本發(fā)明涉及生物控制領(lǐng)域，尤其是基于鯉魚顱骨特征建立空間坐標(biāo)系，借助磁共振掃描確定鯉魚腦刺激電極植入位點(diǎn)坐標(biāo)并為腦刺激電極的植入進(jìn)行導(dǎo)航的方法。

背景技術(shù)：

動物機(jī)器人因其具有靈活性和隱蔽性等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界新興的前沿高科技領(lǐng)域。動物機(jī)器人在生態(tài)環(huán)境研究、搶險救災(zāi)、軍事國防、工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有著潛在的廣闊的應(yīng)用前景。早在上世紀(jì)國際上就開始了動物機(jī)器人的研究，如日本的螳螂機(jī)器人、金魚機(jī)器人和美國的大鼠機(jī)器人、猴子機(jī)器人、鯊魚機(jī)器人以及俄羅斯的海龜機(jī)器人，都可以基本實(shí)現(xiàn)指定的動作控制；近年來國內(nèi)也在這一領(lǐng)域有所發(fā)展，典型的有大鼠機(jī)器人、鴿子機(jī)器人、大壁虎機(jī)器人、家兔機(jī)器人和鯉魚機(jī)器人等，國內(nèi)外大多數(shù)動物機(jī)器人主要是應(yīng)用腦控技術(shù)進(jìn)行行為控制的。

腦是高級神經(jīng)中樞，運(yùn)動行為是由腦運(yùn)動區(qū)所控制的，所以刺激電極植入腦運(yùn)動區(qū)的精確程度則是決定動物機(jī)器人行為控制成敗的關(guān)鍵因素。在實(shí)驗(yàn)方面，保證對中樞神經(jīng)損傷最小的前提下，將微電極或者導(dǎo)管有目的地植入腦的相應(yīng)結(jié)構(gòu)中，這類定向安置技術(shù)就是腦立體定位技術(shù)。腦立體定位技術(shù)在腦組織內(nèi)進(jìn)行電刺激、記錄細(xì)胞電位放射、微量注射以及灌流技術(shù)等方面，是不可或缺而且關(guān)乎成敗的重要環(huán)節(jié)。

磁共振成像(magneticresonanceimaging，mri)是當(dāng)今世界在研究腦組織結(jié)構(gòu)和功能方面的一種先進(jìn)的非侵害性醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，其原理是利用射頻脈沖激發(fā)處于磁場中的原子核(如氫核)，再利用原子核退激弛豫時釋放的能量成像。mri具有分辨率高、成像參數(shù)多、可對任意層面選層、可以反映生物體組織的生理生化信息等優(yōu)點(diǎn)；此外，mri技術(shù)對于被測物體是沒有電離福射損傷的，能夠不經(jīng)外部的破壞在完全無損的條件下快速、準(zhǔn)確地探測被測物體的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功能等內(nèi)部信息，得到被測物體的內(nèi)部影像。而傳統(tǒng)的應(yīng)用腦立體定位儀的定位方法，增大了空間定位時的誤差，準(zhǔn)確度相對低。因而相比較傳統(tǒng)的腦立體定位技術(shù)，磁共振成像技術(shù)在腦成像、為刺激電極植入腦組織進(jìn)行定位和導(dǎo)航方面具有比較可靠的應(yīng)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種能夠?yàn)轷庺~水生動物機(jī)器人腦刺激電極的植入進(jìn)行定位和導(dǎo)航、也能為多種動物機(jī)器人腦刺激電極的植入提供新的定位和導(dǎo)航手段的借助磁共振定位和導(dǎo)航的鯉魚顱腦電極植入方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述方法包括以下步驟：

步驟1，選擇成年健康鯉魚，對鯉魚進(jìn)行麻醉；

步驟2，在鯉魚第一片魚鱗即軀干與鯉魚頭部交接處做冠狀劃痕；

步驟3，根據(jù)鯉魚顱骨骨性標(biāo)志，建立空間坐標(biāo)系；

步驟4，進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，確定掃描平面、層厚、層數(shù)和視野等參數(shù)；

