一种适用于动物肠组织的在体光学成像装置

1.本发明属于医疗器械和器具技术领域，更具体地，涉及一种适用于动物肠组织的在体光学成像装置。


背景技术：

2.肠道是消化道的重要组成部分。在人体内，肠道包含约20种不同功能类的总共约5亿个的神经元。由于肠道和大脑在大小、功能复杂性和某些结构上的相似性，肠道也被称为第二个大脑。同时肠道也是人体内最大的免疫器官，约70％的免疫细胞存在人体肠道内。因此在体水平对实验动物进行光学成像研究对我们研究肠道在消化、免疫等生理活动中承担的角色具有重要作用，对肠道疾病及肠道功能紊乱引起的相关疾病具有重要意义。
3.目前在体水平利用光学成像技术研究肠道结构功能主要借助于腹窗，一种具有良好生物相容性(主要是钛合金、树脂等材料)的机械结构，通过手术将窗体缝合在实验动物腹部。腹窗即隔离了外界环境又提供了成像观察窗口，能保证实验动物存活数周，为肠道在体光学成像研究提供了有力工具。然而，受肠道蠕动影响，该装置无法实现对肠组织固定位置进行长时间光学成像研究。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于动物肠组织的在体光学成像装置，其目的在于有效固定目标肠组织，实现对目标肠段的长时间光学成像研究。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于动物肠组织的在体光学成像装置，包括配合使用的腹窗环和卡槽，其中：
6.所述卡槽包括一体成型的u型槽体和固定桩，所述u型槽体由底面和相对的两侧壁围成，所述固定桩自所述u型槽体的底面向顶部开口方向延伸而成，所述u型槽体的两侧壁分别形成有沿背离u型槽体方向延伸而成的卡片；
7.所述腹窗环包括环形窗体以及自环形窗体内侧壁不同深度位置向环中心延伸所形成的第一环形凸起和第二环形凸起，所述第一环形凸起和所述第二环形凸起自所述环形窗体的正面指向背面的方向并排设置且具有间隙以形成装配槽，所述第一环形凸起距所述环形窗体正面的深度大于0，所述第二环形凸起内侧具有对称设置的缺口，所述缺口与所述卡片相适配以使所述卡槽的卡片通过所述第二环形凸起的缺口嵌于所述装配槽内，所述环形窗体外侧壁形成有向内凹陷的缝合槽。
8.在其中一个实施例中，第二环形凸起的外边缘和第一环形凸起的外边缘沿环形窗体轴向对齐，所述第一环形凸起与所述第二环形凸起之间的环形窗体内径大于第一环形凸起与环形窗体正面之间的环形窗体内径。
9.在其中一个实施例中，所述固定桩位于u型槽体底面的中间位置，所述固定桩的宽度小于u型槽体底面宽度。
10.在其中一个实施例中，卡片的边缘呈圆弧状，缺口的边缘与卡片适配性地呈圆弧状。
11.在其中一个实施例中，所述腹窗环还包括自所述环形窗体向上延伸而成的呈对称设置的固定插栓，各固定插栓的延伸高度超过所述环形窗体的正面。
12.在其中一个实施例中，对称设置的固定插栓和缺口的正投影均位于环形窗体的同一直径所在直线上。
13.在其中一个实施例中，还包括与所述腹窗环配合使用的卡簧，所述卡簧具有第一末端和第二末端且外侧边缘呈角度大于180
°
的圆弧形，所述卡簧适配于所述环形窗体内侧并通过与环形窗体内侧壁的摩檫力将玻片固定于卡簧和第一环形凸起之间。
14.在其中一个实施例中，所述卡簧的第一末端和第二末端的宽度大于中间圆弧形连接部分的宽度，且每个末端均开设有夹持通孔。
15.在其中一个实施例中，还包括与所述腹窗环配合使用的固定板，所述固定板包括透视通孔和适配于所述固定插栓的定位孔，固定插栓用于插入定位孔以与所述固定板固定，固定插栓用于插入定位孔后，腹窗环内与所述透视通孔对齐并通过透视通孔观测腹窗环内部图像。
16.在其中一个实施例中，卡槽各处弯曲的位置呈平滑弧形弯曲。
17.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
