专利名称：一种可视数字化核团刺激毁损仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及医药卫生用品技术领域，具体涉及一种小型可视数字化核团刺激毁损仪。
背景技术：
神经系统功能是复杂的，采取细胞核团刺激毁损的方法是非常重要的研究手段。这种研究方法涉及到形态、功能等许多学科领域。常用的定位毁损方法有组织的机械破坏、局部烧灼、用短波透热的电磁场使埋藏的金属线加热、埋放射性物质、脑室或者脑实质内注射化学物质以及电毁损等。其中以传统的电毁损方法最为常用，也较为有价值。尽管随着现代医学的迅猛发展，用于核团定位/刺激的新仪器、新方法层出不穷，但核团的毁损/定位作为确认组织定位的金标准在基础实验研究中的重要作用仍毋庸置疑。并且随着医学研究的不断发展，研究领域的不断扩展和实验要求的标准化和操作精度的要求越来越高，医学实验工作人员在面对有限的经费需求和科研操作的精细化需要充分利用多方位的评判标准来促进科研工作的展开。从上世纪80年代以来，针对电毁损核团定位等方法的应用主要是针对同一类型的细胞或者神经细胞集中于一个器官组织内或者脑内核团，例如蓝斑核、中缝核和黑质等分别是去甲肾上腺素能、5-羟色胺和多巴胺能神经元的胞体所在地，因此毁损这些核团或由此发出的神经纤维束，则可影响脑组织在形态和功能方面的变化，对于探讨器官组织或者脑核团和神经系统的机能有着重要的意义。但是这种方法往往不容易控制，有时影响范围较大，人为操作的干扰大，故使实验结果的误差大，评判标准不统一，对实验数据的总结以及实验经验的总结带 来一些问题。目前市场上有关于动物局部毁损的仪器，但价格较为昂贵，以意大利UGO BASILE生产的直流毁损仪售价在10万人民币左右，即便是价格较实惠的PGB产毁损仪购买价格也在6万元人民币，并且其功能提供的也仅限于毁损和定时，且没有视频监控回放等功能，有鉴于此，电毁损相关仪器需要从其他环节上尝试深度改良，以达到拓展功能、优化参数、精准定位、动态可视的新标准。
发明内容
针对动物局部毁损实验仪器操作难和功能少以及价位高等影响推广等不尽人意的问题，本发明提出一种可视数字化核团刺激毁损仪，使其能够监控和标准化操作动物的局部刺激毁损，有效减少毁损过程中的依赖操作者经验的人为性评判，以及时间的可操控性，可显著减少操作者的熟练度要求，显著避免毁损中因观察不仔细，时间掌握不好等因素影响实验效果，大大提高动物实验的可重复性和标准化，也可大大减少毁损实验的动物死亡率。并且具有使用方便，体积小，成本低，功能强的优点。实现本发明目的技术方案如下本可视数字化电核团刺激毁损仪，其特征包括电源模块、恒流源模块，智能控制模块以及刺激毁损电极和摄录系统；
所述电源模块通过开关电路将交流电转化为设定的30v直流电源，向恒流源模块供电；所述恒流源模块，通过可调稳压电路将直流转换为可调式直流稳压电源，并实现恒压至恒流的自动转换。其由电源模块启动，由TL431稳压恒流将直流电信号进行调节，分别通过仪器中的保险丝电路配件实现电流过大保护和电路反接保护，同时通过不同可调电阻通过电流取样电阻器(I欧I瓦)和电流自动调节器(TL431稳压恒流)以实现稳定大电流和微小电流(微安级)调节；所述智能控制模块包括刺激毁损时间设置子模块、刺激毁损电极启动子模块、视频采集启动子模块、刺激毁损完成提示子模块、报警启动子模块、摄录停止子模块以及电源开闭子模块；所述刺激毁损时间设置子模块用于时间的设定，时间设定单位秒，最长9999秒；所述刺激毁损电极启动子模块在接收到电源开关开启信号后，启动刺激毁损电流并经电压粗调、微调，以及时间参数确定后，，将启动信号传递给损毁电极；所述视频采集启动子模块在接收到刺激毁损信号后，开始启动摄录系统，对实验操作毁损过程进行摄录，可自由设置(由存储卡容量决定)，实现本摄录系统支持循环不间断录像(内存卡录满后可自动覆盖最早存储文件)和红外夜视录像功能内附存储卡可实现自由插拔数据转存； 达到刺激毁损设置时间后，也就是刺激毁损实验完成时，向实验操作者发出毁损完成的提示信号；所述报警启动子模块在接收到毁损实验完成信号后，实验设定毁损时间完成及启动“滴滴”提示音；所述摄录停止子模块接收到实验完成信号，也就是“滴滴”提示音后，向摄录系统发出停止摄录的信号；)的信号，向摄录系统发出停止摄录的信号；所述电源开闭子模块在实验完成后，操作者关闭电源开关键后，关闭电源。