專利名稱：一種可視數字化核團刺激毀損儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫藥衛生用品技術領域，具體涉及一種小型可視數字化核團刺激毀損儀。
背景技術：
神經系統功能是復雜的，采取細胞核團刺激毀損的方法是非常重要的研究手段。這種研究方法涉及到形態、功能等許多學科領域。常用的定位毀損方法有組織的機械破壞、局部燒灼、用短波透熱的電磁場使埋藏的金屬線加熱、埋放射性物質、腦室或者腦實質內注射化學物質以及電毀損等。其中以傳統的電毀損方法最為常用，也較為有價值。盡管隨著現代醫學的迅猛發展，用于核團定位/刺激的新儀器、新方法層出不窮，但核團的毀損/定位作為確認組織定位的金標準在基礎實驗研究中的重要作用仍毋庸置疑。并且隨著醫學研究的不斷發展，研究領域的不斷擴展和實驗要求的標準化和操作精度的要求越來越高，醫學實驗工作人員在面對有限的經費需求和科研操作的精細化需要充分利用多方位的評判標準來促進科研工作的展開。從上世紀80年代以來，針對電毀損核團定位等方法的應用主要是針對同一類型的細胞或者神經細胞集中于一個器官組織內或者腦內核團，例如藍斑核、中縫核和黑質等分別是去甲腎上腺素能、5-羥色胺和多巴胺能神經元的胞體所在地，因此毀損這些核團或由此發出的神經纖維束，則可影響腦組織在形態和功能方面的變化，對于探討器官組織或者腦核團和神經系統的機能有著重要的意義。但是這種方法往往不容易控制，有時影響范圍較大，人為操作的干擾大，故使實驗結果的誤差大，評判標準不統一，對實驗數據的總結以及實驗經驗的總結帶 來一些問題。目前市場上有關于動物局部毀損的儀器，但價格較為昂貴，以意大利UGO BASILE生產的直流毀損儀售價在10萬人民幣左右，即便是價格較實惠的PGB產毀損儀購買價格也在6萬元人民幣，并且其功能提供的也僅限于毀損和定時，且沒有視頻監控回放等功能，有鑒于此，電毀損相關儀器需要從其他環節上嘗試深度改良，以達到拓展功能、優化參數、精準定位、動態可視的新標準。
發明內容
針對動物局部毀損實驗儀器操作難和功能少以及價位高等影響推廣等不盡人意的問題，本發明提出一種可視數字化核團刺激毀損儀，使其能夠監控和標準化操作動物的局部刺激毀損，有效減少毀損過程中的依賴操作者經驗的人為性評判，以及時間的可操控性，可顯著減少操作者的熟練度要求，顯著避免毀損中因觀察不仔細，時間掌握不好等因素影響實驗效果，大大提高動物實驗的可重復性和標準化，也可大大減少毀損實驗的動物死亡率。并且具有使用方便，體積小，成本低，功能強的優點。實現本發明目的技術方案如下本可視數字化電核團刺激毀損儀，其特征包括電源模塊、恒流源模塊，智能控制模塊以及刺激毀損電極和攝錄系統；
所述電源模塊通過開關電路將交流電轉化為設定的30v直流電源，向恒流源模塊供電；所述恒流源模塊，通過可調穩壓電路將直流轉換為可調式直流穩壓電源，并實現恒壓至恒流的自動轉換。