18.通过设计腹窗环以及与腹窗环配套使用的卡槽，其中，腹窗环上靠近正面的第一环形凸起用于支撑玻片，第一环形凸起和第二环形凸起围起的装配槽用于组装卡槽。卡槽设计呈u型且具有固定桩，u型槽体和固定桩的侧面投影呈“山”字形，u型槽体的两外侧壁形成有第一卡片和第二卡片。当腹窗环通过缝合槽与研究对象缝合后，通过腹窗环窗口利用镊子将卡槽伸入内部并使卡槽的固定桩钩住目标物(肠道)，然后通过第二环形凸起的缺口使卡槽上的卡片伸入装配槽中并旋转一定角度，使卡片嵌于装配槽中，并使目标物固定在卡槽内，避免因肠道蠕动失去原定研究目标，有利于对目标肠段进行定点长时间成像研究。
附图说明
19.图1为一实施例的卡槽的结构示意图，其中，图1中的a图为卡槽的俯视图，图1中的b图为卡槽的侧视图，图1中的c图为卡槽的顶视图，图1中的d图为卡槽的三维立体图；
20.图2为一实施例的腹窗环的结构示意图，其中，图2中的a图为腹窗环的俯视图，图2中的b图为卡槽的顶视图，图2中的c图为卡槽的侧视图，图2中的d图和图2中的e图分别为卡槽不同角度的三维立体图；
21.图3为一实施例的卡槽与腹窗环的组装结构立体图；
22.图4为一实施例的卡槽与腹窗环的组装结构示意图，其中，图4中的a图为组装结构的俯视图，图4中的b图为组装结构的侧视图，图4中的c图为组装结构的顶视图；
23.图5为一实施例的卡槽与腹窗环的组装结构用于研究对象的示意图；
24.图6为一实施例的固定板的结构示意图；
25.图7为一实施例的固定板固定于三维平移台的示意图；
26.图8为一实施例的进行光学成像获取的结肠肌间神经丛结构图。
27.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
28.100、卡槽；110、固定桩；120、卡片；130、u型槽侧壁；
29.200、腹窗环；210、环形窗体；220、第一环形凸起；230、第二环形凸起；231、缺口；240、缝合槽；250、固定插栓；
30.300、玻片；
31.400、卡簧；
32.500、固定板；510、透视通孔；520、定位孔；530、固定螺孔；
33.600、面包板；
34.700、三维平移台。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
36.本技术的适用于动物肠组织的在体光学成像装置包括配合使用的腹窗环和卡槽。
37.如图1所示为一实施例中的卡槽100的结构示意图，其中，图1中的a图为卡槽的俯视图，图1中的b图为卡槽的侧视图，图1中的c图为卡槽的顶视图，图1中的d图为卡槽的三维立体图。具体的，卡槽100包括一体成型的u型槽体和固定桩110，u型槽体由底面和相对的两u型槽侧壁130围成，固定桩110自所述u型槽体的底面向顶部开口方向延伸而成，u型槽体和固定桩的侧面投影呈“山”字形。u型槽体的两u型槽侧壁130分别形成有沿背离u型槽体方向延伸而成的卡片120，其中，每个侧壁上均形成有一个卡片。
38.如图2所示为一实施例中的腹窗环200的结构示意图，其中，图2中的a图为腹窗环的俯视图，图2中的b图为卡槽的顶视图，图2中的c图为卡槽的侧视图，图2中的d图和图2中的e图分别为卡槽不同角度的三维立体图。具体的，腹窗环200包括一体成型的环形窗体210、第一环形凸起220和第二环形凸起230，第一环形凸起220和第二环形凸起230分别位于环形窗体210内侧壁不同深度位置且凸出于环形窗体210内侧壁。定义环形窗体210其中一面为正面，则与正面相对的一面为背面，从正面指向背面的方向，第一环形凸起220和第二环形凸起230并排设置且具有间隙，该间隙即构成装配槽。在一实施例中，第二环形凸起230的环宽度大于第一环形凸起220的环宽度，两者内径相同，但第二环形凸起230的外径大于第一环形凸起220的外径，即环形窗体210的内侧壁的内径尺寸发生变化，第一环形凸起220与窗体背面之间的内侧壁的内径相对较大，而第一环形凸起220与窗体正面之间的内侧壁的内径相对较大，由此增大装配槽的深度。且第一环形凸起220距所述环形窗体正面的深度大于0，即形成一级台阶，用于支撑玻片，便于更换玻片和取下玻片适配多种成像方式，例如共聚焦内窥镜成像等。第二环形凸起230内侧还具有对称设置的缺口231，例如图2中有两个缺口，分别于卡槽100上的卡片120相适应，以使卡槽100的卡片120通过第二环形凸起230的缺口231嵌于装配槽，实现卡槽100与腹窗环200的组装。同时，环形窗体210外侧壁还形成有向内凹陷的缝合槽240，用于与研究对象进行缝合。
