专利名称：啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及模拟跳跃刺激导致跟腱末端病或疲劳性骨损伤的动物模型技术领域，特别是涉及一种全自动的啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统。
背景技术：
动物模型研发是进行生物医学研究的重要组成部分，无论研究何种疾病，都需要创造与疾病发生相似的环境，通过改变环境诱发或改变遗传自发的制造动物病理模型。在运动医学研究领域，针对动物模型的研发在广泛开展，通过研发诱导环境制造一系列运动医学疾病模型，比如大鼠运动跑台[申请号为CN200820161141.1，2008年]，大鼠或小鼠游泳水槽等。针对于末端病和运动性骨疲劳的大鼠实验模型，传统的机械超负荷造模法是最常用的方法，目前常用的有三种方法:1，强迫跑台奔跑法；2，人造肌肉刺激装置来增加肌腱负荷；3，直接通过外部装置重复牵拉肌腱[刘波.电针治疗腱末端病的生物力学研究-电针对末端结构断裂特性的影响，中国中医骨伤科杂志，1995,3(5):4-13]。但是基于大鼠的特殊的生理机能，采用跑台法可能达不到过度损伤的模型。如果要制造出过度损伤模型，必须加大运动量至超过大鼠的正常运动水平，但是在实际应用中很难造出超过大鼠正常水平的模型，且对跳跃项目的运动员高发的跟腱末端病和疲劳性骨折无法进行相似环境模拟，所以研究一种跳跃刺激模型非常有必要。目前国内外已有学者建立起来了一些运动性骨疲劳的动物模型，这些模型的建立对于骨骼的运动性疾病深入研究起到了极为重要的作用[陈佑学等.运动性骨疲劳的模拟实验研究.中国运动医学杂志，2003，22 (4):324-330]。但是，跑台和跳跃相比之下，跳跃的造模效果要好于跑台，所以大多数研究者在运动性骨疲劳研究中宁愿选择跳跃运动。跳跃运动模型大多采用跳跃板，但是如何控制跳跃板通电，如何限制电压等等一系列的问题都未得到相对完善的解决方案。因此，如何建立科学的、有效的动物模型刺激台十分必要，这种装置的环境模拟不仅要符合骨骼的运动实践特点，而且能够很好地反映出符合运动实践特点的骨骼的病理改变，从而实现从结构、功能和病理学等多方面深入研究的可能，为骨骼的临床治疗提供可靠有力的科学参数与依据。人造肌肉刺激装置只在指深屈肌腱成功的造出动物模型，但是并没有在鼠类和兔子的跟腱上获得成功。小腿三头肌的电刺激装置诱导大鼠跟腱，在腱鞘和腱周的组织上发生了血管和神经的增多，但是11周过后，肌腱体并没有产生典型的肌腱病的变化。现在人造肌肉刺激和直接重复肌腱牵拉的方法仍缺乏有力的证据显示他们能成功制作过度损伤的肌腱病的动物模型[扈盛等.末端病造模方法的研究.武汉体育学院学报，2006，40(4):79-81]。基于以上研究，提出使用跳跃法来建立大鼠跟腱病的动物模型，使用电击刺激大鼠足部，强迫产生跳跃，重复训练使大鼠跟腱产生过度疲劳损伤。在研究电激跳跃建立大鼠跟腱病动物模型中，实验采用高压脉冲直流电作为电源，大鼠放置在笼底铺有铁丝电击笼内，通电时大鼠双足会构成回路，刺激大鼠产生强烈疼痛，被迫向上跳跃。当鼠笼高度较低时大鼠较容易跳出鼠笼， 再次将大鼠放进电击笼，并逐渐增加笼壁的高度，大鼠会继续跳跃，随着鼠笼逐渐加高，达到大鼠跳跃高度的极限值，停止增加笼壁高度，每次电击大鼠会向上跳跃以避免电击，反复电击使大鼠肌腱产生过度损伤。但是，这种实验仪器无法控制电流强度，容易给动物造成电击烧伤，且操作不简便，跳跃的装置有待进一步的完善[刘伟.电击跳跃法建立大鼠跟腱病动物模型，现代医药卫生，2011:3041-3044.]。目前，实验人员多采用目测法记录小鼠的跳跃次数。通常作法是将小鼠放入玻璃圆筒，或透明有机玻璃圆筒、透明观测箱、玻璃缸、玻璃烧杯等容器中，直接观察并用计数器来记录；或将小鼠的跳跃行为先用摄像机记录下来，然后再观察计数。在使用大量样本进行实验时，目测法需要多名实验人员同时进行观测，不但耗时、费力、易发生错记、漏记现象，观测者间存在系统误差，而且观测者的存在也对实验动物产生影响，这些不足很大程度上影响了实验效率和结果的客观性、可靠性。