知道当停止游动时，实验人员会把它们从水箱里捞出来。因此，现有的实验方式“让小动物极端害怕、焦虑、恐惧和抑郁”，却不一定提供真实有效的数据。此外有一些实验鼠因为手术等问题，不能将其放入水中，如脑立体定位注射留针、多通道电生理实验、超微显微成像实验等的老鼠，因头部固定有电极等原件，无法再进行强迫游泳实验，严重制约了现代科学的进展和抗抑郁药物的研发。为降低实验人员劳动强度，提高实验效率，保障实验结果的准确性，扩大实验的应用范围，需要发明一种不依赖于水却能真实反映出实验鼠抑郁状态的替代性实验装置。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种可替代强迫游泳实验的智能吹气式实验装置，目的是降低实验人员劳动强度，提高实验效率，保障实验结果的准确性，扩大实验的应用范围。
4.为达到上述目的，本发明技术方案为：
5.一种可替代强迫游泳实验的智能吹气式实验装置，包括壳体、控制器、人机交互装置，所述的壳体的顶端可拆卸固定连接有端盖，端盖的内顶部中心位置设有热成像摄像机，与热成像摄像机垂直相对的壳体内的中部设有隔板，所述的隔板的外缘与壳体的内表面间隙配合，并可在驱动机构的驱动下旋转一定角度，在隔板上均匀分布有若干贯通上下端面的透气孔，所述的壳体的内底部设有六轴机械手，所述的六轴机械手的爪部固定连接有喷气枪，所述的喷气枪通过软连接管与配置在壳体外的高压气体供给装置连接，所述的控制器与电源电连，并分别通过导线与热成像摄像机、六轴机械手、高压气体供给装置、驱动机构及人机交互装置电连接，在进行替代强迫游泳实验时，所述的热成像摄像机采集老鼠在隔板上的视频信息，控制器根据预设程序记录从实验开始到设定时间段内老鼠停止活动的持续时间，在设定时间段内，控制器始终控制六轴机械手驱动喷气枪从隔板底部经由透气孔向老鼠喷气。
6.优选的，所述的喷气枪包括v形壳体，在v形壳体内装夹有若干与壳体棱线同向的喷气管，其中一个喷气管位于棱线处，并记为角管，其余喷气管位于侧边处，记为边管，所述的角管和边管的喷嘴均朝上，角管的底端通过接头与软连接管的一端连接，所述的软连接管的另一端与预设在壳体壁底部的进气管的内侧端连接，所述的进气管的外侧端与高压气体供给装置连接，所述的角管设有第一电磁阀，角管的底部通过横管与其余的边管底部连
通，在横管的起始端设有第二电磁阀；在通过喷气驱动老鼠移动时，第一电磁阀打开，高压气体经由角管的喷嘴向老鼠腹部喷气；或者第一电磁阀和第二电磁阀均打开，通过喷气枪顶部形成的v形结构包夹老鼠的后端进行驱赶。
7.优选的，所述的壳体构成避光结构，所述的隔板上方的壳体壁的一侧设有进口，所述的进口的底端与隔板上端齐平，所述的进口的外侧端固定连接有老鼠等待仓，所述的等待仓的顶端设有活动门，所述的进口处设有电动升降门，所述的等待仓的侧壁上还安装有照明灯，所述的控制器分别通过导线与电动升降门、照明灯电连接；实验开始之前，打开活动门，将老鼠投放入等待仓内，打开照明灯，并在设定时间后打开电动升降门，老鼠由于壳体内的黑暗吸引而钻过进口并进入到壳体内的隔板上方，此时，关闭电动升降门。
8.优选的，所述的等待仓由若干分隔板分隔成多个相互平行的等待空间，每个等待空间顶部均设有活动门，等待空间的侧壁上均设有照明灯，相邻的等待空间通过第一电动门连接，最边侧的一个等待空间通过进口与壳体内部连接；实验开始前，将实验组的多个老鼠放入不同的等待空间内，最边侧的等待空间内的老鼠进入壳体并进行实验的过程中，打开最边侧等待空间内侧的第一电动门，关闭最边侧的等待空间的照明灯，打开邻近的等待空间的照明灯，将邻近的老鼠诱引到最边侧的等待空间内，并关闭邻近的第一电动门，依次类推，将各个等待空间内的老鼠依次诱引至前一个等待空间内，并逐个进入壳体完成实验。
