CN116965769A - 一种小鼠眼生物学参数精准测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种小鼠眼生物学参数精准测量装置及方法，得到了轴向分辨率小于5μm的小鼠全眼生物图像，根据小鼠眼球结构提出基于视乳头的眼底定位，通过调整小鼠眼位与入射OCT光路的位置，使得水平和垂直两个方向的OCT图像中角膜出现明亮的反光点，虹膜位置同时齐平，并在眼底中调整出现视乳头的图像，实现组织分辨率小于5μm和成像深度大于4mm的小鼠全眼成像，最终获得小鼠眼生物学参数，同时使得测量重复性精度小于5μm。
Description
技术领域
本发明涉及小鼠眼生物学参数测量技术领域，具体涉及一种小鼠眼生物学参数精准测量装置及方法。
背景技术
小鼠具有遗传背景统一、染色体序列明确和遗传操作方法完备等优点，是研究动物模型，包括在近视发生发展过程研究中具有广泛的优势。其中精确在体测量小鼠眼生物参数，比如眼轴、角膜曲率、晶体曲率、玻璃体腔等参量是研究近视发展的先决条件。考虑到小鼠眼轴5μm的变化对应1个单位的屈光度变化量，为了达到1个屈光度的测量精度，需要分辨率及重复精度5μm以下的测量装置及方法。
既往的测量方法主要有A超、光学低相干干涉仪（OLCI）和OCT。其中既往A超是脊椎动物眼睛活体生物测量的标准技术。然而，它不适合像老鼠那样眼轴长度很短、角膜曲率很陡的动物。超声波设备的空间分辨率受到其波长的限制，通常不超过40 μm，相当于小鼠眼睛中的10个屈光度。后来发展了基于光学相干成像的小鼠全眼参量测量。光学成像作为近年来发展迅速的成像手段，具有高分辨率、非接触式、实施活体成像等优点。其中基于光学低相干干涉术（OLCI）的技术，例如Schmucker和Schaeffel建议的ACMaster仪器，以及Zhou等人通过用中心波长为1310nm，带宽为60nm，轴向分辨率为10 μm（组织中）的开发的步进电机驱动时域光学相干层析成像（TDOCT）。A超和OLCI及TDOCT为一维数据，探测的方向进行定位，重复性差。随着谱域和扫频OCT的发展，现已实现了二维的小鼠全眼参数测量。Zhou 、H.Park等人分别采用轴向分辨率为6-8μm（组织中），成像深度为4mm的SD-OCT（BioptigenInc,Durham,NC,USA）；Han T等人运用轴向分辨率为6.6 μm（组织中），扫描深度为8.8mm的商业SS-OCT（CASIA2）； Wang等人采用中心波长1056nm，带宽为70nm的自制SS-OCT，其轴向分辨率为11.9μm（组织中），成像深度为3mm，均能获得小鼠的全眼图像。
但由于眼底缺乏黄斑中心凹，无法采用类似人眼的黄斑中心定位进行准确的眼轴测量。现采用的定位方法是基于眼前节的结构进行对准，比如角膜的Apex线，以及虹膜的水平位置。尽管有较高分辨的OCT结构，但现有的仅仅基于眼前节的角膜和虹膜对准方式，重复性仍然远大于5μm。现有的一般的对准方式在扫描过程中，入射光线的光轴要求垂直穿过角膜顶点。实时图像显示在垂直和水平图像监控屏幕上。研究人员握住并调整动物，以确保在垂直和水平图像监控屏幕上的虹膜与参考线保持水平。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术缺陷，本发明提供一种小鼠眼生物学参数精准测量装置及方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种小鼠眼生物学参数精准测量方法，包括以下步骤：
（a）给麻醉后的小鼠眼滴加散瞳剂；
（b）将小鼠放置在五维位移台上，五维位移台具有常规的高度、前后和左右三维调整功能和以鼠的躯干为中轴的旋转调节和与OCT探头入射光的夹角调节功能；
（c）分别调整位移台的高度、前后和左右，使得采集界面中中央出现小鼠全眼图；
（d）判断小鼠眼的垂直方位虹膜是否位置是否相对齐平，如果不齐平，调整以鼠的躯干为中轴的旋转调节，直至趋于齐平，通过常规三维调整使得图像位于界面中央；
（e）判断小鼠眼的水平方位是否齐平，通过调整小鼠眼躯干轴与OCT探头入射光的夹角调节，直至趋于齐平，通过常规三维调整使得图像位于界面中央；