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统。为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:一种啮齿动物电刺激跳跃笼，所述电刺激跳跃笼包括通电设置的底板及自底板边缘向上竖直设置的主体部，所述底板包括固定设置的固定底板、以及位于所述固定底板上滑动设置的抽插底板，所述抽插底板上设有若干导线组，所述导线组与外部电源相连。作为本发明的进一步改进，所述导线组包括第一导线组和第二导线组，所述第一导线组和第二导线组间具有电压差并形成电流。作为本发明的进一步改进，所述第一导`线组包括若干平行设置的第一导线，第二导线组包括若干平行设置的第二导线。作为本发明的进一步改进，所述第一导线和第二导线交替平行设置。作为本发明的进一步改进，所述抽插底板上位于第一导线组和第二导线组之间设有用于排除啮齿动物体液的体液排除槽。作为本发明的进一步改进，所述体液排除槽平行设于第一导线和第二导线之间。相应地,一种哨齿动物电刺激跳跃笼的电子控制系统，所述电子控制系统包括:工作模式控制模块，用于根据不同工作模式的功能要求输出控制信号；工作状态显示模块，用于电刺激跳跃笼的工作状态；微控制器最小系统，微控制器最小系统与所述工作模式控制模块和工作状态显示模块相连，用于接收控制信号，并输出逻辑电平；继电器及驱动模块，继电器及驱动模块与所述微控制器最小系统相连，用于控制控制继电器的闭合。作为本发明的进一步改进，所述继电器及驱动模块上还连接有用于调节电流及电压的调压模块，所述调压模块为一调压器。本发明啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统具有以下优点:设计电子控制系统，通过可视化在线编程，刺激时间及刺激频率可调，可以节约人力；通过可视化在线编程，实现对电流强度及电压的调整；通过动物习性的研究，设计了无躲避保护电刺激跳跃笼；通过内部构造的合理设计，优化材料选择搭配，解决不导电及短路频发现象；通过外观设计，使产品易拆且坚固，增强耐用性，实用性，美观性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一实施方式中啮齿动物电刺激跳跃笼的底板剖面结构示意图；图2为本发明一实施方式中啮齿动物电刺激跳跃笼的底板俯视结构示意图；图3为本发明一实施方式中啮齿动物电刺激跳跃笼的内部电路原理图；图4为本发明一实施方式中啮齿动物电刺激跳跃笼电子控制系统的模块示意图；图5为本发明一实施方式中啮齿动物电刺激跳跃笼电子控制系统的运行流程图；图6a、6b、6c为本发明一实施方式中进行SD大鼠跳跃模型预实验后第二周胫骨中段对照组、跳跃组和负重跳跃组的HE染色切片图；图7a、7b、7c为本发明一实施方式中进行SD大鼠跳跃模型预实验后第四周胫骨中段对照组、跳跃组和负重跳跃组的HE染色切片图；图8a、8b、8c为本发明一实施方式中进行SD大鼠跳跃模型预实验后第六周胫骨中段对照组、跳跃组和负重跳跃组的HE染色切片图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。本发明的一种啮齿动物电刺激跳跃笼，包括通电设置的底板及自底板边缘向上竖直设置的主体部，参图1所示底板包括固定设置的固定底板1、以及位于固定底板I上滑动设置的抽插底板2，抽插底板上设有若干导线组3，导线组3与外部电源相连。结合图2所示，本发明一实施方式中，导线组3包括第一导线组31和第二导线组32，第一导线组31和第二导线组32间具有电压差并形成电流。第一导线组31中的第一导线分别平行设置，并且一端与同一根导线相连，连接至外部电源的一端，第二导线组32中的第二导线分别平行设置，并且一端与同一根导线相连，连接至外部电源的另一端，同时第一导线组31和第二导线组32中的第一导线和第二导线也互相平行设置，且第一导线和第二导线分别交替等间距设置。 