CN111134889A

CN111134889A - 一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置

Info

Publication number: CN111134889A
Application number: CN202010027329.2A
Authority: CN
Inventors: 李鹏; 张子艺
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: CN111134889B

Abstract

本发明公开了一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置。包括耳部固定装置、嘴部固定装置、固定器主体和旋转平移台；固定器主体包括底板、圆筒部分、等腰梯形板和突起柱；耳部固定装置包括两根呈Z字型弯曲的耳杆，等腰梯形板前侧安装连接有嘴部固定装置，嘴部固定装置包括咬嘴主体、嘴夹、调节螺丝、位置控制弹簧、固定螺栓。本发明减小了小鼠头部附近的固定装置的体积，既能有效地固定小鼠，消除抖动，又能使短焦探测不受固定阻碍地在小鼠眼部附近正常工作，保证了近距离、多方位检测小鼠眼部的灵活性、稳定性。

Description

一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置

技术领域

本发明涉及生物医学眼科仪器设备技术领域，且更具体地涉及一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，尤其在使用短焦光学系统条件下的近距离、多角度、高分辨率的小鼠眼部检测实验。

技术背景

由于小鼠的眼球结构与人类相似，且易于饲养、成本较低，因此在眼科医学实验中有越来越广泛的应用。在实验的过程中，为了多角度地稳定观察到小鼠的角膜、视网膜等眼部结构，需要一个可调节的固定器，能够对麻醉后的小鼠头部进行固定，并对小鼠头位进行灵活的调节。

对于一些眼科定量检测技术，例如光学相干层析(OCT)技术、超声生物显微(UBM)技术等，由于其高分辨性，对实验样本的稳定度要求较高，尤其是在使用OCT技术在一段时间内连续采集小鼠眼底图像进行三维结构和血流分析时，小鼠的呼吸和无意识抖动将对眼底造成频繁、周期性位移，对结构和血流的分析结果将造成较大的影响。目前已有的小鼠固定装置中，一些眼科实验专用的固定器可以实现多角度变化，也有一定的稳定性，但不足以消除小鼠呼吸和抖动对头部、眼部位置稳定造成的不良影响；一种脑科实验专用的小鼠定位仪可以实现小鼠头部的稳定固定，但是不能灵活地改变观测角度，而且用于稳定头部的机械结构体积大、较复杂，很大程度上阻挡了眼科实验中的光学镜头的靠近，尤其是在使用VOLK镜、消色差透镜等常用短焦光学眼科检查元件时。

综上所述，在对小鼠眼部进行近距离、高分辨率的定量检测实验时，有必要发展一种稳定性高、可多角度调节、前部机械结构简洁的小鼠眼科检测实验固定装置。

发明内容

本发明为了解决现有技术的上述不足，提出了一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，解决了小鼠眼科无法稳定固定的技术问题，该装置稳定性高、可多角度调节小鼠头位、前部机械结构简洁，能使焦距较短的高分辨率光学检测装置不受固定器阻碍地在小鼠眼部附近正常工作，在实验中操作方便、稳定效果显著。

目前现有的小鼠眼科固定架，稳定度不足以控制其呼吸造成的眼部抖动。而非眼科的小鼠固定架前部体积过大，高分辨短焦镜头不能工作。本发明采用上述结构，克服了上述技术问题。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

装置包括耳部固定装置、嘴部固定装置、固定器主体和旋转平移台。

所述的固定器主体包括底板、圆筒部分、等腰梯形板和突起柱；底板安装在旋转平移台上，圆筒部分为半圆筒结构，圆筒部分轴向水平布置地装于底板上，圆筒部分和底板之间形成半圆腔室，半圆腔室中放置小鼠身体；圆筒部分前侧端口的底板连接有等腰梯形板，等腰梯形板上放置小鼠头部；圆筒部分前侧端口和等腰梯形板之间衔接处两侧的底板上安装有突起柱，突起柱上安装有耳部固定装置。

