大鼠面部疼痛识别
基于疼痛关联性矫正模型的大鼠面部疼痛识别方法及系统
申请号: CN202311618387.2
申请日期: 2023-11-30
公开(公告)号: CN117523640A
公开(公告)日: 2024-02-06
申请(专利权)人: 东南大学
发明(设计)人: 宗源 邓丁凡 李兆阳 顾予佳 李邦华 陈璐炜
代理人: 冯艳芬
代理机构: 南京苏高专利商标事务所（普通合伙）
IPC分类号:G06V 40/16; G06V 10/80; G06V 10/82; G06N 3/0464; G06N 3/048; G06N 3/082
摘要
本发明公开了一种基于疼痛关联性矫正模型的大鼠面部疼痛识别方法及系统，方法包括：
- 获取若干大鼠面部图像和对应标识大鼠疼痛与否的标签；
- 构建疼痛关联性权重深度学习模型，所述模型包括面部局部特征提取模块、面部特征加权融合模块和疼痛识别模块；
- 将每一大鼠面部图像和对应标签作为一个样本，输入所述疼痛关联性权重深度学习模型进行训练；
- 将待识别的大鼠面部图像输入训练好的疼痛关联性权重深度学习模型，识别大鼠面部疼痛与否。本发明以非侵入的方式识别大鼠疼痛与否，自动化程度高、准确率高。
背景技术
大鼠是一种运用广泛的实验动物，对生物学以及医学的发展做出了重大贡献。在许多使用大鼠的实验中，例如镇痛药的临床前动物实验，对大鼠进行疼痛评估是必不可少的一步。然而，大鼠的疼痛评估十分困难。大鼠无法通过语言表达情感，很难对疼痛程度直接地进行反馈。面对这些问题，研究人员已经意识到对大鼠进行疼痛评估的重要性，并在过去的几十年中开发了许多有用的解决方法。
行为学观察法是目前评估大鼠疼痛的主要方法。其大致可分为两类：诱发痛行为评估法与自发痛行为评估法。Von Frey测试是一种广泛使用的诱发痛行为评估法，用于对包括大鼠在内的各种实验动物，进行疼痛评估。在Von Frey测试中，需要将一组经过校准的Von Frey纤维丝刺激实验动物的特定部位，例如大鼠的脚掌，直到纤维丝稍微弯曲，此时纤维丝产生标准化的压力。通过观察实验动物行为，例如大鼠缩回脚掌，可以得到实验动物对应的疼痛阈值，进而得到实验动物的疼痛程度。尽管Von Frey测试是一种常用且快速的大鼠疼痛评估方法，但是这种方法依赖实验动物对侵入性刺激诱导的疼痛反应，这引起了对实验动物福利的关注。而在自发痛行为评估法中，转轮跑步法是一种非侵入性、客观的大鼠疼痛评估方法。在转轮跑步法中，需要持续定期监测大鼠的转轮跑步行为。大鼠的转轮跑步行为减少，例如跑步距离、跑步速度和在跑轮上的时间，可能表明大鼠存在疼痛。然而，与其他的自发痛行为评估法相似，转轮跑步法十分费时，在准备工作中需要对大鼠进行至少一周的训练，使大鼠能够在转轮上跑步，这一缺陷无疑阻碍了对大鼠疼痛进行及时的识别。
近年来，研究人员试图研究是否可以在非侵入的情况下，短时间内对大鼠疼痛进行准确有效的识别。Sotocinal等人在人类面部动作单位与疼痛表情间关系的启发下，开发了一种大鼠疼痛评估工具，称为大鼠鬼脸量表(Rat Grimace Scale,RGS)。该工具通过对大鼠面部表情进行编码来量化大鼠的自发疼痛，并已证明其有效性和便利性。但是该方法需要人工识别，耗时耗力，不具备自动识别性能。