CN102389291A - 一种实验动物体征信息采集分析***与采集分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实验动物体征图像采集分析***及其采集分析方法。本发明特征是由其硬件***、软件***及实施方法共同构成。硬件***包括：光源和遮光部件、数码相机、控制数码相机移动的步进电机，连接装置与计算机；软件***包括：数码相机移动及拍摄控制程序、数据库程序与图像分析程序；实施方法为：实验人员按说明操作该***完成实验数据的采集与分析。其中图像分析程序又包括舌像自动采集分析模块，整体毛色采集分析模块，耳朵采集分析模块，足爪采集分析模块，尾巴采集分析模块等。分析方法包括图像自动存贮，分析目标图像智能剥离，体征数据自动提取与保存。本发明设计科学，自动化程度高，使用方便，可用于多种实验动物体征图像的采集与分析研究，所获得的实验数据客观、科学、可靠。

Description

一种实验动物体征信息采集分析***与采集分析的方法

技术领域：

本发明涉及一种实验动物体征图像信息采集与分析***，具体是指数字图像采集的硬件***组合设计与软件***对图像的分析处理方法。 

背景技术：

中医药要实现和现代科学技术的真正结合，重大基础性研究如中医证候动物模型的复制必不可少，但中医证候动物模型不同于西医病理模型，从病因到证候的模拟都应符合中医理论。中医本身是经过临床实践的经验总结，“望、闻、问、切”是中医辨证诊病的重要依据，不仅具有一定的主观色彩，而且鉴于实验动物与人的种属差异，“闻、问、切”的诊断方法在实验动物身上很难实施。因此，引进现代计算机图像处理技术与模糊识别技术，研制能够对实验动物中医表征进行无创、定量和客观地分析的“实验动体征采集分析***”，有着重要意义。 

如何运用现代科学方法为中医病证动物模型体征建立客观指标，使其更准确、更客观地反映机体机能状态与中医症候特色，从而提高中医药科研的科学性，已成为目前国内进行中医药重大基础研究的一个重要课题。自然界各种颜色可通过红、绿、蓝三原色表达；数码照片和计算机显示器均采用红、绿、蓝三原色表达各种色彩。R、G、B的不同比例，表现出不同颜色；R、G、B三者之和，除以255代表颜色的灰度，即黑白程度；数码相机和计算机显示颜色的原理就是给每个像素点定义不同的R、G、B数值，这为颜色的定量分析提供了基础。计算机屏幕是通过一个个像素点构成一幅图像的；通过统计像素点的数量，再根据每平方厘米的像素点数量进行换算，即可得到任何形状区域的面积。RGB颜色坐标系法能准确、定量、自动的客观评价颜色所反应的生命体征状况，如舍色，肤色等。 

本研究小组在中医理论和现代计算机信息技术的指导下，开发了“中医实验动物体征采集分析***”。利用本***可以对实验动物的活动，神态，体色等通过电脑显示器进行在线监控，可实现对实验动物整体毛色、舌色、眼睛、耳廓、足爪与尾巴等与望诊相关实验动物表征指标的在线采集分析。近三年来，本研究小组先后研究复制出瘀热互结证与寒凝血瘀证大鼠模型，并采用上述***对瘀热互结证模型大鼠和正常大鼠的毛色、耳廓、舌色、足爪与尾部等多项中医证候表征指标进行采集分析，同时对其体温、微循环、血液流变学等病理指标进行检测，从而对上述***进行深入验证和评价。研究结果表明，模型组与正常组大鼠在眼睛、耳朵、舌色、足爪瘀血程度与尾部瘀血比例等方面相比较具有明显差异(多数指标RGB百分比值比较，P＜0.05)，且与模型大鼠体温、微循环、血液流变学等病理指标反应的“瘀热”的状况相一致，同时与望诊观察到的模型大鼠毛发枯黄、舌质颜色暗红紫、舌下脉络增粗增长、爪甲红紫色、耳廓边缘发红等“瘀热证候”表征相符合。说明计算机辅助RGB颜色采集分析方法可以代替中医专家目测方式，并可定量颜色值和面积变化，实现了中医病证模型实验动物体征信息的定量评价。同时，这些数据使中医药 动物科研成为可能，值得在中医病症及药物研究中推广应用。 

