一种动物固定装置及其应用的制作方法

本发明涉及核磁共振技术领域，具体涉及一种动物固定装置及其应用。

背景技术：

磁共振成像是开展脑科学研究最重要的现代影像方法之一。近年来，各国脑计划陆续展开，如美国人类连接组计划(humanconnectomeproject，hcp)和2013年美国奥巴马政府制定的“脑计划”(braininitiative)。因此，高场核磁共振成像设备越来越受各大高校以及科研院所的青睐，因为其高磁场能够极大地提高信噪比和改善成像分辨率，高均匀与稳定磁场能够更好地实现时间与空间的同步性，这些硬件上的优势能更好地帮助科研学者去探索和解决更多更深层次的科学问题。

9.4t核磁共振成像系统是目前世界上最强大的成像设备之一，基于9.4t核磁共振成像，现在已有的动物固定装置仅适用于麻醉状态下的大鼠与小鼠，其主要的固定方式为，通过一个带圆孔的咬杆勾住鼠(大鼠和小鼠)的上牙，再利用两根耳杆固定住鼠(大鼠和小鼠)的头部。灵长类动物与人类更为接近，实验研究会比小鼠和大鼠具有更多优势，但是，高场小动物核磁共振成像设备中专门用于固定猴(主要包括食蟹猴，猕猴)的固定装置至今还是一个空缺。尽管目前市场上有一些猴的固定装置，比如手术立体定位仪和猴椅，但是这些固定装置都有其局限性：第一、这些固定装置的尺寸体积过大，无法进入9.4t核磁共振成像设备进行成像；第二、这些固定装置很多零件的材料都是金属的，然而将金属制品带入核磁间是非常危险的，不仅会对核磁设备造成巨大的损害，同时也会危害到实验人员的生命安全；第三、现有的这些固定装置大多都需要通过机床加工，甚至有些还需要开模去制造，这通常会导致时间成本与金钱成本的增加。对于bruker9.4t核磁共振成像设备，厂家自带尺寸比较大的动物床只能用来固定豚鼠或者兔子，这个动物床十分简易，没有头颅固定模块和加热模块，而缺乏少了这两个模块根本无法进行正常的实验操作及动物成像。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种动物固定装置及其应用，具体技术方案如下：

本发明在第一方面提供了一种动物固定装置，包括头颅固定模块、躯干放置模块和承重模块，头颅固定模块、躯干放置模块和承重模块分别位于动物固定装置前端、中间和尾部，头颅固定模块与躯干放置模块可拆卸地连接，躯干放置模块与承重模块可拆卸地连接。

在较优实施例中，上述头颅固定模块包括耳杆件、压眼眶模块、支撑模块、牙托件、滑动模块和软管固定模块；耳杆件用于插入被试动物耳道，压眼眶模块用于卡持被试动物的眶骨，支撑模块为压眼眶模块提供移动轨道，牙托件用于顶住被试动物的上牙，滑动模块可用于将牙托件与压眼眶模块同步移动，软管固定模块用于固定气管插管或呼吸面罩的软管。

在较优实施例中，耳杆件被设置为与被试动物的耳道相匹配。优选的，被试动物为猴，包括食蟹猴、猕猴等。耳杆件具有不同的尺寸和类型，以适应不同大小动物的耳道。

在较优实施例中，上述压眼眶模块具有扁平端，该扁平端用于卡在被试动物下眼眶骨头上。

在较优实施例中，上述压眼眶模块的相对位置可调节，例如可通过拧动螺丝与螺母，调节压眼眶模块前后与上下的相对位置。

在较优实施例中，上述支撑模块提供的移动轨道可供压眼眶模块上下和/或前后移动。

在较优实施例中，上述头颅固定模块包括呼吸面罩用耳杆件、呼吸面罩用滑动件和呼吸面罩固定件；其中呼吸面罩用耳杆件被设置为与被试动物的耳道相匹配。

在较优实施例中，上述躯干放置模块上设置有曲面开孔及螺纹孔，曲面开孔便于手持动物固定装置，螺纹孔用于与头颅固定模块和承重模块可拆卸地连接。优选地，躯干放置模块靠近头颅固定模块一端设置有m4螺纹孔，更优选地，m4螺纹孔的数目为5个；躯干放置模块靠近承重模块一端设置有m6螺纹孔，更优选地，m6螺纹孔的数目为2个。