其由電源模塊啟動，由TL431穩壓恒流將直流電信號進行調節，分別通過儀器中的保險絲電路配件實現電流過大保護和電路反接保護，同時通過不同可調電阻通過電流取樣電阻器(I歐I瓦)和電流自動調節器(TL431穩壓恒流)以實現穩定大電流和微小電流(微安級)調節；所述智能控制模塊包括刺激毀損時間設置子模塊、刺激毀損電極啟動子模塊、視頻采集啟動子模塊、刺激毀損完成提示子模塊、報警啟動子模塊、攝錄停止子模塊以及電源開閉子模塊；所述刺激毀損時間設置子模塊用于時間的設定，時間設定單位秒，最長9999秒；所述刺激毀損電極啟動子模塊在接收到電源開關開啟信號后，啟動刺激毀損電流并經電壓粗調、微調，以及時間參數確定后，，將啟動信號傳遞給損毀電極；所述視頻采集啟動子模塊在接收到刺激毀損信號后，開始啟動攝錄系統，對實驗操作毀損過程進行攝錄，可自由設置(由存儲卡容量決定)，實現本攝錄系統支持循環不間斷錄像(內存卡錄滿后可自動覆蓋最早存儲文件)和紅外夜視錄像功能內附存儲卡可實現自由插拔數據轉存； 達到刺激毀損設置時間后，也就是刺激毀損實驗完成時，向實驗操作者發出毀損完成的提示信號；所述報警啟動子模塊在接收到毀損實驗完成信號后，實驗設定毀損時間完成及啟動“滴滴”提示音；所述攝錄停止子模塊接收到實驗完成信號，也就是“滴滴”提示音后，向攝錄系統發出停止攝錄的信號；)的信號，向攝錄系統發出停止攝錄的信號；所述電源開閉子模塊在實驗完成后，操作者關閉電源開關鍵后，關閉電源。所述恒流源模塊包含防止電流過強保護模塊、線路接反保護模塊、恒流粗調模塊、恒流精調模塊、電流自動調節器、電流取樣電阻器、電流指示器以及負載。在恒流源模塊中，首先，防止電流過強保護子模塊是電刺激毀損儀運行時，為避免其承受不允許的電流應力，在超出安全運行范圍之前，能夠即刻檢測出臨界的電流狀態和潛在故障，并做出精準的響應。其次，線路接反保護子模塊是電刺激毀損儀運行時，為避免電源極性接反引起過多的熱量，導致電子模塊或負載設備出現故障，使用一個正向導通二極管來防止電流反向流動。第三，在以上兩模塊協同調節基礎上，恒流粗調子模塊和恒流精調子模塊以串行方式分別對O一額定值的輸出電流進行較寬域值和較窄域值的準確調節。第四，電流自動調節器是指在電流調節部交流電源輸出端用繼電器控制電壓，以調壓方法實現對刺激儀粗調和精調電流的進一步校正調節。第五，電流取樣電阻器是本設備中用于Power的開關電源的取樣保護與分流，通過反饋調節電流自動調節器以滿足對電流感應功能特定需求。最后，電流指示器是按模擬信號轉化為數字信號方式將上述電流輸出信號(方向、強度)予以顯示，確保負載動物按要求接受電流刺激毀損。可見，為了實現電流的可操控性，以最大可能地對動物保護和減少實驗的誤差，本發明分別采用防止電流過強造成灼傷等傷害，以及實驗者誤操作或者線路接反燒壞儀器或者造成連接電路故障線路接反保護模塊；同時為最大限度的實用好儀器，設立粗調、微調模塊。為維持實驗過程中的恒流，接入自動調節和取樣電阻以維持電流恒定，且在顯示屏上直接顯示當前的實用電流。該裝置也設計了可添加負載，以實現實驗者個人的需求，比如溫度顯示等實驗監控參數。本發明的各部分的功能及其信號關系為首先通過電源模塊實現初始交流電源向額定低壓直流電源的轉換，其中變壓器將220 V市電轉換為設定的低壓電源，通過整流濾波電路將其轉換為直流；其次恒流源模塊進一步通過可調穩壓電路將其轉換為可調式直流穩壓電源；確保實現恒壓至恒流的自動轉換；第三，智能控制模塊中采用單片機進行時間設定、顯示、攝像控制、報警控制等功能。通過以上功能層級驅動，最終完成電刺激毀損以及全過程的實時攝錄。本儀器中的智能控制模塊可以采用計時編程和攝錄系統線路改裝，具有很強的數據控制功能，可用于最長9999秒的時間數據設定，，攝錄采集系統可實現信號采集，數據存儲及數據傳輸，并且體積小，功耗低，價格便宜，適用于開發便攜式的數字醫療儀器。