发明内容：

本发明是一种实验动物体征信息采集***及分析方法，其用途是：提供一种对实验动物体征数字图像的采集处理***及研究分析方法。 

本发明由硬件***、软件***及实施方法共同构成： 

硬件***包括：光源和遮光部件、数码相机、控制数码相机移动的步进电机，连接装置与计算机。 

软件***包括：数码相机与步进电机控制程序、数据库程序与图像分析程序。其中图像分析程序又包括舌像自动采集分析模块，整体毛色采集分析模块，耳朵采集分析模块，足爪采集分析模块，尾巴采集分析模块等。 

本发明的图像信息采集分析实施方法具体如下： 

1)将图像分析软件按要求安装到计算机***中； 

2)将数码相机与步进电机相互固定后，将其安装到拍摄箱内，用数据线将数码相机、步进电机与计算机连接，接通并打开各部件工作电源； 

3)将实验动物放置在拍摄箱内，启用数码相机与计算机采集分析软件，对实验动物进行实时监控，采集分析图像，并将图像保存至数据库，分析结果自动存入excel表格。 

本***具有以下功能与优点：①由于本***通过计算机编程技术，实现了对实验动物多项表征指标的采集分析，借助计算机图像分析技术，实现图像颜色RGB值分离组合测量、不规则图像的面积计算、距离测量及数据自动贮存转换与统计分析等功能。软件***对目标图像的提取分析有三种式，分别为矩形框选，多边形框选，自动识别选取。②本***拍摄箱采用了Led环形冷光源，并设有标准对照，排除了因外界光线因素及拍摄角度不同对拍摄图像质量的影响，使拍摄到的图像客观、真实、稳定。③本***数码相机采用佳能550D专业单反数码相机，同时配备50mm佳能专业微距镜头、高速摄像卡、标准显微测微尺与标准比色卡，具有自动测光及对焦功能，使采集到的图像像素高，信息全，真实客观，标准统一，解决了图像失真带来的问题。④采用专利编程实现了对目标图像的简易识别与自动剥离技术，实现了分析目标选取的客观性与精确性，减少了人为误差。 

具体实施方式：

实施例1：大鼠舌色的采集与分析 

①开启***电源；②开启各仪器，启动大鼠体征采集分析***软件；③测光，标定标尺与标准比色卡，矫正仪器与***；④打开舌像动态观测与采集模块；⑤麻醉大鼠后，用无创镊子拉出大鼠舌头，观测并拍 摄舌正反两面图像；⑥保存图像；⑦启动分析模块，装入图像，点击“抠图分析”按钮，先选前景(用鼠标在舌上画一线，软件将会自动抠出要分析的舌部分，并删除背景)，再勾除背景(用鼠标在计算机误选的舍像部位画一线，计算机将会自动删除误选多余背景部位)，满意后点击“完成”按钮，***将会自动分析显示数据，并将大鼠舌色RGB值分析结果导出至excel工作表。 

实施例2：大鼠尾巴瘀血比例的采集与分析 

①开启***电源；②开启各仪器，启动大鼠体征采集分析***软件；③测光，标定标尺与标准比色卡，矫正仪器与***；④打开大鼠尾巴采集分析模块；⑤麻醉大鼠后，拉直大鼠尾巴，拍摄尾部图像；⑥保存图像；⑦启动分析模块，装入图像，点击“两点法”按钮，先测量尾巴瘀血长度(用鼠标在尾巴瘀血部位的起始点与终点各点击一下，软件将会自测定出瘀血部位实际长度，并显示结果)，再测量尾巴全长(方法同前)，点击“完成”按钮，***将会自动分析显示数据，并将大鼠尾巴瘀血比例分析结果导出至excel工作表。 

