基于紅外視頻測(cè)量技術(shù)的瞳孔反應(yīng)動(dòng)態(tài)識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、基于紅外視頻測(cè)量技術(shù)的瞳孔反應(yīng)動(dòng)態(tài)識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)李蕊1*，張浪千2,3*,胡博3，蔣政3，吳廣延3，姚娟3，劉運(yùn)航4，隋建峰2，3550002貴陽(yáng)，貴州省第一人民醫(yī)院康復(fù)科1；40038重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部生理學(xué)教研室2；40038重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心3；610000成都，四川省成都儀器廠4)摘要目的設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單實(shí)用、基于紅外視頻測(cè)量技術(shù)，能對(duì)人或動(dòng)物的瞳孔反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)和同步在線自動(dòng)識(shí)別和監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。方法系統(tǒng)包括：普通CCD紅外攝像頭、數(shù)據(jù)采集卡、生理信號(hào)記錄儀及信號(hào)采集分析基礎(chǔ)軟件，瞳孔同步視頻測(cè)量分析軟件，計(jì)算機(jī)等。CCD攝像頭接收眼球的紅外光反射并將之轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)

2、據(jù)采集卡采集已經(jīng)數(shù)字化的視頻信息然后將其輸入計(jì)算機(jī)。瞳孔視頻分析軟件是該系統(tǒng)的核心，它通過(guò)動(dòng)態(tài)地跟蹤分析瞳孔區(qū)域的灰度值與周圍區(qū)域灰度值的差異，得出瞳孔區(qū)域的總像素?cái)?shù)從而得出瞳孔區(qū)域的面積。利用Windows內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)機(jī)制作為橋梁，進(jìn)行與信號(hào)記錄系統(tǒng)軟件間的數(shù)據(jù)通訊傳遞，使瞳孔大小的變化以快速跳變的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在生理信號(hào)記錄儀上，同時(shí)，形成實(shí)時(shí)的瞳孔反應(yīng)的面積-時(shí)間曲線圖。結(jié)果利用本系統(tǒng)成功建立了貓條件性瞳孔擴(kuò)大反應(yīng)。結(jié)論本系統(tǒng)依賴簡(jiǎn)單設(shè)備解決了瞳孔自動(dòng)跟蹤和動(dòng)態(tài)測(cè)量的難題，特別是解決了瞳孔位置移動(dòng)對(duì)于測(cè)量的影響。關(guān)鍵詞瞳孔；紅外線；擴(kuò)大反射；視頻Adynamicalidentificationan

3、dmonitoringsystemforpupilreactionbasedontheinfraredvideomeasurementtechnologyLIRuii*,ZHANGLang-qian2,3*,HUB03,JIANGZheng3,WuGuang-yan3,YAOJuan3,LIUYun-hang4,SUIJian-feng2,3(iDepartmentofrehabilitation,firstpeopleshospitalofGuiZhouprovince,Guiyang550002;2Department0fphysi0l0gy,3Experimentalcenter,C0l

4、lege0fMedicine,ThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing400038;4ChengduinstrumentfactoryofSichuan,Chengdu610000,China)ObjectiveTodesignasimpleandpracticalsystemwhichcanautomaticallyidentifyandmonitorthereactionofpupilsofhumanbeingoranimalsonline,basedoninfraredvideomeasurementtechnology.MethodsThesys

5、teminclude:ordinaryCCDinfraredcamera,dataacquisitioncard,physiologicalsignalrecorderandbasicsoftwareforsignalacquisitionandanalysis,synchronousmeasurementandanalysissoftwareofpupilvideo,computer,etc.TheinfraredreflectionfromeyeballwasreceivedbyCCDcameraandconvertedtodigitalsignal.Thedigitalvideoinfo

6、rmationwasacquiredbythedataacquisitioncardandsendintothecomputer.Thecoreofthesystemisvideoanalysissoftwareofpupil.Bydynamicallytrackingandanalysingthegrayvaluedifferencebetweenpupilandthesurroundingarea,thetotalnumberofpixelsandthetotalareaofthepupilwereacquired.TheWindowsRAMtransfermechanismwasused

