CN110811628A - 具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析*** - Google Patents

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王文
郑锋
廖至毅
曹春霞
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Abstract

本发明公开一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，包括：载物平台、主动活动臂、从动活动臂和水平桥，主动活动臂、从动活动臂分别设置于载物平台两侧，所述主动活动臂、从动活动臂各自的上端之间固定有所述水平桥；载物平台一侧且位于主动活动臂正下方设置有第一滑轨，所述载物平台另一侧且位于从动活动臂正下方设置有第二滑轨，第一滑轨和第二滑轨平行设置；具有主动活动臂的载物平台一侧前后端分别固定有主带轮、带轮副，所述主带轮、带轮副之间具有一传动皮带，所述第一气浮滑块固定于传动皮带上，主带轮连接到一驱动电机上。本发明在有效保证测试精度和准确度的基础上，确保测试结果的稳定性和可靠性，驱动电机驱动主动活动臂运动，使主动活动臂的移动更加快速、灵巧。

Description

具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***
技术领域
本发明属于生物医学工程技术领域，尤其涉及一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***。
背景技术
神经创伤（脑外伤或脊椎损伤），疼痛（发炎，关节炎），神经退化性疾病（帕金森症，肌萎缩症）和肌肉或神经疾病（肌肉营养不良，运动失调）等疾病是神经***常见疾病，常损害动物的运动、感觉和植物神经功能。其中运动功能受损是上述疾病的明确指标，药物或者相应治疗手段有效时，首先表现为运动功能康复。因此，运动功能受损及康复的评估是科研人员在动物实验中有效评估疗效和康复的重要指标，对药物研发具有重要的意义，客观、准确判断测试动物的（如脊椎受损的鼠类动物）运动能力尤为重要，实验动物的步态分析是公认的主流和客观评估指标。
目前对啮齿类实验动物，主要是大、小鼠步态行为的检测，主要通过人为目测，综合BBB 评分法 、动物转轮法、墨汁印迹法记录单位时间内动物的步态情况，随后进行离线分析。这些方法和技术，存在几个问题：
（1）判断标准因人而异，容易造成试验***误差；
（2）记录过程实验人员过多参与，体力劳动过多，没有实现自动化观察和记录；
（3）在基础医学研究中，一直没有办法实现对中枢神经***改变和动物步态的同步监测。
因此，如何克服上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明提供一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，此步态图像分析***还可以在给予脑区相关经颅电刺激，记录步态和大脑改变的全息动物生理数据，综合分析，评价刺激和药物治疗的综合疗效，这样综合分析***，对基础医学研究和药物研发具有重要意义，且具有极为广泛的应用价值。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，包括：行走箱体、用于对待检测动物进行颅直流电刺激的电刺激电极、中央控制处理器、记录仪和冷光源相机，所述电刺激电极通过导线连接到与中央控制处理器连接的记录仪，所述行走箱体中部安装有一透明跑板，从而将行走箱体分割为上腔区和下腔区，所述冷光源相机位于下腔区内并安装于行走箱体的底板上；
所述冷光源相机，用于通过多角度采集测试动物的步态图像信息；
所述记录仪，用于存储来自冷光源相机的步态图像信息并将其传输给中央控制处理器；
所述中央控制处理器，用于控制电刺激的强度和频率，并接收来自记录仪的步态图像信息；
所述电刺激电极进一步包括壳本体、套管、密封端盖和电路转接头，所述壳本体一端为锥形端，另一端为圆柱形端，所述锥形端开有一孔洞，所述套管嵌入孔洞内并与锥形端内壁通过螺纹密封连接，一棉芯棒一端嵌入套管内且另一端露出套管，所述壳本体的圆柱形端与密封端盖通过螺纹密封连接，从而形成一用于盛放生理盐水的腔体，所述电路转接头嵌入密封端盖的中心通孔内，所述密封端盖与电路转接头之间的区域开有一用于补充生理盐水的通孔，一橡胶密封头嵌入所述通孔内，