实施例3：大鼠足爪颜色采集与分析 

①开启***电源；②开启各仪器，启动大鼠体征采集分析***软件；③测光，标定标尺与标准比色卡，矫正仪器与***；④打开足爪动态观测与采集模块；⑤麻醉大鼠后，使大鼠处于仰位，观测并拍摄大鼠四个爪子图像；⑥保存图像；⑦启动分析模块，装入图像，点击“抠图分析”按钮，先选前景(用鼠标在舌上画一线，软件将会自动抠出要分析的舌部分，并删除背景)，再勾除背景(用鼠标在计算机误选的舍像部位画一线，计算机将会自动删除误选多余背景部位)，满意后点击“完成”按钮，***将会自动分析显示数据，并将大鼠足爪颜色RGB值分析结果导出至excel工作表。 

实施例4：小鼠舌色的采集与分析 

①开启***电源；②开启各仪器，启动大鼠体征采集分析***软件；③测光，标定标尺与标准比色卡，矫正仪器与***；④打开舌像动态观测与采集模块；⑤麻醉大鼠后，用无创镊子拉出小鼠舌头，观测并拍摄舌正反两面图像；⑥保存图像；⑦启动分析模块，装入图像，点击“抠图分析”按钮，先选前景(用鼠标在舌上画一线，软件将会自动抠出要分析的舌部分，并删除背景)，再勾除背景(用鼠标在计算机误选的舍像部位画一线，计算机将会自动删除误选多余背景部位)，满意后点击“完成”按钮，***将会自动分析显示数据，并将大鼠舌色RGB值分析结果导出至excel工作表。 

以上实施例和实验例，只是对本发明的举例说明，目的在于阐明本发明的实施方法，本领域的技术人员根据本发明的启示，结合本领域的常识所作的各种变更，都将落入本发明的保护范围。 

本发明研究小组，用本***对瘀热互结证与寒凝血瘀证两种实验模型大鼠的多项体征指标采集分析发现，模型组大鼠与空白组大鼠在舌色，足爪瘀血程度与尾部瘀血比例等方面相比较，均具有统计学差异，且与肉眼观察到的症状及其他生物指标反应的病证体征相一致。本***很好实现了中医病症动物模型体征某些指标采集的数字化，分析自动化，基本实现了客观、科学的要求，且实用性好。以下为利用该***对瘀热互结证与寒凝血瘀证两种瘀血证大鼠的实验研究资料： 

一、瘀热互结证模型大鼠体征采集分析实验研究结果 

1实验材料与方法 

1.1实验材料 

1.1.1实验动物 SPF级雄性SD大鼠36只，体重210±20g，由湖南斯莱克景达实验动物有限公司提供，许可证号：SCXK(湘)2009-0004。 

1.1.2主要试剂 角叉菜胶(Sigma公司，批号：CAS9000-07-1)；活性干酵母(安琪酵母股份有限公司，批号：20091202)；水合氯醛(上海化学试剂公司，批号：20100125)。 

1.1.3主要仪器 FASCO系列血流变快测仪(重庆维多科技有限公司)；STA Compact血凝分析仪(法国STAGO公司)；ZL104型微循环检测仪(徐州众联医疗器械有限公司)。 

1.1.4大鼠体征采集分析*** 本***由硬件***与软件***两部分组成，硬件***包括数码相机1部(佳能550D单反相机1600像素，佳能微距镜头EF 50mm f/2.8，并可与电脑同步连接采集图像)，笔记本电脑1台(惠普G32-201TX)，LED环形冷光源拍摄箱1个(本研究小组设计开发)；软件***(委托重庆森特科技有限公司开发)包括专业图像在线采集模块，数据库模块，图像处理分析模块等。 

