Sistema dinámico para analizar un organismo acuático.

Un sistema para someter de un modo individual a un flujo controlado de agua dentro de un canal a organismos acuáticos de tamaños muy reducidos,

translúcidos y con una capacidad de movimientos rápidos. Este flujo del agua obliga al organismo a nadar en contra de la corriente. El diseño y características del sistema permiten la obtención de fotogramas secuenciales para un posterior análisis cuantitativo del movimiento. La evaluación cuantitativa permite discriminar los diferentes organismos sometidos en función de su respuesta a este estrés ambiental.

Campo técnico de la invención

La invención pertenece al campo de los sistemas de natación que emplean un canal de agua para estudiar el comportamiento de organismos acuáticos. Más concretamente, la invención se encuadra en aquellos sistemas dinámicos para el estudio cuantitativo.

Antecedentes de la invención o Estado de la Técnica

La natación es un parámetro que viene empleándose para valorar el estado de salud y el tipo de comportamiento en peces. Aparte del uso de sistemas estáticos, se han desarrollado diferentes conceptos de lo que es un sistema de natación dinámico. En los sistemas de natación de tipo estático, el agua se mantiene en un compartimento cerrado donde no existe un caudal o renovación de agua de modo que el movimiento del organismo, y en especial en etapas muy tempranas, no es predecible, siendo, en cierta medida, errático ajustándose a variables no controlables. Los sistemas dinámicos permiten someter a peces u otros organismos acuáticos a corrientes de agua con caudales o flujos controlados. El diseño de estos sistemas se basa en la entrada y la salida del agua que atraviesa un compartimento o canal en el cual se ubica el organismo. De este modo, el organismo es obligado a moverse en sentido contrario a la corriente del agua. En función de la fuerza de la corriente (i.e. velocidad del agua), el organismo deberá de incrementar la actividad motora para controlar su posición y orientación.

Son conocidos diferentes aparatos para valorar el comportamiento y la fisiología de la natación en distintos peces con tamaño mínimo superior a los 20 mm, generalmente opacos con una clara pigmentación del cuerpo. Por tanto, las propuestas existentes no permiten establecer valoraciones cuando el tamaño del organismo es muy reducido o bien dispone de poca pigmentación. Por ello, peces en etapas tempranas escapan a cualquier análisis cuantitativo.

Las limitaciones de estos sistemas se acentúan aún más debido a que los organismos en estas etapas tempranas efectúan movimientos menos predecibles y de mayor velocidad y aceleración con respecto a la edad adulta, lo que dificulta su seguimiento. Típicamente, un pez durante estas etapas tiene un tamaño de muy pocos mm (< 6 mm), es prácticamente translúcido y su peso ronda el miligramo (peso húmedo).

Como ejemplo, la mayoría de los peces teleósteos con fines comerciales tanto de tipo doméstico como para experimentación, son peces que en su fase adulta alcanzan no más de los 40-60 mm con pesos que oscilan entre los 0.7-1-5 gramos. Estas características ocasionan que sistemas disponibles comercialmente no sean útiles. Más aun en las etapas inmediatas a la eclosión del organismo, cuando presentan longitudes y pesos minúsculos junto con escasa pigmentación y muestran gran actividad (en velocidad y aceleración).

Debido a las dificultades mencionadas, los sistemas de natación dinámicos conocidos se vienen diseñando principalmente para valorar de un modo cualitativo la capacidad motora en etapas adultas de peces. En el caso de sistemas con canales cerrados, éstos permiten usarse únicamente para estudios de respirometría. Con relación a los sistemas con canales abiertos, éstos suelen ser de materiales opacos, con lo que es necesaria una iluminación directa del túnel de natación para poder ver el organismo moverse. En otros casos se ha recurrido a metacrilato o plexiglás para darle total transparencia al canal, lo que imposibilita la grabación desde la parte superior debido a reflejos del mismo canal y del agua que lo atraviesa. Esto se agrava cuando los organismos de estudio son muy pequeños y presentan escasa pigmentación.

Otra limitación de los sistemas actuales radica en que no trabajan con iluminación transmitida a través del canal. Si se intenta grabar el movimiento en vídeo, las imágenes obtenidas presentan interferencias de sombras, contrastes variables y presencia de artefactos. Por otro lado, los sistemas en los que el canal se ha fabricado con materiales transparentes, tienen la desventaja de producir reflejos indeseados, bien por el propio material, o por el movimiento del agua. Estos factores se complican aún más cuando el objeto de interés presenta escasa coloración o es translúcido, y su capacidad motora y de aceleración es muy elevada con relación a su tamaño.

El proceso de adquisición de imágenes digitales introduce de un modo inherente en la señal lo que se denomina "ruido". Dependiendo de la calidad del sensor, este ruido hace que el procesado de la imagen pueda ser realizado por el programa de seguimiento con mayor o menor fortuna teniendo en cuenta todos los factores mencionados anteriormente. Puesto que la presencia del ruido es inherente a la toma de información de la imagen digital a lo largo de la obtención secuencial de los fotogramas, se pretende minimizar la influencia del entorno y otros factores con la partícula u objeto de estudio, y así homogeneizar la señal de ruido de tal manera que esta forme parte de modo permanente de todos los fotogramas secuenciales y pueda contabilizarse como un factor constante en la información de la imagen obtenida.

