本发明涉及一种动物实验装置，特别涉及一种大鼠呼吸面罩。
背景技术：
在医学和生命科学研究中，呼吸面罩作为大鼠实验中的一种重要装置，已经在吸入式麻醉、吸入式给药、口鼻烟雾暴露等实验中被广泛使用。现有的大鼠呼吸面罩主要为脑立体定位仪，核磁共振成像等设备开发，通常将大鼠的牙齿放在齿杆上，通过圆锥形(或圆柱形)吸气面罩向后移动直到紧贴到大鼠鼻子周围或者通过固定块向下移动压住大鼠鼻子实现大鼠头部固定。然而，大鼠的头部并不是完全圆锥型的，动物的面部不能完全贴合面罩，为了防止发生麻醉气体的有害泄漏，一般在圆锥吸气面罩外部还会设计一层回收面罩，配合气体回收器将溢出的麻醉气体吸走。然而这种方法需要增加麻醉气体的流量保障大鼠呼吸，同时需要价格昂贵的回收器在吸气面罩周围产生负压防止气体溢出，浪费了部分麻药，增加了与大鼠呼吸面罩配套的设备成本。此外，由于面罩密封性不好，造成了麻醉深度、气体和药物浓度控制和监测困难等问题。因此密封型大鼠面罩可以减少麻药浪费，省去回收器的成本，同时避免外界气体混入面罩，让气体浓度更加稳定，气体成分监控更简单。
除了上述应用有防止面罩气体溢出的需求外，在光声成像、热声成像等成像领域中，还存在防止外部气体和液体渗入呼吸面罩的需求。例如，在进行光声、热声成像时，大鼠扫描部位需要完全浸入水中才能被超声探头探测到，当需要扫描大鼠的脑部时，为了保证大鼠能够呼吸，只能将大鼠放置于水外面，通过薄膜和超声耦合剂来完成信号检测，而薄膜和超声耦合剂会对激光、微波和超声进行折射、散射和吸收，使获得的光声、热声图像的质量变差。佩戴密封型大鼠面罩可以防止耦合介质(例如去离子水)进入面罩内部，使大鼠可以在自由呼吸的情况下直接将其放入水中进行除口鼻以外部位的光声、热声成像实验。大鼠皮肤能直接与耦合介质接触，避免了薄膜和超声耦合剂造成的干扰。因此借助本发明可以实现一种新的基于光声和热声技术的活体大鼠成像方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种密封型大鼠呼吸面罩，能够为除大鼠口鼻以外部位手术、治疗和成像等需要吸入式麻醉(给药)的研究提供一个有效固定大鼠头部并且密封性能可靠的大鼠呼吸面罩。防止气体溢出的危害，或避免外界气体(液体)进入面罩。满足光声、热声成像等实验在保证大鼠正常呼吸的情况下将其完全潜入水中的实验需求。
如图1和图2所示，本发明技术方案为一种密封型大鼠呼吸面罩，该面罩包括：异形碗状外壳、与异形碗状外壳口缘密封连接的异型硅胶密封圈、设置于异形碗状外壳底部的进气管和出气管、设置于出气管内的中空齿杆、设置于出气管外部的齿杆紧固装置；所述齿杆一端位于外壳内，一端位于外壳外，位于外壳内的一端齿杆上开设有门齿固定孔，用于固定大鼠的门齿；将面罩戴于大鼠头上时，所述进气管位置对应于大鼠鼻子，出气管位置对应大鼠嘴巴。所述异形碗状外壳和异型硅胶密封圈与大鼠面部解剖轮廓相符。
进一步的，所述齿杆紧固装置为：带圆弧面的迫紧环、弹性紧固圈、设置在出气管外部的外螺纹、设置于迫紧环内部一端的内螺纹；所述迫紧环内部另一端为半径逐渐缩小的圆弧面结构，圆弧面中心设置开孔；所述迫紧环内部的内螺纹与出气管外部的外螺纹啮合，迫紧环上圆弧面端的开孔容许齿杆自由穿过，弹性紧固圈设置于迫紧环的圆弧面内。所述迫紧环通过旋紧螺纹帽挤压硅胶密封圈产生形变有两个作用：(a)压迫安装在齿杆上的硅胶管来达到固定齿杆的目的，(b)密封出气口外围缝隙。
