动物二维活动数据的统计方法与程序设计
作者：艾志伟 魏建华 潘传芳 杨锦文
单位：艾志伟(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)；魏建华(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)；潘传芳(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)；杨锦文(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)
关键词：红外线检测；动物活动度；数理统计
数理医药学杂志000508
摘 要： 介绍一种动物二维活动数据的采集方法，论述了对数据进行统计处理的项目及意义，并提供了进行统计处理的软件设计方法及部分流程图。
中图分类号： TP 311.11 文献标识码： A 文章编号：1004-4337(2000)05-0399-02
进行药理、毒理的分析一般都要选用动物作实验对象，实验中除了要检测动物体内的某些生化指标外，还需要观察药物对动物活动功能的影响。动物活动度的测定与分析是进行动物活动功能评定的重要方法。传统上采用人工观察动物的活动情况，近年来常常使用红外线束定位和显像跟踪系统进行观察，但以往的红外线束定位仪监测点数少，而显像跟踪系统成本较高。针对这种情况，我们设计了一种红外点阵二维检测装置，可以记录动物的整个活动过程，通过对记录的数据进行统计与分析，从而判断动物活动度的变化情况。
, 百拇医药
1 检测模型设计
动物二维活动检测部分如图1所示。动物活动区为正方形，其四周放置两组相互垂直的红外线发射与接收装置，每组各由8对红外线发射与接收管对动物活动区进行扫描监测，相邻两管间的距离略大于动物的体长。动物在检测区活动时，停留在不同的位置，相应的红外光被动物的身体阻挡，检测的电信号由单片机进行处理，判断动物所在的位置及相应的停留时间。
动物活动共分为8×8个检测点，检测点的编号如图1所示。单片机把动物在整个活动过程中所有停留的位置及相应的停留时间都存入大容量的存储器中，停留位置及相应的停留时间(各占一个字节)为一组数据，停留时间如果超过一个字节的容量，则在下一组数据继续存放。存储器可以存储约1.6万组数据。
图1 动物活动检测图
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2 数据统计项目及意义
存储器保存的动物活动数据经过统计处理后才能比较出动物活动度的差别。
2.1 分区统计 为了说明动物在不同区域活动情况的变化，统计可以按不同的区域进行。这种统计方法特别是适合于说明动物在各种物理刺激的影响下，动物在各个活动区域活动度的改变情况。
2.2 分时段统计 分时段统计是把整个存储数据按不同时间段进行分别统计，它可以说明动物在不同时间段其活动度的改变程度。在用动物进行药理实验中，药物在动物体内产生作用需要一定的时间，并且在不同的时间段对动物活动的影响程度也不同，分时段统计的结果可以很好地说明药效与时间的关系。
2.3 活动点数与活动距离 活动点数即动物在统计区域内活动时，从一个检测区至另一个检测区的转移次数。活动点数可以判断动物活动度的大小，但要更加精确地对两个动物的活动度进行定量比较，则必须计算每个动物的活动距离。活动距离只能针对整个动物活动区进行统计。
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2.4 停留时间与平均停留时间 停留时间的计算只能分区域进行，其统计的结果可以说明动物在不同区域活动时间的差别。停留时间与活动点数有相关性，但也有差别。动物在一个统计分区内活动点数较多，但如果动物在这个统计分区内活动速度较快，其停留时间也并不长。
为了说明动物在不同统计区或不同时间段活动速度的变化，我们可以用平均停留时间来说明。平均停留时间即停留时间与活动点数之比。平均停留时间和统计学上的平均值的意义相同。
2.5 停留时间标准差 动物在不同统计区的平均停留时间相同，但它们在该统计区停留时间的均匀性不一定相同。如一个动物的活动比较平滑，在每个检测点的停留时间比较均匀，而另一个动物的活动大起大落，在各个检测点的停留时间差别较大，为了说明这种差别的大小，可以用停留时间标准差来说明。停留时间标准差的计算是以停留时间为变量值，动物停留位置的个数为变量值的个数进行计算。
3 统计处理程序设计
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在进行各种统计之前，要设置好统计的区域和统计的时间段。活动点数、停留时间、平均停留时间与停留时间标准差的统计处理程序比较简单，主要是进行求和处理。下面以求活动距离为例说明统计程序的设计方法。
图2 动物活动距离统计模型图
从图2可以看出，动物从44位置开始，运动到其它位置的路线虽然有很多，但是其距离只有4个不同的长度(动物直接运动到更远位置的概率非常小)。如果小方格的边长为1个单位，4个不同的长度单位分别是1、1.414、2.235和3.162(分别是1、2、5、10的开平方)。程序设计时先求出4个长度单位各自的总个数，再分别乘以相应的长度单位，然后求和得到活动距离。但这个活动距离还需要乘以小方格的实际边长即为实际的活动距离。
活动距离统计程序流程图如图3所示。程序中数据处理是把两个检测点的位置数的个位与十位分别相减取绝对值，然后相加，其结果绝大多数是1、2、3、4四个数中的一个，如果超过4(概率非常小)也取4。程序中A、B、C、D分别是4个数中每一个数字的个数的和所存放的地址。
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图3 求活动距离程序框图
参 考 文 献
1，张铣，刘毓谷.毒理学.北京：北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社，1997.
2，余永权.ATMEL89系列FLASH单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，1997.
3，方喜业.医学实验动物学.北京：人民卫生出版社，1995.
4，罗札.塞克斯.应用统计手册.天津：天津科技翻译出版公司，1988.
