CN110786853A - 一种用于磁共振成像的小鼠头部固定装置及其固定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其在固定后能够限制清醒小鼠头部的移动和转动范围。本发明的目的在于提供一种小鼠头部的固定方法，其采用前述小鼠头部固定装置。用于实现前述目的的小鼠头部固定装置包括一对夹持臂以及连接部，所述连接部连接所述一对夹持臂，所述连接部包括自其两端向中央弧形向上凸起的凸台，所述凸台沿所述固定装置的宽度方向至少一侧向外弧形凸伸形成一弧形表面，所述弧形表面为与小鼠头部接触的固定面。

Description

一种用于磁共振成像的小鼠头部固定装置及其固定方法
技术领域
本发明涉及一种用于磁共振成像的小鼠头部固定装置及其固定方法。
背景技术
在临床科学研究(如脑慢性病变模型和急性外伤模型)中，由于小鼠繁殖能力强、生育周期短、体型小、易操控、转基因品系齐全、分子操控成熟，常被选作为模式动物用于功能磁共振成像实验。然而无论是对小鼠处于非任务状态还是任务状态的研究，过去多采用麻醉的方式，这主要是因为fMRI信号易受头部移动影响，麻醉的方式可以把小鼠头部移动控制在理想尺度内。但麻醉状态势必会改变全脑活动水平，一方面导致获得的图像信噪比低(抑制状态下血氧变化幅度小)，另一方面来自于不同研究人员的结果很难比较(由于不同麻醉药物和浓度等)。麻醉的研究方法同样无法应用于任务态大脑活动水平的研究。因而常常采用固定装置将实验小鼠的头部进行固定。
如公开号为“CN108175537A”的申请公开了一种实验鼠类头部固定装置，其头部固定套筒为两片不锈钢板围成的圆锥形结构。
然而发明人发现，现有固定装置以及固定方法中还存在难以和磁共振成像相结合以及无法保证小鼠清醒状态下限制小鼠头部移动的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其在固定后能够限制清醒小鼠头部的移动和转动范围。
本发明的目的在于提供一种用于磁共振成像的小鼠头部的固定方法，其采用前述小鼠头部固定装置。
用于实现前述目的的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置包括一对夹持臂以及连接部，所述连接部连接所述一对夹持臂，所述连接部包括自其两端向中央弧形向上凸起的凸台，所述凸台沿所述固定装置的宽度方向至少一侧向外弧形凸伸形成一弧形表面，所述弧形表面为与小鼠头部接触的固定面。
在一个或多个实施方式中，所述凸台包括固定槽，所述固定槽平分所述凸台，所述固定面上设置有外凸及内凹的纹路。
在一个或多个实施方式中，所述一对夹持臂的自由端底部设置有固定孔，所述小鼠头部固定装置通过所述固定孔固定连接磁共振成像用床。
在一个或多个实施方式中，所述一对夹持臂的自由端设置有向两侧延伸的凸部，所述凸部为所述固定装置的固定部，所述固定孔设置在所述固定部的底部。
在一个或多个实施方式中，所述一对夹持臂与所述连接部为一体件。
在一个或多个实施方式中，所述固定装置为尼龙材料构成。
为实现前述目的的用于磁共振成像的小鼠头部固定方法，其采用前述的小鼠头部固定装置，所述小鼠头部固定方法包括：
清理所述固定面；
在所述固定面上涂布自酸蚀光固化树脂，并对所述固化树脂进行光固化；
对所述小鼠头部进行皮肤切口并露出小鼠头骨，并在所述皮肤切口处涂布组织胶；
在所述小鼠头骨人字点(Lambda点)上及其周围涂布所述自酸蚀光固化树脂，并对所述固化树脂进行光固化；
在所述小鼠头骨人字点(Lambda点)上方涂布所述光固化树脂处的上方再涂布光固化流体树脂；
将所述小鼠头骨人字点(Lambda点)上方涂布所述光固化流体树脂处对准所述固定面放置，并将所述小鼠头骨与所述小鼠头部固定装置压紧后，使用对所述光固化树脂进行再次固化；
在所述小鼠头部固定装置与所述小鼠头骨接触界限上涂布流体树脂。
在一个或多个实施方式中，小鼠头部固定方法还包括通过所述固定孔将所述小鼠头部固定装置固定连接在磁共振成像用床上。
经由本发明提供的小鼠头部固定装置及固定方法固定后的小鼠，能够在视得小鼠在清醒状态下，限制小鼠头部移动和转动范围，使得能够对小鼠任务态下大脑活动水平进行更加深入的研究。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1示出了小鼠头部固定装置的一个实施方式的立体示意图。
