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一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法及装置，由腹窗环以及亚克力材质或树脂材质(例如：CR‑39、PC、PMMA等)通过巧妙的设计组装形成，亚克力和树脂材质(例如：CR‑39、PC、PMMA)具备优良的光透过性和声透过性，同时整个腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法具备良好的生物相容性，可以同时用于荧光共聚焦和光声成像长时程(>20天)动态研究内脏器官。同时使用的亚克力或树脂材质薄片可以在体内稳定住动物的腹腔内脏器官，防止动物的腹腔内脏器官由于呼吸和心跳带来的抖动而对于成像焦面保持稳定性造成的影响。

Description

一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的方法 及装置
技术领域
本发明属于生物科学和医疗器械和器具技术领域，尤其涉及一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的方法及装置。
背景技术
光声显微成像作为一种新近发展的成像技术，以超声作为媒介，结合了光学成像的高对比度和超声成像的高穿透度的优点。荧光共聚焦成像具备了成像的高对比度、高灵敏度但是受限制于光在生物组织内的散射较为严重，难以突破光传输的硬极限。所以将两者结合到一起，相互取长补短，对于动物腹腔内脏器官的研究是十分必要的。但是超声的传输受限制于玻璃，在实际光声显微成像中，我们发现玻璃材质阻隔了超声的传输，而且玻璃材质反射超声，导致成像的伪影产生。
并且，在动物的腹腔内脏器官成像研究中，由于动物的呼吸和心跳的影响，对于动物腹腔内脏器官成像焦面的稳定性保持造成十分大的干扰。不能有效实时动态地检测肝脏腹腔内脏器官的组织形态以及细胞的运动行为。
在目前的动物成像模型中，尚无针对动物腹腔内脏器官大视野范围内的光声/荧光双模态成像观察检测的手段。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的方法及装置，选取同时满足光声显微成像和荧光成像要求的腹窗材质片，同时通过巧妙的构思组装成“抽屉式”，能进一步解决动物呼吸和心跳抖动带来腹腔内脏器官抖动的问题，为腹腔内脏器官的成像研究奠定了基础。
本发明第一方面提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法，步骤包括：
S1、在成像采用的腹窗环底面设置一个透明托片，所述托片覆盖腹窗环窗口面积的40～70％；在腹窗环顶面覆盖透明盖片，所述盖片完全遮盖腹窗环窗口；所述托片和盖片的材质为亚克力、PC或CR-39树脂中的一种或几种；
S2、将经步骤S1处理后的腹窗环消毒灭菌后置入动物腹腔内进行荧光共聚焦和光声显微的成像。
优选的，步骤S1中，所述腹窗环为钛合金材质或是生物相容性好的材料3D打印而成或模具制作而成；所述盖片和托片采用生物组织胶分别粘贴于腹窗环的顶面和底面。
优选的，步骤S1中，所述消毒灭菌方式优选紫外照射或医用酒精擦拭。
优选的，在上述成像方法中，所述动物腹腔内脏器官可以是肝脏、脾脏或肠等。
本发明第二方面提供了配合上述方法的一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的装置，包括腹窗环，所述腹窗环顶面设置有透明盖片，所述盖片完全遮盖腹窗环窗口，所述腹窗环底面设置有透明托片，所述托片覆盖腹窗环窗口面积的40～70％；所述托片和盖片的材质为亚克力、PC或CR-39树脂中的一种或几种。
所述盖片与托片应厚度适中，能放入肝窗环内后不凸起，同时不影响光和声的穿透传输。
优选的，所述托片为半圆形或月牙形，厚度0.8～1.2mm。
优选的，所述盖片与腹窗环内壁过盈配合使其能够完美的吻合后密闭，盖片厚度0.8～1.2mm。
优选的，所述托片的圆弧边与腹窗环内壁胶合，所述盖片周圈与腹窗环内壁胶合，粘胶剂为生物组织胶，具备良好的生物相容性。
优选的，所述托片和盖片的材质优选为亚克力材质。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在目前的动物成像模型中，尚无针对动物腹腔内脏器官大视野范围内的光声/荧光双模态成像观察检测的手段，而本发明巧妙利用亚克力和树脂材质的托片及盖片，具备优良的光透过性，不影响光和声的穿透传输，可即进行荧光共聚焦的动物腹腔内脏器官成像，又可进行光声显微的腹腔内脏器官成像，应用前景十分良好。
(2)本发明通过巧妙的设计组装形成“抽屉式”装置，托片可以稳定的托住腹腔内脏器官利于成像焦面稳定性；该结构还能够防止动物的腹腔内脏器官由于呼吸和心跳带来的抖动对于成像焦面稳定性保持带来的负面影响。
(3)本发明具备良好的生物相容性，可以用于荧光共聚焦和光声成像长时程(≥20天)研究腹腔内脏器官，有望用于临床检测。
附图说明
图1a为实施例2中一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置实物图顶面。