7、asabridgetocommunicatedatabetweenthesignalrecordingsystemsoftwareandthevideoanalysissoftware,makingthechangesofpupilsizepresentedasquickchangedigitalsinthephysiologicalsignalrecorder.Atthesametime,thetime-areagraphofpupilreal-timeresponsewasformed.ResultsThecondioneddilationreflexwassuccessfullyesta

8、blishedincatsbyusingofthesystem.ConclusionThechallengeofpupilautomatictrackinganddynamicmeasurement,especiallytheinfluenceofpupilmotiontothemeasurement,weresolvedbythissystemdependedonsimpledevices.keywords:pupil;infrared;dilationreflex;video通信作者隋建峰,Email:jfsui2003；劉運(yùn)航,Email: HYPERLINK mailto:liuyun

9、hang liuyunhang*：同等貢獻(xiàn)者瞳孔反應(yīng)測(cè)量分析是神經(jīng)科學(xué)研究的潛在的理想行為模型，對(duì)于某些臨床疾?。òň窦膊　⑺幬锍砂a、心理疾患等）的診斷也具有較大的應(yīng)用價(jià)值1-5。瞳孔反應(yīng)的研究依賴于瞳孔大小的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確測(cè)量，但由于瞳孔反應(yīng)的影響因素多，測(cè)量技術(shù)和設(shè)備復(fù)雜，這大大限制了其研究?jī)r(jià)值及臨床應(yīng)用6-7。目前臨床上常用的一般性瞳孔檢查依然主要依賴于目測(cè)，方法簡(jiǎn)單可以定性但無(wú)法用于精細(xì)的研究，專用的眼動(dòng)和瞳孔測(cè)量設(shè)備又過(guò)于昂貴8。一些實(shí)驗(yàn)研究先后嘗試采用了很多簡(jiǎn)易的方法，這些方法大多測(cè)量粗糙且步驟繁瑣，或技術(shù)復(fù)雜且穩(wěn)定性差5-9。例如通過(guò)光電傳感器技術(shù)測(cè)量虹膜的變化雖然可以間接反應(yīng)瞳

10、孔大小，但這種測(cè)量易受虹膜顏色等因素影響，不夠可靠。更難以忍受的缺點(diǎn)是需要以眼球固定為前提。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中為了做到這一點(diǎn)，即避免眼球的自發(fā)活動(dòng)，需對(duì)動(dòng)物進(jìn)行肌松劑麻痹外加氣管插管和人工呼吸管理，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程的復(fù)雜并易造成動(dòng)物損傷。目前最先進(jìn)的瞳孔測(cè)量技術(shù)是基于視頻的眼動(dòng)跟蹤儀，它依靠配以紅外發(fā)光設(shè)備的高速攝像機(jī)記錄眼球位置，并跟蹤分析眼動(dòng)情況和瞳孔變化1-7。但該類設(shè)備尤其是高速攝像機(jī)的價(jià)格昂貴，普及到實(shí)驗(yàn)室使用有難度。因此，目前急需的是簡(jiǎn)單而能夠準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)地監(jiān)測(cè)瞳孔大小變化的方法，以用于相關(guān)研究和疾病的早期診斷。本研究針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用、基于紅外視頻跟蹤測(cè)量技術(shù)、對(duì)人或

