[發明專利]活體自發活動度定量檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201310337747.1
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103356175A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 李登旺;劉雪停;尹勇;李洪升;國恒;付成瑞
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

1.一種活體自發活動度定量檢測裝置，其特征是，包括上下兩層的箱體結構，所述上層為傳感器層，傳感器層包括由16×8的矩陣排列的紅外對管，相鄰紅外對管間間距為3cm，紅外對管的紅外線發射管與接收管并列一起，紅外對管的上部設有透明板；所述下層為控制板層，控制板層包括電連接的掃描電路和控制電路，掃描電路包括18片CD4051，控制電路主要由ATMEGA16處理器芯片組成，紅外對管與掃面電路通過傳輸線連接；所述控制電路與箱體結構外部的顯示模塊相連。

2.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述ATMEGA16通過m1-m4四個接口與掃描電路中CD4051U17、U18的A、B、C、INH接口相連，CD4051U17、U18選通掃描電路中另外16片CD4051U1-U16，選中CD4051U1-U16中的某一片，即選中對應16×8的矩陣排列的紅外對管中的某一列；而選中的每一列上又有8個紅外對管，CD4051U1-U16的A、B、C三個二進制控制輸入端和ATMEGA16相連，選通已選中列上8個紅外對管的某一個。

3.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述顯示模塊為液晶顯示器。

4.一種利用權利要求1所述裝置的檢測方法，其特征是，步驟如下：

（1）自檢；

（2）自動掃描得到小鼠覆蓋點；

（3）多級濾波得到小鼠所在位置精確中心點；

(4)獲取自發活動信息，包括小鼠運動軌跡，瞬時活動強度、平均運動速度和總路程。

5.如權利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟（1）中的自檢為，設備上電后在無活體覆蓋時自動循環檢測，逐個掃描傳感器層16×8矩陣列的每個紅外對管，正常情況下每個紅外對管都輸出高電壓，若檢測到輸出低電壓，則表示此紅外對管異常，系統自動記錄下壞點坐標，通過設置在箱體外的液晶顯示屏上顯示出來。

6.如權利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟（2）中自動掃描得到小鼠覆蓋點具體方法為：自檢完畢后，將被測小鼠置于箱體傳感器層，傳感器層與控制板層通過傳輸線連接起來，控制板層用來控制數據的讀入和分析計算，ATMEGA16通過m1-m4四個接口與掃描電路中CD4051U17、U18的A、B、C、INH接口相連，CD4051U17、U18選通掃描電路中另外16片CD4051U1-U16。選中CD4051U1-U16中的某一片，即選中對應16×8的矩陣排列的紅外對管中的某一列；而選中的每一列上又有8個紅外對管，CD4051U1-U16的A、B、C三個二進制控制輸入端和ATMEGA16相連，選通已選中列上8個紅外對管的某一個。此時，實現對16×8紅外對管陣列逐一掃描；定時器中斷時間到后開始掃描16×8矩陣列的每個紅外對管，被小鼠覆蓋的紅外對管，接收管接收到經小鼠反射的發射管發出的紅外線，此紅外對管則由原來的高電壓變為低電壓，而無覆蓋的將繼續輸出高電壓；CPU檢測記錄低電壓坐標，即得到小鼠覆蓋點坐標。

7.如權利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟（3）中多級濾波得到小鼠所在精確中心點位置的具體方法是：擁有小鼠覆蓋點坐標后，需要計算出小鼠中心，而自檢過程中檢測到的壞點就對中心的計算有干擾作用，此時執行第一級濾波算法，當設備開始掃描小鼠坐標的時候若是檢測到的坐標值等于壞點坐標值，則舍棄該點的坐標，避免壞點對測量小鼠中心位置與路徑值造成影響；同時考慮到實際小鼠大小，小鼠覆蓋矩陣點不會超過某一有限值，若設備檢測到8個以上矩陣點輸出低電壓，說明檢測錯誤，此時在箱體外液晶顯示屏上輸出“ERROR”；

第二級濾波為限幅濾波，每秒50次采樣，在取樣間隔時間Δt內，小白鼠最大移動的距離有一個極限值a，若t₁時間小白鼠的坐標為（x₁,y₁）,t₁+Δt時間小白鼠的坐標為（x₂,y₂）,若則舍棄本次取樣結果，此處采用限幅濾波能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾；多級濾波排除各項干擾后，通過算法確定小鼠精確中心點。

8.如權利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟（4）中獲取自發活動信息的具體方法為：由步驟（3）中得到的小鼠精確中心點，以直角坐標（x，y）的形式給出，設兩次相鄰采樣的時間內，小鼠由A（x1，y1）運動到B（x2，y2），通過x和y方向上的變化求得采樣時間間隔內的位移ΔS，表示為

ΔS=Δx2+Δy2]]>

設T為采樣時間，T_c為采樣周期，則運動總路程S表示為

S=Σi=1MΔS,]]>其中M=T/T_c；

M為測定時間內的采樣總數，采樣周期T_c為20ms，測定時間設為30min、45min或2h，并通過設置求出采樣時間內任意時間段內的運動參數；

小鼠在單位時間t內的活動強度以t時間內的平均速度V來測定，設t時間內的位移為S_t，則

V=S_t/t，St=Σi=1NΔs]]>其中，N=t/T_c；

其中N為單位時間內采樣次數；

單位時間內小鼠的位移來評定小鼠的瞬時活動強度；

在整個檢測過程中，不斷掃描更新得到的（x，y）數據組，在直角坐標系中將小鼠的位置還原出來，得到一個離散點的集合，對于這些離散的點，通過多級濾波算法，排除干擾點，最終合成出活體的運動軌跡，并且用坐標數組（X,Y）來描述，這樣就能夠在顯示模塊中輸出小鼠的運動軌跡。