39.如图3为卡槽与腹窗环的组装结构立体图，如图4的a图为组装结构的俯视图，图4
中的b图为组装结构的侧视图，图4中的c图为组装结构的顶视图。其中，腹窗环200可以通过缝合槽与研究对象缝合，通过腹窗环窗口将卡槽100伸入内部并使卡槽100的固定桩钩住目标物(肠道)，然后通过第二环形凸起的缺口使卡槽上的卡片伸入装配槽中并旋转一定角度，使卡片嵌于装配槽中，并使目标物固定在卡槽内。组装完成后将玻片300置于第一环形凸起上，用于隔离腹腔内环境和外界环境，避免实验动物感染，也提供了观察成像窗口。如图5所示，通过上述成像装置，将目标肠组织固定在卡槽中，可以避免在长时间成像时肠道蠕动所导致的观察位点的丢失，有利于对目标肠段进行定点长时间成像研究。
40.在一具体的实施例中，卡槽和腹窗环均使用生物相容性良好的材料，如使用钛合金加工而成。
41.在一实施例中，如图1和图2所示，卡片120的边缘和缺口231的边缘呈相互适配的圆弧形，保证卡片120能够通过缺口231进行装配槽。
42.在一实施例中，如图1所示，卡槽的两侧壁对称且宽度(如a图中的箭头方向的长度)与底面的宽度相同，而固定桩110的宽度小于则小于底面宽度，即在卡槽的一侧，两u型槽侧壁130和固定装110的边缘齐平，而在卡槽的另一侧，固定装110相对于u型槽侧壁130向内缩进，以便于增大目标物的暴露面积。
43.在一实施例中，如图2所示，腹窗环200还包括自所述环形窗体210向上延伸而成的呈对称的固定插栓250，各固定插栓250的延伸高度超过环形窗体210的正面，即固定插栓250凸出于环形窗体210的正面之上。在图2中，固定插栓250的个数为两个，但不限定于此。进一步的，如图2所示，两个对称设置的固定插栓250和两个对称设置的缺口的正投影位于环形窗体的同一直径所在直线上，当腹窗环200被缝合后，无法观测背面结构，此时，可以通过固定插栓250识别缺口231的位置，然后将卡槽100准确地嵌于腹窗环200地装配槽内。
44.在一实施例中，如图4所示，该成像装置还包括与腹窗环200配合使用的卡簧400。卡簧400具有第一末端和第二末端且外侧边缘呈角度大于180
°
的圆弧形，卡簧400与环形窗体210的内壁相适配，即卡簧400能够置于环形窗体210内并与环形窗体210的内壁紧密接触而固定。在具体操作时，先将玻片300置于第一环形凸起220上，然后用镊子夹紧卡簧400的两端使卡簧400发生弹性形变而略微减小外径后置于环形窗体210内，松开镊子后，卡簧400与环形窗体内侧壁产生摩檫力以将玻片300固定于卡簧400和第一环形凸起220之间。进一步的，如图4所示，卡簧400的第一末端和第二末端的宽度大于中间圆弧形连接部分的宽度，且每个末端均开设有夹持通孔，以便于夹持工具伸入夹持。
45.在一实施例中，如图6所示，该成像装置还包括与腹窗环200配合使用的固定板500，固定板500包括透视通孔510和适配于固定插栓250的定位孔520。如图7所示，当腹窗环200和卡槽100组装于研究对象之后，形成组装结构s12，固定插栓250用于插入定位孔520以与固定板500固定，固定插栓250用于插入定位孔520后，腹窗环200与透视通孔510对齐并通过透视通孔510观测腹窗环200内部图像。具体的，固定板500还包括固定螺孔530，通过固定螺孔与三维平移台700上的面包板600固定，通过固定整个装置来降低心跳、呼吸所带来的运动伪影对成像结果的影响，从而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。
46.在一具体的实施例中，对以上相关结构的尺寸进行举例说明。
47.其中，环形窗体210的外径为17mm，厚2.4mm。设计对称固定插栓250后，其整体直径