参图3所示，第一导线和第二导线由于分别连接于外部电源的两端，产生电压差，当啮齿动物双脚连接第一导线和第二导线时就可以形成回路，进而产生电流刺激动物的双脚使其跳跃。进一步地，抽插底板2上在第一导线组31和第二导线组32之间还设有纵长型的体液排除槽，用于排除啮齿动物体液，解决了因体液而短路频发的现象。如在本实施方式中第一导线组31中设有4根第一导线，第二导线组32中设有3根第二导线，第一导线组31和第二导线组32之间分别设有6个体液排除槽，在其他实施方式中，第一导线组和第二导线组中导线的数量可以设为其他数值，体液排除槽的数目也可以相应的进行更改。进一步地，在上述实施方式中抽插底板2上还可以设有导线安装槽(未图示)，第一导线和第二导线分别安装在导线安装槽中，满足导线组部分凸出于抽插底板上，这样当啮齿动物位于电刺激跳跃笼中时，可以对其双脚进行电刺激。进一步地，该电刺激跳跃笼的主体部选材为耐酸碱的有机玻璃材料，能够防止动物体液的腐蚀及抗磨损作用，且表面光滑，不易被动物借力实现自保护逃避实验过程，且透明属性可以实现随时观察内部实验进展。其性能稳定、不易短路、能合理保护内部电路，易拆洗和存放。参图4所示，本发明还公开 了一种啮齿动物电刺激跳跃笼的电子控制系统，该电子控制系统包括:工作模式控制模块10，用于根据不同工作模式的功能要求输出控制信号；工作状态显示模块20，用于电刺激跳跃笼的工作状态；微控制器最小系统30，微控制器最小系统30与工作模式控制模块10和工作状态显示模块20相连，用于接收控制信号，并输出逻辑电平；继电器及驱动模块4 0，继电器及驱动模块40与微控制器最小系统30相连，用于控制控制继电器的闭合。 进一步地，继电器及驱动模块40上还连接有用于调节电流及电压的调压模块50，本实施方式中调压模块50为一调压器，通过调压器可以控制系统的电压和电流的大小。微控制器最小系统中包括可编程微控制器，微控制器接收来自工作模式控制模块的输出信号，根据不同工作模式的功能要求，输出逻辑电平给继电器模块，控制继电器的闭合，同时将工作的状态显示在液晶屏上。该电子控制系统具有以下特点:1、具有单次手动刺激功能；2、具有系统自动化周期刺激功能，并且可以和手动方式自由切换；3、能调节系统自动刺激的周期和次数；4、具有液晶显示，实验过程可视化效果明显；5、系统功能的在线可编程，方便升级。本实施方式中微控制器采用单片机编程软件Keil uVision3，C语言编程，参图5所示，具体运行步骤包括:1、系统初始化，执行步骤2 ；2、读取电刺激跳跃笼的运行参数，执行步骤3 ；3、刷新液晶屏(LCD)显示，执行步骤4 ;4、进行按键扫描，执行步骤5 ；
5、确认是否需要设置，若是，设置运行参数后返回执行步骤3，若否，执行步骤6 ;6、是否需要进一步确认，若不需要，返回执行步骤3，若需要执行步骤7 ;7、确认是否开启手动模式，若是，切换电源状态后返回执行步骤3，若否，执行步骤8 ；8、确认是否开启自动模式，若是，设置通断电时间常数，启动定时器并开始自动运行，最后返回执行步骤3，若否，返回执行步骤3。适宜的运动应力可以健骨，长期的过度运动应力则引起疲劳性骨折的风险增大。本发明一具体实施例中，在进行6周的SD大鼠跳跃模型预实验后，胫骨HE染色切片结果参图6 图8所示。其中，图6a、6b、6c分别为第二周胫骨中段对照组、跳跃组和负重跳跃组的HE染色切片图，图7a、7b、7c分别为第四周胫骨中段对照组、跳跃组和负重跳跃组的HE染色切片图，图8a、8b、8c分别为第六周胫骨中段对照组、跳跃组和负重跳跃组的HE染色切片图。由上述图6 图8中HE染色切片图可见，正常对照组的骨干中段环状骨板清晰可见，而跳跃组在第四周及第六周受部分破坏，跳跃负重组在第四，第六周环状骨板破坏严重，几乎看不出来。对照组骨皮质浅层成骨细胞清晰可见，而跳跃及跳跃负重组六周组成骨细胞数目明显减少，骨陷窝数目增多增大，破骨细胞表现活跃。