CN106525524B - 一种脑组织样本制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脑组织样本制备装置，包括切割架(1)、支撑台(2)，切割架(1)、支撑台(2)为两个可分离结构体，其中脑组织样本(3)放置于支撑台(2)上，该装置能有效的降低切割过程中的黏附作用、减少切割用力、降低切割过程中对脑组织的力学性能影响，同时能够快速地获取几何尺寸及形状保持一致的脑组织样本。同时该装置使得切割架与支撑台能相互分离，直接更换具有不同切割样本尺寸的切割架与同一支撑台的不同凹槽相配合，便可切割制备多个不同尺寸的脑组织样本。本装置制作方法简单，操作便捷，生产样本效率高、易于携带且价格低廉。

Description

一种脑组织样本制备装置及制备方法

技术领域

本发明主要涉及脑组织样本制备与实验力学技术领域，尤其涉及一种脑组织样本制备装置及制备方法。

背景技术

在生物力学领域中，需要获得准确的人体脑组织力学性能，建立合适的力学模型，为实验验证和数值模拟提供准确的数据，以便研发出有效的可靠地预测和防护手段来保证人体的生命安全。如何获得准确的人体脑组织力学模型便是问题关键所在。同时脑组织在脱离活体后，其生物力学性能随着外界环境如温度、含氧量、水含量及细胞随时间变化的活跃程度都将进一步恶化，因此在生物力学性能测试试验中，对样本的取样速度应越快越好，脱离活体的时间越短越好。为避免伦理冲突，通常采用和人体脑组织结构、性能相似的兔、猪等动物的脑组织来代替人体脑组织，通过实验和仿真的手段来反求和模拟人体脑组织模型。为获得相对较为准确的人体脑组织的力学性能参数，关键是快速制备精确的脑组织样本，并尽可能减少试样制备过程中对试样解剖学结构及其力学性能的影响。因此迫切需要设计一种能够高效制备脑组织样本的切割工具。

在本发明设计之前，通常制备脑组织样本的方法是直接采用手术刀或刀片对脑组织进行切割，而这一制备方法存在以下三个问题。一是在实验过程中需要大量的脑组织样本进行实验，因而受到实验人员人数和经验的制约不能快速制备脑组织样本；二是由于脑组织质地柔软、有黏附性且易变形，切割过程中切割力的大小、取样时外力对脑组织的破坏及其对脑组织弹性力学的性能的影响以及样品的变形都难以预测和评估；三是多次取样过程中，使得各个样本的尺寸、形状精度都难以保持一致。由于以上问题的存在，使得后续所建立的脑组织模型与真实的脑组织样本存在较大的出入，因此急需设计一种能够不受到实验人员经验的制约、能快速制备且保持一定的尺寸、形状精度的脑组织样本制备装置。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种脑组织样本制备装置及制备方法，能够显著的提高样本的制备效率，提升样本的尺寸及形状精度以得到更加精确的实验数据。

为实现上述目的，本发明提供了一种脑组织样本制备装置，包括切割架、支撑台，切割架、支撑台为两个可分离结构体，其中脑组织样本放置于支撑台上，其特征在于：

支撑台的支撑凸台上加工有多组切割槽；支撑台的支撑凸台上安装有同力学实验刻度盘B相配合的对接柱，对接柱通过螺纹连接在支撑台上；支撑台底部有一外形尺寸宽于支撑台的支撑台底板，在切割脑组织样本时，限制切割架下压的位移，防止切割刀具同切割槽底部触碰损坏切割刀具；设置支撑台底板至支撑凸台台面的高度，以使切割架下压至底端而切割刀具同切割槽底部不接触；

切割架的切割主架内侧四面加工有切割架导向面，支撑台中支撑凸台的四面加工有支撑台导向面，在切割架下压切割放置在支撑台上的脑组织样本时，切割架导向面与支撑台导向面配合，切割刀具能切割脑组织样本并使得切割刀具(106)落入切割槽中。