收稿日期：2000-03-11, http://www.100md.com
单位：艾志伟(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)；魏建华(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)；潘传芳(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)；杨锦文(湖北医科大学物理教研室 武汉430071)
关键词：红外线检测；动物活动度；数理统计
数理医药学杂志000508
摘 要： 介绍一种动物二维活动数据的采集方法，论述了对数据进行统计处理的项目及意义，并提供了进行统计处理的软件设计方法及部分流程图。
中图分类号： TP 311.11 文献标识码： A 文章编号：1004-4337(2000)05-0399-02
进行药理、毒理的分析一般都要选用动物作实验对象，实验中除了要检测动物体内的某些生化指标外，还需要观察药物对动物活动功能的影响。动物活动度的测定与分析是进行动物活动功能评定的重要方法。传统上采用人工观察动物的活动情况，近年来常常使用红外线束定位和显像跟踪系统进行观察，但以往的红外线束定位仪监测点数少，而显像跟踪系统成本较高。针对这种情况，我们设计了一种红外点阵二维检测装置，可以记录动物的整个活动过程，通过对记录的数据进行统计与分析，从而判断动物活动度的变化情况。
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1 检测模型设计
动物二维活动检测部分如图1所示。动物活动区为正方形，其四周放置两组相互垂直的红外线发射与接收装置，每组各由8对红外线发射与接收管对动物活动区进行扫描监测，相邻两管间的距离略大于动物的体长。动物在检测区活动时，停留在不同的位置，相应的红外光被动物的身体阻挡，检测的电信号由单片机进行处理，判断动物所在的位置及相应的停留时间。
动物活动共分为8×8个检测点，检测点的编号如图1所示。单片机把动物在整个活动过程中所有停留的位置及相应的停留时间都存入大容量的存储器中，停留位置及相应的停留时间(各占一个字节)为一组数据，停留时间如果超过一个字节的容量，则在下一组数据继续存放。存储器可以存储约1.6万组数据。
图1 动物活动检测图
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2 数据统计项目及意义
存储器保存的动物活动数据经过统计处理后才能比较出动物活动度的差别。
2.1 分区统计 为了说明动物在不同区域活动情况的变化，统计可以按不同的区域进行。这种统计方法特别是适合于说明动物在各种物理刺激的影响下，动物在各个活动区域活动度的改变情况。
2.2 分时段统计 分时段统计是把整个存储数据按不同时间段进行分别统计，它可以说明动物在不同时间段其活动度的改变程度。在用动物进行药理实验中，药物在动物体内产生作用需要一定的时间，并且在不同的时间段对动物活动的影响程度也不同，分时段统计的结果可以很好地说明药效与时间的关系。
2.3 活动点数与活动距离 活动点数即动物在统计区域内活动时，从一个检测区至另一个检测区的转移次数。活动点数可以判断动物活动度的大小，但要更加精确地对两个动物的活动度进行定量比较，则必须计算每个动物的活动距离。活动距离只能针对整个动物活动区进行统计。
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2.4 停留时间与平均停留时间 停留时间的计算只能分区域进行，其统计的结果可以说明动物在不同区域活动时间的差别。停留时间与活动点数有相关性，但也有差别。动物在一个统计分区内活动点数较多，但如果动物在这个统计分区内活动速度较快，其停留时间也并不长。
为了说明动物在不同统计区或不同时间段活动速度的变化，我们可以用平均停留时间来说明。平均停留时间即停留时间与活动点数之比。平均停留时间和统计学上的平均值的意义相同。
2.5 停留时间标准差 动物在不同统计区的平均停留时间相同，但它们在该统计区停留时间的均匀性不一定相同。如一个动物的活动比较平滑，在每个检测点的停留时间比较均匀，而另一个动物的活动大起大落，在各个检测点的停留时间差别较大，为了说明这种差别的大小，可以用停留时间标准差来说明。停留时间标准差的计算是以停留时间为变量值，动物停留位置的个数为变量值的个数进行计算。
3 统计处理程序设计
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在进行各种统计之前，要设置好统计的区域和统计的时间段。活动点数、停留时间、平均停留时间与停留时间标准差的统计处理程序比较简单，主要是进行求和处理。下面以求活动距离为例说明统计程序的设计方法。
图2 动物活动距离统计模型图
从图2可以看出，动物从44位置开始，运动到其它位置的路线虽然有很多，但是其距离只有4个不同的长度(动物直接运动到更远位置的概率非常小)。如果小方格的边长为1个单位，4个不同的长度单位分别是1、1.414、2.235和3.162(分别是1、2、5、10的开平方)。程序设计时先求出4个长度单位各自的总个数，再分别乘以相应的长度单位，然后求和得到活动距离。但这个活动距离还需要乘以小方格的实际边长即为实际的活动距离。
活动距离统计程序流程图如图3所示。程序中数据处理是把两个检测点的位置数的个位与十位分别相减取绝对值，然后相加，其结果绝大多数是1、2、3、4四个数中的一个，如果超过4(概率非常小)也取4。程序中A、B、C、D分别是4个数中每一个数字的个数的和所存放的地址。
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图3 求活动距离程序框图
参 考 文 献
1，张铣，刘毓谷.毒理学.北京：北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社，1997.
2，余永权.ATMEL89系列FLASH单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，1997.
3，方喜业.医学实验动物学.北京：人民卫生出版社，1995.
4，罗札.塞克斯.应用统计手册.天津：天津科技翻译出版公司，1988.
收稿日期：2000-03-11, http://www.100md.com