11、動(dòng)物的瞳孔反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)和同步在線的識(shí)別和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1材料與方法1.1材料、設(shè)備與系統(tǒng)構(gòu)成以CCD攝像頭、PCI數(shù)據(jù)采集卡、生理信號(hào)采集儀、計(jì)算機(jī)為硬件，結(jié)合生理信號(hào)采集儀基礎(chǔ)軟件和所研發(fā)的瞳孔視頻分析軟件，實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)態(tài)數(shù)字化測(cè)量瞳孔大小。整個(gè)裝置中CCD攝像頭接收眼球反射的紅外光并將之轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。PCI數(shù)據(jù)采集卡采集已經(jīng)數(shù)字化的視頻信息，將其輸入計(jì)算機(jī)。瞳孔視頻分析軟件通過(guò)分析瞳孔區(qū)域灰度值與周圍區(qū)域灰度值的差異，得出瞳孔區(qū)域的總像素?cái)?shù)從而得出瞳孔區(qū)域的面積。利用windows內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)機(jī)制作為橋梁，進(jìn)行兩種軟件間數(shù)據(jù)通訊傳遞（兩個(gè)不同的exe進(jìn)程），使瞳孔大小的變化以快速跳變的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在生

12、理信號(hào)記錄儀軟件上，并形成實(shí)時(shí)的瞳孔面積-時(shí)間曲線圖。圖1瞳孔反應(yīng)動(dòng)態(tài)識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖瞳孔視頻圖像分析軟件為動(dòng)態(tài)識(shí)別測(cè)量和分析瞳孔大小，最重要的是設(shè)計(jì)了一種瞳孔視頻圖像分析軟件。設(shè)計(jì)的核心原理是，瞳孔和其周圍虹膜的顏色存在差異，在捕獲的數(shù)字化圖像中二者的灰度值不相同，但每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積是相同的。瞳孔部分的黑色區(qū)域，是“連續(xù)的，不可分割的，呈圓形規(guī)則分布的像素點(diǎn)集合。而且，該區(qū)域被白色圈狀像素點(diǎn)集合封閉包圍”。因此，只需找到并測(cè)量出這些像素點(diǎn)的集合，即可反應(yīng)出瞳孔區(qū)域的大小。軟件核心部分即利用這一原理，有效的利用瞳孔黑色區(qū)域部分和其他區(qū)域邊界相隔的白色眼白的區(qū)域的差異，找到黑色區(qū)

13、域集合。軟件編寫采用vc+6.0作為開(kāi)發(fā)工具，利用DirectShow編程技術(shù)，采集視頻，通過(guò)數(shù)學(xué)建模編寫算法，分辨瞳孔。具體操作與實(shí)施過(guò)程1.3.1檢測(cè)圖像的采集利用當(dāng)前流行的DirectShow圖形圖像采集技術(shù)，將通過(guò)USB顯微視頻頭得到的數(shù)據(jù)按25幀/s（RGB24格式，分辨率640X480）采集，采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像、動(dòng)態(tài)捕捉視頻信號(hào)每秒25幀，即每秒25幅圖像，可以計(jì)算最多25次瞳孔面積，分別保存到內(nèi)存里。生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)以10ms為周期取數(shù)，即每秒可以取到100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。1.3.2圖像數(shù)據(jù)的格式化圖像數(shù)據(jù)分為兩類動(dòng)態(tài)視頻圖像（avi文件），靜態(tài)圖像文件（bmp或jpg格式）。

14、捕捉之后得到的這2類數(shù)據(jù)，取靜態(tài)圖像文件（bmp或jpg格式）作為分析數(shù)據(jù)。1.3.3圖像及其三元色的數(shù)據(jù)化數(shù)據(jù)的格式化之后，還需要將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)化操作。所采集的數(shù)據(jù)是640X480的BMP格式圖像，將BMP圖片從左下角開(kāi)始，右上角結(jié)束，一共640X480個(gè)點(diǎn)。聲明一個(gè)PBits640480的一個(gè)RGB類的數(shù)組，每個(gè)矩陣點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)都是一個(gè)RGB值，RGB類是一個(gè)由R、G、B個(gè)數(shù)據(jù)組成，分別代表該點(diǎn)的紅R，綠G，藍(lán)B三元色的數(shù)值，見(jiàn)圖2。圖2圖像的數(shù)據(jù)化的距陣點(diǎn)示意圖1.3.4定標(biāo)即在視頻區(qū)域放置一個(gè)刻度尺，劃一條由N個(gè)像素組成的直線，例如，20mm的直線有視頻信號(hào)50個(gè)像素組成，那么1個(gè)