进一步的，所述齿杆分为两段：一段为圆柱形，另一段为设置有楔形台阶的四棱柱形，门齿固定孔设置于四棱柱形的末端，所述出气管内部通道齿杆四棱柱配合，出气管内部设置有与齿杆上楔形台相匹配的楔形台阶，该楔形台阶用于阻挡齿杆全部滑入面罩内部。
进一步的，所述进气管外壁设置有环状倒钩槽，用于防止与进气管连接的软管脱落。
进一步的，所述外壳的出气管下部设置有圆形定位槽，用于调整大鼠头部的角度。
进一步的，所述弹性紧固圈为硅胶圈。
进一步的，所述大鼠呼吸面罩包括以下三种尺寸：
(1)适用于100g-200g大鼠：异形碗状外壳的长宽高为25mm×16.4mm×21.6mm，进气口为内径3mm，外径5mm，从面罩表面伸出5.5mm的圆柱体；出气口外径10mm，伸出至与进气口在同一平面的圆柱体；出气口内部为5mm×5mm的棱柱形开孔，外部为m10螺纹；出气口下部有直径4mm深3mm的圆形定位槽；迫紧环外径13mm，内部为m10的螺纹，迫紧环开孔直径为6mm，内部为半径为2.5mm的圆角；齿杆内部为直径为3mm的通孔，其圆柱段直径为5mm，长16m，其四棱柱段底面为5mm×5mm，长13mm，其上有一个3mm×5mm的大鼠门齿定位孔；
(2)适用于200-300g大鼠：除异形碗状外壳长宽高31.5mm×20.5mm×27mm与(1)不同，其余结构尺寸与(1)相同；
(3)适用于300g-500g大鼠：除异形碗状外壳长宽高35mm×23mm×30mm与(1)不同，其余结构尺寸与(1)相同。
本发明和现有方案相比，除呼吸面罩形状不同外，还增加了异型硅胶密封圈和齿杆紧固密封结构件，其中齿杆紧固密封结构件包括面罩内矩形通孔外螺纹的出气口、紧迫环和弹性紧固圈结构。此外，现有技术方案的齿杆是实心的，需要单独设计一个出气口，本发明创新地将出气口整合到齿杆内部，将齿杆设计为通孔结构省去了一个出气口结构件，实现面罩密封性的同时使得呼吸面罩结构更加紧凑。本发明的外形符合大鼠面部解剖轮廓，减小了呼吸死腔。创新的齿杆紧固密封结构设计，使面罩结构紧凑、小巧。与现有需要面罩和耳杆才能固定大鼠头部的方法相比，本发明使用方便，仅使用面罩即可固定住大鼠头部。增加的异型硅胶密封圈结构设计增强了面罩对于不同体型大鼠的兼容性和密封可靠性。与现有需要将整个大鼠头部完全包裹才能实现密封性的方法相比，本发明只遮挡了大鼠口鼻，适用性更广，适用于例如大鼠眼睛、脑部、耳朵等部位的实验研究。
附图说明
图1密封型大鼠呼吸面罩立体示意图；
图2密封型大鼠呼吸面罩仰视图；
图3密封型大鼠呼吸面罩剖面示意图；
图4密封型大鼠呼吸面罩分解示意图；
图5密封型大鼠呼吸面罩安装示意图。
图中：1.异形碗状外壳，2.异型硅胶密封圈，3.齿杆，4.弹性紧固圈，5.迫紧环，6.进气管的环状倒钩槽，7.圆形定位槽，8.迫紧环内部的圆弧面，9.迫紧环的内螺纹，10.出气管外部的外螺纹，11.大鼠面部，12.齿杆的圆柱形段，13.齿杆的棱柱形段，14.门齿固定孔，15.硅胶管。
具体实施方式
本发明设计了齿杆(3)，既用于连接大鼠与面罩，同时又作为出气通道。如图3、图4和图5所示，硅胶气管(15)套在齿杆(3)的圆柱形结构(12)上，齿杆(3)通过异形碗状外壳(1)的矩形口插入面罩中，齿杆(3)上的门齿固定孔(14)的位置位于大鼠门齿所在平面上，先将大鼠门齿固定于齿杆(3)的固定孔(14)内，然后将齿杆往回拉至大鼠面部与异型硅胶密封圈(2)完全贴合，达到密封的效果。此时旋紧迫紧环(5)，在旋紧过程中，迫紧环内部的圆弧面(8)会挤压硅胶圈(4)，实现了异形碗状外壳(1)的外螺纹(10)与迫紧环(5)的内螺纹和套在齿杆(3)上的软管(15)与迫紧环(5)的接触面的密封效果。齿杆上设置了矩形结构(13)与异形碗状外壳(1)的矩形出口相匹配，避免旋转迫紧环(5)时带动内部的齿杆旋转造成大鼠门齿从齿杆固定孔脱出。