图2示出了小鼠头部固定装置的一个实施方式的正面示意图。
图3示出了小鼠头部固定装置的一个实施方式的后视示意图。
图4示出了小鼠头部固定装置的一个实施方式的俯视示意图。
图5示出了小鼠头部固定装置的一个实施方式的仰视示意图。
图6示出了小鼠头部固定装置的一个实施方式的侧面示意图。
图7示出了小鼠头部固定装置中小鼠头骨固定位置的示意图。
图8示出了用于固定小鼠身体的小鼠固定管的一个实施方式的立体示意图。
图9示出了用于将小鼠固定管固定在磁共振成像用床的固定支架的一个实施方式的立体示意图。
图10A至10C示出了采用本小鼠头部固定装置固定的小鼠在静息态功能磁共振成像中，在一段时间内头部移动范围的变化示意图。
图11A至11C采用本小鼠头部固定装置固定的小鼠静息态功能磁共振成像中，在一段时间内头部转动范围的变化示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
在使用小鼠作为模式动物进行临床实验时，常常需要使用固定装置对小鼠的头部进行固定。
图1示出了本小鼠头部固定装置1在一个实施方式下的立体示意图，在一个或多个实施方式中，小鼠头部固定装置1包括一对夹持臂11，以及连接该一对夹持臂11的连接部12。夹持臂11与连接部12可以是但不限于通过一体成型、粘接或是3D打印的方式连接。请继续参见图2和图5，其中，图2是图1中小鼠头部固定装置1的正面示意图，图5是图1中小鼠头部小鼠头部固定装置1的仰视示意图。由图2可视得，一对夹持臂11的自由端还分别具有固定部13，固定部13是在夹持臂11的自由端左右两侧分别延伸出的凸部，固定部13为小鼠头部固定装置1的固定部。又由图5可视得，固定部13底面中心还分别设置有固定孔130，小鼠头部固定装置1通过固定孔130经由紧固件固定在磁共振成像用床上。在一实施方式中，一对夹持臂11与连接部12的连接处为一圆角。
请继续参见图2和图6，其中图6是图1中小鼠头部固定装置1的侧面示意图。由图2可视得，连接部12自其两端向中央弧形向上凸起，形成一凸台121。又由图6可视得，凸台121在小鼠头部固定装置1的侧面是沿其宽度方向至少一侧向外弧形凸伸，使得凸台121于小鼠头部固定装置1上部形成一弧形表面，弧形表面为小鼠头部的固定面124。
请继续参见图3、图4和图5，其中图3是图1中小鼠头部固定装置1的后面示意图，图4是图1中小鼠头部固定装置1的俯视示意图。由图3和图5可视得，连接部12的凸台121的固定面124上设有外凸及内凹的纹路123，以增加固定面124上的摩擦力。同时，由图3和图4可视得，凸台121的上表面还设有固定槽122，使得凸台121上部分为左右两半。
在一实施方式中，小鼠头部固定装置1为尼龙材料构成，优选地，小鼠头部固定装置1为是一种采用激光烧结成型的高性能尼龙材料。由于在进行磁共振成像过程中，装置中不能包含金属部件，故以尼龙材料制造的小鼠头部固定装置1能够应用在磁共振成像用床上，且不会对磁共振成像的结果产生影响，故其能够运用于高场强的磁共振成像装置中。
请参见图1至图6，在一实施方式中，小鼠头部固定装置1的宽度为20至22毫米、高度为20至22毫米、最大厚度为5.5至6毫米，由于磁共振用超低温线圈为内部直径20至30毫米的封闭圆筒结构，其内部空间完全受限，以此方式制作的小鼠头部固定装置1能够在超低温线圈环境中得到应用。
请结合图1和图7，当小鼠头部固定装置1用于固定实验小鼠头部时，小鼠头部固定装置1的固定面124是与实验小鼠的头骨中虚框100内的部分相接触。此时，小鼠的头骨上的人字点B(即小鼠两骨缝交点Lambda点)位于凸台121上的固定槽122中；小鼠的头骨上的前囟点A(即小鼠两骨缝交点Bregma点)位于小鼠头部固定装置1之外。此时，带有外凸及内凹的纹路的固定面124能够与小鼠头部贴合，同时限制其移动，同时固定槽122进一步将小鼠头部固定，从而起到了对清醒小鼠头部的良好固定作用。在图中未示出的部分还包括有小鼠身体固定装置，用于在小鼠头部被固定后将小鼠的身体进行固定。
小鼠头部固定装置1与实验小鼠头部固定的步骤如下：
首先，在固定之前，为了保证小鼠头部固定装置1与小鼠头骨的附着力，首先需要对打印的小鼠头部固定装置1进行预处理，在一种实施方式中，是使用无水乙醇对小鼠头部固定装置1与实验小鼠的头骨接触的固定面124进行仔细清理。待无水乙醇完全挥发后，在固定面124上涂布一层较厚的自酸蚀光固化树脂(3M ESPE Adper Easy One)，再待自酸蚀粘结剂挥发后，使用蓝光LED灯对固化树脂进行光固化。
