一种基于小鼠游泳的运动状态分析方法及系统与流程

本发明涉及动物运动状态分析领域，具体涉及一种基于小鼠游泳的运动状态分析方法及系统。

背景技术：

1、许多神经系统疾病(如多发性硬化症、亨廷顿舞蹈症和脊髓损伤等)和肌肉骨骼疾病(如关节炎、韧带损伤等)会导致患者和小鼠模型出现明显运动功能障碍，并改变一般的运动模式。目前已有通过对小鼠模型运动耐力和运动协调性的评估，用于研究某些提取成分、小分子物质、激素等对小鼠干预效果的研究，如：当归多糖、金秋胶囊和十肽cms001等。

2、目前国内外评估小鼠模型的运动耐力和运动协调性，用于药物筛选、药效检测研究的行为学方法主要包括强迫游泳实验、负重游泳实验、旋转棒实验、涉水实验等，其中最经典的是负重游泳实验。游泳是一种典型的运动行为形式，以小鼠为例，其特点是强有力的后肢划水，以非常一致和协调的方式进行，为向前运动提供主要动力，而前爪通常在胸部以下不动，尾巴的水平正弦振荡和偶尔的前肢划动可能对游泳时的导航和稳定性很重要。通过对小鼠诸如力竭时间、游泳速度、游泳路径等行为指标的观察，评估小鼠的运动耐力和运动协调性，检测运动缺陷。

3、现阶段评估小鼠模型运动耐力和运动协调性的评价方法有：量表评分法、视频采集法。其中，量表评分法得到的结果往往是非线性的且主观性大，敏感度较低，易受到代偿运动的干扰。此外，通过视频采集的方法对小鼠模型完成特定行为学任务过程进行记录，除依据小鼠模型毛发颜色不做处理外，另有将模型小鼠原有毛发剔除，对关节点进行色彩标记的处理方法，这两种方法均存在关节点位置判断主观性大，易造成小鼠死亡，成本高。同时，剔除毛发的操作不仅复杂，而且会干扰小鼠正常的生理状态，进而影响小鼠行为表现，干扰实验结果。视频采集的方法虽然记录了小鼠模型大量的行为学信息，但由于肉眼直接观察的不准确性和行为指标数目少，层次单一的限制，无法更大程度地解读视频所蕴藏的海量的行为信息。目前基于人眼对小鼠行为的观察存在着费时费力、主观性大、标准不统一，指标数量少，层次单一，精确度低，实验重复性差等缺陷，难以实现各实验室观察结果的比较，这给行为分析增加了额外的难度。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于公开一种基于小鼠游泳的运动状态分析方法及系统，以改善目前在对小鼠的游泳运动状态分析时，人为的主观因素较大以及观测的层次单一的问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明公开一种基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其包括：

3、构建小鼠游泳的运动场景，其包括运动耐力评估运动场景和运动协调性运动场景；

4、获取小鼠在所述运动场景中的游泳状态下的姿态视频数据；

5、基于所述姿态视频数据，识别小鼠的各个骨骼关节点的位置，并提出对应骨骼关节点在不同时刻下的坐标值；

6、基于所述坐标值，建立小鼠各个关节点的坐标值的数据合集；

7、基于所述数据合集，识别对应骨骼关节点的行为发生的时常和次数、比较各类行为的差异，并生成小鼠游泳状态的运动变化规律数据。

8、在本发明一方案中，在构建所述运动耐力评估运动场景中，包括：

9、构建小鼠的游泳区域，且在所述游泳区域一侧设置有用于获取小鼠状态的视频获取设备；

10、预设所述游泳区域的水温范围以及水深范围，其中所述水温范围包括25±1℃，以及所述水深包括35±1cm；

11、设置配重块，所述配重块质量为小鼠体重的5％。

12、在本发明一方案中，在构建所述运动协调性运动场景中，包括：

13、构建一矩形的测试箱，且所述测试箱采用透明材质；

14、视频获取设备，是位于所述测试箱底部，其用于获取所述测试箱内小鼠的运动时的姿态视频数据；

15、第一调整镜面；

16、第二调整镜面，其位于所述第一调整镜面的侧边，且所述第二调整镜面与所述第一调整镜面之间为夹角设置；以及

17、第三调整镜面，其位于所述第一调整镜面的另一侧，且所述第三调整镜面与所述第一调整镜面之间为夹角设置；

18、其中，所述第二调整镜面或所述第三调整镜面与所述第一调整镜面之间的夹角可允许进行调节。

19、在本发明一方案中，在所述基于所述姿态视频数据，识别小鼠的各个骨骼关节点的位置，并提出对应骨骼关节点在不同时刻下的坐标值的步骤中：

20、所述骨骼关节点的位置包括：鼻尖、左耳、右耳、左眼、右眼、头部中心、颈、躯干中心、尾根、尾中、尾端、髂嵴、臀部、后脚踝、后脚趾尖、肩部、手腕、肘部、前脚趾尖；以及所述骨骼关节点的坐标值所对应的坐标系由视频获取设备的分辨率进行设置。