1.2实验方法 

1.2.1动物分组及处理 

36只SD雄性大鼠随机分为2组，分别为正常组12只，模型组24只。适应性喂养一周后，模型组大鼠先经腹腔注射10％角叉菜胶5mL/kg，1次/d，连续给药3d。末次注射角叉菜胶24h后，再于大鼠背部皮下注射20％干酵母悬液10mL/kg造成瘀热互结证大鼠模型，空白对照组在对等条件下注射等剂量生理盐水。6h后测量各组大鼠体温，测完体温后，水合氯醛麻醉大鼠，对大鼠的毛发、眼睛、舌底、耳廓、四肢、尾巴等部位进行图像采集(空白对照组与模型组交替循环麻醉取指标)。随后观察大鼠耳廓微循环，腹主动脉取血测定血流变。整个实验过程，严格控制室温在20±2℃，动物正常饮食。 

1.2.2大鼠望诊体征信息的采集与分析 

利用大鼠体征采集分析***对大鼠望诊体征信息进行采集与分析方法，首先，连接好电脑，数码相机与拍摄箱，并开启电源，运行硬件***与软件***；其次，将大鼠麻醉后，置于拍摄箱，固定光源，在相同角度对大鼠整体毛色、舌底、耳廓、四肢、尾巴等部位进行图像采集，并将图像数据保存到数据库；最后，将采集到的图像用自行研制的“中医实验动物证候表征采集分析***软件”进行处理和分析，并将结果保存到数据库，或导出至excel表。 

1.2.3大鼠耳廓微循环观察 

大鼠拍摄采集完毕，置于微循环仪下观察大鼠耳廓微循环情况，记录流速与流态，对比分析空白对照组与模型组之间的差异。 

1.2.4大鼠血液流变学测定 

大鼠微循环观测完毕，迅速解剖大鼠，腹主动脉取血，置于肝素抗凝管内，盖好盖，轻缓倒置混合三次，静置10分钟后测定全血流变学指标，60分钟后离心，在测定血浆流变学指标。 

2.结果 

2.1大鼠表征情况 

瘀热互结证大鼠表征，造模后与正常组比较，模型组大鼠出现明显“瘀热”的表征，表现为毛发枯黄、舌质颜色暗红紫、舌下脉络增粗增长、爪甲红紫色、耳廓边缘发红、尾部出现明显瘀斑、体温升高等异常表现。表1至6为各表征指标颜色RGB值定量分析，具体如下。 

表1显示，模型组大鼠整体毛色R、G、B百分比值与正常组大鼠比较，各项均P＞0.05，差异无统计学意义，且R、G、B百分比值差异不明显，不能反应出肉眼观察到“瘀热”模型大鼠毛色邹、卷、枯黄，正常大鼠毛色光、顺、白亮状况的不同。这可能与大鼠毛色主色为白色，其它颜色比例太小，对以R、G、B百分比值函数分析不敏感有关，考虑今后改用其它敏感函数分析替换，如采用灰度值分析法替代。 

表2～5显示，模型组大鼠眼、耳、舌、爪颜色R、G、B百分比值与正常组大鼠比较，P＜0.05或P＜0.01，差异有统计学意义，且大多指标R百分比降低，G、B百分比升高，代表这些部位颜色变暗红紫，与肉眼观察到“瘀热”模型大鼠的这些部位颜色状况一致。 

表6显示，模型组大鼠体温、尾部瘀斑长度与正常组大鼠比较，P＜0.01，差异有统计学意义，模型组大鼠体温明显升高，尾巴出现明显的瘀血状况，显示并佐证了模型组大鼠的“瘀热”体征。 

表1模型组与正常组大鼠毛色RGB值对比分析 

与正常组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

表2模型组与正常组大鼠右眼颜色RGB值对比分析 

与正常组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

表3模型组与正常组大鼠右耳颜色RGB值对比分析 

与正常组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

表4模型组与正常组大鼠舌底颜色RGB值对比分析 

与正常组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

表5模型组与正常组大鼠左后爪甲颜色RGB值对比分析 

与正常组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

表6模型组与正常组大鼠体温及尾部瘀斑长度比较 

注：与正常组比较，*P＜0.05，**P＜0.01 

2.2血液流速及流态 

表7表明，模型组大鼠血液流速、流态与正常组比较P＜0.01，差异有统计学意义，模型组大鼠血液流速明显减慢，正常组流态多为线粒流，模型组大鼠流态多为粒线流或粒流，从微循环方面反应了模型组大鼠出现了“瘀”的状况，这些与标模型大鼠表征指标眼睛、足底暗紫、舌底静脉“瘀”紫，耳朵血管“瘀”紫所反应的瘀血情况相符。 