变为20mm，厚度变为4.9mm。环形窗体210的正面开口直径为12.4mm。环形窗体210的正面开口直径、卡簧400的外径、第一环形凸起220的外径相同。例如，第一环形凸起220的外径为12.4mm，开窗直径(内径)可为11mm，该结构用于安装配合直径为12mm的标准玻片和外径为12.4mm的卡簧。因为考虑到卡簧的厚度和玻片的厚度，设计第一环形凸起220距环形窗体正面为1～1.2mm深。该结构能够有效牢固地和玻片、卡簧配合，便于后续成像过程中更换玻片和取下玻片成像。第二环形凸起230的外径为12.8mm，大于第一环形凸起220的外经，第二环形凸起230的缺口宽度为5.2mm。考虑到卡槽的尺寸结构，为了便于在手术过程中配合安装卡槽，将肠组织固定住，设计了一个圆型的装配槽，装配槽宽0.4mm，直径为12.8mm。该结构能够保证在手术过程中快速安装卡槽，且卡槽在后续成像过程中不会因为肠组织的蠕动等脱落。为了防止实验动物在存活期间啃咬窗体，并便于成像时固定窗体，固定插栓250呈圆弧形，其具有一体成型的两部分，第一部分与环形窗体210相连，其内径为17mm、外径为18mm，低于窗体表面0.1mm，第二部分内径为18mm、外径为20mm、弧度为18.90
°
、总高度为3.2mm，突出窗体表面高度为2.5mm，该结构便于后面固定窗体进而有效降低实验动物的心跳、呼吸引起的固定窗体，保持窗体在固定过程中的平衡。该结运动伪影对成像结果的影响。缝合槽240与实验动物创口缝合，为了保证窗体的刚性，且减小创口的大小，设计该结构的槽深为1.8mm，槽宽1.3mm。通过非吸收性手术缝线将创口的皮肤缝合固定于槽内，内槽的设计即减小了创口的面积，缝合后创口的尺寸为直径为6.7mm的圆，又避免创口外露，有助于实验动物的恢复和生存。该结构的设计能够将整个发明的装置和实验动物固定，又能保证实验动物的存活时长大于4周。
48.卡槽100卡槽由钛合金加工，顶视图为宽5mm，半径为6mm的圆弧状结构，卡片厚度为0.4mm，刚好嵌于腹窗环的装配槽中。u型槽深2.9mm，固定桩110的高度略低于槽深，为2.7mm高，该结构厚0.6mm，将9mm宽的槽一分为二，整体做圆角处理，避免损伤肠组织，影响实验动物的生存。进一步，卡槽100的u型槽侧壁130也为圆弧型，其外径为5.5mm，高度为3.4mm，两侧壁与固定桩形成两个深槽，保证实验动物在消化过程中不会影响固定肠段的膨胀收缩。当固定好肠组织的卡槽装配进窗体后，能够有效固定住肠组织，避免肠组织的蠕动导致研究目标的视野丢失。
49.以下对上述装置的使用方法进行说明，其步骤包括：
50.步骤s1：将腹窗环通过手术安置于实验动物腹腔内，窗体通过非吸收性手术缝线固定。
51.步骤s2：将成像研究的目标肠组织段固定在卡槽内，将卡槽装配进腹窗环内。
52.步骤s3：将玻片和卡簧装配腹窗环上。
53.步骤s4：将与动物缝合的腹窗环装配进成像固定板中，最终装配效果如图7所示，然后进行光学成像研究，包括但不限于共聚焦扫描成像、双光子成像等。
54.上述所有步骤中的装置及手术器械使用消毒酒精或紫外线照射杀菌处理，实验动物在手术和成像过程进行腹腔麻醉或气体麻醉处理。
55.图8为使用本发明的装置和方法，在体水平对c57bl/6小鼠(本说明不限于小鼠)进行光学成像获取的结肠组织结构。成像使用共聚焦扫描成像系统，小鼠处于麻醉状态(腹腔麻醉或呼吸麻醉)，通过原位注射标记肠神经元。图8中能够清晰分辨肠组织中肠神经系统中的神经节、神经元和神经纤维结构，实验结果证明了本发明装置能够实现在体水平成像
研究。
56.综上，通过设计腹窗环以及与腹窗环配套使用的卡槽。当腹窗环通过缝合槽与研究对象缝合后，通过腹窗环窗口利用镊子将卡槽伸入内部并使卡槽的固定桩钩住目标物(肠道)，然后通过第二环形凸起的两个缺口使卡槽上的两个卡片伸入装配槽中并旋转一定角度，使卡片嵌于装配槽中，并使目标物固定在卡槽内，避免因肠道蠕动失去原定研究目标，有利于对目标肠段进行定点长时间成像研究。
57.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。