位于所述腔体内具有一侧壁开有若干漏孔的导向管，此导向管前端与套管的后端固定连接，所述导向管后端与电路转接头的前端接触，一弹簧位于导向管内并位于套管和电路转接头之间。
上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：
1. 上述方案中，还包括无线发射模块、安装于待检测动物内的采集信号电极，此采集信号电极用于监控待检测动物中枢神经***的全息生理信号；连接到采集信号电极的无线发射模块用于将接收到的全息生理信号，通过无线方式传输给中央控制处理器。
2. 上述方案中，还包括一位于下腔区内的光源，用于照射透明跑板表面。
3. 上述方案中，所述透明跑板为透明玻璃板或者透明塑料板。
4. 上述方案中，所述壳本体的圆柱形端与密封端盖之间设置有一密封圈。
5. 上述方案中，所述冷光源相机为120帧高速低照度千兆冷光源相机。
6. 上述方案中，所述壳本体的长度为25~30mm。
7. 上述方案中，所述棉芯棒裸露出套管的长度为1.2~1.5 mm。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1. 本发明具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其采集步态图像信息同时，还可以在给予脑区相关经颅电刺激，记录步态和大脑改变的全息动物生理数据，综合分析，评价刺激和药物治疗的综合疗效，这样综合分析***，对基础医学研究和药物研发具有重要意义，且具有极为广泛的应用价值；还有，其还包括无线发射模块、安装于待检测动物内的采集信号电极，此采集信号电极用于监控待检测动物中枢神经***的全息生理信号；连接到采集信号电极的无线发射模块用于将接收到的全息生理信号，通过无线方式传输给中央控制处理器，实现动物自由无束缚活动，使得检测更为准确。
2. 本发明具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其电刺激电极导电性能良好，避免了金属电极氧化造成的导电性改变，进而确保长期刺激过程中直流电的稳定性，可有效排除微弱电流变化或电流噪声对实验研究的干扰，提高直流电研究的精确性；还有，其密封端盖与电路转接头之间的区域开有一用于补充生理盐水的通孔，一橡胶密封头嵌入所述通孔内，方便对腔体添加生理盐水，有利于保持生理盐水含量的稳定性，使得电刺激的参数更加稳定以及检测数据的重复性好；还有，其位于所述腔体内具有一侧壁开有若干漏孔的导向管，此导向管前端与套管的后端固定连接，所述导向管后端与电路转接头的前端接触，一弹簧位于导向管内并位于套管和电路转接头之间，既有利于保证棉芯棒在重复使用多次后，不会偏移，也有利于保持棉芯棒与待检测动物压力的稳定性。
附图说明
附图1为本发明步态图像分析***局部结构示意图；
附图2为本发明步态图像分析***局部电气框图；
附图3为本发明步态图像分析***中电刺激电极结构示意图。
以上附图中：1、行走箱体；2、电刺激电极；3、中央控制处理器；4、记录仪；5、冷光源相机；6、透明跑板；7、壳本体；71、锥形端；72、圆柱形端；73、孔洞；8、套管；9、密封端盖；91、中心通孔；10、电路转接头；11、棉芯棒；12、腔体；13、通孔；14、橡胶密封头；15、导向管；151、漏孔；16、弹簧；17、无线发射模块；18、采集信号电极；191、上腔区；192、下腔区；20、光源；21、密封圈；22、导线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，包括：行走箱体1、用于对待检测动物进行颅直流电刺激的电刺激电极2、中央控制处理器3、记录仪4和冷光源相机5，所述电刺激电极2通过导线22连接到与中央控制处理器3连接的记录仪4，所述行走箱体1中部安装有一透明跑板6，从而将行走箱体1分割为上腔区191和下腔区192，所述冷光源相机5位于下腔区内并安装于行走箱体1的底板上；
所述冷光源相机5，用于通过多角度采集测试动物的步态图像信息；
所述记录仪4，用于存储来自冷光源相机5的步态图像信息并将其传输给中央控制处理器3；
所述中央控制处理器3，用于控制电刺激的强度和频率，并接收来自记录仪4的步态图像信息；