所述的耳部固定装置包括两根呈Z字型弯曲的耳杆，两根耳杆的一端分别安装在两侧的突起柱上，两根耳杆与突起柱相连的杆身横截面为正六边形，两根耳杆的相对轴向间距可调，两根耳杆的另一端为尖头端，尖头端插入小鼠的耳道中起固定作用。

等腰梯形板前侧安装连接有嘴部固定装置，所述的嘴部固定装置包括咬嘴主体、嘴夹、调节螺丝、位置控制弹簧、固定螺栓；咬嘴主体后部通过固定螺栓可调整位置地固定连接等腰梯形板前侧部，咬嘴主体前部向前延伸后再向上延伸形成用于支撑小鼠嘴部的平台，平台上安装有调节螺丝和嘴夹，平台顶面的后侧开设有螺纹孔，嘴夹中部开设有通孔，调节螺丝向下穿过嘴夹中部通孔后旋入在平台顶面的螺纹孔中，平台和嘴夹之间的调节螺丝外套装有位置控制弹簧，平台顶面的前侧竖直固定有限位轴，嘴夹的前端开设有轴孔，限位轴活动套装于轴孔中；平台后侧侧面设有U型架，U型架用于鼠牙固定，嘴夹的后端延伸到U型架上方，嘴夹的后端和U型架之间固定小鼠口鼻部位。

所述的固定器主体中，两侧突起柱均开设有水平通孔，顶端开设有螺纹孔，螺纹孔和水平通孔连通，螺纹孔中安装固定螺丝，水平通孔中安装耳部固定装置的耳杆一端，固定螺丝下端旋入螺纹孔后连接到水平通孔中的耳杆表面，将耳杆压紧固定。

所述的咬嘴主体后部开设有沿前后方向的条形槽，固定螺栓穿过条形槽后旋入到等腰梯形板前侧部底面的螺纹孔中，从而实现咬嘴主体可活动地固定安装于等腰梯形板。

所述的旋转平移台能进行三维角度万向旋转调节，固定器主体利用固定螺丝连接安装在旋转平移台上。

所述耳杆的尖头端为直径2mm的半球形。

所述的耳部固定装置、嘴部固定装置、固定器主体均采用光敏树脂材料，使用3D打印加工工艺制成；调节螺丝、固定螺栓、固定螺丝所用材料均为304不锈钢。

本发明减小了小鼠头部附近的固定装置的体积，既能有效地固定小鼠，消除小鼠因呼吸造成的眼部周期性抖动，又能使短焦高分辨率光学系统不受固定装置阻碍地在小鼠眼部附近正常工作，保证了近距离、多方位检测小鼠眼部的灵活性、稳定性。因为小鼠呼吸造成的眼部位移对图像影响很大，并且现有固定器不能在短焦镜头下使用，本发明才设计了这个稳定装置。

本发明的有益效果和创新点对比已有技术具有以下显著优点：

1、目前已有的眼科实验小鼠固定器，可以实现多角度变化，也有一定的稳定性，但其固定结构的稳定度还有上升空间，不足以消除小鼠呼吸和抖动对头部、眼部位置稳定造成的不良影响。针对这方面，本发明设计了耳部、嘴部固定装置，对小鼠的双耳和嘴部进行有效固定，形成“耳-嘴-耳”三点稳定固定模式，并使用圆筒对小鼠的身体进行辅助固定，能较好地抑制小鼠呼吸和无意识抖动对头部、眼部位置的频繁、周期性位移，以消除这种位移对高分辨率定量检测造成的不良影响，得到成像质量较好的检测结果。