其次，按照常见手术操作流程打开并剪掉小鼠头部皮肤，并完全暴露其头骨。尤其是位于小鼠的头骨上人字点B后方虚框100内的头骨。暴露小鼠的头骨上人字点B需要用尖镊子和手术剪小心的剔除其上的肌肉组织。为了保证粘结牢固，还需要用手术刀片仔细的去除覆盖于头骨上的骨膜以及其他的结缔组织，尤其是位于人字点B上方的组织。如小鼠头部有出血，则需要使用止血海绵压迫出血点进行止血，然后用生理盐水擦拭干净。在头骨与小鼠头部固定装置1粘结前，要保证头骨表面干净且干燥。
然后，对剪开的皮肤伤口进行封闭，以减少后续操作导致的出血。在皮肤切口处涂上组织胶(3M Vetbond)，涂布的胶水要避免流到头骨上，用量应尽量少。
随后，在头骨人字点B上及其周围小鼠头骨中虚框100内涂布自酸蚀光固化树脂(3M ESPE Adper Easy One)，此时仅需涂布一层，待溶剂挥发后，使用蓝光LED灯对固化树脂进行光固化。
之后，在前一步骤中涂布自酸蚀光固化树脂的位置上方再涂布一层较厚的光固化流体树脂。
下一步，将小鼠头骨人字点B(Lambda点)上方涂布光固化流体树脂处对准小鼠头部固定装置1的固定面124放置，随后将小鼠头骨与小鼠头部固定装置1压紧，调整好位置后再次使用蓝光LED灯对光固化树脂进行固化。
最后，在小鼠头部固定装置1与小鼠头骨接触界限进一步涂布一层较厚的流体树脂以增加附着力。
此时，小鼠头部固定装置1与小鼠头骨固定在一起，固定面124上的纹路123增加了其表面的摩擦力，在固定后能够阻碍小鼠头骨的转动和移动自由度。同时小鼠头部固定装置1凸台121上的固定槽122卡在小鼠头骨的中央，限制了小鼠头骨在左右方向上的移动自由度。同时，由于功能磁共振成像的图像极易受磁化率不均一的干扰，小鼠头部固定装置1在小鼠头部的安装位置为小鼠头骨人字点B(Lambda点)的上方，其是靠近小鼠颈部的位置而不是大脑区域上方，确保了在高场强功能磁共振成像过程中，小鼠头部固定装置1不会对生成的图像进行干扰。
在小鼠的固定过程中，其身体部分可以由如图8至图9所示的小鼠身体固定装置进行固定，其中小鼠身体固定装置包括如图8所示的小鼠固定管以及如图9所示的固定支架。
其中，由图8可以视得，小鼠固定管2包括管体21以及连接部22。管体21用于容纳小鼠身体，且管体21包括至少一个开放端210，以容许小鼠头部从中伸出。连接部22是位于管体两侧向外突伸出的一对凸台，每个凸台上分别设有用于螺纹连接的固定管孔220。当装配时，小鼠头部固定装置1是设置在开放端210的前侧。
又由图9以视得，固定支架3包括矩形长条状的固定板31，在固定板31的一端设置有凸条32，凸条32为沿固定板长度方向平行设置的三根。位于中间的凸条32a自底面凸起一段距离后向两侧延展，位于两侧的凸条32b自底面凸起之与位于中间的凸条32a相同高度后分别向中间延展，使得三根凸条32之间形成两卡槽33。在固定板31内部，靠近凸条32内端处设置有矩形的固定台34，固定台34上设置有多个固定板孔340。在固定板31两侧靠近还分别设置有向上凸起并向外延展的多个翼部311，每个翼部311上均设置有翼部孔310。小鼠固定管2通过其连接部22上设置的固定管孔220与对应位置的翼部孔310经由紧固件配合连接，固定支架3再通过连接小鼠固定管2后剩余的空闲翼部孔310以及固定板孔340经由紧固件连接在磁共振成像用床上。与此同时，由于磁共振成像要求不能包含影响磁场的金属部件，故小鼠身体固定装置设置在在距离磁场5～6米远处。在一实施方式中，小鼠身体固定装置的大小设置为可以在内部直径20至30毫米的超低温线圈中得到应用。
在一实施方式中，小鼠头部固定装置1也可以通过固定支架3固定在磁共振成像用床上。固定完毕后，待小鼠恢复一周后进行静息态(非任务态)功能磁共振成像，此时小鼠头动范围的数据如图10A至11C各表所示。
图10A至10C示出了采用本小鼠头部固定装置1、样本数为8时，清醒小鼠静息态功能磁共振成像中，在一段时间内头部移动范围的变化示意图。其中，图10A显示出了在进行静息态功能磁共振成像10分钟内，小鼠头部在X方向上移动范围的示意图。从图10A中数据可知，小鼠头部在X方向上移动范围约在正负5微米之内。图10B显示出了在进行静息态功能磁共振成像10分钟内，小鼠头部在Y方向上移动范围的示意图。从图10B中数据可知，小鼠头部在Y方向上移动范围约在正负10微米之内。图10C显示出了在进行静息态功能磁共振成像10分钟内，小鼠头部在Z方向上移动范围的示意图。从图10C中数据可知，小鼠头部在Z方向上移动范围约在正负20微米之内。