本发明还提供了一种脑组织样本制备方法，其中包括以下步骤：

步骤1、选择适于脑组织样品切割尺寸的刀具固定块；

步骤2、通过刀具固定块压紧切割刀具；

步骤3、旋紧固定块螺栓将刀具固定块紧固于切割主架及对应的张紧块上；

步骤4、调节张紧螺栓，张紧切割刀具，再旋紧张紧紧固螺栓固定张紧块位置；

步骤5、将脑组织样品放置于支撑台上；

步骤6、将安装好切割刀具的切割架沿支撑台四个支撑台导向面向下按压，切割至支撑台底板，将切割下的脑组织零散余边用薄片或小刀移除，并拧紧蝶形螺栓(115)；

步骤7、根据脑组织样本(3)高度调节对接柱(203)，将力学实验刻度盘(B)倒扣在脑组织样本制备装置A上并对接于对接柱(203)；

步骤8、将整体对接好的装置翻转，从而将切割完成的脑组织样本(3)转移至力学实验刻度盘B上，移去脑组织样本制备装置A，至此脑组织实验样本制作完成。。

由于采用以上的技术方案，本发明的有益效果有：

1、本发明不受限于实验室人员人数和经验的限制，可以快速高效的制备所需要的生物样本。

2、本发明可根据实际样本尺寸需求进行调节切割，可制备多个不同尺寸要求的脑组织样本，并能保持一定的尺寸和形状精度，十分益于后续的建模和实验处理。

3、本发明能能够将切割好的样本无损的转移于力学实验刻度盘上，同样也十分益于后续的建模和实验处理。

附图说明

图1是本发明的总体结构图

图2是本发明的切割架结构图

图3是本发明的支撑台结构图

图4是本发明实验样本转移示意图

其中：

A 脑组织样本制备装置

B 力学实验刻度盘

1 切割架

2 支撑台

3 脑组织样本

101 切割主架

102 压紧螺栓

103 压紧块

104 固定块螺栓

105 刀具固定块

106 切割刀具

107 切割架导向面

108 张紧螺栓

109 张紧导向柱

110 张紧块

111 张紧紧固螺栓

112 固定凸台

113 固定凹槽

114 固定面

115 蝶形螺栓

201 支撑台底板

202 支撑凸台

203 对接柱

204 切割槽

205 支撑台导向面

具体实施方式

下面结合附图1‐4对本发明的具体技术方案进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种脑组织样本制备装置，其包括切割架1、支撑台2，切割架1、支撑台2为两个可分离结构体，其中脑组织样本3放置于支撑台2上。

如图3所示，其中支撑台2的支撑凸台202上加工有多组不同尺寸的切割槽204，横竖4条切割槽204为一组，切割槽204的间距等于其配套的刀具固定块105两侧切割刀具的固定间距，其切割槽204深度以切割刀具106可以下切至支撑凸台202台面以下为合适，从而使脑组织样本3可以完全切断；

其中支撑台2的支撑凸台202上安装有同力学实验刻度盘B相配合的对接柱203，对接柱203通过螺纹连接在支撑台2上，当力学实验刻度盘B对接在对接柱203上时其支撑凸台202台面同力学刻度盘B盘面之间的距离为对接间距，可通过旋转对接柱203调节对接柱203高度来调节对接间距，使对接间距接近脑组织样本3厚度，从而使力学刻度盘B对接时力学刻度盘B盘面刚好贴合脑组织样本3上表面；

其中支撑台2底部有一外形尺寸宽于支撑台的支撑台底板201，其作用为限制在切割脑组织样本3时切割架1下压的位移，防止切割刀具106同切割槽204底部触碰损坏切割刀具106，支撑台底板201至支撑凸台202台面的高度以使切割架1下压至底端而切割刀具106同切割槽204底部间距最小而不接触为最佳；

如图2所示，其中切割架1中切割主架101内侧四面加工有切割架导向面107，支撑台2中支撑凸台202的四面加工有精度较高的支撑台导向面205，在切割架1下压切割放置在支撑台2上的脑组织样本3时，切割架导向面107与支撑台导向面配合205，其采用较小的间隙配合，在对称度及平行度方面也有一定要求，以保证在切割过程中切割架1与支撑台2之间不发生晃动，切割刀具106能准确切割脑组织样本3并切割刀具106也能无误的落入切割槽204中，不与切割槽侧壁发生触碰损坏刀具。