（f）判断小鼠全眼图中是否有出现视乳头，如无，返回轻微步骤（d）并通过微调步骤（d）和步骤（e）中的旋转调节和OCT探头入射光的夹角调节直至小鼠全眼图中出现视乳头；
（g）调整高度，使得水平位图像中角膜出现明亮的反光点；
（h）调整左右，使得垂直位图像中角膜出现明亮的反光点；
（i）通过明亮的反光点图像得到小鼠眼生物学参数；
（j）将获得的小鼠眼生物学参数通过小鼠眼不同光学界面的折射率进行光学矫正换算得到实际的小鼠眼生物学参数，考虑到小鼠眼不同光学界面的折射率对实际的小鼠眼尺寸进行光学矫正，其中，折射率数值角膜为1.3998，房水为1.3328，玻璃体为1.3287，视网膜为1.3500，通过非均匀晶状体折射率y与年龄x的线性回归计算晶状体折射率(y =0.0005x +1.557, R2 = 0.98) 。
所述的小鼠眼生物学参数包括角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、玻璃体腔深度、视网膜厚度以及眼轴。
所述的角膜厚度为反光点到后极部视乳头的轴线上的角膜前表面到后表面的距离。
所述的前房深度为反光点到后极部视乳头的轴线上的角膜后表面到晶状体前表面的距离。
所述的晶状体厚度为反光点到后极部视乳头的轴线上的晶状体前表面到晶状体后表面的距离。
所述的玻璃体腔深度为反光点到后极部视乳头的轴线上的晶状体后表面到视网膜前表面的距离。
所述的视网膜厚度为反光点到后极部视乳头的轴线上的视网膜前表面到视网膜色素层的距离。
所述的眼轴为反光点到后极部视乳头的轴线上的角膜前表面到视网膜色素层的距离。
一种小鼠眼生物学参数精准测量装置，所述的精准测量装置包括光源，光源通过光纤耦合器到达由准直镜、聚焦透镜和平面反射镜组成的参考臂和由准直镜、X-Y振镜、聚焦透镜组成的样品臂，参考臂和样品臂的光反射回来发生干涉来到光谱仪。
所述的光谱仪包括焦距50mm，光斑直径14mm的光纤准直器、1800lines/mm的衍射光栅，焦距为125mm的聚焦透镜和2048个像素点，每个像素点10μmCCD相机。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种小鼠眼生物学参数精准测量装置及方法，得到了轴向分辨率小于5μm的小鼠全眼生物图像，根据小鼠眼球结构提出基于视乳头的眼底定位，通过调整小鼠眼位与入射OCT光路的位置，使得水平和垂直两个方向的OCT图像中角膜出现明亮的反光点，虹膜位置同时齐平，并在眼底中调整出现视乳头的图像，实现组织分辨率小于5μm和成像深度大于4mm的小鼠全眼成像，最终获得小鼠眼生物学参数，同时使得测量重复性精度小于5μm。
附图说明
图1为本发明测量装置全眼OCT光路图。
图2为小鼠眼球结构示意图。
图3为小鼠全眼OCT图像。
图4为小鼠全眼OCT水平位图像和垂直位图像。
图5为小鼠全眼OCT图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：精准测量装置的设计
采用了中心波长为840-860nm，带宽为50-70nm的光源，通过光纤耦合器到达由准直镜、聚焦透镜和平面反射镜组成的参考臂和由准直镜、X-Y振镜、聚焦透镜组成的样品臂，参考臂和样品臂的光反射回来发生干涉来到光谱仪，光谱仪的创新设计为焦距50mm，光斑直径14mm的光纤准直器、1800lines/mm的衍射光栅，焦距为125mm的聚焦透镜和2048个像素点，每个像素点10μmCCD相机，最后传输到电脑解析图像。按小鼠全眼折射率约1.475，测试得到组织中轴向分辨率为3.9μm，成像深度为4.3mm，像素分辨率为2.1μm。得到了组织中轴向分辨率小于5μm的小鼠全眼生物图像。图1的光路设计图中，其中CL1-CL3为准直透镜；OL1-OL3为聚焦透镜;PC为偏振控制器。
实施例2：小鼠眼生物学参数精准测量
基于视乳头的定位获取的小鼠全眼图，经过8只小鼠16只眼的重复性测试，可以得到角膜厚度（CT）、前房深度（ACD）、晶状体厚度（LT）、玻璃体腔深度（VCD）、视网膜厚度（RT）、眼轴（AL）等数据的均值Mean和标准差（SD），以及重复性测试的T-Retest SD和组内相关系数（ICCs）。