9.优选的，所述的端盖内表面安装有补光灯，所述的壳体内表面设有漫反射材料涂层；老鼠进入壳体后，控制器接收到热成像摄像机采集的信号，开始计时，并根据老鼠的位置信息驱动六轴机械手动作，六轴机械手通过喷气枪持续驱赶老鼠移动。
10.优选的，所述的壳体还配置有恒温机构，所述的恒温机构包块设于壳体内壁的碳纤维电热板、设于壳体内的温度传感器以及设于壳体外表面的温控仪，所述的温度传感器与温控仪信号连接，所述的温控仪与碳纤维电热板电连接，所述的温控仪与控制器通过导线电连接。
11.优选的，所述的壳体壁且邻近隔板的下方还设有出口，所述的出口外侧端连接有向斜下方倾斜的过渡仓，所述的过渡仓远离壳体的一端渐进收窄并固定连接有溜管，所述的溜管的末端与老鼠盒连通；所述的隔板的相对端分别设有固定轴，所述的固定轴分别与壳体的内壁转动连接，所述的驱动机构为壳体外表面设置的驱动电机，所述的驱动电机的输出轴穿过壳体壁并与其中一个固定轴的端部固定连接，在控制器的控制下，隔板旋转一定角度将滞留在隔板上的老鼠滑入过渡仓内，并经由溜管进入老鼠盒，所述的驱动电机与控制器电连接，所述的出口下缘所在的壳体内表面还设有限位板。
12.优选的，所述的控制器设有试验过程操作模块，所述的实验过程操作模块通过人机交互装置运行，包括温度检测单元、计时单元、视频信息采集单元、存储单元、视频分析单元，通过温度检测单元对实验前壳体内的温度进行检测，并在达到设定温度后开始实验；通过计时单元记录实验开始到老鼠停止活动的第一时间段，并记录老鼠从停止活动到继续活动的第二时间段；通过视频信息采集单元对试验过程中老鼠受到喷气枪驱动的反应动作进行采集、并采集老鼠的运行轨迹及实时位置；通过存储单元存储老鼠位于隔板上不同位置的图像，并存储视频信息采集单元采集的信息；通过视频分析单元分析老鼠位于隔板上的具体位置，并对比不同老鼠在同一设定时间段内停止活动的持续时间，形成多个老鼠的用时列表；所述的第一时间段、第二时间段以及用时列表的信息通过人机交互装置的显示器
进行显示。
13.本发明一种可替代强迫游泳实验的智能吹气式实验装置的有益效果：本发明可代替传统的强迫游泳实验装置，实验过程不再依赖于水，从而有效拓宽了实验装置的适用范围，可针对各种品类的老鼠或者造模中的老鼠进行强迫游泳实验，使实验的研究范围更宽广，拓宽了研究领域；同时，本发明也降低了实验难度，节省了水源，可对老鼠的移动轨迹以及停止活动的持续时间进行准确记录，提高了实验结果的有效性，并减少了实验人员的劳动量。
附图说明
14.图1、本发明的垂向剖视结构示意图；
15.图2、本发明a处的局部结构示意图；
16.图3、本发明b-b向的剖视结构示意图；
17.图4、本发明通过喷气枪驱赶老鼠时的俯视结构图；
18.图5、本发明等待仓的一种实施方式俯视图；
19.1、壳体；2、隔板；3、透气孔；4、固定轴；5、端盖；6、热成像摄像机；7、等待仓；7-1、等待空间；8、老鼠盒；9、溜管；10、进口；11、电动升降门；12、照明灯；13、补光灯；14、六轴机械手；15、高压气体供给装置；16、软连接管；17、支撑台；18、支撑腿；19、出口；20、限位板；21、第二电动门；22、过渡仓；23、角管；24、边管；25、第二电磁阀；26、爪部；27、驱动电机；28、老鼠；29、第一电动门。
