虚拟可视鼠样品制备技术研究

论文摘要

利用信息技术实现生物结构的数字化、可视化,进而达到对生物整体的精确模拟,即数字生命研究,从第一例“美国数字人”的出现,即产生了巨大的科学及社会经济效应。现在数字生命研究已成为国际上热门研究领域之一。作为数字生命研究重要的组成部分——“数字小动物”研究,相比于“数字人”的研究更具有优势,尤其针对基础研究领域。现阶段国外已开展了若干“数字小动物数据集”项目,但是国内在此领域却还存在空白。基于此,本研究在调研大量文献的基础上,选择了SD大鼠这种通用的实验小动物作为研究对象,以整体解剖的数字化研究作为突破口,摸索了相关的小动物整体切片数据集制备技术,构建了一套SD大鼠整体的数字化解剖数据集,并在此基础上开展了“虚拟可视鼠”研究。论文完成的工作如下:1、将冰冻铣削成像技术应用于小动物数据集的制备,并依据小动物的特点,从实验动物的选择、样品的制备、实验数据的采集等环节出发,对小动物整体冰冻切片数据集制备技术的关键环节进行了实验摸索。最终确定了一套较为完备的小动物整体切片数据集制备技术。冰冻铣削成像技术是目前较为常用的大生物样本整体数据集制备技术,本研究则拓宽了其应用范围,为小动物结构的数字化研究提供了新的途径;2、采用整体灌注技术,从灌注材料的选择及灌注材料的比例等角度,探索了整体灌注技术解决小动物数据集血管显示的问题。并开发了一种早期检测技术用于监测整体灌注的质量。小动物血管的数字化技术的研究则为从全新的视角探索生物脉管系统的功能提供了基础;3、在上述基础上合作完成了一套完整的大鼠整体的冰冻切片数据集及大鼠全身动脉血管的冰冻切片数据集。大鼠整体切片数据集包含9,475张横断面切片,单张切片图像的像素分辨率为0.020 mm×0.020 mm,切片厚度亦为0.020 mm,均以4,600×2,580×24 bit BMP格式存储,使得大鼠整体的冰冻切片数据集容量达到314.68 GByte;大鼠全身动脉血管的切片数据集包含断面图像的数量为1,468张,单张图像的像素精度为0.020 mm×0.020 mm,切片厚度为0.10 mm,数据集容量为77.90 Gbyte。此套数据集亦是目前为止国际上精度最高的一套大鼠全身的彩色数据集。该数据集的研制为基于大鼠的基础研究以及大鼠实验数据的整合与可视化等提供了一种很好的模板与“平台”;4、在数据集的基础上开展了“可视鼠”的研究工作。合作完成了大鼠整体冰冻切片数据集内部主要器官的分割与重建工作、大鼠整体数据集的坐标系统的构建及数据集网站的建设等研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 数字解剖数据集的概述
• 1.2 小动物数字解剖集研究进展
• 1.3 生物数据集制备技术
• 1.4 本课题研究的内容
• 2 小动物整体数据集的样品制备工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.3 整体数据集样品制备工艺
• 2.4 实验中应该注意的事项
• 3 血管灌注
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.3 小动物整体数字化血管构建的关键技术
• 3.4 讨论及小结
• 4 成年SD 大鼠数据集的制备
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.3 实验结果
• 4.4 切片集获取技术的比较
• 4.5 单一对象切片集带来的问题
• 4.6 血管灌注中的问题
• 4.7 小结
• 5 “虚拟可视鼠”的构建
• 5.1 引言
• 5.2 大鼠数据集解剖结构的描绘
• 5.3 大鼠切片集上解剖结构的三维重建
• 5.4 讨论
• 5.5 小结
• 6 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 机床彩图及操作指南
• 附录3 冷库彩图及操作指南
• 附录 4 “虚拟可视鼠”坐标系统
• 附录5 可视鼠浏览器