所述电刺激电极2进一步包括壳本体7、套管8、密封端盖9和电路转接头10，所述壳本体7一端为锥形端71，另一端为圆柱形端72，所述锥形端71开有一孔洞73，所述套管8嵌入孔洞73内并与锥形端71内壁通过螺纹密封连接，一棉芯棒11一端嵌入套管8内且另一端露出套管8，所述壳本体7的圆柱形端72与密封端盖9通过螺纹密封连接，从而形成一用于盛放生理盐水的腔体12，所述电路转接头10嵌入密封端盖9的中心通孔91内，所述密封端盖9与电路转接头10之间的区域开有一用于补充生理盐水的通孔13，一橡胶密封头14嵌入所述通孔13内，
位于所述腔体12内具有一侧壁开有若干漏孔151的导向管15，此导向管15前端与套管8的后端固定连接，所述导向管15后端与电路转接头10的前端接触，一弹簧16位于导向管15内并位于套管8和电路转接头10之间。
还包括无线发射模块17、安装于待检测动物内的采集信号电极18，此采集信号电极18用于监控待检测动物中枢神经***的全息生理信号；连接到采集信号电极18的无线发射模块17用于将接收到的全息生理信号，通过无线方式传输给中央控制处理器3。
上述透明跑板6为透明玻璃板，
上述壳本体7的圆柱形端72与密封端盖9之间设置有一密封圈21。
上述冷光源相机5为120帧高速低照度千兆冷光源相机。
上述壳本体7的长度为26mm，上述棉芯棒11裸露出套管8的长度为1.3 mm。
实施例2：一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，包括：行走箱体1、用于对待检测动物进行颅直流电刺激的电刺激电极2、中央控制处理器3、记录仪4和冷光源相机5，所述电刺激电极2通过导线22连接到与中央控制处理器3连接的记录仪4，所述行走箱体1中部安装有一透明跑板6，从而将行走箱体1分割为上腔区191和下腔区192，所述冷光源相机5位于下腔区内并安装于行走箱体1的底板上；
所述冷光源相机5，用于通过多角度采集测试动物的步态图像信息；
所述记录仪4，用于存储来自冷光源相机5的步态图像信息并将其传输给中央控制处理器3；
所述中央控制处理器3，用于控制电刺激的强度和频率，并接收来自记录仪4的步态图像信息；
所述电刺激电极2进一步包括壳本体7、套管8、密封端盖9和电路转接头10，所述壳本体7一端为锥形端71，另一端为圆柱形端72，所述锥形端71开有一孔洞73，所述套管8嵌入孔洞73内并与锥形端71内壁通过螺纹密封连接，一棉芯棒11一端嵌入套管8内且另一端露出套管8，所述壳本体7的圆柱形端72与密封端盖9通过螺纹密封连接，从而形成一用于盛放生理盐水的腔体12，所述电路转接头10嵌入密封端盖9的中心通孔91内，所述密封端盖9与电路转接头10之间的区域开有一用于补充生理盐水的通孔13，一橡胶密封头14嵌入所述通孔13内，
位于所述腔体12内具有一侧壁开有若干漏孔151的导向管15，此导向管15前端与套管8的后端固定连接，所述导向管15后端与电路转接头10的前端接触，一弹簧16位于导向管15内并位于套管8和电路转接头10之间。
还包括无线发射模块17、安装于待检测动物内的采集信号电极18，此采集信号电极18用于监控待检测动物中枢神经***的全息生理信号；连接到采集信号电极18的无线发射模块17用于将接收到的全息生理信号，通过无线方式传输给中央控制处理器3。
还包括一位于下腔区192内的光源20，用于照射透明跑板6表面。
上述透明跑板6为透明塑料板，
上述壳本体7的圆柱形端72与密封端盖9之间设置有一密封圈21。
上述壳本体7的长度为28mm，上述棉芯棒11裸露出套管8的长度为1.4mm。
本实施例的步态图像分析***，实现动物步态、大脑脑电活动、脑区激活的同步记录，分析步态图像数据、脑部电生理数据特点，同时基于已有的动物行为及脑部电生理和影像数据库，分类动物行为和脑部电生理特征；提供用于生物医药药效评价的有线或无线脑解析及脑控与步态图像识别分析方法和***，通过技术改进与功能优化满足实验装置对动物脑信号有线或无线采集及解析、脑区控制干预及步态行为的同步检测。