本发明大鼠呼吸面罩包括以下三种尺寸：
(1)适用于100g-200g大鼠：异形碗状外壳的长宽高为25mm×16.4mm×21.6mm，进气口为内径3mm，外径5mm，从面罩表面伸出5.5mm的圆柱体；出气口外径10mm，伸出至与进气口在同一平面的圆柱体；出气口内部为5mm×5mm的棱柱形开孔，外部为m10螺纹；出气口下部有直径4mm深3mm的圆形定位槽；迫紧环外径13mm，内部为m10的螺纹，迫紧环开孔直径为6mm，内部为半径为2.5mm的圆角；齿杆内部为直径为3mm的通孔，其圆柱段直径为5mm，长16m，其四棱柱段底面为5mm×5mm，长13mm，其上有一个3mm×5mm的大鼠门齿定位孔；
(2)适用于200-300g大鼠：除异形碗状外壳长宽高31.5mm×20.5mm×27mm与(1)不同，其余结构尺寸与(1)相同；
(3)适用于300g-500g大鼠：除异形碗状外壳长宽高35mm×23mm×30mm与(1)不同，其余结构尺寸与(1)相同。
(一)、具体实施方式一
1、麻醉：采用3％戊巴比妥钠(40-50mg/kg)腹腔注射或者将大鼠放入4％浓度的异氟烷诱导盒进行气体诱导麻醉。
2、去毛：若采用的成像技术需要剔除一部分毛(如:光声、热声和超声成像)，则需要对指定区域先用小动物专用剃毛器将长毛剔除，再使用脱毛膏去除短毛和绒毛。(若需要保证100％的气密性，需要将大鼠面部与异型硅胶密封圈相接触区域的毛用剃毛器剔除，以保证异型硅胶密封圈2与与大鼠面部皮肤接触)。
2、用硅胶管连接齿杆3和废气回收罐(例如活性炭回收罐)，保证实验人员不会接触到废气。用硅胶管连接面罩进气口和带流量计的气泵。若需要进行吸入式麻醉，可以用硅胶管连接面罩进气口6与麻醉机。
3、大鼠头部与面罩连接：如图5所示，将大鼠门齿放入齿杆3的固定孔14中，向后拉动齿杆3直至感受到轻微阻力，旋紧迫紧环后，可以将面罩与大鼠头部连接为一体。
4、面罩的圆形定位槽7与面罩固定器相连接：调节好大鼠的姿势。
5、进行除大鼠口鼻以外部位手术、治疗和成像等研究。
6、取下面罩：旋松迫紧环5，小心将大鼠门齿从齿杆3固定孔中14拿出；将大鼠身上的耦合介质擦干，放入消毒过的老鼠培养箱。待麻醉时间过后，大鼠清醒，可自由活动。
(二)、具体实施方式二
借助本发明可以实现一种新的基于光声和热声技术的活体大鼠成像方法。与具体实施方式一相比，具体实施方式二在第5点进行研究的方法上有不同之处，具体实施方式为：
1、通过本发明的圆形定位槽7可以将佩戴本发明的大鼠安装在对应的大鼠固定器上。
2、通过大鼠固定器调整好大鼠姿势后，直接将整个固定器放入耦合介质中进行光声、热声成像扫描，满足光声、热声成像等实验在大鼠潜入水中后还能保证其自由呼吸的实验需求。
与现有光声、热声才有薄膜和超声耦合剂进行活体大鼠实验方法相比，本发明实现了大鼠皮肤直接与耦合介质相接触，避免了薄膜和超声耦合剂的对激光、微波、和超声信号的干扰，提高了图像的信噪比。除此之外，该方法避免了现有方法将大鼠放置于薄膜下无法灵活调整大鼠姿势的问题，同时避免了大鼠由于水压压迫导致的大鼠呼吸困难，提高了大鼠成像实验成活率。