其中切割主架101上的固定凸台102与刀具固定块105的固定凹槽103配合并通过固定块螺栓紧固刀具固定块，这样的结构使刀具固定块105准确的固定在切割主架上101上从而得到较精确的切割刀具106安装尺寸，在固定凸台102与固定凹槽105尺寸不变的情况下，通过更换不同长度的刀具固定块105，实现了切割刀具106间距的离散调整，不同切割间距的切割刀具106、刀具固定块105组合可以用于切割出不同尺寸大小的脑组织样本3；

其中在切割主架101上横向与竖向刀具固定块105的固定面114平行错开，其中横向与竖向固定面114的错开距离以切割刀具106切割方向宽度为最佳，安装的交错切割刀具106无接触变形，切割刀具为异面交错垂直安装；

其中刀具固定块105长度方向的两侧安装有用于压紧切割刀具106的压紧块103，其压紧块103侧面外形为“L”，“L”形的底部端面压紧切割刀具106；

其中在结构上切割主架101可以加工为四个方向都采用张紧导向柱109、张紧块110连接刀具固定块105，但在实施例中，采用对边一组为张紧块110安装刀具固定块105另一组为切割主架101安装刀具固定块105，此方法相较四边为张紧机构减少加工难度，同时在无需调节切割刀具106张紧力的情况下可以采用切割主架101四边无张紧机构，能在保证脑组织样本制备装置功能的情况下，减少加工工时及费用，在实施例中，通过张紧螺栓108调节切割刀具106的张紧力度，调节切割刀具106张紧力至合适程度时旋紧张紧块110两侧张紧紧固螺栓111来顶住张紧导向柱109来固定张紧块110位置；

其中切割主架101侧面一顶角处加工有螺纹通孔，并旋入有蝶形螺栓115，在切割架1切割脑组织样本3压入支撑台2至底端时，旋紧蝶形螺栓115，使蝶形螺栓115顶紧支撑台2的支撑凸台202一顶角，使切割架1与支撑台2固定在一起，方便后续样本的转移工作，同时在样本转移之后通过旋松蝶形螺栓115，可使切割架1退出支撑台2；

在实施列中，安装有四个切割刀具106，可一次性制备矩形脑组织样本3，而在安装其他数量切割刀具106时，可以实现不同的切割方式，在安装一只切割刀具106时，可实现脑组织样本3的单面切割，通过移动脑组织样本3位置并反复切割，可实现其它形状尺寸的样本制备，在安装两只切割刀具106时则可实现脑组织样本3的平行或垂直方向的同时切割，在安装三只切割刀具时可实现脑组织样本3的三方向同时切割。

其中切割刀具106采用高强度、小线径、小切割截面的切割丝或切割片，在实例中所用材料为碳纤维，同时其它的如凯夫拉尔(Kevlar)、尼龙、PE、不锈钢、钛及其合金等材料也可适用于脑组织样本制备装置的切割刀具106，其能有效的降低切割过程中的黏附作用、减少切割用力、降低切割过程中对脑组织样本的力学性能影响同时能够快速的获取几何尺寸保持一致的脑组织样本3。

本实施例中，脑组织样本制备装置的工作原理及方法如下：

(1)根据实验要求准备并选择合适的脑组织样本3，并以此来确定刀具固定块105的尺寸；

(2)在安装四只切割刀具时，将成对的切割刀具106固定于刀具固定块105两侧，旋紧压紧螺栓102，使压紧块103“L”形底部端面压紧切割刀具106；

(3)旋紧固定块螺栓104将刀具固定块105紧固于切割主架101、张紧块110上的固定凸台112，采用成对安装，先安装于四个固定面114中相对较低的固定面上，再安装四个固定面114中相对较高的固定面上，使两组切割刀具106异面交错且垂直；

(4)缓慢调节张紧螺栓108，直至切割刀具106绷紧，再旋紧张紧紧固螺栓111固定张紧块110位置，防止切割过程中张紧块因受力而离开张紧位置，导致切割刀具106在切割过程中松动，影响切割精度，损坏切割刀具106；