图11A至11C示出了采用本小鼠头部固定装置1，清醒小鼠静息态功能磁共振成像中，在一段时间内头部转动范围的变化示意图。其中，图11A显示出了在进行静息态功能磁共振成像10分钟内，小鼠头部绕X轴转动角度范围的示意图。从图11A中数据可知，小鼠头部绕X轴转动的俯仰角(pitch)变化范围约在正负0.005度之内。图11B显示出了在进行静息态功能磁共振成像10分钟内，小鼠头部绕Z轴转动角度范围的示意图。从图11B中数据可知，小鼠头部绕Z轴转动的翻滚角(roll)变化范围约在正负0.002度之内。图11C显示出了在进行静息态功能磁共振成像10分钟内，小鼠头部绕Y轴转动角度范围的示意图。从图11C中数据可知，小鼠头部绕Y轴转动的偏航角(yaw)变化范围约在正负0.003度之内。
由上述图10A至11C各表中数据可知，经由本发明小鼠头部固定装置1固定后的实验小鼠，在保证了小鼠处于完全清醒状态的前提下，头动的转动和移动范围依然处于很小范围。使得在能够保证小鼠全脑活动水平正常的情况下固定小鼠的头部，使得小鼠即使处于涉及嗅觉刺激的任务状态时，头动依然处于理想范围。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，包括一对夹持臂以及连接部，所述连接部连接所述一对夹持臂，所述连接部包括自其两端向中央弧形向上凸起的凸台，所述凸台沿所述固定装置的宽度方向至少一侧向外弧形凸伸形成一弧形表面，所述弧形表面为与小鼠头部接触的固定面。
2.如权利要求1所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，所述凸台包括固定槽，所述固定槽平分所述凸台，所述固定面上设置有外凸及内凹的纹路。
3.如权利要求1所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，所述一对夹持臂的自由端底部设置有固定孔，所述小鼠头部固定装置通过所述固定孔固定连接磁共振成像用床。
4.如权利要求3所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，所述一对夹持臂的自由端设置有向两侧延伸的凸部，所述凸部为所述固定装置的固定部，所述固定孔设置在所述固定部的底部。
5.如权利要求1所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，所述一对夹持臂与所述连接部为一体件。
6.如权利要求1所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，所述固定装置为尼龙材料构成。
7.如权利要求1所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定装置，其特征在于，所述小鼠头部固定装置用于超低温线圈磁共振设备中。
8.一种用于磁共振成像的小鼠头部固定方法，其特征在于，其采用权利要求1-7任意一项所述的小鼠头部固定装置，所述小鼠头部固定方法包括：
清理所述固定面；
在所述固定面上涂布自酸蚀光固化树脂，并对所述固化树脂进行光固化；
对所述小鼠头部进行皮肤切口并露出小鼠头骨，并在所述皮肤切口处涂布组织胶；
在所述小鼠头骨人字点(Lambda点)上及其周围涂布所述自酸蚀光固化树脂，并对所述固化树脂进行光固化；
在所述小鼠头骨人字点(Lambda点)上方涂布所述光固化树脂处的上方再涂布光固化流体树脂；
将所述小鼠头骨人字点(Lambda点)上方涂布所述光固化流体树脂处对准所述固定面放置，并将所述小鼠头骨与所述小鼠头部固定装置压紧后，使用对所述光固化树脂进行再次固化；
在所述小鼠头部固定装置与所述小鼠头骨接触界限上涂布流体树脂。
9.如权利要求7所述的用于磁共振成像的小鼠头部固定方法，其特征在于，还包括通过所述固定孔将所述小鼠头部固定装置固定连接在磁共振成像用床上。
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