實驗猴身份自動識別、自動捕捉、電子芯片數據信息管理系統的研制

白殿卿

（海南省醫學實驗動物中心，海口 570311）

作為生物醫學研究材料的實驗動物，在科研實驗中充當人類的“替身”，被廣泛應用于各類實驗中，但由于每種實驗應用動物數量多，動物個體外觀相似，動物個體識別、標記、捕捉、實驗數據對應錄入是動物實驗中最繁雜、最困難的工作；動物遺傳譜系體系、生理生化指標檔案、基礎數據庫錄入，實驗數據庫的建立都需要大量的人力、物力來完成。由于動物數量龐大，數據多，人力操作差錯也多，而且部分動物具有攻擊性，動物捕捉困難，工作人員也易受到傷害，例如實驗猴，其身手敏捷，動作靈活，每個猴場飼養有成千上萬只猴，每個飼養間也有20～30只猴子，當進行科學實驗時，猴的身份識別、實驗操作、實驗數據的讀寫和實驗猴的捕捉等都需要大量的人工工作量才能完成。一些兇猛動物更是具有很強的攻擊性和很大的危險性，往往在捕捉過程中一是造成工作人員或是動物的損傷，二是對動物的刺激很大，極易產生動物應激反應，影響實驗數據的準確性。

AIAC系統［自動識別（automatically identify）、自動捕捉automatically capture（簡稱AIAC）］的研究就是針對實驗動物普遍存在的這個難道，通過電子芯片閱讀識別技術與電子計算機聯接，進行動物檔案和數據管理，并且通過計算機下達指令給相應機械裝置，進行動物捕捉工作，實現動物生理檔案管理、遺傳譜系管理、實驗數據讀寫、動物身份識別和捕捉等工作的智能化管理。該研究的關鍵是制做了一種自動身份識別、自動數據讀出、設定需要捕捉的動物自動進行捕捉的一種高科技電子通道裝置，此通道是動物采食或活動的必經之路，當實驗動物通過此通道時，可以對任一動物方便自動的進行身份識別、數據讀寫、生理數據檔案建立、譜系建立、實驗數據寫入、數據庫建立、動物自動識別捕捉等一系列工作。AIAC系統的研制，作為實驗動物信息管理系統中的重要手段，必將對動物實驗操作及管理工作產生重要的積極作用。該通道裝置儀器的研制成功，可以廣泛應用于不同品種實驗動物，如鼠、兔、犬、貓、豬、猴、雞等所有實驗動物，及畜牧業生產或是野生動物馴養中所有需要識別、捕捉的動物，僅僅是通道形狀、尺寸大小的不同。目前在國內尚無同類或相似產品。產品前景廣闊、市場潛力巨大。

1 方法和材料

1.1 電子芯片

電子芯片采用標準化的成品產品，由北京琛達射頻識別技術有限公司提供（圖1）。每套產品包括注射器和芯片，獨立包裝，已按照一次性醫療器具消毒標準消毒，為一次性使用。其注射器為特殊的三刃芯片結構，猴注射處損傷極輕微，不會造成感染等不良后果。動物芯片經過“國際動物編碼委員會”簡稱 ICAR（international comm ittee for animal recording）認證，符合ISO11784/11785標準，符合中國國家標準委員會頒布的GB/T 20563-2006動物射頻識別標準。芯片具全球唯一序列號，不可復制，號碼不可仿制，確保標簽的唯一性。工作年限大于20年。

圖1 KD-IN-RW動物電子芯片注射器（含芯片） Fig.1 The KD-IN-RW injection syringe of electronic chip for animals

1.2 工作原理

通過在猴頸部背側猴自己不易抓到的部位皮下注射植入電子芯片，該芯片自注入皮下開始跟隨動物終身。建立制作一個可讀取芯片信息的強信號接收線圈，將此接收線圈固定在動物通道上，接收線圈連接電子芯片閱讀器，閱讀器收到信號后將信號傳達給 PC機。閱讀器正常讀取動物芯片編號，PC輪詢到本裝置時，將動物芯片編號上傳到PC （同時通過485接口將讀到的數據上傳至 PC機。數據帶有設備ID號）。可以在PC機上設定不同管理模塊、參數和管理指標，進行智能化管理。

如果需要捕捉指定編號動物，PC機可以通過軟件選擇設備，根據485站點號，將動物芯片下傳到相應設備上，當閱讀器讀到指定編號，電路板發出開關量，控制機械設備工作。PC機可以更改設備ID。PC機與設備采用輪詢方式通訊，要求兩種工作模式，通過發送命令切換工作模式。在通道兩端設置柵欄，當閱讀器給出開關量時，機械裝置控制兩個柵欄同時關閉，動物可以從頂蓋取出。柵欄打開方式可以通過PC下達指令打開柵欄。默認上電的時候柵欄是打開的，上電沒有給觸發信號依然打開。可以通過PC發指令控制開關柵欄。