另外，恒流器模塊采用的電流自動調節和指示，具有電流調節精確、微細，而且動態范圍大、靈敏度高、溫度系數小等特性。本發明采用TL431穩壓恒流調控，具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低廉等優點，滿足電流微細調控的需要。通過采用上述方案，本儀器可對直流點毀損進行智能化控制，實現精確時間設定，同時視頻數據采集，提高了實驗操作的精確性并有利于實驗過程的標準、分析；同時也克服依賴操作者經驗的人為性評判所致的專業性。因此，該儀器不但可以實現精確操作控制，還具有存儲裝置，也有利于其他實驗的視頻信息采集；具有使用方便，體積小，成本低，功能強的優點。為動物實驗操作、評估提供了較好的輔助手段。
圖1示出了本數字刺激毀損儀的原理框圖；圖2示出了本數 字刺 激毀損儀的智能控制模塊的組成框圖；圖3示出了恒流源模塊的電路4示出了定位連續冠狀冰凍切片檢測(大體)；圖5示出了組織毀損定位病理檢測(HE染色)；圖6示出了大鼠杏仁核毀損定位(大體)；圖7示出了大鼠下丘腦毀損連續切片病理檢測(大體，Bregma + O. 2 一1. 4，亞鐵氰化鉀染色);圖8示出了大鼠下丘腦毀損連續切片病理檢測(Bregma+ 0.2 一1. 4，HE染色，低倍鏡IOX);圖9示出了豚鼠海馬神經元在電刺激前后放電活動。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述參照圖1，本發明的數字化可視毀損儀由電源模塊、恒流源模塊，智能控制模塊以及刺激毀損電極和視頻攝錄系統組成。下面結合圖1和圖2，對每部分進行詳細說明所述電源模塊通過開關電路將交流電轉化為設定的30v直流電源，向恒流源模塊供電；所述恒流源模塊，由電源模塊啟動，由TL431穩壓恒流將直流電信號進行調節，分別通過儀器中的保險絲電路配件實現電流過大保護和電路反接保護，同時通過不同可調電阻通過電流取樣電阻器(I歐I瓦)和電流自動調節器(TL431穩壓恒流)以實現穩定大電流和微小電流(微安級)調節；所述智能控制模塊包括刺激毀損時間設置子模塊、刺激毀損電極啟動子模塊、視頻采集啟動子模塊、刺激毀損完成提示子模塊、報警啟動子模塊、攝錄停止子模塊以及電源開閉子模塊；所述刺激毀損時間設置子模塊用于時間的設定，時間設定單位秒，最長9999秒；所述刺激毀損電極啟動子模塊在接收到電源開關開啟信號后，啟動刺激毀損電流、電壓粗調、微調扭設定參數，以及時間扭設定信號后，將啟動信號傳遞給損毀電極；所述視頻采集啟動子模塊在接收到毀損信號后，開始啟動攝錄系統，對實驗操作毀損過程進行攝錄，可自由設置(由存儲卡容量決定)，實現本攝錄系統支持循環不間斷錄像(內存卡錄滿后可自動覆蓋最早存儲文件)和紅外夜視錄像功能內附存儲卡可實現自由插拔數據轉存；達到損毀設置時間 后，也就是損毀實驗完成時，向實驗操作者發出毀損完成的提不信號；所述報警啟動子模塊在接收到毀損實驗完成信號后，實驗設定毀損時間完成及啟動“滴滴”提示音；所述攝錄停止子模塊接收到實驗完成信號，也就是“滴滴”提示音后，向攝錄系統發出停止攝錄的信號；所述電源開閉子模塊在實驗完成后，操作者關閉電源開關鍵后，關閉電源。