15、像素我們認(rèn)為是一個(gè)正方形，那么1個(gè)像素的面積即代表0.16mm2定標(biāo)完畢后進(jìn)行閾值設(shè)定。定標(biāo)：進(jìn)行瞳孔測(cè)量之前，測(cè)量系統(tǒng)需要校正，也就是定標(biāo)。定標(biāo)的目的是使攝像機(jī)測(cè)量的瞳孔面積可以真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際瞳孔大小。在攝像機(jī)視頻區(qū)域放置并固定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刻度尺，調(diào)整攝像機(jī)到最佳焦距狀態(tài)，使刻度尺在屏幕中清晰穩(wěn)定?？潭瘸叩目潭葧?huì)在屏幕中顯示出來(lái)，此時(shí)在屏幕中沿著刻度畫一條直線，將刻度顯示的此線長(zhǎng)度輸入相應(yīng)位置（框內(nèi)），此長(zhǎng)度就真實(shí)的反應(yīng)了刻度尺通過(guò)攝像系統(tǒng)測(cè)量后顯示在屏幕上的長(zhǎng)度。系統(tǒng)即可自動(dòng)定標(biāo)。識(shí)別區(qū)域的設(shè)定：手動(dòng)設(shè)置眼球所在的位置及數(shù)據(jù)采集框大小，以限制數(shù)據(jù)采集和分析的量?？虻拇笮∫m中。盡可能小，以減少

16、運(yùn)算量。但考慮到瞳孔移動(dòng)的原因，應(yīng)預(yù)留一定的活動(dòng)空間，以保證瞳孔始終處于數(shù)據(jù)采集分析框內(nèi)。瞳孔閾值的設(shè)定：瞳孔區(qū)域的灰度數(shù)值較低。瞳孔面積的識(shí)別實(shí)際上就是對(duì)圖像灰度的識(shí)別。把黑（0）-灰-白（255）連續(xù)變化的灰度值量化為256個(gè)灰度級(jí)，灰度值的范圍為0255，對(duì)應(yīng)圖像中的顏色從黑到白。屏幕中顯示的圖像包含了黑白之間所有的灰度色調(diào)，每個(gè)像素值都是介于黑色和白色之間的一種。測(cè)量時(shí)，我們?cè)?255之間選擇1個(gè)數(shù)值，稱為閾值（實(shí)為最高灰度值），在這個(gè)數(shù)值之下的區(qū)域的圖像，測(cè)量系統(tǒng)就會(huì)識(shí)別為瞳孔區(qū)域。那如何識(shí)別瞳孔呢？在瞳孔和眼瞼之間有一圈眼白，其灰度值和瞳孔差別較大，我們稱為“真空帶”（全區(qū)域中數(shù)值

17、較高，且連續(xù)呈環(huán)狀），其有效地隔開(kāi)了瞳孔與周圍和瞳孔灰度值差不多的部分，正是“真空帶”的存在，軟件就可以在真空帶內(nèi)識(shí)別并找到瞳孔區(qū)域（數(shù)值低的區(qū)域）。使得可以通過(guò)灰度值準(zhǔn)確區(qū)別和測(cè)量瞳孔面積。識(shí)別真空帶非常重要，閾值的設(shè)定不能影響對(duì)于真空帶的識(shí)別。如果設(shè)定的閾值過(guò)高，例如超過(guò)眼白的實(shí)際灰度數(shù)值，假設(shè)是100，很可能出現(xiàn)的情況是真空帶的本來(lái)數(shù)值是100，可能被錯(cuò)誤地識(shí)別為瞳孔。瞳孔圖像由于不同實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，不同光線角度，其每次的瞳孔灰度值都會(huì)有差別。黑（0）白（255）之間的值可以通過(guò)手動(dòng)設(shè)定，使瞳孔識(shí)別效果最佳。閾值太小，識(shí)別為瞳孔的區(qū)域會(huì)太小，甚至識(shí)別不了瞳孔區(qū)域（小于瞳孔區(qū)域的實(shí)際灰度值則瞳孔