采用上述步态图像分析***时，其采集步态图像信息同时，还可以在给予脑区相关经颅电刺激，记录步态和大脑改变的全息动物生理数据，综合分析，评价刺激和药物治疗的综合疗效，这样综合分析***，对基础医学研究和药物研发具有重要意义，且具有极为广泛的应用价值；还有，其还包括无线发射模块、安装于待检测动物内的采集信号电极，此采集信号电极用于监控待检测动物中枢神经***的全息生理信号；连接到采集信号电极的无线发射模块用于将接收到的全息生理信号，通过无线方式传输给中央控制处理器，实现动物自由无束缚活动，使得检测更为准确；也实现动物自由无束缚活动，使得检测更为准确；还有，其方便对腔体添加生理盐水，有利于保持生理盐水含量的稳定性，使得电刺激的参数更加稳定以及检测数据的重复性好；还有，其位于所述腔体内具有一侧壁开有若干漏孔的导向管，此导向管前端与套管的后端固定连接，所述导向管后端与电路转接头的前端接触，一弹簧位于导向管内并位于套管和电路转接头之间，既有利于保证棉芯棒在重复使用多次后，不会偏移，也有利于保持棉芯棒与待检测动物压力的稳定性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：包括：行走箱体（1）、用于对待检测动物进行颅直流电刺激的电刺激电极（2）、中央控制处理器（3）、记录仪（4）和冷光源相机（5），所述电刺激电极（2）通过导线（22）连接到与中央控制处理器（3）连接的记录仪（4），所述行走箱体（1）中部安装有一透明跑板（6），从而将行走箱体（1）分割为上腔区（191）和下腔区（192），所述冷光源相机（5）位于下腔区内并安装于行走箱体（1）的底板上；
所述冷光源相机（5），用于通过多角度采集测试动物的步态图像信息；
所述记录仪（4），用于存储来自冷光源相机（5）的步态图像信息并将其传输给中央控制处理器（3）；
所述中央控制处理器（3），用于控制电刺激的强度和频率，并接收来自记录仪（4）的步态图像信息；
所述电刺激电极（2）进一步包括壳本体（7）、套管（8）、密封端盖（9）和电路转接头（10），所述壳本体（7）一端为锥形端（71），另一端为圆柱形端（72），所述锥形端（71）开有一孔洞（73），所述套管（8）嵌入孔洞（73）内并与锥形端（71）内壁通过螺纹密封连接，一棉芯棒（11）一端嵌入套管（8）内且另一端露出套管（8），所述壳本体（7）的圆柱形端（72）与密封端盖（9）通过螺纹密封连接，从而形成一用于盛放生理盐水的腔体（12），所述电路转接头（10）嵌入密封端盖（9）的中心通孔（91）内，所述密封端盖（9）与电路转接头（10）之间的区域开有一用于补充生理盐水的通孔（13），一橡胶密封头（14）嵌入所述通孔（13）内，
位于所述腔体（12）内具有一侧壁开有若干漏孔（151）的导向管（15），此导向管（15）前端与套管（8）的后端固定连接，所述导向管（15）后端与电路转接头（10）的前端接触，一弹簧（16）位于导向管（15）内并位于套管（8）和电路转接头（10）之间。
2.根据权利要求1所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：还包括无线发射模块（17）、安装于待检测动物内的采集信号电极（18），此采集信号电极（18）用于监控待检测动物中枢神经***的全息生理信号；连接到采集信号电极（18）的无线发射模块（17）用于将接收到的全息生理信号，通过无线方式传输给中央控制处理器（3）。
3.根据权利要求1或者2所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：还包括一位于下腔区（192）内的光源（20），用于照射透明跑板（6）表面。
4.根据权利要求1或者2所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：所述透明跑板（6）为透明玻璃板或者透明塑料板。
5.根据权利要求1或者2所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：所述壳本体（7）的圆柱形端（72）与密封端盖（9）之间设置有一密封圈（21）。
6.根据权利要求1或者2所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：所述冷光源相机（5）为120帧高速低照度千兆冷光源相机。
7.根据权利要求1或者2所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：所述壳本体（7）的长度为25~30mm。
8. 根据权利要求1或者2所述的具有同步经颅直流电刺激功能的步态图像分析***，其特征在于：所述棉芯棒（11）裸露出套管（8）的长度为1.2~1.5 mm。
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