所述恒流源模块包含防止电流过强保护模块、线路接反保护模块、恒流粗调模块、恒流精调模块、电流自动调节器、电流取样电阻器、电流指示器以及负载。在恒流源模块中，首先，防止电流过强保护子模块是电刺激毁损仪运行时，为避免其承受不允许的电流应力，在超出安全运行范围之前，能够即刻检测出临界的电流状态和潜在故障，并做出精准的响应。其次，线路接反保护子模块是电刺激毁损仪运行时，为避免电源极性接反引起过多的热量，导致电子模块或负载设备出现故障，使用一个正向导通二极管来防止电流反向流动。第三，在以上两模块协同调节基础上，恒流粗调子模块和恒流精调子模块以串行方式分别对O一额定值的输出电流进行较宽域值和较窄域值的准确调节。第四，电流自动调节器是指在电流调节部交流电源输出端用继电器控制电压，以调压方法实现对刺激仪粗调和精调电流的进一步校正调节。第五，电流取样电阻器是本设备中用于Power的开关电源的取样保护与分流，通过反馈调节电流自动调节器以满足对电流感应功能特定需求。最后，电流指示器是按模拟信号转化为数字信号方式将上述电流输出信号(方向、强度)予以显示，确保负载动物按要求接受电流刺激毁损。可见，为了实现电流的可操控性，以最大可能地对动物保护和减少实验的误差，本发明分别采用防止电流过强造成灼伤等伤害，以及实验者误操作或者线路接反烧坏仪器或者造成连接电路故障线路接反保护模块；同时为最大限度的实用好仪器，设立粗调、微调模块。为维持实验过程中的恒流，接入自动调节和取样电阻以维持电流恒定，且在显示屏上直接显示当前的实用电流。该装置也设计了可添加负载，以实现实验者个人的需求，比如温度显示等实验监控参数。本发明的各部分的功能及其信号关系为首先通过电源模块实现初始交流电源向额定低压直流电源的转换，其中变压器将220 V市电转换为设定的低压电源，通过整流滤波电路将其转换为直流；其次恒流源模块进一步通过可调稳压电路将其转换为可调式直流稳压电源；确保实现恒压至恒流的自动转换；第三，智能控制模块中采用单片机进行时间设定、显示、摄像控制、报警控制等功能。通过以上功能层级驱动，最终完成电刺激毁损以及全过程的实时摄录。本仪器中的智能控制模块可以采用计时编程和摄录系统线路改装，具有很强的数据控制功能，可用于最长9999秒的时间数据设定，，摄录采集系统可实现信号采集，数据存储及数据传输，并且体积小，功耗低，价格便宜，适用于开发便携式的数字医疗仪器。另外，恒流器模块采用的电流自动调节和指示，具有电流调节精确、微细，而且动态范围大、灵敏度高、温度系数小等特性。本发明采用TL431稳压恒流调控，具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低廉等优点，满足电流微细调控的需要。通过采用上述方案，本仪器可对直流点毁损进行智能化控制，实现精确时间设定，同时视频数据采集，提高了实验操作的精确性并有利于实验过程的标准、分析；同时也克服依赖操作者经验的人为性评判所致的专业性。因此，该仪器不但可以实现精确操作控制，还具有存储装置，也有利于其他实验的视频信息采集；具有使用方便，体积小，成本低，功能强的优点。为动物实验操作、评估提供了较好的辅助手段。
