一种大鼠颅脑低温实验平台及温度控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及实验对象温度控制领域，尤其是涉及一种用于大鼠颅脑降温的大鼠颅 脑低温实验平台及温度控制方法。
【背景技术】
[0002] 在医学实验中需要对大鼠颅脑温度进行相应的控制，用来进行相应的动物实验或 者检测比对某些低温治疗方法的效果。但是现有的实验室没有相应的实验设备，并且在降 温过程中缺乏稳定控制的方法，不利于科研的进行。
[0003] 中华人民共和国国家知识产权局于2015年01月21日公开了名称为《一种颅脑灌注 降温便携箱》的专利文献(公开号:CN104288896A)，其由控制系统（1)、恒温冷却装置(2)、驱 动灌注装置(3)、电源(4)、操作面板(5)以及对外接口（6,7)构成，其中所述的控制系统（1) 通过控制驱动灌注装置(3)来控制恒温冷却装置(2)内灌注液的通过对外接口（6,7)的流 动;所述恒温冷却装置(2)内置温度监测元件、水位监测元件，所述温度监测元件用于监测 恒温冷却装置(2)内灌注液的温度信号以及监测室温的信号，所述水位监测元件用于监测 灌注液的液位信息;所述的操作面板(5)可以实时显示灌注液温度、流速以及剩余液量等信 息。此装置可以将一定容量、温度在〇-4°C范围的颅脑灌注降温液以合适的速率灌注到脑部 局部区域，从而让该区域的温度达到亚低温。此方案不能实现温度的精确稳定控制，也不适 用于对大鼠颅脑进行降温。
【发明内容】
[0004] 本发明主要是解决现有技术所存在的缺乏对大鼠颅脑进行精确稳定控制的设备 及方法的技术问题，提供一种可以精确控制温度、针对大鼠颅脑直接降温、使用简便的大鼠 颅脑低温实验平台及温度控制方法。
[0005] 本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种大鼠颅脑低 温实验平台，包括箱体、制冷装置、冰帽、固定支撑平台以及温度探头固定装置，所述制冷装 置包括半导体制冷片、冷却水箱、冷却水栗、控制系统和操作面板，冷却水箱的输出端通过 导管连接冰帽的输入端，冷却水箱的输入端通过导管连接冰帽的输出端，冷却水栗串联在 导管上，半导体制冷片的制冷面与冷却水箱紧贴，温度探头固定装置后端连接固定支撑平 台，温度探头固定装置前端夹持有探测大鼠耳道内温度的温度探头，半导体制冷片、温度探 头和操作面板都与控制系统电连接;制冷装置安装在箱体内部，操作面板安装在箱体外表 面。
[0006] 半导体制冷片在控制系统的控制下将制冷面的热量转移到制热面，从而降低冷却 水箱中的冷却水的温度。冷却水通过冷却水栗栗送到冰帽内，降低与冰帽内壁紧贴的大鼠 颅脑的温度。大鼠固定在固定支撑平台上，温度探头插入大鼠耳道深处检测大鼠颅脑温度， 并将温度信息反馈给控制系统。用户可以通过控制系统对本装置的参数进行设备和控制。
[0007] 作为优选，所述制冷装置还包括散热风扇和若干个温度传感器，冷却水箱的内部 和箱体的外部分别安装有温度传感器，散热风扇产生的气流通过半导体制冷片的制热面， 散热风扇和温度传感器都与控制系统电连接。
[0008] 散热风扇用于加快半导体制冷片制热面的热量散发，为进一步加快散热速度，可 以在半导体制冷片的制热面贴上散热片。冷却水箱内的温度传感器检测冷却水的实时温 度，箱体外的温度传感器检测环境实时温度。
[0009] 作为优选，所述冰帽由TPU(Thermoplastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体 橡胶)材料制成，冰帽内侧面与大鼠头皮和颈部贴合，冰帽两侧通过尼龙搭扣与固定支撑平 台连接，冰帽内部穿有弯曲流路，弯曲流路的输入端为冰帽输入端，弯曲流路的输出端为冰 帽输出端。
[001 0]冷却水流经冰帽内部的弯曲流路，带走大鼠颅脑热量。
[0011] 作为优选，大鼠颅脑低温实验平台还包括旁路阀，所述旁路阀一端连接冰帽输入 端，另一端连接冰帽输出端。