步驟5，在矢狀位磁共振圖像中測量兩眼球連線中點(diǎn)到冠狀劃痕的距離；

步驟6，在軸狀位磁共振圖像中測量兩眼球連線中點(diǎn)到電極植入位點(diǎn)的距離；

步驟7，結(jié)合掃描層厚和電極植入位點(diǎn)所在圖像的層數(shù)，確定電極植入位點(diǎn)在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；

步驟8，將電極植入到刺激位點(diǎn)；

步驟9，再次進(jìn)行磁共振掃描，在定位項(xiàng)定義軸狀掃描平面，驗(yàn)證電極植入位點(diǎn)是否準(zhǔn)確。

進(jìn)一步的，步驟1中，選擇體長即從吻部到軀干最后一片魚鱗的長度為33.12±1.62cm、體重為0.97±0.11kg的成年健康鯉魚15尾；將鯉魚置于濃度為0.36g/l丁香酚溶液中進(jìn)行藥浴麻醉，取出平放于紗布，將鯉魚軀體的水跡擦干，固定在專用固定槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述步驟3的具體內(nèi)容為：以頭部與軀干交界處第一片魚鱗所處做一道劃痕，使得痕跡清晰且能在磁共振中成像，并將第一魚鱗所處位置確定為空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)o；確定原點(diǎn)后，以顱骨表面兩眼之間連線中點(diǎn)與原點(diǎn)的連線定義為y軸，正方向指向吻部；以過原點(diǎn)平行于冠狀縫的直線定義為x軸，正方向指向軀體左側(cè)；以過原點(diǎn)垂直于xoy平面的垂線定義為z軸，正方向指向腹部；從而建立空間坐標(biāo)系。

進(jìn)一步的，步驟4中，將鯉魚用紗布包裹，固定在mri成像系統(tǒng)的8通道膝關(guān)節(jié)線圈內(nèi)；鯉魚呈俯臥位，頭先進(jìn)，進(jìn)床前使mri成像系統(tǒng)的掃描十字線對準(zhǔn)顱腦中心，然后在定位項(xiàng)圖像中確定矢狀位掃描平面；掃描時，矢狀位掃描平面與yoz平面平行，矢狀位成像mr獲取方式為3d，成像序列選用t2wi快速自旋回波掃描序列，重復(fù)時間tr＝750ms，回波時間te＝112ms，層厚為0.8mm，層數(shù)為72，視野fov為200×200mm²，空間分辨率為512×512，旋轉(zhuǎn)角度fa＝170°，平均次數(shù)nex＝1，回波鏈長度etl＝21，獲取時間ta＝442s。

進(jìn)一步的，步驟4中，在矢狀位掃描平面中確定軸狀位掃描平面；軸狀位掃描時，將軸狀位掃描平面與xoy平面平行，并使視野框的上邊界與顱骨表面的y坐標(biāo)軸吻合，軸狀位成像mr獲取方式為3d，成像序列選用t2wi自旋回波序列，重復(fù)時間tr＝1000ms，回波時間te＝131ms，層厚為0.5mm，層數(shù)為56，視野fov為119×119mm²，空間分辨率為512×512，旋轉(zhuǎn)角度fa＝120°，平均次數(shù)nex＝2，回波鏈長度etl＝65，獲取時間ta＝256s；矢狀位掃描時，使矢狀位掃描平面與yoz平面平行；冠狀位掃描時將冠狀位掃描平面設(shè)置成與xoz平面平行的平面。

進(jìn)一步的，步驟7中，確定腦刺激電極植入位點(diǎn)在空間坐標(biāo)系中的x、y、z的坐標(biāo)值，在矢狀位圖像上，眼球中心距冠狀劃痕的距離記為d1；在軸狀位圖像上，兩眼之間連線到電極植入位點(diǎn)垂直距離記為d2，則其縱坐標(biāo)y＝d1-d2；兩眼連線中點(diǎn)與原點(diǎn)的連線到電極植入位點(diǎn)的距離為d3，則其橫坐標(biāo)x＝d3；若確定電極植入位點(diǎn)所在層數(shù)為n，軸狀面掃描層厚為smm，則z＝n*s；從而獲得刺激電極在腦組織中植入位點(diǎn)的空間坐標(biāo)(x,y,z)＝(d3,d1-d2,n*s)。

