本發(fā)明主要涉及腦組織樣本制備與實(shí)驗(yàn)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種腦組織樣本制備裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

在生物力學(xué)領(lǐng)域中，需要獲得準(zhǔn)確的人體腦組織力學(xué)性能，建立合適的力學(xué)模型，為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便研發(fā)出有效的可靠地預(yù)測(cè)和防護(hù)手段來(lái)保證人體的生命安全。如何獲得準(zhǔn)確的人體腦組織力學(xué)模型便是問(wèn)題關(guān)鍵所在。同時(shí)腦組織在脫離活體后，其生物力學(xué)性能隨著外界環(huán)境如溫度、含氧量、水含量及細(xì)胞隨時(shí)間變化的活躍程度都將進(jìn)一步惡化，因此在生物力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)中，對(duì)樣本的取樣速度應(yīng)越快越好，脫離活體的時(shí)間越短越好。為避免倫理沖突，通常采用和人體腦組織結(jié)構(gòu)、性能相似的兔、豬等動(dòng)物的腦組織來(lái)代替人體腦組織，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真的手段來(lái)反求和模擬人體腦組織模型。為獲得相對(duì)較為準(zhǔn)確的人體腦組織的力學(xué)性能參數(shù)，關(guān)鍵是快速制備精確的腦組織樣本，并盡可能減少試樣制備過(guò)程中對(duì)試樣解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能的影響。因此迫切需要設(shè)計(jì)一種能夠高效制備腦組織樣本的切割工具。

在本發(fā)明設(shè)計(jì)之前，通常制備腦組織樣本的方法是直接采用手術(shù)刀或刀片對(duì)腦組織進(jìn)行切割，而這一制備方法存在以下三個(gè)問(wèn)題。一是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要大量的腦組織樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因而受到實(shí)驗(yàn)人員人數(shù)和經(jīng)驗(yàn)的制約不能快速制備腦組織樣本；二是由于腦組織質(zhì)地柔軟、有黏附性且易變形，切割過(guò)程中切割力的大小、取樣時(shí)外力對(duì)腦組織的破壞及其對(duì)腦組織彈性力學(xué)的性能的影響以及樣品的變形都難以預(yù)測(cè)和評(píng)估；三是多次取樣過(guò)程中，使得各個(gè)樣本的尺寸、形狀精度都難以保持一致。由于以上問(wèn)題的存在，使得后續(xù)所建立的腦組織模型與真實(shí)的腦組織樣本存在較大的出入，因此急需設(shè)計(jì)一種能夠不受到實(shí)驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)的制約、能快速制備且保持一定的尺寸、形狀精度的腦組織樣本制備裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種腦組織樣本制備裝置及制備方法，能夠顯著的提高樣本的制備效率，提升樣本的尺寸及形狀精度以得到更加精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種腦組織樣本制備裝置，包括切割架、支撐臺(tái)，切割架、支撐臺(tái)為兩個(gè)可分離結(jié)構(gòu)體，其中腦組織樣本放置于支撐臺(tái)上，其特征在于：

支撐臺(tái)的支撐凸臺(tái)上加工有多組切割槽；支撐臺(tái)的支撐凸臺(tái)上安裝有同力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤B相配合的對(duì)接柱，對(duì)接柱通過(guò)螺紋連接在支撐臺(tái)上；支撐臺(tái)底部有一外形尺寸寬于支撐臺(tái)的支撐臺(tái)底板，在切割腦組織樣本時(shí)，限制切割架下壓的位移，防止切割刀具同切割槽底部觸碰損壞切割刀具；設(shè)置支撐臺(tái)底板至支撐凸臺(tái)臺(tái)面的高度，以使切割架下壓至底端而切割刀具同切割槽底部不接觸；

切割架的切割主架內(nèi)側(cè)四面加工有切割架導(dǎo)向面，支撐臺(tái)中支撐凸臺(tái)的四面加工有支撐臺(tái)導(dǎo)向面，在切割架下壓切割放置在支撐臺(tái)上的腦組織樣本時(shí)，切割架導(dǎo)向面與支撐臺(tái)導(dǎo)向面配合，切割刀具能切割腦組織樣本并使得切割刀具(106)落入切割槽中。

本發(fā)明還提供了一種腦組織樣本制備方法，其中包括以下步驟：

步驟1、選擇適于腦組織樣品切割尺寸的刀具固定塊；

步驟2、通過(guò)刀具固定塊壓緊切割刀具；

步驟3、旋緊固定塊螺栓將刀具固定塊緊固于切割主架及對(duì)應(yīng)的張緊塊上；

步驟4、調(diào)節(jié)張緊螺栓，張緊切割刀具，再旋緊張緊緊固螺栓固定張緊塊位置；

步驟5、將腦組織樣品放置于支撐臺(tái)上；

步驟6、將安裝好切割刀具的切割架沿支撐臺(tái)四個(gè)支撐臺(tái)導(dǎo)向面向下按壓，切割至支撐臺(tái)底板，將切割下的腦組織零散余邊用薄片或小刀移除，并擰緊蝶形螺栓(115)；

