[發明專利]基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統和方法

在審

• 申請號: 202010724343.8
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111832531A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李思迪;盛益華;曾星銚;張建職;趙康;羅華倫
• 申請（專利權）人: 安徽正華生物儀器設備有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;A01K29/00
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 韓立峰

1.基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統，其特征在于，包括實驗模塊、數據采集模塊、視頻分析模塊、發送模塊、顯示模塊、生成打印模塊、數據庫、計時模塊以及服務器；

所述實驗模塊用于嚙齒動物的社交實驗，實驗裝置具體為三箱裝置或曠場反應箱，所述三箱裝置包括左側箱室、中間箱室和右側箱室，所述中間箱室內部放置有實驗小鼠，所述左側箱室內部放置有底部直徑為4cm的空鐵絲杯，且空鐵絲杯中放置有實驗小鼠的新穎小鼠，所述右側箱室內部放置有底部直徑為4cm的空鐵絲杯，且空鐵絲杯中放置有實驗小鼠的新穎物體；

所述數據采集模塊用于采集社交實驗數據，并將采集到的社交實驗數據發送至服務器和視頻分析模塊，數據采集模塊具體為拍攝相機；所述視頻分析模塊用于社交實驗數據的視頻分析，具體視頻分析過程如下：

S1：以實驗小鼠為例，獲取拍攝相機的分辨率X*Y，得知每幀照片大小，獲取照片的數量i，i＝1、……、n，以拍攝相機的分辨率建立二維坐標系，其中X數值為Y軸、Y數值為X軸，并以像素點為單位；

S2：以實驗小鼠的鼻尖、左眼、右眼、左耳、右耳、頭部中心、軀干中心、尾根、左前肢、右前肢、左后肢和右后肢建立12個身體關鍵點，身體關鍵點對應標記為j，j＝1、……、12；

S3：當實驗模塊具體為三箱裝置時；

S31：獲取每幀照片中實驗小鼠各個身體關鍵點所對應的X、Y軸的坐標值，坐標值標記為(Xji，Yji)；

S32：以實驗小鼠的鼻尖-尾根、鼻尖-眼睛、鼻尖-耳朵建立骨架；

S33：以實驗小鼠的鼻尖為原點建立二維坐標系，獲取鼻尖-尾根向量、鼻尖-眼睛向量、鼻尖-耳朵向量與X軸正方向所成的夾角，即骨架方向角，若鼻尖-尾根向量與X正方向重合則骨架方向角為0°，骨架方向角順時針旋轉角度不斷增加，骨架方向角逆時針旋轉角度不斷減小；

S34：像素點與cm進行換算，1cm等于A個像素點，其中A等于三箱裝置實際長對應的像素點/三箱裝置實際邊長；

S35：三箱裝置長的像素點值范圍為：X1到X2，且X2＞X1；三箱裝置寬的像素點值范圍為：Y1到Y2，且Y2＞Y1：

S36：左側箱室長的像素點值范圍為：X1到X1+(X2-X1)÷3；

右側箱室長的像素點值范圍為：X2-(X2-X1)÷3到X2；

中間箱室長的像素點值范圍為：X1+(X2-X1)÷3到X2-(X2-X1)÷3；

S37：實驗小鼠在左側箱室所待總時長：實驗小鼠軀干中心像素點X軸數值大于X1且小于X1+(X2-X1)÷3的總時長；

實驗小鼠在右側箱室所待總時長：實驗小鼠軀干中心像素點X軸數值大于X2-(X2-X1)÷3且小于X2的總時長；

實驗小鼠在中間箱室所待總時長：實驗小鼠軀干中心像素點X軸數值大于X1+(X2-X1)÷3且小于X2-(X2-X1)÷3的總時長；

S38：實驗小鼠探索新穎小鼠：以左側箱室放置新穎小鼠的空鐵絲杯的中心點為原點，以該原點3×A個像素點為半徑的長度劃圓，若小鼠鼻尖在此圓范圍內則算為實驗小鼠探索新穎小鼠；

實驗小鼠探索新穎物體：以右側箱室空鐵絲杯的中心點為原點，以該原點3×A個像素點為半徑的長度劃圓，若小鼠鼻尖在此圓范圍內則算為實驗小鼠探索新穎物體；

S4：當實驗模塊具體為曠場反應箱時；

S41：實驗小鼠具體為小鼠A、大鼠A、小鼠B和大鼠B，四個實驗小鼠標記為q，q＝1、2、3、4，分別獲取每幀照片中四個實驗小鼠各個身體關鍵點所對應的X、Y軸的坐標值，坐標值標記為(Xqji，Yqji)；

S42：分別以四個實驗小鼠的鼻尖-尾根、鼻尖-軀干中心、軀干中心-尾根建立骨架；

S43：分別以四個實驗小鼠的鼻尖為原點建立二維坐標系，獲取鼻尖-尾根向量、鼻尖-眼睛向量、鼻尖-耳朵向量與X軸正方向所成的夾角，即骨架方向角，若鼻尖-尾根向量與X正方向重合則骨架方向角為0°，骨架方向角順時針旋轉角度不斷增加，骨架方向角逆時針旋轉角度不斷減小；