图1示出了本数字刺激毁损仪的原理框图；图2示出了本数 字刺 激毁损仪的智能控制模块的组成框图；图3示出了恒流源模块的电路4示出了定位连续冠状冰冻切片检测(大体)；图5示出了组织毁损定位病理检测(HE染色)；图6示出了大鼠杏仁核毁损定位(大体)；图7示出了大鼠下丘脑毁损连续切片病理检测(大体，Bregma + O. 2 一1. 4，亚铁氰化钾染色);图8示出了大鼠下丘脑毁损连续切片病理检测(Bregma+ 0.2 一1. 4，HE染色，低倍镜IOX);图9示出了豚鼠海马神经元在电刺激前后放电活动。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述参照图1，本发明的数字化可视毁损仪由电源模块、恒流源模块，智能控制模块以及刺激毁损电极和视频摄录系统组成。下面结合图1和图2，对每部分进行详细说明所述电源模块通过开关电路将交流电转化为设定的30v直流电源，向恒流源模块供电；所述恒流源模块，由电源模块启动，由TL431稳压恒流将直流电信号进行调节，分别通过仪器中的保险丝电路配件实现电流过大保护和电路反接保护，同时通过不同可调电阻通过电流取样电阻器(I欧I瓦)和电流自动调节器(TL431稳压恒流)以实现稳定大电流和微小电流(微安级)调节；所述智能控制模块包括刺激毁损时间设置子模块、刺激毁损电极启动子模块、视频采集启动子模块、刺激毁损完成提示子模块、报警启动子模块、摄录停止子模块以及电源开闭子模块；所述刺激毁损时间设置子模块用于时间的设定，时间设定单位秒，最长9999秒；所述刺激毁损电极启动子模块在接收到电源开关开启信号后，启动刺激毁损电流、电压粗调、微调扭设定参数，以及时间扭设定信号后，将启动信号传递给损毁电极；所述视频采集启动子模块在接收到毁损信号后，开始启动摄录系统，对实验操作毁损过程进行摄录，可自由设置(由存储卡容量决定)，实现本摄录系统支持循环不间断录像(内存卡录满后可自动覆盖最早存储文件)和红外夜视录像功能内附存储卡可实现自由插拔数据转存；达到损毁设置时间 后，也就是损毁实验完成时，向实验操作者发出毁损完成的提不信号；所述报警启动子模块在接收到毁损实验完成信号后，实验设定毁损时间完成及启动“滴滴”提示音；所述摄录停止子模块接收到实验完成信号，也就是“滴滴”提示音后，向摄录系统发出停止摄录的信号；所述电源开闭子模块在实验完成后，操作者关闭电源开关键后，关闭电源。参见图3，恒流源模块可采用以下具体电路实现形式220V市电通过电源开关SI和保险器FUl连接到变压器的输入端，经过变压后分别输出18V、8V、10V、3V、中间抽头的I O V五组电压，为了降低三端稳压器芯片LM317T的功耗提高电源效率，采用了 2个继电器的3级换档电路；经过换档输出依次得到8Vac、18 Vac,26 Vac电压，经过整流，滤波后对应得到11. 3V、25. 5V、36. 8V三档电压。由三端稳压管Ul (LM317T)、电阻R100、电阻R101、电位器WlOO组成典型稳压电路，二极管D5、二极管D4构成LM317T防短路保护电路。变压器3V绕组经过整流滤波后得到4. 2V左右的直流电压，该电压正端与地相连形成负电压，通过限流电阻RllO加在可调式精密并联稳压器U3(TL431)上，三极管Q1、运算放大器U2、电阻R103、电位器RWlOl等构成恒压至恒流自动转换电路。本仪器的操作过程如下首先以刺激损毁电极通过定位仪放置于预毁损核团或者组织，电极由针灸针烤制而成，刺激毁损电极为钼金材质。通过电源模块以30V直流电源，将交流电转化为设定的直流电源；通过变压器将220 V市电转换为30 V低压电源，再通过整流滤波电路将其转换为直流，再通过可调稳压电路将其转换为可调直流稳压电源。通过恒流源模块实现恒流功能和恒流调节功能。将直流电信号进行调节，分别通过仪器中的保险丝，电路配件实现电流过大保护和电路反接保护；同时通过不同可调电阻通过电流取样电阻器(I欧I瓦)，和电流自动调节器(TL431稳压恒流)，以实现稳定大电流和微小电流(微安级)调节。再次通过智能控制模块实现时间设定(通过8051单片机加编码器，是我们按微波炉计时器的原理设计的，8051单片机在本仪器中实现了定时时间设置，计时调节，计时暂停，计时清零等，启动电击，停止电极，启动停止摄像，启动报警等功能)，自编程序(不仅仅是定时程序，包括了 8051单片机的所有功能都是通过程序实现的)，可实现最大9999秒的时间设定。同时摄录系统启动，实现对实验操作毁损过程实时摄录。