進(jìn)一步的，步驟8中，根據(jù)測量的坐標(biāo)值，用開顱鉆在對應(yīng)位置鉆一直徑為1mm的圓孔，應(yīng)用腦立體定位儀將電極按照垂直于顱骨表面的方向經(jīng)圓孔植入到腦組織內(nèi)的目標(biāo)位點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用磁共振預(yù)掃描定位腦組織，在不開顱的前提下利用mri優(yōu)秀的圖像性能，準(zhǔn)確獲取鯉魚腦組織相對于顱骨的尺度參數(shù)，相比傳統(tǒng)的應(yīng)用腦立體定位儀定位方法，減小了因動物的個體差異、體位多變性以及人為因素等方面帶來的定位誤差。

2、在鯉魚第一片魚鱗處(頭部與軀干交接處)處所做的冠狀劃痕，提供了在每層軸狀磁共振序列內(nèi)將組織位點(diǎn)轉(zhuǎn)換到體外空間坐標(biāo)系的方法，也是空間坐標(biāo)系在不同方位圖像上聯(lián)系的紐帶。

3、采用與xoy坐標(biāo)平面平行的斜軸狀位磁共振掃描方法，將軸狀圖像內(nèi)電極植入位點(diǎn)的位置轉(zhuǎn)換到空間坐標(biāo)系中，使體位定位和電極植入更加精確。

4、不僅能夠?yàn)轷庺~水生動物機(jī)器人腦刺激電極的植入進(jìn)行定位和導(dǎo)航，而且也能為多種動物機(jī)器人腦刺激電極的植入提供新的定位和導(dǎo)航手段。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法中未做冠狀劃痕時矢狀位核磁成像圖。

圖2是本發(fā)明方法中所做冠狀劃痕的矢狀位核磁成像圖。

圖3是本發(fā)明方法中基于鯉魚骨性標(biāo)志建立的xoy平面直角坐標(biāo)系。

圖4是本發(fā)明方法中基于鯉魚骨性標(biāo)志建立的yoz平面直角坐標(biāo)系。

圖5是本發(fā)明方法在矢狀位磁共振圖像中電極植入針道圖。

圖6是本發(fā)明方法在矢狀位磁共振圖像中內(nèi)側(cè)眼球中心到冠狀劃痕的距離圖。

圖7是本發(fā)明方法在軸狀位磁共振圖像中電極植入位點(diǎn)與坐標(biāo)變換示意圖。

附圖標(biāo)號：d1為眼球中心到冠狀劃痕的距離；d2為兩眼之間連線到電極植入位點(diǎn)的距離；d3為兩眼連線中點(diǎn)與原點(diǎn)的連線到電極植入位點(diǎn)的距離；1為冠狀劃痕；2為矢狀位磁共振圖像中電極植入針道；3為軸狀位磁共振圖像中電極植入位點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

本發(fā)明所述方法包括以下步驟：

步驟1，選擇成年健康鯉魚，對鯉魚進(jìn)行麻醉；

步驟2，在鯉魚第一片魚鱗即軀干與鯉魚頭部交接處做冠狀劃痕；

步驟3，根據(jù)鯉魚顱骨骨性標(biāo)志，建立空間坐標(biāo)系；

步驟4，進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，確定掃描平面、層厚、層數(shù)和視野等參數(shù)；

步驟5，在矢狀位磁共振圖像中測量兩眼球連線中點(diǎn)到冠狀劃痕的距離；

步驟6，在軸狀位磁共振圖像中測量兩眼球連線中點(diǎn)到電極植入位點(diǎn)的距離；

步驟7，結(jié)合掃描層厚和電極植入位點(diǎn)所在圖像的層數(shù)，確定電極植入位點(diǎn)在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；

步驟8，將電極植入到刺激位點(diǎn)；

步驟9，再次進(jìn)行磁共振掃描，在定位項(xiàng)定義軸狀掃描平面，驗(yàn)證電極植入位點(diǎn)是否準(zhǔn)確。

實(shí)施例1：

具體步驟如下：

1、選擇體長(從吻部到軀干的最后一片魚鱗)為33.12±1.62cm，體重為0.97±0.11kg的成年健康鯉魚15尾。

2、將鯉魚置于濃度為0.36g/l丁香酚溶液中進(jìn)行藥浴麻醉，取出平放于紗布，將鯉魚軀體的水跡擦干，固定在專用固定槽內(nèi)。

3、結(jié)合圖1和圖2所示，將鯉魚在第一片魚鱗處(頭部與軀干交界處)劃一道痕跡，將其所處位置設(shè)為空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)，記為o。

