一种鱼体的高分辨率冷冻切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切削解剖成像系统，包括断层切削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元；其中所述断层切削单元包括挡板、压板、切刀、数控操作台；所述照明单元位于断层切削单元两侧，用于对鱼体冰冻包埋标本或标本切片进行照明；所述图像采集单元位于断层切削单元正前方，用于对切刀处的鱼体冰冻包埋标本或切片进行图像数据采集；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，以便人们对包括大菱鲆在内的各种鱼体进行分析、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切削解剖成像系统
本技术涉及一种图像采集系统，特别涉及一种适用于鱼体的高分辨率冷冻切削解剖成像系统。
技术介绍
海水养殖业是我国蓝色经济发展的支柱产业之一。我国已成为世界第一海水养殖大国。随着养殖规模和强度的增长，健康养殖问题备受关注。近年来，生物医学信息的数字化已成为国内外各研究机构研究的热点，成像技术得到迅速的发展，很多研究者在成像技术方面做出了重要的研究，通过各种不同的成像方式对小动物进行结构、功能成像研究，现已发展了多种小动物成像的技术。例如：生物组织切片成像；正交平面荧光光学断层显微成像；光学投影层析成像；微型正电子发射层析成像；高分辨率单光子发射层析成像；核磁共振显微成像；微型X射线层析成像；超声成像等。对比以上几种方法，生物组织切片成像属于侵入型成像方法，具有较高的空间精度，可用染色剂对组织结构进行染色获得清晰的精细解剖结构信息，但是只适用于尺寸较小、性质均匀的生物样品成像，对整体结构成像并不适用。光学断层成像及核磁共振显微成像等成像方法适用于尺寸较大、组织性质差异较大的生物样品成像，但是精度相对较低，获得的断层图像丧失了生物样品的原有颜色信息，不利于不同组织、器官的识别，对图像分割等后续工作造成困难。
技术实现思路
针对上述方法存在的问题，本技术的目的在于提供一种适用于尺寸较大的样品，空间分辨率较高，可以获得精确的生物体三维空间结构信息，而且获得的断层解剖图像具有生物样品原有的组织纹理、颜色等细节信息，自动化程度高的适用于鱼体的高分辨率冷冻切削解剖成像系统。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切削解剖成像系统，其包括断层切削单元，照明单元，图像采集单元和数据处理单元；其中所述断层切削单元包括挡板、压板、切刀、数控操作台，将鱼体冰冻包埋标本放置于挡板和切刀之间，压板与切刀相邻，切刀用于对鱼体冰冻包埋标本进行切割，挡板用于推进鱼体冰冻包埋标本使其移动，压板用于压住鱼体冰冻包埋标本靠近切刀处的部分，防止在切削过程中发生错位移动；数控操作台通过控制挡板的进给速度和切刀的切割速度来控制断层切削单元切片的进给速度和切割精度，对鱼体冰冻包埋标本进行高精度数控切削；所述照明单元位于断层切削单元两侧，用于对鱼体冰冻包埋标本或冰冻包埋标本切片进行照明；所述图像采集单元位于断层切削单元正前方，用于对切刀处的鱼体冰冻包埋标本或被切刀切下来的鱼体冰冻包埋标本切片进行图像数据采集；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，所述的断层切削单元上还有自动传送装置，用于传送鱼体冰冻包埋标本切片。进一步地，所述的照明系统包括分别位于断层切削设备两侧的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码相机。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，以便人们对包括大菱鲆在内的各种鱼体进行分析、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为本技术的结构示意图。其中，1-挡板，2-切刀，3-数控操作台，4-LED灯一，5-LED灯二，6-自动传送装置，7-相机固定支架，8-高分辨率数码相机，9-计算机。具体实施方式为使本技术的内容和优点更加清晰，以下结合附图并通过具体实施例，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样本对本技术进行详细说明。