在较优实施例中，承重模块被设置为与核磁共振成像设备的autopac^tm系统匹配连接。承重模块具有与autopac^tm系统相匹配的连接部分、与autopac^tm系统相匹配的卡接部分以及与动物固定装置起到连接固定作用的m6通孔。

在较优实施例中，上述动物固定装置还包括加热模块，加热模块包括硅胶管和热塑快换接头。硅胶管的两端分别连接热塑快换接头，热塑快换接头连接至外部加热装置的输出端口。由硅胶管与热塑快换接头组成的加热模块，与外部加热装置连接后，形成一个循环系统。将麻醉状态下的动物放置于加热模块上，能够长时间维持体温。

在较优实施例中，上述动物固定装置由聚乳酸材料通过3d打印制成，优选地，采用熔融沉积成型3d打印。

在较优实施例中，上述动物固定装置的头颅固定模块和躯干放置模块由聚乳酸材料通过3d打印制成，而承重模块则由铝合金材料制成。

本发明在第二方面提供了上述动物固定装置在大型动物核磁共振成像中的应用，优选地，大型动物为猴，至少包括食蟹猴和猕猴。

本发明大幅改善了动物身体运动对成像造成的影响，提高了数据采集的质量，也进一步提高了实验效率；该固定装置与9.4t核磁共振成像设备相互兼容；利用3d打印技术，极大的降低了产品的成本，同时提高了产品成型的速度。

应理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。

附图说明

图1示出了本发明较优实施例中动物固定装置的结构示意图；

图2示出了本发明较优实施例中动物固定装置的头颅固定模块的结构示意图(采用气管插管)；

图3示出了本发明较优实施例中动物固定装置的头颅固定模块的俯视图；

图4示出了本发明较优实施例中动物固定装置的躯干放置模块的结构示意图；

图5示出了本发明较优实施例中动物固定装置的承重模块的结构示意图；

图6示出了本发明较优实施例中动物固定装置固定于9.4t核磁共振成像设备上的实物图；

图7示出了本发明较优实施例中动物固定装置的头颅固定模块的实物图；

图8示出了本发明较优实施例中动物固定装置的头颅固定模块各部件的结构示意图；

图9示出了本发明较优实施例中动物固定装置应用于固定猕猴的实物图；

图10示出了本发明较优实施例中动物固定装置应用于固定猕猴得到的核磁共振扫描图像；

图11示出了本发明较优实施例中动物固定装置的头颅固定模块的结构示意图(采用呼吸面罩)；

图12示出了本发明较优实施例中动物固定装置的头颅固定模块的呼吸面罩用滑动件和呼吸面罩固定件的结构示意图；

图13示出了本发明较优实施例中位于头颅固定模块的气管插管实物图；

图14示出了本发明较优实施例中位于头颅固定模块的呼吸面罩实物图；

图15示出了本发明较优实施例中动物固定装置的加热模块的实物图；

图16示出了本发明较优实施例中动物固定装置的加热模块的连接示意图。

其中，

1-头颅固定模块1.1-耳杆件1.2-支撑模块1.3-压眼眶模块1.4-牙托件

1.5-滑动模块1.6-软管固定模块1.7-呼吸面罩用耳杆件1.8-呼吸面罩用滑动件1.9-呼吸面罩固定件

2-躯干放置模块2.1-曲面开孔2.2-m6螺纹孔2.3-m4螺纹孔

3-承重模块3.1-与autopac^tm系统相匹配的连接部分3.2-与autopac^tm系统相

匹配的卡接部分3.3-m6通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例中的动物固定装置包括头颅固定模块1、躯干放置模块2和承重模块3，头颅固定模块1、躯干放置模块2和承重模块3分别位于动物固定装置前端、中间和尾部，头颅固定模块1与躯干放置模块2可拆卸地连接，躯干放置模块2与承重模块3可拆卸地连接。这三个部分各自独立，能够快速地拆卸组装，便于运输，若出现损坏，可直接替换相应部分。

如图2和图3所示，头颅固定模块1包括耳杆件1.1、压眼眶模块1.3、支撑模块1.2、牙托件1.4、滑动模块1.5和软管固定模块1.6。耳杆件1.1、压眼眶模块1.3、支撑模块1.2、牙托件1.4和滑动模块1.5的具体结构如图8所示。耳杆件1.1用于插入被试动物耳道，是固定头颅的重要部件之一，为了能够适用于不同大小的猴(食蟹猴、猕猴等)，除了如图所示的耳杆件，还有不同尺寸及类型的耳杆，比如z型耳杆件。压眼眶模块1.3用于卡持被试动物的眶骨，其具有扁平端，卡在被试动物下眼眶骨头上，是固定头颅的重要部件之一，可通过拧动螺丝与螺母，调节压眼眶模块前后与上下的相对位置。支撑模块1.2为压眼眶模块提供一个可以上下、前后移动的轨道。牙托件1.4用于顶住被试动物的上牙，同样也是固定头颅的重要部件之一，可以通过拧动螺丝，调节牙托的上下高度。滑动模块1.5可用于将牙托件与压眼眶模块同步地进行前后移动。软管固定模块1.6用于固定气管插管的软管，气管插管的实物图如图13所示。

