一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统，包括断层铣削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元；其中所述断层铣削单元包括底板，平口钳，铣刀，手动操作台和数控操作台；所述照明单元位于图像采集单元两侧，采用斜入射照明方式进行照明；所述图像采集单元位于断层铣削单元一侧，与铣刀同步上下移动；所述数据处理单元对图像采集单元采集的图像数据集进行图像处理。本实用新型专利技术可以自动化获得高空间分辨率的鱼体断层解剖数据集，基于该数据集可以借助于三维重建技术完成高空间分辨率的鱼体三维解剖结构模型的构建，实现鱼体的虚拟可视化，以便人们对鱼体进行分析、研究，进一步还可以在模型上进行各种模型实验。

【技术实现步骤摘要】
一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统
本技术涉及一种图像采集系统，特别涉及一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统。
技术介绍
当前生物体解剖结构的三维可视化成为国际上研究的热点问题。现代医学的实验起源于解剖学，近年来已经出版了一些基于断层解剖照片的人体和实验小动物的解剖图集，美国可视人计划（VHP）、欧盟虚拟生理人(VPH)项目、中国可视人（CVH）项目、爱丁堡小鼠图集项目（EMAP）、华中科技大学数字鼠项目等。传统的解剖数据集的构建包括切片、着色和显微照片记录三个步骤，通过一系列的断层解剖图像来获得生物体的内部解剖结构信息。但是，仅仅依靠一系列的二维断层解剖图像，研究者们很难直接在脑海中形成生物样本的解剖结构的三维立体图像，同时也不能了解解剖结构在生物体内部的位置以及不同解剖结构之间的相对空间关系。而且，不同个体的、不同阶段的、不同数据获取方式的或以不同截面进行切片获取的解剖数据集很难在一起互相进行对比、分析和融合。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种自动化程度高、空间分辨率高的鱼体的冷冻铣削解剖成像系统。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统，其包括断层铣削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元；其中所述断层铣削单元包括底板，平口钳，铣刀，手动操作台和数控操作台，将鱼体冰冻包埋标本放置于平口钳上，铣刀下方，铣刀用于对鱼体冰冻包埋标本进行铣削，手动操作台用于手动控制断层切削单元调节铣刀低精度上下移动，数控操作台用于自动控制断层切削单元，自动调节铣刀高精度上下移动（Z方向）以及底板的水平方向移动（X方向和Y方向），对鱼体冰冻包埋标本进行高精度数控铣削；所述照明单元位于图像采集单元两侧，采用斜入射照明方式进行照明；所述图像采集单元位于断层铣削单元一侧，与铣刀同步上下移动；所述数据处理单元对图像采集单元采集的图像数据集进行图像处理。进一步地，所述的照明系统包含两个LED灯，采用斜入射照明方式进行照明。进一步地，所述的图像采集单元为高分辨率数字相机。进一步地，所述的数据处理单元对图像采集单元采集的图像数据集进行图像处理包括预处理和三维重建，实现基于鱼体连续体的数字化虚拟生理鱼建模。本技术的有益效果如下：本技术可以自动化获得高空间分辨率的鱼体断层解剖数据集，基于该数据集可以借助于三维重建技术完成高空间分辨率的鱼体三维解剖结构模型的构建，实现鱼体的虚拟可视化，以便人们对鱼体进行分析、研究，进一步还可以在模型上进行各种模型实验。本技术结构简单，使用方便，自动化程度高。附图说明图1为本技术具体的结构示意图。其中，1-底板，2-平口钳，3-铣刀，4-手动操作台，5-数控操作台，6-LED灯一，7-LED灯二，8-高分辨率数码相机，9-相机固定支架，10-计算机，11-大菱鲆冰冻包埋标本。具体实施方式为使本专利技术的内容和优点更加清晰，以下通过具体实施方案，对本技术做进一步描述。本实施例以大菱鲆这一鲆鲽类鱼为例对本技术进行详细说明。如图1所示，本技术包括断层铣削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元。所述断层切削单元，包括底板1，平口钳2，铣刀3，手动操作台4和数控操作台5。其中平口钳2固定在底板1上，可以在底板1上左右滑动；大菱鲆冰冻包埋标本11放置于平口钳2上，且位于铣刀3下方；铣刀3用于对大菱鲆冰冻包埋标本3进行铣削，最大直径为100mm；手动操作台4用于手动控制断层切削单元，调节铣刀3低精度上下移动；数控操作台5用于自动控制断层切削单元，自动调节铣刀3高精度上下移动（Z方向）以及底板1的水平方向移动（X方向和Y方向），其中X方向工作行程为500mm，Y方向工作行程为100mm，Z方向工作行程为600mm，最小进给量为0.001mm。