当实验设定毁损时间到达，报警启动装置，发出“滴滴”提示音，摄录自动停止。具体实施效果实施例1 :以大鼠海马神经元单位放电后神经元定位实验SD大鼠5只，雄性，体重210 土 26 g。实验手术大鼠以20%乌拉坦`腹腔麻醉后(1000 mg/kg),固定于脑立体定位仪开颉,按大鼠脑立体定位图谱于左侧海马对应的颅骨部位钻孔，在解剖显微镜下掀去硬脑膜，供插入记录电极使用。海马探查的范围是CAl区(BregmaP:2. 5，L:2. 5, H: 3mm), CA3区(BregmaP3. 5, L:3^3. 5, H: 4mm)。动物至于保温袋上，体温维持在38°C左右。细胞外微电极记录解剖显微镜下掀去硬脑膜，用微电极推进器将充灌IM醋酸钠加2%滂胺天蓝溶液的玻璃微电极缓慢推入大鼠海马CAl区(Bregma P: 3.3，L: 2，H: 2_3mm)或CA3区(Bregma P: 3.3，L: 2.5，H: 4mm),作细胞外记录。电极尖端直径约I μ m,直流电阻3 5ΜΩ。微电极引导的电活动经微电极放大器(NIHON KOHDEN MEZ-8300)用PowerLab/ 8sp (ADInstrument)系统采集分析。软件为CHART5. 1，采样频率为20 kHz，同步监听放电信号。在无外界刺激情况下稳定记录放电在300 1000秒作为自发放电。组织定位及神经病理染色所有实验完毕后，应用该装置配合实验所用的玻璃电极通以微调10 μΑ直流电(接负极)，定时10秒，同步摄录行微电泳定位，视频采集动物的行为表现，有轻微的身体颤动。操作提示音后，随后回放对照标准的毁损动物表现，确认操作无失误后，将动物以I %戊巴比妥钠深麻醉，取脑组织固定于4%甲醛溶液中。随后作连续冰冻切片，检查蓝点标记的微电极尖端位置及毁损部位。各组标本做HE染色，观察形态学变化。大体冰冻切片结果显示毁损组织连续、均匀，定位准确。HE病理染色显示毁损部位细胞坏死，成空腔或者空洞，坏死完全，范围无扩大。实施例2 以大鼠下丘脑核团毁损模拟丘脑脑垂体肾上腺轴功能失调的实验SD大鼠8只，雄性，体重250 土 15g。实验手术大鼠以腹腔注射戊巴比妥钠(40 mg/Kg)麻醉后，固定于SN-2型脑立体定向仪(Narishige,日本)上,前囟较后囟高I mm。无菌条件下,取前囟周围区域切开皮肤,分离骨膜，以30%过氧化氢消毒止血，廓清视野，并标示前囟中线。于前囟后、中线旁约2 mm位置钻孔取骨、止血。按照大鼠脑立体定向图谱确定毁损点，以电毁损仪并行双侧对称直流电毁损，下丘脑前部毁损靶点为B— O. 8 mm，中线旁0.8臟，深7.7 mm ;下丘脑后部毁损靶点为B — 2. 2 mm，中线旁O. 8 mm，深8. 5 mm。刺激参数为电流O. 65 mA,时间30 S。正常对照组大鼠仅切开头皮，假手术大鼠除未施以电刺激以外，其余操作同下丘脑毁损步骤。刺激完毕后抽出玻璃电极，常规止血、消毒后，以牙科水泥封固创面，逐层缝合后回笼饲养，观察生命体征的变化。核团定位及病理学鉴定染色下丘脑毁损鉴定是以含3%亚铁氰化钾的多聚甲醛溶液固定全脑48 h，连续冰冻切片并行苏木素一伊红(HE)染色。结果显示下丘脑毁损大鼠在每次电刺激毁损时躯体抖动I次。麻醉苏醒后，大鼠呈躁狂状态，约2小时左右回复，精神萎靡，进食及饮水减少，个别大鼠有过度摄食表现，约2天后恢复。伤后相应时间点处死动物，固定全脑并以亚铁氰化钾染色后，阳性毁损区域呈深蓝色，自前囟前O. 2 mm开始动态切片观察。HE染色见毁损区域呈椭圆形空洞或脑组织有液化性坏死。 综上所述，可视数字化电核团毁损/刺激仪，有效提高实验操作的精确度和功能多样化，具有良好的开发前景，尤其对珍贵组织动物和减少动物使用量可显著减少操作者的熟练度要求，显著避免毁损中因观察不仔细，时间掌握不好等因素影响实验效果，大大提高动物实验的可重复性和标准化，也可大大减少毁损实验的动物死亡率。并且具有使用方便，体积小，成本低，功能强的优点，无疑是一种理想的选择。实施例3 :豚鼠海马神经元电刺激实验健康3 4周龄豚鼠8只，体重150 200 g,雌雄不限。