如图1，本技术包括断层切削单元，照明单元，图像采集单元，数据处理单元，所述断层切削单元，包括挡板1，压板，切刀2，数控操作台3和传送装置6。其中大菱鲆冰冻包埋标本放置于挡板1和切刀2之间，压板与切刀2相邻；切刀2用于对大菱鲆冰冻包埋标本进行切割；挡板1用于推进大菱鲆冰冻包埋标本使其移动；压板用于压住大菱鲆冰冻包埋标本靠近切刀2处的部分，防止在切削过程中发生错位移动；自动传送装置6对切刀2切下的大菱鲆冰冻包埋标本切片进行传送；数控操作台3通过控制挡板1的进给速度和切刀2的切割速度来控制断层切削单元切片的进给速度和切割精度，同时自动控制传送装置6的传送速度，其中最小进给速度为0.01mm/s，最小切割精度为0.1mm。所述照明单元位于包括LED灯一4和LED灯二5。LED灯一4和LED灯二5位于图像采集单元两侧，采用斜入射方式照向切刀2处的大菱鲆冰冻包埋标本或自动传送装置6上被切刀2切下来的大菱鲆冰冻包埋标本切片。所述图像采集单元包括相机固定支架7和高分辨率数码相机8。相机固定支架7用于固定高分辨率数码相机8，可以调节高度和距离切刀2的距离；高分辨率数码相机8用于对切刀2处的大菱鲆冰冻包埋标本或传送装置6上被切刀2切下来的大菱鲆冰冻包埋标本切片进行拍照，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9，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。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）将冰冻好的大菱鲆冰冻包埋标本从包埋容器中取出，放置于断层切削单元上的挡板1与切刀2之间，压板压住大菱鲆冰冻包埋标本靠近切刀2处的部分，调节相机固定支架7的高度和位置，使相机能以最佳拍摄切刀2处的大菱鲆冰冻包埋标本或自动传送装置6上被切刀2切下来的大菱鲆冰冻包埋标本切片。（3）通过操纵数控操作台，设定进给速度和切割精度。开启断层切削单元，切刀2对大菱鲆冰冻包埋标本进行切削，切削得到的大菱鲆冰冻包埋标本切片通过自动传送装置6传送出去。切刀2每切削一次，挡板1将大菱鲆冰冻包埋标本向切刀2方向推进与切割精度相同的距离。每当切刀2对大菱鲆冰冻包埋标本完成一次切削或自动传送装置6上有一片大菱鲆冰冻包埋标本切片位于高分辨率数码相机8正下方，高分辨率数码相机8进行一次拍照。（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9，进行图像处理。以上所述，仅为本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，对于本领域的普本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼体的高分辨率冷冻切削解剖成像系统，其特征在于它包括断层切削单元，照明单元，图像采集单元和数据处理单元；其中所述断层切削单元包括挡板、压板、切刀、数控操作台，将鱼体冰冻包埋标本放置于挡板和切刀之间，压板与切刀相邻，切刀用于对鱼体冰冻包埋标本进行切割，挡板用于推进鱼体冰冻包埋标本使其移动，压板用于压住鱼体冰冻包埋标本靠近切刀处的部分，防止在切削过程中发生错位移动；所述照明单元位于断层切削单元两侧，用于对鱼体冰冻包埋标本或冰冻包埋标本切片进行照明；所述图像采集单元位于断层切削单元正前方，用于对切刀处的鱼体冰冻包埋标本或被切刀切下来的鱼体冰冻包埋标本切片进行图像数据采集；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切削解剖成像系统，其特征在于它包括断层切削单元，照明单元，图像采集单元和数据处理单元；其中所述断层切削单元包括挡板、压板、切刀、数控操作台，将鱼体冰冻包埋标本放置于挡板和切刀之间，压板与切刀相邻，切刀用于对鱼体冰冻包埋标本进行切割，挡板用于推进鱼体冰冻包埋标本使其移动，压板用于压住鱼体冰冻包埋标本靠近切刀处的部分，防止在切削过程中发生错位移动；所述照明单元位于断层切削单元两侧，用于对鱼体冰冻包埋标本或冰冻包埋标本切片进行照明；所述图像采集单元位于断层切削单元正前...

【专利技术属性】
技术研发人员：年睿，徐晓，艾庆辉，李宜聪，韩治，车仁正，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