具体实施方式
20.以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
21.本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在最开始的实施例中，本发明一种可替代强迫游泳实验的智能吹气式实验装置，包括壳体1、控制器(图中未画出)、人机交互装置(图中未画出)，所述的壳体1的顶端可拆卸固定连接有端盖5，端盖5的内顶部中心位置设有热成像摄像机6，与热成像摄像机6垂直相对的壳体1内的中部设有隔板2，所述的隔板2的外缘与壳体1的内表面间隙配合，并可在驱动机构的驱动下旋转一定角度，在隔板2上均匀分布有若干贯通上下端面的透气孔3，所述的壳体1的内底部设有六轴机械手14，所述的六轴机械手14的爪部26固定连接有喷气枪，所述的喷气枪通过软连接管16与配置在壳体1外的高压气体供给装置15连接，所述的控制器与电源电连，并分别通过导线与热成像摄像机6、六轴机械手14、高压气体供给装置15、驱动机构及人机交互装置电连接，在进行替代强迫游泳实验时，所述的热成像摄像机采集老鼠在隔板上的视频信息，控制器根据预设程序记录从实验开始到设定时间段内老鼠停止活动的持续时间，在设定时间段内，控制器始终控制六轴机械手驱动喷气枪从隔板底部经由透
气孔向老鼠喷气。举例来说，老鼠a在300s内停止活动的时间持续了120s，而老鼠b在300s内停止活动的时间持续了70s，则可以判断老鼠a的抑郁更严重。再比如，老鼠灌胃c药后，在吹风不舒适的状态下300秒内不动时间为100秒，老鼠灌胃d药后，在吹风不舒适的状态下300秒内不动时间为70秒，则说明d药抗抑郁效果更佳。
23.在进一步的实施例中，如图2、4所示，所述的喷气枪包括v形壳体，在v形壳体内装夹有若干与壳体棱线同向的喷气管，其中一个喷气管位于棱线处，并记为角管23，其余喷气管位于侧边处，记为边管24，所述的角管23和边管24的喷嘴均朝上，角管23的底端通过接头与软连接管16的一端连接，所述的软连接管16的另一端与预设在壳体壁底部的进气管的内侧端连接，所述的进气管的外侧端与高压气体供给装置15连接，所述的角管23设有第一电磁阀，角管的底部通过横管与其余的边管底部连通，在横管的起始端设有第二电磁阀25；在通过喷气驱动老鼠移动时，第一电磁阀打开，高压气体经由角管的喷嘴向老鼠腹部喷气；或者如图4所示，第一电磁阀和第二电磁阀25均打开，通过喷气枪顶部形成的v形结构包夹老鼠的后端进行驱赶。
24.在进一步的实施例中，如图1所示，所述的壳体1构成避光结构，所述的隔板2上方的壳体壁的一侧设有进口10，所述的进口10的底端与隔板2上端齐平，所述的进口10的外侧端固定连接有老鼠等待仓7，所述的等待仓7的顶端设有活动门9，所述的进口处设有电动升降门11，所述的等待仓7的侧壁上还安装有照明灯12，所述的控制器分别通过导线与电动升降门11、照明灯12电连接；实验开始之前，打开活动门，将老鼠投放入等待仓内，打开照明灯，并在设定时间后打开电动升降门，老鼠由于壳体内的黑暗吸引而钻过进口并进入到壳体1内的隔板2上方，此时，关闭电动升降门11。