2、目前已有的脑科实验专用小鼠定位仪，可以实现小鼠头部的稳定固定，但是不能灵活地改变观测角度，而且用于稳定头部的机械结构体积大、较复杂，很大程度上阻挡了眼科实验中的光学镜头的靠近，尤其是在使用VOLK镜、消色差透镜等常用短焦光学眼科检查元件时。针对可多角度调节这方面，本发明将将固定结构与旋转平移台相结合。针对配合短焦光学系统工作方面，本发明将耳杆设计成Z字型，并将固定装置主体上的耳杆连接处后移，使得小鼠眼部周围没有用于固定的机械结构；将嘴部固定结构大大简化，在保证其可调节、可固定的功能之后，尽可能减小了该部分的体积；小鼠的头部放置处设计为符合小鼠头型的等腰梯形，在支撑小鼠头部的同时最大地减小了该部分的体积；本小点所述的三种设计较好地避免了在眼科检测中对近距离的光学镜头造成阻挡。

附图说明

图1为本发明装置的示意图；

图2为本发明示例性实施例的装置使用状态示意图；

图3为本发明示例性实施例的成像实验结果对比图；

图4为本发明示例性实施例的装置实物图；

图中，1-耳部固定装置；2-嘴部固定装置；2.1-咬嘴主体，2.2-嘴夹，2.3-调节螺丝，2.4-位置控制弹簧，2.5-固定螺栓；3-固定器主体；3.1-用于放置小鼠身体的圆筒部分，3.2-用于放置小鼠头部的等腰梯形板，3.3-用于连接旋转平移台的底板，3.4-用于连接耳杆的突起柱，3.5-用于固定耳杆的固定螺丝；短焦光学镜头4、小鼠眼睛位置5。

图2和图4中，展示了本发明装置在短焦光学检测系统条件下的使用效果，可以看到短焦光学镜头4能够近距离观察小鼠眼部，而不受固定架的阻碍。

图3为使用了同一套OCT成像系统和三维血流造影方法，对两只小鼠视网膜的视神经乳头及其附近区域进行成像的结果。其中，图像(a)采集时所使用的固定装置为一个内径与小鼠体径相近的圆筒，将麻醉后的小鼠置入圆筒内部后即完成固定；图像(b)采集时所使用是本发明所述的固定装置。可以明显看到，未使用本固定装置进行固定的小鼠，在采集过程中因呼吸造成的抖动造成了成像结果中周期性的噪声，对图像质量和后续对血管的数据分析有较大不良影响；与之对比，使用了本发明所述的固定装置后，在不影响小鼠正常呼吸的情况下，较好地抑制了小鼠因呼吸造成的头部抖动，得到的成像结果消除了周期性噪声，细节比较完整，血管连续性好，图像质量较高，有利于后续对血管的数据分析。由此可见本发明装置较大的有效性。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，附图形成本文的一部分。需要注意的是，这些说明及示例仅仅为示例性的，不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

为了便于理解本发明的实施例，将各操作描述成多个离散的操作，但是，描述的顺序不代表实施操作的顺序。

如图1所示，装置包括耳部固定装置1、嘴部固定装置2、固定器主体3和旋转平移台；固定器主体3安装在旋转平移台上。旋转平移台能进行三维角度万向旋转调节，固定器主体3利用固定螺丝连接安装在旋转平移台上。

如图1所示，固定器主体3包括底板3.3、圆筒部分3.1、等腰梯形板3.2和突起柱3.4；底板3.3安装在旋转平移台上，圆筒部分3.1为半圆筒结构，圆筒部分3.1轴向水平布置地装于底板3.3上，圆筒部分3.1和底板3.3之间形成半圆腔室，半圆腔室中放置小鼠身体；圆筒部分3.1前侧端口的底板连接有等腰梯形板3.2，等腰梯形板3.2上放置小鼠头部，底板3.3和等腰梯形板3.2布置于同一平面；圆筒部分3.1前侧端口和等腰梯形板3.2之间衔接处两侧的底板3.3上安装有突起柱3.4，突起柱3.4上安装有耳部固定装置1；

如图1所示，耳部固定装置1包括两根呈Z字型弯曲的耳杆，两根耳杆的一端分别安装在两侧的突起柱3.4上，两根耳杆与突起柱(3.4)相连的杆身横截面为正六边形，两根耳杆的轴向相对间距可调，两根耳杆的另一端为尖头端，尖头端为直径2mm的半球形，两根耳杆尖头端相对布置，尖头端插入小鼠的耳道中起固定作用。