18、未被識(shí)別）；閾值越大，認(rèn)定為瞳孔的區(qū)域會(huì)越大，易于出現(xiàn)假陽(yáng)性。實(shí)際在瞳孔識(shí)別過(guò)程中，識(shí)別為瞳孔的區(qū)域始終以特殊的顏色（例如綠色）標(biāo)識(shí)出來(lái)，以供目測(cè)。數(shù)據(jù)傳輸：檢測(cè)程序和生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)為分別2個(gè)獨(dú)立的exe進(jìn)程，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。利用Windows內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)機(jī)制作為橋梁，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊傳遞。圖3瞳孔反射測(cè)量過(guò)程中實(shí)際視圖（是訓(xùn)練后的瞳孔反應(yīng)，上中下線分別記錄的是條件刺激，瞳孔反應(yīng)，非條件刺激）3討論瞳孔反應(yīng)屬于內(nèi)臟性反射，包括瞳孔擴(kuò)大和縮小反射兩種方式，根據(jù)反射的獲得特征又有非條件性和條件性瞳孔反射之分。瞳孔活動(dòng)觀察對(duì)于某些臨床疾病的診斷具有較大的應(yīng)用價(jià)值3-7。依靠簡(jiǎn)單粗糙但可以快速定性分析

19、的方法，例如目測(cè)，非條件性瞳孔反射例如瞳孔對(duì)光反射，已被廣泛應(yīng)用于臨床診斷，包括神經(jīng)內(nèi)科、神經(jīng)外科、精神科、眼科等領(lǐng)域的相關(guān)輔助檢查等。早前一段時(shí)間瞳孔觀察也曾被用于糖尿病的輔助診斷8。近年來(lái)瞳孔擴(kuò)大反射的測(cè)量已擴(kuò)展到心理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究，但總體說(shuō)來(lái)進(jìn)展不快，其主要原因依然是瞳孔的準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)測(cè)量具有相當(dāng)?shù)碾y度10。關(guān)于條件性瞳孔反射的研究，較早時(shí)期在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域曾受到一定重視，相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明在兔、貓等動(dòng)物可以成功建立條件性瞳孔擴(kuò)大反射，但很難建立條件性瞳孔縮小反射11。動(dòng)物的條件性瞳孔擴(kuò)大反射只需少量配對(duì)刺激即可成功建立，這較神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域常用的軀體性條件反射，例如眨眼條件反射、穿梭箱

20、條件逃避性反射等的建立要快的多。另外，瞳孔反射行為本身相對(duì)簡(jiǎn)單，其執(zhí)行只涉及少量神經(jīng)核團(tuán)（動(dòng)眼神經(jīng)副核等）、兩類神經(jīng)（動(dòng)眼神經(jīng)中的副交感成分，交感神經(jīng)）、兩種肌肉（瞳孔開(kāi)大肌和括約肌）的參與，這使該反射的分析研究相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，條件性瞳孔反射是神經(jīng)科1.4利用該系統(tǒng)訓(xùn)練建立貓的條件性瞳孔擴(kuò)大反應(yīng)為了測(cè)試系統(tǒng)的功能并驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性，我們嘗試?yán)迷撓到y(tǒng)訓(xùn)練3只貓建立條件性瞳孔擴(kuò)大反應(yīng)。在行為訓(xùn)練前后，系統(tǒng)分別記錄和儲(chǔ)存了動(dòng)物對(duì)于條件刺激（CS）和非條件刺激（US）的反應(yīng)，并以專用的行為分析軟件進(jìn)行了分析比較。2結(jié)果該系統(tǒng)的瞳孔的測(cè)量結(jié)果有兩種輸出方式，將瞳孔的實(shí)際測(cè)量面積以數(shù)字快速跳變的方