25.在进一步的实施例中，如图1、5所示，所述的等待仓7由若干分隔板分隔成多个相互平行的等待空间7-1，每个等待空间7-1顶部均设有活动门，等待空间7-1的侧壁上均设有照明灯12，相邻的等待空间7-1通过第一电动门29连接，最边侧的一个等待空间7通过进口10与壳体1内部连接；实验开始前，将实验组的多个老鼠放入不同的等待空间7-1内，最边侧的等待空间7-1内的老鼠进入壳体1并进行实验的过程中，打开最边侧等待空间7-1内侧的第一电动门29，关闭最边侧的等待空间的照明灯12，打开邻近的等待空间的照明灯12，将邻近的老鼠诱引到最边侧的等待空间7-1内，并关闭邻近的第一电动门29，依次类推，将各个等待空间7-1内的老鼠依次诱引至前一个等待空间7-1内，并逐个进入壳体1完成实验。本实施例中，可通过人工操作的方式逐个诱引老鼠至前一个等待空间，也可以在每个等待空间内设置视觉传感器，通过控制器的控制逐个诱引老鼠至指定的等待空间内。
26.在进一步的实施例中，如图1、4所示，所述的端盖5内表面安装有补光灯13，所述的壳体1内表面设有漫反射材料涂层(图中未画出)；老鼠进入壳体后，控制器接收到热成像摄像机采集6的信号(可以根据需要打开补光灯或者不打开补光灯)，开始计时，并根据老鼠的位置信息驱动六轴机械手14动作，六轴机械手14通过喷气枪持续驱赶老鼠28移动。
27.在进一步的实施例中，如图1所示，所述的壳体还配置有恒温机构(图中未画出)，所述的恒温机构包块设于壳体1内壁的碳纤维电热板、设于壳体内的温度传感器以及设于壳体外表面的温控仪，所述的温度传感器与温控仪信号连接，所述的温控仪与碳纤维电热板电连接，所述的温控仪与控制器通过导线电连接。恒温机构为常用技术，未述及内容以现有技术的方案解决。
28.在进一步的实施例中，如图1、3所示，所述的壳体壁且邻近隔板2的下方还设有出口19，所述的出口19外侧端连接有向斜下方倾斜的过渡仓22，所述的过渡仓22远离壳体1的一端渐进收窄并固定连接有溜管9，所述的溜管9的末端与老鼠盒8连通；所述的隔板2的相对端分别设有固定轴4，所述的固定轴4分别与壳体1的内壁转动连接，所述的驱动机构为壳体1外表面设置的驱动电机27，所述的驱动电机27的输出轴穿过壳体壁并与其中一个固定轴4的端部固定连接，在控制器的控制下，隔板2旋转一定角度将滞留在隔板上的老鼠滑入过渡仓22内，并经由溜管9进入老鼠盒8，所述的驱动电机27与控制器电连接，所述的出口下缘所在的壳体1内表面还设有限位板20，限位板的作用一方面是限制隔板转动的最大角度，另一方面防止老鼠在隔板转动时从隔板端部与壳体内壁之间的空隙漏下去或者卡住。
29.在进一步的实施例中，所述的控制器设有试验过程操作模块(图中未画出)，所述的实验过程操作模块通过人机交互装置运行，包括温度检测单元、计时单元、视频信息采集单元、存储单元、视频分析单元，通过温度检测单元对实验前壳体内的温度进行检测，并在达到设定温度后开始实验；通过计时单元记录实验开始到老鼠停止活动的第一时间段，并记录老鼠从停止活动到继续活动的第二时间段；通过视频信息采集单元对试验过程中老鼠受到喷气枪驱动的反应动作进行采集、并采集老鼠的运行轨迹及实时位置；通过存储单元存储老鼠位于隔板上不同位置的图像，并存储视频信息采集单元采集的信息；通过视频分析单元分析老鼠位于隔板上的具体位置，并对比不同老鼠在同一设定时间段内停止活动的持续时间，形成多个老鼠的用时列表；所述的第一时间段、第二时间段以及用时列表的信息通过人机交互装置的显示器进行显示。关于老鼠的抑郁状态的判断，可通过用时列表直观的看出来，如上所述，停止活动的持续时间长的老鼠抑郁状态更严重，反之更轻。