參見圖3，恒流源模塊可采用以下具體電路實現形式220V市電通過電源開關SI和保險器FUl連接到變壓器的輸入端，經過變壓后分別輸出18V、8V、10V、3V、中間抽頭的I O V五組電壓，為了降低三端穩壓器芯片LM317T的功耗提高電源效率，采用了 2個繼電器的3級換檔電路；經過換檔輸出依次得到8Vac、18 Vac,26 Vac電壓，經過整流，濾波后對應得到11. 3V、25. 5V、36. 8V三檔電壓。由三端穩壓管Ul (LM317T)、電阻R100、電阻R101、電位器WlOO組成典型穩壓電路，二極管D5、二極管D4構成LM317T防短路保護電路。變壓器3V繞組經過整流濾波后得到4. 2V左右的直流電壓，該電壓正端與地相連形成負電壓，通過限流電阻RllO加在可調式精密并聯穩壓器U3(TL431)上，三極管Q1、運算放大器U2、電阻R103、電位器RWlOl等構成恒壓至恒流自動轉換電路。本儀器的操作過程如下首先以刺激損毀電極通過定位儀放置于預毀損核團或者組織，電極由針灸針烤制而成，刺激毀損電極為鉬金材質。通過電源模塊以30V直流電源，將交流電轉化為設定的直流電源；通過變壓器將220 V市電轉換為30 V低壓電源，再通過整流濾波電路將其轉換為直流，再通過可調穩壓電路將其轉換為可調直流穩壓電源。通過恒流源模塊實現恒流功能和恒流調節功能。將直流電信號進行調節，分別通過儀器中的保險絲，電路配件實現電流過大保護和電路反接保護；同時通過不同可調電阻通過電流取樣電阻器(I歐I瓦)，和電流自動調節器(TL431穩壓恒流)，以實現穩定大電流和微小電流(微安級)調節。再次通過智能控制模塊實現時間設定(通過8051單片機加編碼器，是我們按微波爐計時器的原理設計的，8051單片機在本儀器中實現了定時時間設置，計時調節，計時暫停，計時清零等，啟動電擊，停止電極，啟動停止攝像，啟動報警等功能)，自編程序(不僅僅是定時程序，包括了 8051單片機的所有功能都是通過程序實現的)，可實現最大9999秒的時間設定。同時攝錄系統啟動，實現對實驗操作毀損過程實時攝錄。當實驗設定毀損時間到達，報警啟動裝置，發出“滴滴”提示音，攝錄自動停止。具體實施效果實施例1 :以大鼠海馬神經元單位放電后神經元定位實驗SD大鼠5只，雄性，體重210 土 26 g。實驗手術大鼠以20%烏拉坦`腹腔麻醉后(1000 mg/kg),固定于腦立體定位儀開頡,按大鼠腦立體定位圖譜于左側海馬對應的顱骨部位鉆孔，在解剖顯微鏡下掀去硬腦膜，供插入記錄電極使用。海馬探查的范圍是CAl區(BregmaP:2. 5，L:2. 5, H: 3mm), CA3區(BregmaP3. 5, L:3^3. 5, H: 4mm)。動物至于保溫袋上，體溫維持在38°C左右。細胞外微電極記錄解剖顯微鏡下掀去硬腦膜，用微電極推進器將充灌IM醋酸鈉加2%滂胺天藍溶液的玻璃微電極緩慢推入大鼠海馬CAl區(Bregma P: 3.3，L: 2，H: 2_3mm)或CA3區(Bregma P: 3.3，L: 2.5，H: 4mm),作細胞外記錄。電極尖端直徑約I μ m,直流電阻3 5ΜΩ。微電極引導的電活動經微電極放大器(NIHON KOHDEN MEZ-8300)用PowerLab/ 8sp (ADInstrument)系統采集分析。軟件為CHART5. 1，采樣頻率為20 kHz，同步監聽放電信號。在無外界刺激情況下穩定記錄放電在300 1000秒作為自發放電。