21、在本发明一方案中，基于小鼠躯干骨架，对所述骨骼关节点进行分类并映射相应的躯干分类标签。

22、在本发明一方案中，在所述基于所述数据合集，识别对应骨骼关节点的行为发生的时常和次数、比较各类行为的差异，并生成小鼠游泳状态的运动变化规律数据的步骤中，所述小鼠游泳状态的运动变化规律数据包括：

23、小鼠运动耐力数据，包括运动时长、静止时常、躯干角、偏转角、舒展角、尾巴弯曲角、游泳运动距离、摆动运动距离；以及

24、小鼠运动协调性数据，其包括时间指标数据、垂直节理运动和高度指标数据、步长和伸缩距离指标数据、爪与身体中心角指标数据以及躯体节段角指标数据。

25、本发明还提供一种基于小鼠游泳状态的行为分析系统，其包括实验模块、数据传输模块、视频分析模块、存储模块、以及输出模块；

26、其中，所述视频分析模块用于对小鼠的追踪视频数据进行分析，其包括：

27、获取小鼠在运动场景中的游泳状态下的姿态视频数据；

28、基于所述姿态视频数据，识别小鼠的各个骨骼关节点的位置，并提出对应骨骼关节点在不同时刻下的坐标值；

29、基于所述坐标值，建立小鼠各个关节点的坐标值的数据合集；

30、基于所述数据合集，识别对应骨骼关节点的行为发生的时常和次数、比较各类行为的差异，并生成小鼠游泳状态的运动变化规律数据。

31、本发明公开一种基于小鼠游泳的运动状态分析方法及系统，基于负重游泳和自发游泳两种小鼠的游泳运动方式，并对多个身体关节点进行识别和追踪，从多维度捕获小鼠精细行为指标，量化了小鼠头部、躯干和四肢运动，并通过运动速度、运动路径、前肢摆动速度、尾部位置等精细行为指标，对小鼠不同运动方式进行全面分析，以此评估小鼠的运动耐力和运动协调性。同时，三面反光镜的设计，减少了摄像机的额外使用，缩小了实验的场地需求，降低了实验的人力、物力需求。

技术特征：

1.一种基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其特征在于，在构建所述运动耐力评估运动场景中，包括：

3.根据权利要求1所述的基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其特征在于，在构建所述运动协调性运动场景中，包括：

4.根据权利要求1所述的基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其特征在于，在所述基于所述姿态视频数据，识别小鼠的各个骨骼关节点的位置，并提出对应骨骼关节点在不同时刻下的坐标值的步骤中：

5.根据权利要求1所述的基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其特征在于，基于小鼠躯干骨架，对所述骨骼关节点进行分类并映射相应的躯干分类标签。

6.根据权利要求1所述的基于小鼠游泳状态的行为分析方法，其特征在于，在所述基于所述数据合集，识别对应骨骼关节点的行为发生的时常和次数、比较各类行为的差异，并生成小鼠游泳状态的运动变化规律数据的步骤中，所述小鼠游泳状态的运动变化规律数据包括：

7.一种基于小鼠游泳状态的行为分析系统，其特征在于，包括实验模块、数据获取模块、数据传输模块、视频分析模块、存储模块、以及输出模块；

技术总结
本发明公开一种基于小鼠游泳状态的行为分析方法及系统，基于小鼠游泳状态的行为分析方法包括：构建小鼠游泳的运动场景，其包括运动耐力评估运动场景和运动协调性运动场景；获取小鼠在运动场景中的游泳状态下的姿态视频数据；基于姿态视频数据，识别小鼠的各个骨骼关节点的位置，并提出对应骨骼关节点在不同时刻下的坐标值；基于坐标值，建立小鼠各个关节点的坐标值的数据合集；基于数据合集，识别对应骨骼关节点的行为发生的时常和次数、比较各类行为的差异，并生成小鼠游泳状态的运动变化规律数据。本发明可有效改善目前在对小鼠的游泳运动状态分析时，人为的主观因素较大以及观测的层次单一的问题。

技术研发人员：李思迪,盛益华,赵怡,罗华伦,罗祥,杜班班,李由
受保护的技术使用者：安徽正华生物仪器设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13