(5)将脑组织样品3放置于支撑台2上，并依据支撑台2上的切割槽204位置，放置于中间位置；

(6)将安装好切割刀具106的切割架1沿支撑台2四个支撑台导向面205向下按压至支撑台底板201，将切割下的脑组织零散余边用薄片或小刀移除，并拧紧蝶形螺栓115，防止切割架与支撑台之间的相对位移；

(7)根据脑组织样本3高度调节对接柱203，使力学刻度盘B对接时力学刻度盘B盘面刚好贴合脑组织样本3上表面，将力学实验刻度盘B倒扣在脑组织样本制备装置A上并对接于对接柱203；

(8)实验样本转移示意见图4，将整体对接好的装置翻转，从而将切割完成的脑组织样本转移至力学实验刻度盘B上，移去脑组织样本制备装置A，至此脑组织实验样本制作完成。

本发明所有限定的数值均为发挥本发明功能的最优数值，但并不同限于此数值，对于所切割材料尺寸做出的构件体积尺寸的改进以及任何基于此可做出的其它距离、数值上的改进，均属于本发明的变形，在此不再列举。

本发明针对脑组织提出，对其他材料、生物组织的应用属于本发明的变形，也属于本发明的保护范围。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不同限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (1)

1.一种脑组织样本制备方法，其中：采用了脑组织样本制备装置，脑组织样本制备装置包括切割架(1)、支撑台(2)，切割架(1)、支撑台(2)为两个可分离结构体，其中脑组织样本(3)放置于支撑台(2)上：

支撑台(2)的支撑凸台(202)上加工有多组切割槽(204)；支撑台(2)的支撑凸台(202)上安装有同力学实验刻度盘(B)相配合的对接柱(203)，对接柱(203)通过螺纹连接在支撑台(2)上；支撑台(2)底部有一外形尺寸宽于支撑台的支撑台底板(201)，在切割脑组织样本(3)时，限制切割架(1)下压的位移，防止切割刀具(106)同切割槽(204)底部触碰损坏切割刀具(106)；设置支撑台底板(201)至支撑凸台(202)台面的高度，以使切割架(1)下压至底端而切割刀具(106)同切割槽(204)底部不接触；

切割架(1)的切割主架(101)内侧四面加工有切割架导向面(107)，支撑台(2)中支撑凸台(202)的四面加工有支撑台导向面(205)，在切割架(1)下压切割放置在支撑台(2)上的脑组织样本(3)时，切割架导向面(107)与支撑台导向面配合(205)，切割刀具(106)能切割脑组织样本(3)并使得切割刀具(106)落入切割槽(204)中，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、选择适于脑组织样品切割尺寸的刀具固定块(105)；通过更换不同长度的刀具固定块(105)，实现切割刀具(106)间距的离散调整；

步骤2、通过刀具固定块(105)压紧切割刀具(106)；在安装四只切割刀具时，将成对的切割刀具(106)固定于刀具固定块(105)两侧，旋紧压紧螺栓(102，使压紧块(103)底部端面压紧切割刀具(106)；

步骤3、旋紧固定块螺栓(104)，将刀具固定块(105)紧固于切割主架(101)、张紧块(110)上的固定凸台(112)；

步骤4、调节张紧螺栓(108)，张紧切割刀具(106)，再旋紧张紧紧固螺栓(111)固定张紧块(110)位置；

步骤5、将脑组织样品(3)放置于支撑台上(2)；并依据支撑台(2)上的切割槽(204)位置，放置于中间位置；

步骤6、将安装好切割刀具(106)的切割架(1)沿支撑台(2)四个支撑台导向面(205)向下按压，切割至支撑台底板(201)，将切割下的脑组织零散余边用薄片或小刀移除，并拧紧蝶形螺栓(115)；

步骤7、根据脑组织样本(3)高度调节对接柱(203)，将力学实验刻度盘(B)倒扣在脑组织样本制备装置(A)上并对接于对接柱(203)；

步骤8、将整体对接好的装置翻转，从而将切割完成的脑组织样本(3)转移至力学实验刻度盘(B)上，移去脑组织样本制备装置(A)，至此脑组织实验样本制作完成。