由以上技术方案可以见，与现有技术相比本发明啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统具有以下优点:设计电子控制系统，通过可视化在线编程，刺激时间及刺激频率可调，可以节约人力；通过可视化在线编程，实现对电流强度`及电压的调整；通过动物习性的研究，设计了无躲避保护电刺激跳跃笼；通过内部构造的合理设计，优化材料选择搭配，解决不导电及短路频发现象；通过外观设计，使产品易拆且坚固，增强耐用性，实用性，美观性。综上所述，本发明啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统模拟跳跃诱发环境，可以实现疲劳性骨折，肌腱末端区疾病的动物模型造模，继而深入研究与跳跃状态相关的各种运动性疾病，有利于揭示此类疾病的发生机制和探索相应的防治手段。患此类运动性疾病的运动员，如果得到成功的治疗与康复，可以继续活跃在竞技体育赛场以创造佳绩。在普通人群中虽然跳跃环境相关的疾病发生可能性较小，但随着社会节奏的加快，生活方式改变导致肥胖率增高，因肥胖导致的应力性骨损伤也逐渐增多，电刺激跳跃笼的研发可与跑台模型进行相互补充研究，以探讨其发生机制。因此，研发系统性、全面完善的电刺激跳跃笼已成为人类健康、科研及市场的迫切需要，并具有广泛的社会价值。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体 ，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
权利要求
1.一种啮齿动物电刺激跳跃笼，其特征在于，所述电刺激跳跃笼包括通电设置的底板及自底板边缘向上竖直设置的主体部，所述底板包括固定设置的固定底板、以及位于所述固定底板上滑动设置的抽插底板，所述抽插底板上设有若干导线组，所述导线组与外部电源相连。
2.根据权利要求1所述的啮齿动物电刺激跳跃笼，其特征在于，所述导线组包括第一导线组和第二导线组，所述第一导线组和第二导线组间具有电压差并形成电流。
3.根据权利要求2所述的啮齿动物电刺激跳跃笼，其特征在于，所述第一导线组包括若干平行设置的第一导线，第二导线组包括若干平行设置的第二导线。
4.根据权利要求3所述的啮齿动物电刺激跳跃笼，其特征在于，所述第一导线和第二导线交替平行设置。
5.根据权利要求4所述的啮齿动物电刺激跳跃笼，其特征在于，所述抽插底板上位于第一导线组和第二导线组之间设有用于排除啮齿动物体液的体液排除槽。
6.根据权利要求5所述的啮齿动物电刺激跳跃笼，其特征在于，所述体液排除槽平行设于第一导线和第二导线之间。
7.—种如权利要求1所述的啮齿动物电刺激跳跃笼的电子控制系统，其特征在于，所述电子控制系统包括: 工作模式控制模块，用于根据不同工作模式的功能要求输出控制信号； 工作状态显示模块，用 于电刺激跳跃笼的工作状态； 微控制器最小系统，微控制器最小系统与所述工作模式控制模块和工作状态显示模块相连，用于接收控制信号，并输出逻辑电平； 继电器及驱动模块，继电器及驱动模块与所述微控制器最小系统相连，用于控制控制继电器的闭合。
8.根据权利要求7所述的电子控制系统，其特征在于，所述继电器及驱动模块上还连接有用于调节电流及电压的调压模块，所述调压模块为一调压器。
全文摘要
本发明公开了一种啮齿动物电刺激跳跃笼及其电子控制系统，所述电刺激跳跃笼包括通电设置的底板及自底板边缘向上竖直设置的主体部，所述底板包括固定设置的固定底板、以及位于所述固定底板上滑动设置的抽插底板，所述抽插底板上设有若干导线组，所述导线组与外部电源相连。啮齿动物电刺激跳跃笼实现了无躲避保护电刺激跳跃笼，解决不导电及短路频发现象，易拆且坚固，增强了耐用性、实用性及美观性；电子控制系统可实现全自动可视化编程界面，对刺激时间和频率可自动调节。
文档编号A01K15/02GK103141402SQ20131003447
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者鲍捷, 王国祥, 张静亚 申请人:苏州大学