設計與建構單側帕金森氏症實驗動物模式產生非對稱運動之自動化紀錄與分析平台 (2006中華實驗動物學研討會)


摘要

實驗動物之神經病理模式經常應用於疾病相關藥物開發與臨床治療之模擬與試驗,其中藉由單側顱內注入6-Hydroxydopamine 的處理,能造成黑質區域多巴胺神經元退化、模擬帕金森氏症實驗動物模式。當此類模式動物接受apomorphine 或methylamphetamine 等藥物處理,將誘導動物產生自發性單側旋轉運動,而單位時間內非對稱旋轉量的多寡常用以評估其神經退化狀態與程度。本研究目的在自行設計並開發一套自動化平台,提供實驗中紀錄並分析單側帕金森氏症動物之病理運動模式。本系統中藉由電腦影像處理技術來發展一套全自動地生物影像觀測平台,能使用簡易之網路攝影機進行即時影像分析,亦可開啟已經錄製完成的影片檔案作為輸入與分析的資料來源。系統運作原理結合區域成長與背景相減演算法來分離背景與前景物件的實驗動物影像,接著透過物件前處理所使用的圈扣演算法來抽取正確之物件運動資訊,後處理則以物件主軸之變化作為實驗動物旋轉的指標。在系統開發中我們以JAVA 程式撰寫系統及各項獨立的子功能,且在本研究中所改良之物件切割技術與物件邊緣圈扣演算法將擁有較低的時間複雜度,使系統能夠應用在即時監測作業與分析中,並獲致良好之成效。以目前生醫實驗中常使用之SD 品系大白鼠做為神經病理實驗的動物模式樣本進行測試,本系統能夠在一連串的即時影像變化中達到自動計算大白鼠旋轉之圈數,且每百圈之平均誤差僅在1 圈左右;如改以預錄影片進行分析,則每百圈之系統誤差可縮至1 圈以內。本研究團隊期待發展此類自動化觀測平台如應用在相關研究中,將能夠大幅減少收集實驗資料所需人力與時間,並能減少觀測中人為因素所造成之誤差,進而提高實驗進行之整體成效,達到促進國內相關生物醫學研究與實驗發展之效果。

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