表7型组与正常组大鼠耳廓微血流速度和微血流流态比较 

注：与正常组比较，*表示P＜0.05，**表示P＜0.01 

2.3血液流变学指标 

表8、表9表明，与正常组比较，模型组大鼠全血高、中、低切粘度、红细胞压积、红细胞电泳时间等指标明显升高，红细胞变形指数明显降低，表明模型大鼠血液出现了粘，聚的状态，与瘀血证血液状况一致，同时这些指标与标模型大鼠表征指标眼睛、足底暗紫，舌底静脉“瘀”紫，耳朵血管“瘀”紫所反应的瘀血证情况相符。 

表8组大鼠高、中、低切全血粘度值比较 

注：与正常组比较，*P＜0.05，**P＜0.01 

表9组大鼠红细胞变形指数、红细胞压积、红细胞电泳时间比较( n＝10) 

注：与正常组比较，*P＜0.05，**P＜0.01 

二、寒凝血瘀证模型大鼠体征采集分析实验研究结果 

1实验材料与方法 

1.1实验材料 

1.1.1实验动物SPF级雄性SD大鼠36只，体重210±20g，由湖南斯莱克景达实验动物有限公司提供，许可证号：SCXK(湘)2009-0004。 

1.1.2主要试剂 水合氯醛(上海化学试剂公司，批号：20100125)。 

1.1.3主要仪器 FASCO系列血流变快测仪(重庆维多科技有限公司)；STA Compact血凝分析仪(法国STAGO公司)；ZL104型微循环检测仪(徐州众联医疗器械有限公司)；BC/BD-233H冰柜(中国新飞集团)。 

1.1.4大鼠体征采集分析***本***有硬件***与软件***两部分组成，硬件***包括数码相机1部(佳能550D单反相机1600像素，佳能微距镜头EF 50mm f/2.8，并可与电脑同步连接采集图像)，笔记本电脑1台(惠普G32-201TX)，冷光源拍摄箱1个(本研究小组设计开发，配多角度LED光源)；软件***(委托重庆森特科技有限公司开发)包括大鼠整体毛色采集分析模块，舌色采集分析模块，大鼠足爪采集分析模块与大鼠尾部采集分析模块。 

1.2实验方法 

1.2.1动物分组及处理 

36只雄性大鼠随机分为2组，分别为正常组12只，模型组24只。适应性喂养一周后，模型组大鼠置于特制鼠笼内，然后置于-18±2℃冰柜连续冷冻，2h/次，2次/天，20只/冰柜(如果实验组大鼠不够20只，需找多余大鼠陪冻)，连续7天，造成寒凝血瘀证大鼠模型。空白组大鼠置同样的冰柜内，不通电，温度严格控制在20±2℃(与实验环境温度相同20±2℃)，动物正常饮食。最后一次冷冻完24h后，水合氯醛麻醉大鼠，对大鼠的毛发、舌底、耳廓、四肢、尾巴等部位进行图像采集。随后观察大鼠耳廓微循环，腹主动脉取血测定血流变。 

1.2.2大鼠体征采集与分析 

大鼠麻醉后置于拍摄箱，固定光源，在相同角度对大鼠整体毛色、舌底、耳廓、四肢、尾巴等部位进行图像采集，将采集到的图像用自行研制的“大鼠体征采集分析***”进行处理和分析。 