Cuando el organismo es de un tamaño significativo y presenta una clara coloración, la captura digitalizada de su movimiento resulta en un número elevado de píxeles con un valor numérico de intensidad también alto en cada uno de los fotogramas representando el objeto de seguimiento que es ese organismo en movimiento. Esto, junto con que el organismo no presenta un movimiento y aceleración anormal resulta en un solapamiento de un porcentaje de píxeles oscuros del objeto entre un fotograma y otro. Este solapamiento y el tamaño facilitan su seguimiento de un modo secuencial a lo largo de los diferentes fotogramas.

Los sistemas dinámicos conocidos, al igual que otros sistemas de tipo estático, no consideran la toma de imágenes digitales para captar el movimiento del organismo y efectuar un posterior análisis. Los sistemas de captura digital de imágenes conforman la información de los objetos en forma de un conjunto de pixeles. La relación entre el objeto y la proyección de su imagen en forma de pixeles es muy compleja y depende otros factores además de la posición y el tamaño del objeto, lo que implica que la cuantificación del movimiento no sea sencilla. Otros factores adicionales tales como las relaciones de ese objeto con el entorno que le rodea, iluminación, sombras, artefactos, cambios de tamaño y de la perspectiva de éste con relación al equipo de captura de imágenes son críticos para posibilitar una cuantificación real del movimiento.

Además, dada la alta velocidad que llegan a presentar en momentos concretos, puede originar que estos píxeles no logren solaparse entre los fotogramas secuenciales que constituyen la película, lo que dificulta o imposibilita el seguimiento.

Breve descripción de la invención

La presente invención es un sistema consistente en un canal de natación con un diseño que permite, mediante un dispositivo de grabación convencional de imágenes digitales de alta resolución, una evaluación cuantitativa de la respuesta de organismos acuáticos, de tamaño muy reducido y con escasa pigmentación, frente a un agente externo como es un flujo o caudal controlado de agua. La respuesta se puede medir como: 1) la capacidad de nadar contracorriente y, 2) el tipo de movimiento dentro del canal.

El objeto de la invención es un sistema que permita analizar de un modo cuantitativo el comportamiento y la capacidad de natación contracorriente de organismos acuáticos que presentan tamaños muy reducidos, escasa pigmentación (i.e. coloración) y capacidad de movimiento a altas velocidades y fuertes aceleraciones con relación al tamaño cuando son sometidos a un flujo de agua con velocidad controlada. También puede considerarse como la capacidad de respuesta frente a un estrés como es un caudal de agua controlado a lo largo de un canal. La presente invención se refiere a un sistema de gravedad compuesto por un circuito cerrado por donde el agua pasa a través de un canal de natación. La configuración del sistema facilita un control preciso del caudal de agua a través del canal. Las características del canal permiten una iluminación transmitida evitando interferencias en la captura de imágenes digitales destinadas a la cuantificación del movimiento del organismo. La simplicidad del sistema permite su utilización en instalaciones donde se realizan estudios de fisiología, toxicología y farmacología con organismos acuáticos, así como en el campo de la acuicultura como herramienta de selección de los individuos en función de sus capacidades natatorias.

El sistema propuesto comprende un canal de natación abierto, unos medios hidráulicos acoplados...

1. Sistema dinámico para analizar un organismo acuático que comprende:

- un canal de natación (1) abierto,

- unos medios hidráulicos (10,11,12,13,14,15,17a,17b,17c,18a,18b,19,20) acoplados con el canal de natación (1), estando dichos medios hidráulicos configurados para establecer un flujo controlado de agua a través del canal de natación (1),

- medios para iluminar el canal de natación (1), caracterizado por que

comprende una fuente de iluminación (2a, 2b), un elemento difusor (9) dispuesto entre la fuente de iluminación (2a, 2b) y el canal de natación (1) de forma que la luz se transmite homogéneamente en el canal de natación (1).

2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado por que los medios para iluminar el canal comprenden además unas pletinas reflectantes (3) que dirigen la luz de la fuente de iluminación (2a, 2b) hacia la superficie inferior y lateral del canal de natación (1).

3. Sistema según reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el canal de natación (1) es de longitud variable.

4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el canal de natación (1) es de sección semi-elíptica, con las partes laterales planas.

5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado por que el canal de natación (1) es translúcido.

6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios hidráulicos están configurados para establecer un flujo de agua variable.

7. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la fuente de iluminación es longitudinal y está situada a lo largo y debajo del canal (1).

8. Sistema según reivindicación 7, caracterizado por que la fuente de iluminación longitudinal es un tubo fluorescente (2a).

9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizado por que la fuente de iluminación comprende una pluralidad de elementos luminosos puntuales distribuidos alrededor del canal (1).

10. Sistema según reivindicación 9, caracterizado porque la fuente de iluminación puntual es un diodo emisor de luz (2b).