固定器主体3中，两侧突起柱3.4均开设有水平通孔，水平通孔垂直于圆筒部分3.1的轴向，顶端开设有螺纹孔，螺纹孔和水平通孔连通，螺纹孔中安装固定螺丝3.5，水平通孔中安装耳部固定装置1的耳杆一端，固定螺丝3.5下端旋入螺纹孔后连接到水平通孔中的耳杆表面，将耳杆压紧固定。耳杆一端活动插装在水平通孔中可调节相对轴向位置，然后通过固定螺丝3.5旋拧压紧固定，这样使得两耳杆利用固定器主体上尺寸合适的孔洞与固定器主体连接，也实现了两根耳杆的相对间距可调。

两耳杆利用固定器主体上尺寸和形状合适的孔洞与固定器主体连接，由于其与固定器主体连接的杆身结构截面为正六边形，连接上后只有沿杆身方向这一个自由度可调；通过改变固定螺丝3.5的拧紧度对两耳杆进行固定。

等腰梯形板3.2前侧安装连接有嘴部固定装置2，嘴部固定装置2包括咬嘴主体2.1、嘴夹2.2、调节螺丝2.3、位置控制弹簧2.4、固定螺栓2.5；咬嘴主体2.1也呈Z形，咬嘴主体2.1后部通过固定螺栓2.5可调整位置地固定连接等腰梯形板3.2前侧部，咬嘴主体2.1前部向前延伸后再向上延伸形成用于支撑小鼠嘴部的平台，平台上安装有调节螺丝2.3和嘴夹2.2，平台顶面的后侧开设有螺纹孔，嘴夹2.2中部开设有通孔，调节螺丝2.3向下穿过嘴夹2.2中部通孔后旋入在平台顶面的螺纹孔中，平台和嘴夹2.2之间的调节螺丝2.3外套装有位置控制弹簧2.4，位置控制弹簧2.4上下两端分别连接平台顶面和嘴夹2.2通孔的下孔端面，平台顶面的前侧竖直固定有限位轴，嘴夹2.2的前端开设有轴孔，限位轴活动套装于轴孔中；平台后侧侧面设有U型架，U型架用于鼠牙固定，具体操作是使用镊子轻轻引导小鼠前部的牙齿扣住空孔部分，使得小鼠嘴部能稳定含住该U型部分。嘴夹2.2的后端延伸到U型架上方，嘴夹2.2的后端和U型架之间固定小鼠口鼻部位。嘴夹2.2接触小鼠的一端有一个倾斜的坡度，用于小鼠口鼻部位的固定，未接触小鼠的部分有一小孔与咬嘴主体2.1的突出部分匹配，使该嘴夹只有沿垂直方向这一个自由度。

调节螺丝2.3和位置控制弹簧2.4用于调节嘴夹2.2的固紧程度，固定螺丝2.5用于嘴部固定装置与固定器主体的连接和调节，根据小鼠实际的尺寸调节嘴夹的位置。在嘴夹2.2后端和U型架之间装夹小鼠口鼻部位后，嘴夹2.2的前端被限位轴限位，位置控制弹簧2.4顶起嘴夹2.2，通过旋转调节螺丝2.3用于调节嘴夹2.2后端和U型架之间装夹小鼠口鼻部位的固紧程度。

咬嘴主体2.1后部开设有沿前后方向的条形槽，固定螺栓2.5穿过条形槽后旋入到等腰梯形板3.2前侧部底面的螺纹孔中，从而实现咬嘴主体2.1可活动地固定安装于等腰梯形板3.2。在嘴夹2.2后端和U型架之间装夹小鼠口鼻部位时，拧松固定螺栓2.5，调节咬嘴主体2.1和等腰梯形板3.2之间的相对间距，使得小鼠头部整体位于等腰梯形板3.2上方，然后拧紧固定螺栓2.5使得咬嘴主体2.1和等腰梯形板3.2之间相对固定。

