SD大鼠数字解剖数据集研究

论文摘要

如今实验动物已经成为遗传学、疾病以及药物开发等研究领域最基本的研究工具之一。为了方便各种生物学信息的共享和整合,同时出于对动物生存权利及动物福利的考虑,小动物的结构与功能信息的数字化已经成为国内外各研究机构的研究热点。数字解剖数据集以其更加准确的、直观的、图形化表示方法等具有广泛应用价值的特点,引起了越来越多的科研人员的关注。本文通过对不同断层解剖数据获取方式分析、对比,基于冰冻断层技术搭建了适于小动物研究的断层解剖成像系统。以SD大鼠为例,构建了SD大鼠断层解剖数据集,对断层解剖数据集的构建方法、工艺路线、技术参数选择、可能出现的问题及其解决方法进行了系统的研究。并且基于SD大鼠断层解剖数据集,构建了SD大鼠数字解剖数据集,并对其技术方案和构建技术进行了深入的研究。课题主要实验结果和结论如下所示:(1)基于冰冻铣削技术搭建了适于小动物研究的断层解剖成像系统,技术参数为:断层切削设备的最小进给量为0.001 mm,重复定位精度为0.01/300 mm。该系统具有如下特点,大体积样品成像;空间分辨率高;侵入型成像方法;断层图像具有生物样品原有的组织纹理、颜色等细节信息。该系统可以获得小动物的精确结构信息,为小动物研究提供了一种新的、有效的手段。(2)本文以两只成年SD大鼠为例,叙述了断层解剖成像的实验过程。并且基于适于小动物研究的断层解剖成像系统,获取了SD大鼠断层解剖数据集(体素尺寸为20μm×20μm×20μm,图像分辨率为4,600×2,580×24 bit,BMP格式,共9475张,314.68 GB)和血管灌注的SD大鼠断层解剖数据集(体素尺寸为20μm×20μm×100μm,图像分辨率为4,917×3,446×24 bit,BMP格式,共1646张,77.9 GB)。(3)探讨了构建数字解剖数据集的技术方案和构建技术,并且基于SD大鼠断层解剖数据集和血管灌注的SD大鼠断层解剖数据集,构建了SD大鼠数字解剖数据集,获得了高精度的SD大鼠三维解剖结构模型及动脉系统结构模型,具有广泛的教育及应用价值。(4)“Visual Rat Atlas”和“Visual Rat Explorer”分别显示SD大鼠的不同截面的系列断层图像、解剖图谱和SD大鼠的三维解剖结构模型。软件的使用使得研究人员能够方便的对数字解剖数据集进行分析和计算,是一种方便实用的研究工具。研究证明适于小动物研究的断层解剖成像系统,为小动物结构信息研究提供了一种有效的手段。基于该系统构建的数字解剖数据集可以作为一个框架整合更多生物学信息,研究不同层次、不同水平的生物学信息,为小动物研究及其在生物医学研究中提供了应用模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 实验动物在生物医学发展中的意义及应用
• 1.2 数字解剖数据集
• 1.3 小动物数字解剖数据集国内外概况
• 1.4 本文研究内容
• 2 适于小动物研究的断层解剖成像系统
• 2.1 引言
• 2.2 系统设计原理
• 2.3 系统设备硬件选择
• 2.4 实验设计
• 2.5 实验结果
• 2.6 讨论及小结
• 3 SD 大鼠断层解剖数据集构建
• 3.1 引言
• 3.2 实验动物选择
• 3.3 样品预处理
• 3.4 断层解剖成像系统设置
• 3.5 SD 大鼠断层解剖数据集
• 3.6 血管灌注的SD 大鼠断层解剖数据集
• 3.7 讨论及小结
• 4 SD 大鼠数字解剖数据集构建
• 4.1 引言
• 4.2 图像配准
• 4.3 图像分割
• 4.4 三维建模
• 4.5 讨论及小结
• 5 总结及展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表论文目录