图1b为实施例2中一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置实物图底面。
图2a为实施例2中一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置结构示意图顶面。
图2b为实施例2中一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置结构示意图底面。
图3为实施例1中一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置结构示意图。
图4为本发明一种适用于动物腹腔内脏器官(例如：肝脏、脾脏、小肠)光声/荧光双模态成像的方法“抽屉式”窗口用于C57BL/6小鼠成像实物图。
图5a为未使用本发明一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的方法获得C57BL/6小鼠肝脏表面的抖动信号时间曲线图。
图5b为使用本发明的一种适用于动物腹腔内脏器官(例如：肝脏、脾脏、小肠)光声/荧光双模态成像的方法获得C57BL/6小鼠肝脏表面的抖动信号时间曲线图。
图6为使用本发明的一种适用于动物腹腔内脏器官(例如：肝脏、脾脏、小肠)光声/荧光双模态成像的方法进行荧光共聚焦成像获得的C57BL/6小鼠肝脏图像。
图7为使用本发明的一种适用于动物腹腔内脏器官(例如：肝脏、脾脏、小肠)光声/荧光双模态成像的方法进行荧光共聚焦成像获得的C57BL/6小鼠肝脏图像。
图8为使用本发明的一种适用于动物腹腔内脏器官(例如：肝脏、脾脏、小肠)光声/荧光双模态成像的方法进行光声显微成像获得的C57BL/6小鼠肝脏图像。
图9为使用本发明的一种适用于动物腹腔内脏器官(例如：肝脏、脾脏、小肠)光声/荧光双模态成像的方法进行光声显微成像获得的C57BL/6小鼠脾脏图像。
具体实施方式
本发明提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法包括如下步骤：
1)将腹窗环底部使用生物组织胶粘附上半圆形的亚克力材质或树脂材质的半圆形托片；
2)在腹窗环的表面粘附上对应腹窗环内径大小吻合的亚克力或树脂材质的盖片；
3)将经步骤2)处理后的所述动物腹腔内脏器官成像窗口防抖动装置紫外照射或医用酒精擦拭等方式消毒灭菌；
4)向经步骤3)处理后的所述双模态成像装置入动物腹腔进行荧光共聚焦和光声显微的在体成像。
本发明还提供了与上述方法配合使用的一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置，包括腹窗环，所述腹窗环顶面粘接有透明盖片，所述盖片完全遮盖腹窗环，所述腹窗环底面粘接有透明托片，所述托片覆盖腹窗环窗口面积的40～70％；所述托片和盖片的材质为亚克力、PC或CR-39树脂中的一种或几种。所述托片为半圆形，厚度0.8～1.2mm。所述盖片与腹窗环内壁过盈配合使其能够完美的吻合后密闭，盖片厚度0.8～1.2mm。
为了更好的理解上述技术方案，下面通过具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
本发明实施例中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置，如图3所示，包括腹窗环1，所述腹窗环1顶面粘接有圆形透明盖片2，所述盖片2完全遮盖腹窗环1窗口，所述盖片2与腹窗环1内壁过盈配合且通过生物组织胶粘接；
所述腹窗环1底面粘接有半圆形透明托片3，所述托片3的圆弧边与腹窗环1内壁通过生物组织胶粘接，所述托片3覆盖腹窗环1窗口面积的50％；
所述托片3和盖片2的材质为亚克力材质，厚度均为1.0mm。
实施例2
本实施例提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像装置，如图1和2所示，包括腹窗环1，所述腹窗环1顶面采用生物组织胶粘接有圆形透明盖片2，所述盖片2与腹窗环1顶面粘接，且盖片2完全遮盖腹窗环1窗口；
所述腹窗环1底面粘接有半圆形透明托片3，所述托片3与腹窗环1顶面通过生物组织胶粘接，所述托片3覆盖腹窗环1窗口面积的50％；
所述托片3和盖片2的材质为亚克力材质，厚度均为1.0mm。所述盖片2和托片3的直径均小于腹窗环1外径且大于腹窗环1内径。
实施例3
本实施例提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法，步骤包括：
1)在腹窗环底部，粘合一个半圆形的亚克力或树脂托片，将腹窗环制成抽屉样；
2)在腹窗表面粘合直径和腹窗环内径一致的圆形亚克力或树脂材质，使其能够完美的吻合密闭，得到与实施例1结构一致的适用于动物腹腔内脏器官的光声/荧光双模态成像装置。
3)将经步骤2)所得装置置于紫外照射或使用酒精擦拭等方法消毒灭菌；
4)向经步骤3)处理后的装置用于C57BL/6小鼠肝窗手术；
5)将经步骤4)处理后C57BL/6小鼠呼吸或者腹腔麻醉后进行共聚焦和光声显微的成像。
进行荧光共聚焦成像获得的C57BL/6小鼠肝脏图像如附图6和附图7所示，从图6、图7可见本实施例提供的方法可以得到良好的荧光肝脏图像，清晰的观察到肝小叶内的肝血窦形态结构以及肝脏内的免疫细胞，说明了本装置于荧光共聚焦成像具有良好的匹配性。