上述结构下，本发明的效果优势可以从以下方面凸显：

1、在稳定性方面，本发明设计了耳部、嘴部固定结构，对小鼠的双耳和嘴部进行有效固定，形成“耳-嘴-耳”三点稳定固定模式，并使用圆筒对小鼠的身体进行辅助固定，能较好地在保证小鼠正常呼吸等生理活动的同时，抑制小鼠因呼吸造成的眼部位置频繁、周期性的位移，以消除这种位移对高分辨率定量检测造成的不良影响，得到成像质量较好的检测结果。

本发明在实际应用中显著的稳定效果可体现于图3。从图3中可以看到未使用本发明所述固定装置的小鼠眼底成像结果(a)中有周期性的白色噪声出现，该噪声即是小鼠的呼吸造成的眼底位移引起的；与之对应，使用了本发明所述固定装置的小鼠眼底成像结果(b)几乎没有周期性的白色噪声，说明本发明所述固定装置较好地抑制了小鼠因呼吸造成的眼部位置频繁、周期性的位移，稳定效果显著。

2、在多角度调节方面，本发明将固定结构与旋转平移台相结合，使得该固定装置可以灵活地调节小鼠的头位，便于在实验中对小鼠眼部各位置进行观察和检测。

3、在实现短焦系统近距离检测方面，本发明将耳杆设计成Z字型，并将固定装置主体上的耳杆连接处后移，使得小鼠眼部周围没有用于固定的机械结构；将嘴部固定结构大大简化，在保证其可调节、可固定的功能之后，尽可能减小了该部分的体积；小鼠的头部放置处设计为符合小鼠头型的等腰梯形，在支撑小鼠头部的同时最大地减小了该部分的体积；本小点所述的三种设计较好地避免了在眼科检测中对近距离的光学镜头造成阻挡。

本发明的示例性实施例的装置示意图如图2所示，可以看出短焦光学镜头能够在小鼠的眼部近距离处进行图像采集，而不受固定装置的阻碍。

本发明装置的使用具体过程是：

1、将麻醉后的小鼠腹部朝下放进固定装置主体的圆筒部分3.1，使其头部露出圆筒的另一端并平放在等腰梯形状的头部放置处3.2，其颈部以后的部分放置在圆筒内。

2、将两耳杆1装入固定器主体上用于连接耳杆的突起柱3.4。将其中一根耳杆1调节到合适位置，并拧紧其固定螺丝3.5进行固定，微抬起小鼠的头部，使得该耳杆较窄的一端进入小鼠的耳道。保持该耳杆进入耳道的状态，推进另一耳杆，同样使其较窄的一端进入与其对应的耳道，拧紧其对应的固定螺丝。

3、以适当力道从上方轻压小鼠头部，若小鼠头部无明显位移，则将嘴部固定器靠近小鼠的嘴部，使用镊子轻轻夹住小鼠的前牙，引导其扣住咬嘴主体2.1的U型部分，使小鼠嘴部能够稳定含住该部分后，拧紧固定螺丝2.5以固定嘴部固定装置。

4、以适当力道从多个方向轻压小鼠头部，若小鼠头部无明显位移，则将该固定装置连同小鼠一起置于旋转平移台上，使用螺丝置入固定装置主体的底板3.3的通孔处，与旋转平移台进行固定。至此小鼠的固定过程完成。

5、在实验过程中，调整旋转平移台的俯仰角度，即可进行稳定性高、多角度调节、尤其适用于短焦光学系统近距离检测的眼科实验。实验完毕后，拧松固定螺丝2.5和3.5，将两耳杆1从小鼠的耳道中移走，即可从固定装置中取出实验小鼠。

由此实施可见，本发明结构在使用耳杆、嘴夹和圆筒对小鼠进行固定的同时，相当大地减小了小鼠头部附近的装置的体积，使得既能有效地固定小鼠，消除小鼠因呼吸造成的眼部周期性抖动，又能使焦距较短的高分辨率光学检测系统不受固定器阻碍地在小鼠眼部附近正常工作，再结合旋转平移台，保证了近距离、多方位检测小鼠眼部的灵活性、稳定性。