21、式顯示，供實(shí)時(shí)觀察；同步畫出瞳孔的面積時(shí)間曲線圖并存儲(chǔ)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，供實(shí)時(shí)觀察和后續(xù)嚴(yán)格的分析測(cè)量（圖3）。我們通過(guò)視頻回放測(cè)量了貓的瞳孔大小的自發(fā)變化尤其是瞳孔對(duì)于條件刺激和非條件刺激的反應(yīng)情況，與系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量顯示結(jié)果（面積的數(shù)字跳變及面積時(shí)間曲線圖）比較，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以同步準(zhǔn)確地對(duì)瞳孔變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量（圖3）。同時(shí)，條件性瞳孔擴(kuò)大反射的建立實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)少量次數(shù)的配對(duì)，貓可以快速建立該反射。學(xué)研究的潛在的理想行為模型之一，對(duì)于豐富和完善巴甫洛夫條件反射理論具有重要意義。但長(zhǎng)期以來(lái)以條件性瞳孔反射為模型的行為學(xué)研究報(bào)道也很少9。這同樣是因?yàn)槿鄙俸?jiǎn)易的、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)、可靠進(jìn)行瞳孔監(jiān)測(cè)的設(shè)備，尤

22、其是眼球運(yùn)動(dòng)的影響大大干擾了瞳孔反射的測(cè)量。早期的瞳孔測(cè)量技術(shù)存在太多的問(wèn)題，例如，照相方法只能進(jìn)行離線分析而不能實(shí)現(xiàn)同步和動(dòng)態(tài)測(cè)試、需要眼球位置固定、測(cè)試過(guò)程過(guò)于復(fù)雜、穩(wěn)定性不足等6；紅外反射記錄分析法也需要眼球位置固定，影響了其應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步促進(jìn)了視頻技術(shù)在瞳孔測(cè)試分析中的應(yīng)用，但一些類似系統(tǒng)仍存在一些問(wèn)題，一是眼球跟蹤效果差，眼球運(yùn)動(dòng)對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響太大，導(dǎo)致了測(cè)試的不穩(wěn)定，二是視頻圖像的分析時(shí)間太長(zhǎng)，降低了精確度。目前最先進(jìn)的眼動(dòng)跟蹤儀解決了這些問(wèn)題，但其設(shè)備昂貴，不易普及到實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。本研究目的是依賴簡(jiǎn)單的設(shè)備通過(guò)視頻技術(shù)解決瞳孔的動(dòng)態(tài)分析測(cè)量問(wèn)題。其最核心的工作是成功

23、研發(fā)瞳孔視頻分析軟件。該程序通過(guò)動(dòng)態(tài)跟蹤和分析瞳孔區(qū)域的灰度值與周圍區(qū)域灰度值的差異，得到瞳孔區(qū)域的總像素?cái)?shù)并計(jì)算瞳孔區(qū)域的面積，直接傳輸給生理信號(hào)記錄系統(tǒng)。對(duì)于瞳孔視頻分析和生理信號(hào)記錄兩個(gè)獨(dú)立的exe進(jìn)程，利用Windows內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)機(jī)制作為橋梁進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊傳遞，從而使瞳孔大小的變化既可以快速的數(shù)據(jù)跳變形式顯示出來(lái)，也同步呈現(xiàn)在生理信號(hào)記錄儀軟件上，形成瞳孔面積-時(shí)間曲線圖，大大方便了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。這種簡(jiǎn)易的基于紅外視頻圖像分析技術(shù)的瞳孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與過(guò)去的照片分析或紅外反射瞳孔測(cè)量?jī)x相比，最明顯的優(yōu)勢(shì)是，通過(guò)視頻測(cè)量法實(shí)現(xiàn)了在眼動(dòng)情況下對(duì)瞳孔的動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量。在瞳孔研究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除非采用麻