組織定位及神經病理染色所有實驗完畢后，應用該裝置配合實驗所用的玻璃電極通以微調10 μΑ直流電(接負極)，定時10秒，同步攝錄行微電泳定位，視頻采集動物的行為表現，有輕微的身體顫動。操作提示音后，隨后回放對照標準的毀損動物表現，確認操作無失誤后，將動物以I %戊巴比妥鈉深麻醉，取腦組織固定于4%甲醛溶液中。隨后作連續冰凍切片，檢查藍點標記的微電極尖端位置及毀損部位。各組標本做HE染色，觀察形態學變化。大體冰凍切片結果顯示毀損組織連續、均勻，定位準確。HE病理染色顯示毀損部位細胞壞死，成空腔或者空洞，壞死完全，范圍無擴大。實施例2 以大鼠下丘腦核團毀損模擬丘腦腦垂體腎上腺軸功能失調的實驗SD大鼠8只，雄性，體重250 土 15g。實驗手術大鼠以腹腔注射戊巴比妥鈉(40 mg/Kg)麻醉后，固定于SN-2型腦立體定向儀(Narishige,日本)上,前囟較后囟高I mm。無菌條件下,取前囟周圍區域切開皮膚,分離骨膜，以30%過氧化氫消毒止血，廓清視野，并標示前囟中線。于前囟后、中線旁約2 mm位置鉆孔取骨、止血。按照大鼠腦立體定向圖譜確定毀損點，以電毀損儀并行雙側對稱直流電毀損，下丘腦前部毀損靶點為B— O. 8 mm，中線旁0.8臟，深7.7 mm ;下丘腦后部毀損靶點為B — 2. 2 mm，中線旁O. 8 mm，深8. 5 mm。刺激參數為電流O. 65 mA,時間30 S。正常對照組大鼠僅切開頭皮，假手術大鼠除未施以電刺激以外，其余操作同下丘腦毀損步驟。刺激完畢后抽出玻璃電極，常規止血、消毒后，以牙科水泥封固創面，逐層縫合后回籠飼養，觀察生命體征的變化。核團定位及病理學鑒定染色下丘腦毀損鑒定是以含3%亞鐵氰化鉀的多聚甲醛溶液固定全腦48 h，連續冰凍切片并行蘇木素一伊紅(HE)染色。結果顯示下丘腦毀損大鼠在每次電刺激毀損時軀體抖動I次。麻醉蘇醒后，大鼠呈躁狂狀態，約2小時左右回復，精神萎靡，進食及飲水減少，個別大鼠有過度攝食表現，約2天后恢復。傷后相應時間點處死動物，固定全腦并以亞鐵氰化鉀染色后，陽性毀損區域呈深藍色，自前囟前O. 2 mm開始動態切片觀察。HE染色見毀損區域呈橢圓形空洞或腦組織有液化性壞死。 綜上所述，可視數字化電核團毀損/刺激儀，有效提高實驗操作的精確度和功能多樣化，具有良好的開發前景，尤其對珍貴組織動物和減少動物使用量可顯著減少操作者的熟練度要求，顯著避免毀損中因觀察不仔細，時間掌握不好等因素影響實驗效果，大大提高動物實驗的可重復性和標準化，也可大大減少毀損實驗的動物死亡率。并且具有使用方便，體積小，成本低，功能強的優點，無疑是一種理想的選擇。實施例3 :豚鼠海馬神經元電刺激實驗健康3 4周齡豚鼠8只，體重150 200 g,雌雄不限。ML408雙道生物電放大器(澳大利亞AD Instrument)P0WERLAB生理多導記錄儀表(澳大利亞AD Instrument)CHART5. O 軟件包豚鼠以1%戊巴比妥鈉腹腔麻醉后(40 mg/kg)，固定于腦立體定位儀開顱，按Adele豚鼠腦立體定位圖譜于左側海馬對應的顱骨部位鉆孔，在解剖顯微鏡下掀去硬腦膜，供插入記錄電極使用。海馬探查的范圍是CAl區(Bregma P: 3.0，L: 2.5，H: 5mm),CA3區(Bregma P: 3.0，L: 4 4. 5，H: 6mm)。動物至于保溫袋上，體溫維持在37°C左右。