Claims

1.一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，其特征在于：装置包括耳部固定装置(1)、嘴部固定装置(2)、固定器主体(3)和旋转平移台；所述的固定器主体(3)包括底板(3.3)、圆筒部分(3.1)、等腰梯形板(3.2)和突起柱(3.4)；底板(3.3)安装在旋转平移台上，圆筒部分(3.1)为半圆筒结构，圆筒部分(3.1)轴向水平布置地装于底板(3.3)上，圆筒部分(3.1)和底板(3.3)之间形成半圆腔室，半圆腔室中放置小鼠身体；圆筒部分(3.1)前侧端口的底板连接有等腰梯形板(3.2)，等腰梯形板(3.2)上放置小鼠头部；圆筒部分(3.1)前侧端口和等腰梯形板(3.2)之间衔接处两侧的底板(3.3)上安装有突起柱(3.4)，突起柱(3.4)上安装有耳部固定装置(1)；

所述的耳部固定装置(1)包括两根呈Z字型弯曲的耳杆，两根耳杆的一端分别安装在两侧的突起柱(3.4)上，两根耳杆的相对间距可调，两根耳杆的另一端为尖头端，尖头端插入小鼠的耳道中起固定作用；等腰梯形板(3.2)前侧安装连接有嘴部固定装置(2)，所述的嘴部固定装置(2)包括咬嘴主体(2.1)、嘴夹(2.2)、调节螺丝(2.3)、位置控制弹簧(2.4)、固定螺栓(2.5)；咬嘴主体(2.1)后部通过固定螺栓(2.5)可调整位置地固定连接等腰梯形板(3.2)前侧部，咬嘴主体(2.1)前部向前延伸后再向上延伸形成用于支撑小鼠嘴部的平台，平台上安装有调节螺丝(2.3)和嘴夹(2.2)，平台顶面的后侧开设有螺纹孔，嘴夹(2.2)中部开设有通孔，调节螺丝(2.3)向下穿过嘴夹(2.2)中部通孔后旋入在平台顶面的螺纹孔中，平台和嘴夹(2.2)之间的调节螺丝(2.3)外套装有位置控制弹簧(2.4)，平台顶面的前侧竖直固定有限位轴，嘴夹(2.2)的前端开设有轴孔，限位轴活动套装于轴孔中；平台后侧侧面设有U型架，U型架用于鼠牙固定，嘴夹(2.2)的后端延伸到U型架上方，嘴夹(2.2)的后端和U型架之间固定小鼠口鼻部位。

2.根据权利要求1所述的一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，其特征在于：所述的固定器主体(3)中，两侧突起柱(3.4)均开设有水平通孔，顶端开设有螺纹孔，螺纹孔和水平通孔连通，螺纹孔中安装固定螺丝(3.5)，水平通孔中安装耳部固定装置(1)的耳杆一端，固定螺丝(3.5)下端旋入螺纹孔后连接到水平通孔中的耳杆表面，将耳杆压紧固定。

3.根据权利要求1所述的一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，其特征在于：所述的咬嘴主体(2.1)后部开设有沿前后方向的条形槽，固定螺栓(2.5)穿过条形槽后旋入到等腰梯形板(3.2)前侧部底面的螺纹孔中，从而实现咬嘴主体(2.1)可活动地固定安装于等腰梯形板(3.2)。

4.根据权利要求1所述的一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，其特征在于：所述的旋转平移台能进行三维角度万向旋转调节，固定器主体(3)利用固定螺丝连接安装在旋转平移台上。

5.根据权利要求1所述的一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，其特征在于：所述耳杆的尖头端为直径2mm的半球形。

6.根据权利要求1所述的一种用于眼科高分辨率检测实验的小鼠固定装置，其特征在于：所述的耳部固定装置(1)、嘴部固定装置(2)、固定器主体(3)均采用光敏树脂材料，使用3D打印加工工艺制成。