1.2.3大鼠耳廓微循环观察 

大鼠体征拍摄采集完毕，置于微循环仪下观察大鼠耳廓微循环情况，记录流速与流态，对比分析空白对照组与模型组之间的差异。 

1.2.4大鼠血液流变学测定 

大鼠微循环观测完毕，迅速解剖大鼠，腹主动脉取血，置于肝素抗凝管内，盖好盖，轻缓倒置混合三次，静置10分钟后测定全血流变学指标，60分钟后离心，在测定血浆流变学指标。 

2.结果 

2.1大鼠表征情况 

寒凝血瘀证大鼠表征，造模后与正常组比较，模型组大鼠出现明显“寒瘀”表征，表现为蜷缩少动、反应迟钝、皮毛蓬松竖立无光泽、舌质颜色青紫、舌底脉络增粗增长、爪部皮肤青紫色。舌底颜色变化状况见表1，足爪颜色变化情况见表2。 

表1显示，模型组大鼠舌底颜色R、G、B百分比值与正常组大鼠比较，P＜0.05或P＜0.01，差异有 统计学意义，且R百分比降低，G、B百分比升高，代表舌色变暗红紫，与肉眼观察到“瘀热”模型大鼠的舌底颜色状况一致。 

表2显示，模型组大鼠后足爪颜色R、G、B百分比值与正常组大鼠比较，P＜0.01，差异有统计学意义，且R、G百分比降低，B百分比升高，代表足爪颜色青紫，与肉眼观察到“寒凝”模型大鼠的足底颜色状况一致。显示并佐证了模型组大鼠的“寒凝血瘀证”体征。 

表1模型组与正常组大鼠舌质颜色对比分析 

与模型组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

表2模型组与正常组大鼠右后爪甲颜色对比分析 

与模型组比较*表示P＜0.05**表示P＜0.01 

2.2血液流速及流态2.2对大鼠血液流变学的影响 

表3显示，模型组大鼠微循环血液流速、流态与正常组比较，P＜0.01，差异有统计学意义，模型组大鼠微循环血液流速明显减慢，正常组流态多为线粒流，模型组大鼠流态多为粒线流或粒流，符合瘀血证血流状态。 

表3组大鼠耳廓微血流速度和微血流流态比较 

注：与模型组比较，*P＜0.05，**P＜0.01 

2.3血液流变学指标 

表4、5显示，模型组大鼠全血高、中、低切粘度、红细胞变形指数、红细胞压积、红细胞电泳时间 等与正常组比较，P＜0.01，差异有统计学意义，具体是模型组大鼠全血高、中、低切粘度、红细胞压积、红细胞电泳时间等指标明显升高，红细胞变形指数明显降低。这符合寒凝血瘀证动物模型。 

表4各组大鼠高、中、低切全血粘度值比较 

注：与正常组比较，*P＜0.05，**P＜0.01 

表5各组大鼠红细胞变形指数、红细胞压积、红细胞电泳时间比较 

注：与正常组比较，*P＜0.05，**P＜0.01 

Claims (5)

1.一种实验动物体征信息采集分析***与采集分析的方法，其特征在于：该***由硬件***、软件***及实施方法共同构成。硬件***包括：光源和遮光部件、码相机、控制数码相机移动的步进电机与连接装置；软件***包括：数码相机移动及拍摄控制程序、数据库程序与图像分析程序；实施方法：实验人员按说明操作该***完成数据的采集与分析。

2.按权利要求1所述的实验动物图像采集分析***，其特征是所述光源照明装置采用了LED冷光源、遮光***与柔光***。

3.按权利要求1所述的实验动物图像采集分析***，其特征是数码相机可通过电脑控制步进电机使其精确自由任意角度移动，实现对实验动物的监控拍摄。

4.按权利要求1所述的实验动物图像采集分析***，其特征是所述图像分析软件包括整体毛色采集分析模块，舌像采集分析模块，耳朵采集分析模块，足爪采集分析模块，尾巴采集分析模块以及目标图像智能剥离模块。

5.按权利要求1所述的实验动物图像采集分析***，其特征是所述图像分析程序具有运算显示图像RGB值，灰度值，图像面积等数据的功能，并可将各种测量数据导出至excel工作表中保存，方便统计分析。