采用毀損刺激儀作為刺激，強度±2 V，波寬O. 11 ms，頻率100 Hz，串長100 ms強度持續100 ms，觀察海馬神經元在刺激前后放電改變，參見圖9。經使用證實，使用可視數字化電毀損刺激儀，可適用于常規醫學動物組織定位和毀損實驗、組織刺激等各種臨床和基礎實驗研究，具有廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種可視數字化電核團刺激毀損儀，其特征包括電源模塊、恒流源模塊、智能控制模塊以及刺激毀損電極和攝錄系統；所述電源模塊通過開關電路將交流電轉化為設定的30V直流電源，向恒流源模塊供電；所述恒流源模塊，通過可調穩壓電路將直流轉換為可調式直流穩壓電源，并實現恒壓至恒流的自動轉換，連接智能控制模塊；所述智能控制模塊包括毀損時間設置子模塊、刺激毀損電極啟動子模塊、視頻采集啟動子模塊、刺激毀損完成提示子模塊、報警啟動子模塊、攝錄停止子模塊以及電源開閉子模塊；所述刺激毀損時間設置子模塊用于同時進行三組不同時間的設定，時間設定單位分和秒，最長9999秒；所述刺激毀損電極啟動子模塊將啟動信號傳遞給刺激毀損電極；模塊在接收到電源開關開啟信號后，啟動刺激毀損電流并經電壓粗調、微調，以及時間參數確定后，將啟動信號傳遞給損毀電極；所述視頻采集啟動子模塊在接收到刺激毀損信號后，開始啟動攝錄系統，對實驗操作毀損過程進行攝錄；所述刺激毀損完成提示子模塊在達到損毀設置時間后，也就是損毀實驗完成時，向實驗操作者發出刺激毀損完成的提示信號；所述報警啟動子模塊在接收到刺激毀損實驗完成信號后，實驗設定刺激毀損時間完成及啟動“滴滴”提示音；所述攝錄停止子模塊接收到實驗完成信號，也就是“滴滴”提示音后，向攝錄系統發出停止攝錄的信號；所述電源開閉子模塊在實驗完成后，操作者關閉電源開關鍵后，關閉電源。
2.根據權利要求1所述的可視數字化電核團刺激毀損儀，其特征在于所述恒流源模塊是采用電流自動調節器對直流電信號進行調節，分別通過保險絲電路配件實現電流過大保護和電路反接保護，同時通過不同可調電阻、電流取樣電阻器和電流自動調節器實現穩定大電流和微小電流調節；恒流源模塊具體包含防止電流過強保護子模塊、線路接反保護子模塊、恒流粗調子模塊、恒流精調子模塊、電流自動調節器、電流取樣電阻器、電流指示器以及負載。
3.根據權利要求2所述的可視數字化電核團刺激毀損儀，其特征在于所述電流自動調節器采用TL431穩壓恒流電路。
全文摘要
可視數字化電核團刺激毀損儀，包括電源模塊、恒流源模塊，智能控制模塊以及刺激毀損電極和攝像系統裝置。智能控制模塊主要是包含有毀損時間設置、啟動毀損電極工作、完成毀損提示、報警信號啟動、視頻采集啟動以及電源開閉。而恒流源則是包含防止電流過強保護、線路接反保護、恒流粗調、恒流精調、電流自動調節器和電流取樣電阻器、電流指示器以及可添加負載組成。與現有的同類儀器相比，采用了高壓可調電流直接損毀或刺激實驗動物腦神經、核團以及實驗所需組織部位，同時可實現視頻監控和回放、定時提醒等功能，儀器結構簡單，功能較全，生產低廉，實驗安全可靠。
文檔編號A61N1/20GK103041501SQ20121044762
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者楊策, 高潔, 車興平, 蔣建新, 王海燕, 尹志勇, 周繼紅, 王正國 申請人:中國人民解放軍第三軍醫大學第三附屬醫院