如图4所示，躯干放置模块2上设置有曲面开孔2.1、m6螺纹孔2.2和m4螺纹孔2.3。曲面开孔2.1便于手持动物固定装置；躯干放置模块2靠近头颅固定模块1一端设置有m4螺纹孔2.3，优选地，m4螺纹孔的数目为5个；躯干放置模块2靠近承重模块3一端设置有m6螺纹孔2.2，优选地，m6螺纹孔的数目为2个。躯干放置模块2通过上述螺纹孔与头颅固定模块1和承重模块3可拆卸地连接。

如图5所示，承重模块3被设置为与核磁共振成像设备的autopac^tm系统匹配连接，并最终固定于其上。承重模块3具有与autopac^tm系统相匹配的连接部分3.1、与autopac^tm系统相匹配的卡接部分3.2以及与动物固定装置起到连接固定作用的m6通孔3.3。

动物固定装置还包括以下配件，均为核磁兼容材质：

尼龙螺丝：m5*6m5*12m5*20

尼龙六角螺母：m5*5m5*12

尼龙紧定螺丝：m5*30

硅胶管：内径3mm，壁厚1.5mm，长度约为3米。

实施例2

本实施例中采用呼吸面罩对动物进行麻醉，头颅固定的方式相较于气体插管方式更加简单。本实施例的动物固定装置与实施例1相比，主要区别在于头颅固定模块。其主要部件包括：1.7-呼吸面罩用耳杆件1.8-呼吸面罩用滑动件1.9-呼吸面罩固定件。图11示出了本实施例中的头颅固定模块的结构示意图；图12示出了头颅固定模块的呼吸面罩用滑动件和呼吸面罩固定件的结构示意图；图14示出了位于头颅固定模块的呼吸面罩实物图。

实施例3

在本实施例中，动物固定装置还包括加热模块，其主要组成部件为：硅胶管与热塑快换接头(parkerhannifinmotion&control,21kbko06dpx)。硅胶管两端分别接上热塑快换接头，再将这两个热塑快换接头连接至外部加热装置(thermoscientific^tmsaharappos5pheatedbathcirculators)的输出端口。由硅胶管与热塑快换接头组成的加热模块，与外部加热装置连接后，形成一个循环系统。将麻醉状态下的动物放置于加热模块上，能够长时间维持体温。图15示出了加热模块的实物图，图16示出了加热模块的连接示意图。

实施例4

在本实施例中，动物固定装置由聚乳酸材料通过熔融沉积成型(fdm,fuseddepositionmodeling)的3d打印机制成，实物图可参考图6和图7，可以看到动物固定装置与9.4t核磁共振成像设备完全兼容。本实施例中采用的是bruker高场小动物核磁共振成像设备，设备型号：biospec94/30，磁场强度9.4t，孔径30cm。

实施例5

在本实施例中，动物固定装置的头颅固定模块和躯干放置模块由聚乳酸材料通过熔融沉积成型的3d打印机制成，而承重模块则由铝合金材料通过cnc加工制成。本实施例得到的动物固定装置具有更高的强度。

实施例6

本发明提供的动物固定装置尤其适用于大型动物的核磁共振成像，例如猴，包括食蟹猴和猕猴。

图9示出了动物固定装置应用于固定猕猴的实物图，图中的猕猴体重约为4kg，图中的接收线圈内径约为154mm。图10示出了该猕猴的核磁共振扫描图像，设备型号同上。t2结构像，具体参数如下：

回波时间(te)：44.2ms重复时间(tr)：5800ms平均(average)：1

层厚(slicethickness)：0.5mm层数(slices)：40

图像大小(imagesize)：78*78

视野(fieldofview)：390mm*390mm

分辨率(resolution)：0.2mm*0.2mm

由图10可知，核磁共振成像质量高，未受猕猴头动的影响，图像的信噪比、对比度都能达到实验需求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。