24、痹和人工呼吸技術(shù)，否則清醒動(dòng)物的眼球活動(dòng)是無(wú)法完全抑制的。對(duì)人的瞳孔測(cè)量也存在同樣的眼動(dòng)問(wèn)題的干擾。在這種情況下，通過(guò)傳統(tǒng)的光反射測(cè)量法進(jìn)行的瞳孔測(cè)量很易受到眼動(dòng)干擾從而導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。當(dāng)然，通過(guò)視頻分析對(duì)瞳孔的實(shí)際面積進(jìn)行測(cè)量而不是只測(cè)量瞳孔的直徑也是其一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。鑒于在某些情況下，例如光照強(qiáng)度增加時(shí)，瞳孔并不呈圓形，在這種情況下測(cè)量其直徑（即使是測(cè)量其長(zhǎng)徑）與瞳孔的實(shí)際大小變化將出現(xiàn)一些誤差，所以面積的測(cè)量應(yīng)是更為精確的方法。與目前最成熟的依靠紅外發(fā)光設(shè)備和高速攝像機(jī)記錄眼球位置的眼動(dòng)跟蹤儀比較，我們的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)，尤其是其紅外CCD價(jià)格低廉，易于普及，而依靠研發(fā)的視頻分析程

25、序，同樣可滿足我們對(duì)于瞳孔變化動(dòng)態(tài)跟蹤檢測(cè)的需要。基于紅外視頻圖像分析法的瞳孔測(cè)量也受到相關(guān)技術(shù)瓶頸的限制，尤其是圖像信息處理速度方面的限制。如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的同步和動(dòng)態(tài)分析，必須快速對(duì)圖像信息加以處理分析和傳輸，這對(duì)軟件和硬件水平和技術(shù)要求均較高，這也正是相關(guān)設(shè)備和技術(shù)之所以復(fù)雜的原因。但隨著計(jì)算機(jī)硬件和編程技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)量大和運(yùn)算速度的問(wèn)題已經(jīng)可以解決。本簡(jiǎn)易系統(tǒng)的視頻信號(hào)為每秒25幀，意味著每40ms有一幅圖像，每秒最多需完成25次瞳孔面積的計(jì)算。單幅圖像有40ms的處理和傳輸時(shí)間對(duì)于現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。而在時(shí)間測(cè)量上，40ms的忽略水平與瞳孔反應(yīng)變化的實(shí)際間期及潛伏期長(zhǎng)度相比，

26、該忽略水平是可以接受的,但是，未來(lái)希望能夠進(jìn)一步降低這一水平，以提高測(cè)量精度。需要注意的是，生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)需要以適當(dāng)?shù)牟蓸又芷诓蓸?，以保證可以取到全部的每秒25個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。有研究表明，被廣泛地應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶機(jī)制研究的恐懼性條件反射的過(guò)程中，常伴隨瞳孔擴(kuò)大條件反射的發(fā)生，因此，在恐懼條件反射的研究（常以動(dòng)物全身的freezing為指標(biāo)）中觀察瞳孔的變化有可能使恐懼行為的判斷更加精確、更易量化。利用本系統(tǒng)進(jìn)行的貓的條件性瞳孔擴(kuò)大反應(yīng)的成功建立和測(cè)量表明，本系統(tǒng)是一種理想而簡(jiǎn)易的瞳孔反應(yīng)動(dòng)態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，適用于人或動(dòng)物的瞳孔條件反射及認(rèn)知和心理、學(xué)習(xí)記憶行為學(xué)相關(guān)研究。瞳孔反應(yīng)動(dòng)態(tài)識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

27、有望有力推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域，尤其是神經(jīng)科學(xué)研究和臨床相關(guān)疾病診斷的進(jìn)步1-6，8,12。參考文獻(xiàn):Aboyoun.DC,Dabbs.JN.TheHessPupilDilationFindings:SexorNovelty?SocialBehaviorandPersonalityJ,1998,26(4):415-419.Aston-Jones.G,Cohen.JD.Anintegrativetheoryofocuscoeruleus-norepinephrinefunction:AdaptiveGainandOptimalPerformance.AnnualReviewofNeuroscienceJ,

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