ML408双道生物电放大器(澳大利亚AD Instrument)P0WERLAB生理多导记录仪表(澳大利亚AD Instrument)CHART5. O 软件包豚鼠以1%戊巴比妥钠腹腔麻醉后(40 mg/kg)，固定于脑立体定位仪开颅，按Adele豚鼠脑立体定位图谱于左侧海马对应的颅骨部位钻孔，在解剖显微镜下掀去硬脑膜，供插入记录电极使用。海马探查的范围是CAl区(Bregma P: 3.0，L: 2.5，H: 5mm),CA3区(Bregma P: 3.0，L: 4 4. 5，H: 6mm)。动物至于保温袋上，体温维持在37°C左右。采用毁损刺激仪作为刺激，强度±2 V，波宽O. 11 ms，频率100 Hz，串长100 ms强度持续100 ms，观察海马神经元在刺激前后放电改变，参见图9。经使用证实，使用可视数字化电毁损刺激仪，可适用于常规医学动物组织定位和毁损实验、组织刺激等各种临床和基础实验研究，具有广泛的应用前景。
权利要求
1.一种可视数字化电核团刺激毁损仪，其特征包括电源模块、恒流源模块、智能控制模块以及刺激毁损电极和摄录系统；所述电源模块通过开关电路将交流电转化为设定的30V直流电源，向恒流源模块供电；所述恒流源模块，通过可调稳压电路将直流转换为可调式直流稳压电源，并实现恒压至恒流的自动转换，连接智能控制模块；所述智能控制模块包括毁损时间设置子模块、刺激毁损电极启动子模块、视频采集启动子模块、刺激毁损完成提示子模块、报警启动子模块、摄录停止子模块以及电源开闭子模块；所述刺激毁损时间设置子模块用于同时进行三组不同时间的设定，时间设定单位分和秒，最长9999秒；所述刺激毁损电极启动子模块将启动信号传递给刺激毁损电极；模块在接收到电源开关开启信号后，启动刺激毁损电流并经电压粗调、微调，以及时间参数确定后，将启动信号传递给损毁电极；所述视频采集启动子模块在接收到刺激毁损信号后，开始启动摄录系统，对实验操作毁损过程进行摄录；所述刺激毁损完成提示子模块在达到损毁设置时间后，也就是损毁实验完成时，向实验操作者发出刺激毁损完成的提示信号；所述报警启动子模块在接收到刺激毁损实验完成信号后，实验设定刺激毁损时间完成及启动“滴滴”提示音；所述摄录停止子模块接收到实验完成信号，也就是“滴滴”提示音后，向摄录系统发出停止摄录的信号；所述电源开闭子模块在实验完成后，操作者关闭电源开关键后，关闭电源。
2.根据权利要求1所述的可视数字化电核团刺激毁损仪，其特征在于所述恒流源模块是采用电流自动调节器对直流电信号进行调节，分别通过保险丝电路配件实现电流过大保护和电路反接保护，同时通过不同可调电阻、电流取样电阻器和电流自动调节器实现稳定大电流和微小电流调节；恒流源模块具体包含防止电流过强保护子模块、线路接反保护子模块、恒流粗调子模块、恒流精调子模块、电流自动调节器、电流取样电阻器、电流指示器以及负载。
3.根据权利要求2所述的可视数字化电核团刺激毁损仪，其特征在于所述电流自动调节器采用TL431稳压恒流电路。
全文摘要
可视数字化电核团刺激毁损仪，包括电源模块、恒流源模块，智能控制模块以及刺激毁损电极和摄像系统装置。智能控制模块主要是包含有毁损时间设置、启动毁损电极工作、完成毁损提示、报警信号启动、视频采集启动以及电源开闭。而恒流源则是包含防止电流过强保护、线路接反保护、恒流粗调、恒流精调、电流自动调节器和电流取样电阻器、电流指示器以及可添加负载组成。与现有的同类仪器相比，采用了高压可调电流直接损毁或刺激实验动物脑神经、核团以及实验所需组织部位，同时可实现视频监控和回放、定时提醒等功能，仪器结构简单，功能较全，生产低廉，实验安全可靠。
文档编号A61N1/20GK103041501SQ20121044762
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者杨策, 高洁, 车兴平, 蒋建新, 王海燕, 尹志勇, 周继红, 王正国 申请人:中国人民解放军第三军医大学第三附属医院