防止夾傷動物，該裝置有保護線路和保護措施，類似電梯門防夾功能。同時關閉柵欄的時間要盡量短，控制在0.5 s以內。閱讀器讀到標簽后觸發機械設備的反應時間要盡量短（圖2～5）。

圖2 原理圖Fig.2 The schematic diagram of the working principle of the management system

圖3 實物圖Fig.3 The real product photo of the system

1.3 實物圖

1.4 計算機操作界面

此裝置目前只制作了最基本的簡單操作界面，每個界面可以根據實際需要增加其內容。如圖6～8所示。.

1.5 使用材料

考慮到實驗猴的靈敏與模仿性，本裝置外殼光滑，無可提拉或摳動的部位，由于射頻識別天線的要求，外殼不能使用金屬或是易損材料，并且考慮到猴舍需要經常性沖水清洗和消毒液洗滌，要求所有材料耐沖擊、耐銹蝕、耐酸堿，我們選擇用工程PVC材料做外殼，裝置內部電路系統做防水處理。

2 結果

將此系統安裝在實驗猴舍內猴采食飲水必經通道上，經過2、3 d的適應性通過訓練，實驗猴即可非常順利的通過此通道。在猴進入猴場時即將電子芯片植入猴背部皮下，將所有基礎信息錄入基礎信息界面，當猴通過通道時，所有猴的基礎信息（圖6）即從電腦中顯示出來（可根據實際需要可設置基礎數據的種類、信息內容、顯示界面）。如設定捕捉（圖8），當設定 ID號的猴通過時，機械控制部分開始工作，二邊柵欄隨即落下，即可完成捕捉任務。如只讀取通過猴的信息，則不設定捕捉，當每只實驗猴通過時，識別系統自動將識別到的信息顯示記錄在電腦屏幕上。當同一只猴反復通過時，在沒有其它猴通過，該系統只記錄一次該猴通過信息，只有當其它猴通過后才可再次讀到該猴信息，防止猴在自由活動時反復通過造成的反復記錄。在進行實驗操作或是其它操作時，進入實驗記錄界面（圖7），對每次的實驗或操作進行實時錄入，并可導出全部記錄檔案。每臺ACAI系統可以控制255房間或通道。從實際使用情況看，猴能快速適應該系統電子通道并且樂于接受，主要是因為一是該通道適合猴喜歡嬉樂的天性，它們很容易將該通道認作娛樂通道，二是每次捕捉后總是獎勵性的給于水果等食品，建立良好的條件反射。

圖4 裝置圖側面圖Fig.4 The lateral view of the system

圖5 裝置圖正面圖Fig.5 The front view of the system

圖6 基礎信息界面Fig.6 The basic information interface

圖7 實驗記錄界面Fig.7 The experiment record interface

圖8 捕捉控制界面Fig.8 The capture contrl interface

3 討論

實驗猴身份自動識別、自動捕捉、電子芯片數據信息管理系統的研制成功，主要在三個方面做了創造性工作，一是將電子芯片應用于實驗動物的識別系統，并且實現了非接觸式數據讀寫、動物識別、動物捕捉；二是通過計算機管理手段將電子芯片識別技術與機械控制裝置相關聯，實現計算機控制管理；三是通過電子芯片識別技術與數據庫建立關聯，實現了數據的信息化管理。該系統的建立極大的減少了實驗和飼養實驗猴過程中捕捉猴的困難，身份識別困難，減少了對工作人員和實驗猴的傷害，減輕了工作量，減低了人為因素對實驗結果的干擾和動物應激反應對實驗數據的影響。電子檔案具有終身有效，隨猴攜帶，全球唯一序列號，不可復制，不可仿制，標簽唯一性。該系統已經預留上傳接口和通道，以便實現數據的遠程傳輸。該系統已經在申報專利中。

該系統的研制成功，為實驗動物個體電子檔案建立和群體數據庫的管理提供了一種高速、有效、科學、可靠的計算機管理手段，改變通道形狀既可應用于不同動物如大型兇猛動物或不適合人接觸捕捉動物的識別和管理，具有廣泛的應用前景，目前在國內外尚無同類系統。該系統只是雛型，目前功能還很不完善，需要根據實際需要進行不斷的更改，它只是初步將不同技術集合實現在實驗動物管理工作中，試圖減輕工作強度和危險程度，實現計算機管理。

該系統目前尚不足之處在于控制捕捉后猴從該裝置中的抓取還有一定的風險，我們已經研制出了二代機系統，用籠中籠的方式徹底解決了捕捉后移出該裝置，固定于保定臺的問題。