4、如圖3所示，基于鯉魚骨性標(biāo)志建立空間坐標(biāo)系確定原點(diǎn)o后，以顱骨表面兩眼之間連線中點(diǎn)與原點(diǎn)o的連線定義為y軸，正方向指向吻部；以過原點(diǎn)o平行于冠狀縫的直線定義為x軸，正方向指向軀體左側(cè)；如圖4所示，以過原點(diǎn)o垂直于xoy平面的垂線定義為z軸，正方向指向腹部。

5、將鯉魚用紗布包裹，固定在mri成像系統(tǒng)的8通道膝關(guān)節(jié)線圈內(nèi)。鯉魚呈俯臥位，頭先進(jìn)，進(jìn)床前使mri成像系統(tǒng)的掃描十字線對準(zhǔn)顱腦中心，然后在定位項(xiàng)圖像中確定矢狀位掃描平面。掃描時，矢狀位掃描平面與yoz平面平行，矢狀位成像mr獲取方式為3d，成像序列選用t2wi快速自旋回波掃描序列，重復(fù)時間tr＝750ms，回波時間te＝112ms，層厚為0.8mm，層數(shù)為72，視野fov為200×200mm²，空間分辨率為512×512，旋轉(zhuǎn)角度fa＝170°，平均次數(shù)nex＝1，回波鏈長度etl＝21，獲取時間ta＝442s。

6、在矢狀位掃描平面中確定軸狀位掃描平面。掃描時，將軸狀位掃描平面與xoy平面平行，并使視野框的上邊界與顱骨表面的y坐標(biāo)軸吻合，軸狀位成像mr獲取方式為3d，成像序列選用t2wi自旋回波序列，重復(fù)時間tr＝1000ms，回波時間te＝131ms，層厚為0.5mm，層數(shù)為56，視野fov為119×119mm²，空間分辨率為512×512，旋轉(zhuǎn)角度fa＝120°，平均次數(shù)nex＝2，回波鏈長度etl＝65，獲取時間ta＝256s。

7、如圖5和7所示，在矢狀位和軸狀位磁共振圖像中，測量鯉魚顱腦內(nèi)部電極植入位點(diǎn)的坐標(biāo)；如圖6所示，在矢狀位磁共振圖像中，測得眼球中心到冠狀劃痕的距離d1＝32.5mm；如圖7所示，在軸狀位磁共振圖像中，測得兩眼間連線到電極植入位點(diǎn)距離d2＝37.1mm，則電極植入位點(diǎn)的縱坐標(biāo)y＝d1-d2＝32.5-37.1＝-4.6mm，位于y坐標(biāo)軸負(fù)方向；兩眼連線中點(diǎn)與原點(diǎn)o的連線到電極植入位點(diǎn)的距離為d3＝2.0mm，且位于鯉魚軀體左側(cè)，則電極植入位點(diǎn)的橫坐標(biāo)x＝l＝2.0mm；電極植入位點(diǎn)所在軸狀位序列層數(shù)為n＝36，軸狀面掃描層厚為s＝0.5mm，則z＝n*s＝36*0.5＝18.0mm；從而獲得腦刺激電極植入的目標(biāo)位點(diǎn)在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x,y,z)＝(-4.6,2.0,18.0)。

8、將鯉魚從磁共振設(shè)備取下，根據(jù)測量的坐標(biāo)值，用開顱鉆在對應(yīng)位置鉆一直徑為1mm的圓孔，應(yīng)用腦立體定位儀將電極按照垂直于顱骨表面的方向經(jīng)圓孔植入到腦組織內(nèi)的目標(biāo)位點(diǎn)。

9、再將鯉魚進(jìn)行軸狀位方向磁共振成像，掃描參數(shù)和上述預(yù)掃描參數(shù)相同。

10、通過查看圖像中電極尖端的坐標(biāo)值，與之前植入目標(biāo)的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，驗(yàn)證電極植入的準(zhǔn)確性，如有偏差再進(jìn)行糾偏。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。