[0012] 通过旁路阀可以调节输入冰帽的冷却水量，从而保证冰帽能够贴合不同体型的大 鼠，同时可以控制大鼠颅脑温度的变化。旁路阀开的越大冷却水越多，冰帽膨胀程度也就越 大，冰帽所包裹的空间越小。
[0013] 作为优选，所述固定支撑平台上设有用于固定大鼠腹部的弹性金属扣和用于固定 大鼠头部的可滑动金属片，固定支撑平台上还设有加热装置，加热装置对应被固定的大鼠 的胸腹部位置。
[0014] 加热装置用于维持大鼠体温。
[0015] 作为优选，所述温度探头固定装置包括第一直杆和第二直杆，第一直杆的第一端 与固定支撑平台连接，第一直杆的第二端与第二直杆的第一端活动连接，第二直杆的第二 端设有固定温度探头的夹持装置。
[0016] 第一直杆和固定支撑平台的连接处可以360度旋转；第一直杆和第二直杆的连接 处可以360度旋转;通过第一直杆和第二直杆可以自由改变温度探头的位置，具有较强的适 应性。
[0017] 本装置的操作步骤如下：
[0018] 步骤1、将大鼠放在实验平台上用腹部弹性金属扣固定，用冰帽包裹固定大鼠头 部，用温度探头固定装置将热电偶温度探头固定在适当位置，温度探头以前倾30-45°方向 插入大鼠耳道深处，以耳道深处温度作为颅脑温度近似输入；
[0019] 步骤2、打开加热装置维持大鼠身体温度稳定；
[0020] 步骤3、在操作面板上选择需要控制冷却水温或大鼠脑温，设定相应的控制目标温 度。
[0021] -种大鼠颅脑低温实验平台温度控制方法，基于PID控制，包括以下步骤
[0022] S01、设定期望的脑温或水温，与实际测得的脑温或水温对比，得到误差EJtSPID 控制器的输入；
[0023] S02、PID控制器运算得到相应的半导体制冷片控制信号u;
[0024] S03、控制系统根据控制信号u控制半导体制冷片的制冷功率，实现对脑温或水温 的控制。
[0025] -种大鼠颅脑低温实验平台温度控制方法，基于模糊控制，包括以下步骤：
[0026] S11、设定期望的脑温或水温，与实际测得的脑温或水温对比，得到误差E以及误差 变化率Ec，作为模糊控制器的输入；
[0027] Sl 2、将模糊规则表中各个值实例化为具体的温度差以及输出功率值，根据输入的 E和Ec，按照模糊规则表输出相应的半导体制冷片控制信号u;
[0028] S13、根据控制信号u控制半导体制冷片的制冷功率，实现对脑温或水温的控制。
[0029] -种大鼠颅脑低温实验平台温度控制方法，基于模糊神经网络控制，包括以下步 骤：
[0030] S21、设定一组模糊神经网络控制器FNNC的初始值，包括模糊语言变量个数、各个 模糊语言变量中心b、范围m以及神经网络的连接权值ω ;
[0031] S22、设定期望的脑温或水温，与实际测得的脑温或水温比对，得到误差E以及误差 的变化率Ec，作为模糊神经网络控制器输入；
[0032] S23、根据输入的E和Ec，模糊神经网络控制器输出相应的半导体制冷片控制信号 u；
[0033] S24、控制系统根据控制信号u控制半导体制冷片的制冷功率，实现对脑温或水温 的控制；
[0034] S25、根据误差E调节模糊神经网络控制器FNNC各个参数，直至模糊神经网络控制 器与对象特性的匹配。
[0035] -种大鼠颅脑低温实验平台温度控制方法，基于模型参考自适应模糊神经网络控 制，包括以下步骤：
[0036] S31、设定一组模糊神经网络控制器FNNC以及模型预估器FNNI的初始值，包括了模 糊语言变量个数、各个模糊语言变量中心b、范围m以及神经网络的连接权值ω，设定预期的 参考模型R输入输出特性；
[0037] S32、设定期望的脑温或水温，与实际测得的脑温或水温比对，得到误差E以及误差 的变化率Ec，作为模糊神经网络控制器FNNC输入；
[0038] S33、根据输入的E和Ec，模糊神经网络控制器输出相应的半导体制冷片控制信号 u；
[0039] S34、控制系统根据控制信号u控制半导体制冷片的制冷功率，实现对脑温或水