所述照明单元位于包括LED灯一6和LED灯二7。LED灯一6和LED灯二7位于图像采集单元两侧，采用斜入射方式照向经过铣削的大菱鲆冰冻包埋标本11。所述图像采集单元包括相机固定支架9和高分辨率数码相机8。相机固定支架9用于固定相机，可以调节长度，并且可以通过手动操作台4和数控操作台5调节高度；高分辨率数码相机8用于对铣削后的大菱鲆冰冻包埋标本11进行拍照，相机分辨率5456×3632×24bitscolors，快门速度1/250s。所述数据处理单元包括计算机10。计算机10用于存储图像采集单元获得的大菱鲆断层解剖数据集并对该数据集进行处理。引入一种鲆鲽鱼类三维超体素描述的数字化生理鱼建模方法将大菱鲆鱼体断层解剖图像序列投影到三维空间矩阵，以线性迭代聚类算法对大菱鲆鱼体断层解剖图像得到规则排列的超体素，基于高斯混合模型的图割方法，通过计算超体素区域项和边界惩罚项建立能量函数，将超体素划分为待分割生理结构区域和背景，以等值面绘制实现特定鱼体结构的三维可视化。本技术的操作流程为：（1）首先对大菱鲆进行包埋：配制3%的明胶溶液，将亚甲蓝放入溶液中，搅拌经染色均匀后冷却明胶溶液，将大菱鲆放在适用于大菱鲆鱼体的包埋容器内，采用逐层包埋的方式进行样本包埋（先在装配好的包埋容器中加入1/4体积的包埋液，待其冷冻凝固后，将已冷冻固定的样本从低温冰箱取出转移至包埋容器；再加入1/4体积的包埋液并冷冻、凝固；依此类推，逐次加入直至包埋液填充整个包埋容器），最后将适用于大菱鲆鱼体的包埋容器转移至－70℃冰箱低温冷冻48小时以上。（2）将平口钳2通过螺丝固定在底板1上，将冰冻好的大菱鲆冰冻包埋标本11从包埋容器中取出，放置于平口钳2上，调节平口钳2使大菱鲆冰冻包埋标本11固定住，手动调节手动操作台4使铣刀3刚好贴近大菱鲆冰冻包埋标本11，滑动平口钳2使大菱鲆冰冻包埋标本11位于数码相机8正下方，调节高分辨率数码相机8使其能够清晰拍摄大菱鲆冰冻包埋标本11，调节数控操作台5，设置铣刀3、数码相机8、固定支架9、LED灯一6和LED灯二7进给量及底板1在X方向和Y方向的运行速度。（3）滑动平口钳2使铣刀3对准大菱鲆冰冻包埋标本11靠近相机一侧的一个角，开启断层铣削单元，铣刀3开始对大菱鲆冰冻包埋标本11进行铣削，固定X方向，大菱鲆冰冻包埋标本11随着底板1在Y方向移动。Y方向铣削结束后，X方向移动固定距离，在移动Y方向进行铣削，如此往复，直到对整个大菱鲆冰冻包埋标本11进行完一次铣削。此时铣削过的大菱鲆冰冻包埋标本11位于高分辨率数码相机8正下方，进行一次拍照。然后铣刀3、高分辨率数码相机8、固定支架9、LED灯一6和LED灯二7会在Z方向向下移动一定距离，重复上述铣削的过程，直到对大菱鲆冰冻包埋标本11全部铣削完成。（4）将高分辨率数码相机8内的大菱鲆断层解剖图像传入计算机10，进行图像处理。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限定。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应该以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统，其特征是在于它包括断层铣削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元；其中所述断层铣削单元包括底板，平口钳，铣刀，手动操作台和数控操作台，将鱼体冰冻包埋标本放置于平口钳上，铣刀下方，铣刀用于对鱼体冰冻包埋标本进行铣削，手动操作台用于手动控制断层切削单元调节铣刀低精度上下移动，数控操作台用于自动控制断层切削单元，自动调节铣刀高精度上下移动以及底板的水平方向移动，对鱼体冰冻包埋标本进行高精度数控铣削；所述照明单元位于图像采集单元两侧，采用斜入射照明方式进行照明；所述图像采集单元位于断层铣削单元一侧，与铣刀同步上下移动；所述数据处理单元对图像采集单元采集的图像数据集进行图像处理。

【技术特征摘要】
1.一种鱼体的高分辨率冷冻铣削解剖成像系统，其特征是在于它包括断层铣削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元；其中所述断层铣削单元包括底板，平口钳，铣刀，手动操作台和数控操作台，将鱼体冰冻包埋标本放置于平口钳上，铣刀下方，铣刀用于对鱼体冰冻包埋标本进行铣削，手动操作台用于手动控制断层切削单元调节铣刀低精度上下移动，数控操作台用于自动控制断层切削单元，自动调节铣刀高精度上下移动以及底板的水平方向移动，对鱼体冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：年睿，艾庆辉，徐晓，李宜聪，韩治，王耀民，郝宝趁，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东,37