S44：像素點與cm進行換算，1cm等于A個像素點，其中A等于曠場反應箱邊長對應的像素點/曠場反應箱實際邊長；

S45：小鼠A相對小鼠B的方向或大鼠A相對大鼠B的方向：小鼠A頭部指向鼻尖的向量與小鼠A頭部指向小鼠B軀干中心的向量所組成的角度；大鼠A頭部指向鼻尖的向量與大鼠A頭部指向大鼠B軀干中心的向量所組成的角度；

S46：小鼠A相對小鼠B距離或大鼠A相對大鼠B的距離：小鼠A的軀干中心與小鼠B軀干中心的距離；大鼠A的軀干中心與大鼠B軀干中心的距離；

小鼠或大鼠運動的距離：小鼠或大鼠尾根運動的距離；

S47：小鼠A嗅探小鼠B身體或大鼠A嗅探大鼠B身體：小鼠A相對小鼠B的方向或大鼠A相對大鼠B的方向小于30°，并且小鼠A鼻尖與小鼠B軀干中心的距離小于0.5×A個像素點；小鼠A相對小鼠B的方向或大鼠A相對大鼠B的方向小于30°，并且大鼠A鼻尖與大鼠B軀干中心的距離小于0.5×A個像素點；

小鼠A嗅探小鼠B鼻尖或大鼠A嗅探大鼠B鼻尖：小鼠A相對小鼠B的方向或大鼠A相對大鼠B的方向小于30°，并且小鼠A鼻尖與小鼠B鼻尖的距離小于0.5×A個像素點；小鼠A相對小鼠B的方向或大鼠A相對大鼠B的方向小于30°，并且大鼠A鼻尖與大鼠B鼻尖的距離小于0.5×A個像素點；

小鼠A嗅探小鼠B生殖器或大鼠A嗅探大鼠B生殖器：小鼠A相對小鼠B的方向或大鼠A相對大鼠B的方向小于30°，并且小鼠A鼻尖與小鼠B尾根的距離小于0.5×A個像素點；

S48：小鼠A的口與小鼠B的口接觸或大鼠A的口與大鼠B的口接觸：兩只實驗小鼠頭部中心之間的距離小于2×A個像素點；

小鼠A的口與小鼠B的生殖器接觸或小鼠B的口與大鼠B的生殖器接觸：小鼠A的頭部中心與小鼠B尾根間的距離或鼠A的頭部中心與大鼠B尾根間的距離小于1.5×A個像素點；

小鼠A與小鼠B進行社交接觸或大鼠A與大鼠B進行社交接觸：兩只實驗小鼠軀干中心之間的距離小于1×A個像素點，最短時間持續0.5s；

S49：小鼠A社交接近小鼠B或大鼠A社交接近大鼠B：兩只實驗小鼠軀干中心點間距離小于20×A個像素點，小鼠A相對于小鼠B的方向或大鼠A相對于大鼠B的方向小于30度，小鼠A向小鼠B運動距離或大鼠A向大鼠B運動距離大于10×A個像素點；小鼠A或大鼠A尾根運動速度大于3×A個像素點/30幀；

小鼠A社交離開小鼠B或大鼠A社交離開大鼠B：兩只實驗小鼠軀干中心點間距離小于10×A個像素點，小鼠A相對于小鼠B的方向或大鼠A相對于大鼠B的方向大于30度，小鼠A向小鼠B運動距離或大鼠A向大鼠B運動距離大于10×A個像素點；小鼠A或大鼠A尾根運動速度大于3×A個像素點/30幀；

小鼠A社交跟隨小鼠B或大鼠A社交跟隨大鼠B：兩只實驗小鼠軀干中心點間距離小于20×A個像素點，小鼠A相對于小鼠B的方向或大鼠A相對于大鼠B的方向小于30度，小鼠B相對于小鼠A的方向或大鼠B相對于大鼠A的方向大于90度，小鼠A與小鼠B的運動速度或大鼠A與大鼠B的運動速度都大于4×A個像素點/30幀；

小鼠A背向小鼠B或大鼠A背向大鼠B：小鼠A相對于小鼠B的方向或大鼠A相對于大鼠B的方向大于90度，小鼠B相對于小鼠A的方向或大鼠B相對于大鼠A的方向大于90度；

S5：視頻分析成功后輸出的結果為追蹤視頻、運動軌跡圖、運動熱點圖、身體關鍵點像素值、骨架長度、骨架方向角及其各個數據的可能性；

所述發送模塊用于發送社交實驗數據的分析結果，所述顯示模塊用于顯示社交實驗數據的分析結果，所述生成打印模塊用于將社交實驗數據的分析結果生成健康表后指派去指定位置進行打印；所述數據庫用于存儲社交實驗數據；所述計時模塊用于實驗模塊的實驗時間進行計時。