进行光声显微成像获得的C57BL/6小鼠肝脏图像如附图8所示，图8中可以清楚的观察得到C57BL/6小鼠肝脏肝小叶精细的错综复杂的形态结构，说明了该方法于光声显微成像具有良好的匹配性。
本方法成像过程采用如下方法进行C57BL/6小鼠模型肝窗的抖动检测，所述抖动检测方法包括以下步骤：
1)将制备好的小鼠腹腔肝脏成像“抽屉式”窗口防抖动装置应用于C57BL/6小鼠肝脏。
2)使用红外呼吸抖动信号检测仪对麻醉后的对照组C57BL/6小鼠和实验组C57BL/6小鼠进行抖动程度进行检测。
本方法成像过程中C57BL/6小鼠肝脏表面的抖动信号时间曲线图如附图5b所示。
进一步的，作为对比，本实施例还将常规肝窗置于紫外照射或使用酒精擦拭等方法消毒灭菌，然后用于C57BL/6小鼠肝窗手术，对C57BL/6小鼠呼吸或者腹腔麻醉后进行共聚焦和光声显微的成像，但光声显微的成像中有伪影，无法得到良好的成像结果。采用相同的方法进行C57BL/6小鼠模型肝窗的抖动检测，成像过程中C57BL/6小鼠肝脏表面的抖动信号时间曲线图如附图5a所示。
对比附图5a和附图5b可以得知采用动物腹腔内脏器官的光声/荧光双模态成像方法的C57BL/6小鼠腹腔肝窗模型肝脏器官的抖动得到了良好的抑制。
实施例4
本实施例提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法，步骤包括：
1)在腹窗环底部，粘合一个半圆形的亚克力或树脂托片，将腹窗环制成抽屉样；
2)在腹窗表面粘合圆形亚克力或树脂材质盖片，使其能够完美的吻合密闭，得到与实施例2结构一致的适用于动物腹腔内脏器官的光声/荧光双模态成像装置。
3)将经步骤2)所得装置置于紫外照射或使用酒精擦拭等方法消毒灭菌；
4)向经步骤3)处理后的装置用于BALB/C小鼠腹窗手术；
5)将经步骤4)处理后BALB/C小鼠麻醉后即可进行共聚焦和光声显微的成像。
实施例5
本实施例提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法，步骤包括：
1)在腹窗环底部，粘合一个半圆形的亚克力或树脂托片，将腹窗环制成抽屉样；
2)在腹窗表面粘合直径和腹窗环内径一致的圆形亚克力或树脂材质，使其能够完美的吻合密闭，得到与实施例1结构一致的适用于动物腹腔内脏器官的光声/荧光双模态成像装置。
3)将经步骤2)所得装置置于紫外照射或使用酒精擦拭等方法消毒灭菌；
4)向经步骤3)处理后的装置用于SD大鼠肝窗手术；
5)将经步骤4)处理后SD大鼠麻醉后进行共聚焦和光声显微的成像。
实施例6
本实施例提供了一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法，步骤包括：
1)在腹窗环底部，粘合一个半圆形的亚克力或树脂托片，将腹窗环制成抽屉样；
2)在腹窗表面粘合直径和腹窗环内径一致的圆形亚克力或树脂材质，使其能够完美的吻合密闭，得到与实施例1结构一致的适用于动物腹腔内脏器官的光声/荧光双模态成像装置。
3)将经步骤2)所得装置置于紫外照射或使用酒精擦拭等方法消毒灭菌；
4)向经步骤3)处理后的装置用于C57BL/6小鼠腹窗手术；
5)将经步骤4)处理后C57BL/6麻醉后进行共聚焦和光声显微的成像，获取C57BL/6小鼠脾脏图像。
使用本实施例的动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像方法进行光声显微成像获得的C57BL/6小鼠脾脏图像如附图9所示，图9中可以清楚的观察得到C57BL/6小鼠脾脏众多的细胞，说明了该方法于光声显微成像具有良好的匹配性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的装置，其特征在于：包括腹窗环，所述腹窗环顶面设置有透明盖片，所述盖片完全遮盖腹窗环窗口，所述腹窗环底面设置有透明托片，所述托片覆盖腹窗环窗口面积的40～70％；所述托片和盖片的材质为亚克力、PC树脂或CR-39树脂中的一种或几种；所述盖片与腹窗环内壁过盈配合；所述托片的圆弧边与腹窗环内壁胶合，所述盖片周圈与腹窗环内壁胶合；所述托片为半圆形或月牙形。
2.根据权利要求1所述的适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的装置，其特征在于：所述托片为半圆形或月牙形，厚度0.8～1.2mm。
3.根据权利要求1所述的适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的装置，其特征在于：所述盖片厚度0.8～1.2mm。
4.根据权利要求1所述的适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的装置，其特征在于：粘胶剂为生物组织胶。
5.根据权利要求1所述的适用于动物腹腔内脏器官光声/荧光双模态成像的装置，其特征在于：所述托片和盖片的材质为亚克力材质。
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