表1为全眼生物参数测量数据，其中Mean、SD、T-Retest SD单位都为μm。
表1 全眼生物参数分析
通过重复性等数据测量验证，本专利发明基于视乳头定位的小鼠眼生物学参数精准测量装置及方法可以实现组织分辨率小于5μm和成像深度大于4mm的小鼠全眼成像，同时使得测量重复性精度小于5μm。
各位技术人员须知：此外，本专利提出的基于视乳头的定位适用于所有的断层二维扫描技术，包括但不限于OCT、B超、MRI等技术。虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小鼠眼生物学参数精准测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）给麻醉后的小鼠眼散瞳；
（b）将小鼠放置在五维位移台上，五维位移台具有常规的高度、前后和左右三维调整功能和以鼠的躯干为中轴的旋转调节和与OCT探头入射光的夹角调节功能；
（c）分别调整位移台的高度、前后和左右，使得采集界面中中央出现小鼠全眼图；
（d）判断小鼠眼的垂直方位虹膜是否位置是否相对齐平，如果不齐平，调整以鼠的躯干为中轴的旋转调节，直至趋于齐平，通过常规三维调整使得图像位于界面中央；
（e）判断小鼠眼的水平方位是否齐平，通过调整小鼠眼躯干轴与OCT探头入射光的夹角调节，直至趋于齐平，通过常规三维调整使得图像位于界面中央；
（f）判断小鼠全眼图中是否有出现视乳头，如无，返回轻微步骤（d）并通过微调步骤（d）和步骤（e）中的旋转调节和OCT探头入射光的夹角调节直至小鼠全眼图中出现视乳头；
（g）调整高度，使得水平位图像中角膜出现明亮的反光点；
（h）调整左右，使得垂直位图像中角膜出现明亮的反光点；
（i）通过明亮的反光点图像得到小鼠眼生物学参数；
（j）将获得的小鼠眼生物学参数通过小鼠眼不同光学界面的折射率进行光学矫正换算得到实际的小鼠眼生物学参数。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的小鼠眼生物学参数包括角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、玻璃体腔深度、视网膜厚度以及眼轴。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述的角膜厚度为反光点到后极部视乳头的轴线上的角膜前表面到后表面的距离。
4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述的前房深度为反光点到后极部视乳头的轴线上的角膜后表面到晶状体前表面的距离。
5.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述的晶状体厚度为反光点到后极部视乳头的轴线上的晶状体前表面到晶状体后表面的距离。
6.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述的玻璃体腔深度为反光点到后极部视乳头的轴线上的晶状体后表面到视网膜前表面的距离。
7.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述的视网膜厚度为反光点到后极部视乳头的轴线上的视网膜前表面到视网膜色素层的距离。
8.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述的眼轴为反光点到后极部视乳头的轴线上的角膜前表面到视网膜色素层的距离。
9.一种用于权利要求1所述的小鼠眼生物学参数精准测量方法的精准测量装置，其特征在于，所述的精准测量装置包括光源，光源通过光纤耦合器到达由准直镜、聚焦透镜和平面反射镜组成的参考臂和由准直镜、X-Y振镜、聚焦透镜组成的样品臂，参考臂和样品臂的光反射回来发生干涉来到光谱仪。
10.根据权利要求9所述的精准测量装，其特征在于，所述的光谱仪包括焦距50mm，光斑直径14mm的光纤准直器、1800lines/mm的衍射光栅，焦距为125mm的聚焦透镜和2048个像素点，每个像素点10μmCCD相机。
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