步驟7、根據(jù)腦組織樣本(3)高度調(diào)節(jié)對(duì)接柱(203)，將力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤(B)倒扣在腦組織樣本制備裝置A上并對(duì)接于對(duì)接柱(203)；

步驟8、將整體對(duì)接好的裝置翻轉(zhuǎn)，從而將切割完成的腦組織樣本(3)轉(zhuǎn)移至力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤B上，移去腦組織樣本制備裝置A，至此腦組織實(shí)驗(yàn)樣本制作完成。。

由于采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果有：

1、本發(fā)明不受限于實(shí)驗(yàn)室人員人數(shù)和經(jīng)驗(yàn)的限制，可以快速高效的制備所需要的生物樣本。

2、本發(fā)明可根據(jù)實(shí)際樣本尺寸需求進(jìn)行調(diào)節(jié)切割，可制備多個(gè)不同尺寸要求的腦組織樣本，并能保持一定的尺寸和形狀精度，十分益于后續(xù)的建模和實(shí)驗(yàn)處理。

3、本發(fā)明能能夠?qū)⑶懈詈玫臉颖緹o(wú)損的轉(zhuǎn)移于力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤上，同樣也十分益于后續(xù)的建模和實(shí)驗(yàn)處理。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖

圖2是本發(fā)明的切割架結(jié)構(gòu)圖

圖3是本發(fā)明的支撐臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖4是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)樣本轉(zhuǎn)移示意圖

其中：

A 腦組織樣本制備裝置

B 力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤

1 切割架

2 支撐臺(tái)

3 腦組織樣本

101 切割主架

102 壓緊螺栓

103 壓緊塊

104 固定塊螺栓

105 刀具固定塊

106 切割刀具

107 切割架導(dǎo)向面

108 張緊螺栓

109 張緊導(dǎo)向柱

110 張緊塊

111 張緊緊固螺栓

112 固定凸臺(tái)

113 固定凹槽

114 固定面

115 蝶形螺栓

201 支撐臺(tái)底板

202 支撐凸臺(tái)

203 對(duì)接柱

204 切割槽

205 支撐臺(tái)導(dǎo)向面

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1‐4對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種腦組織樣本制備裝置，其包括切割架1、支撐臺(tái)2，切割架1、支撐臺(tái)2為兩個(gè)可分離結(jié)構(gòu)體，其中腦組織樣本3放置于支撐臺(tái)2上。

如圖3所示，其中支撐臺(tái)2的支撐凸臺(tái)202上加工有多組不同尺寸的切割槽204，橫豎4條切割槽204為一組，切割槽204的間距等于其配套的刀具固定塊105兩側(cè)切割刀具的固定間距，其切割槽204深度以切割刀具106可以下切至支撐凸臺(tái)202臺(tái)面以下為合適，從而使腦組織樣本3可以完全切斷；

其中支撐臺(tái)2的支撐凸臺(tái)202上安裝有同力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤B相配合的對(duì)接柱203，對(duì)接柱203通過(guò)螺紋連接在支撐臺(tái)2上，當(dāng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤B對(duì)接在對(duì)接柱203上時(shí)其支撐凸臺(tái)202臺(tái)面同力學(xué)刻度盤B盤面之間的距離為對(duì)接間距，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)接柱203調(diào)節(jié)對(duì)接柱203高度來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)接間距，使對(duì)接間距接近腦組織樣本3厚度，從而使力學(xué)刻度盤B對(duì)接時(shí)力學(xué)刻度盤B盤面剛好貼合腦組織樣本3上表面；

其中支撐臺(tái)2底部有一外形尺寸寬于支撐臺(tái)的支撐臺(tái)底板201，其作用為限制在切割腦組織樣本3時(shí)切割架1下壓的位移，防止切割刀具106同切割槽204底部觸碰損壞切割刀具106，支撐臺(tái)底板201至支撐凸臺(tái)202臺(tái)面的高度以使切割架1下壓至底端而切割刀具106同切割槽204底部間距最小而不接觸為最佳；

如圖2所示，其中切割架1中切割主架101內(nèi)側(cè)四面加工有切割架導(dǎo)向面107，支撐臺(tái)2中支撐凸臺(tái)202的四面加工有精度較高的支撐臺(tái)導(dǎo)向面205，在切割架1下壓切割放置在支撐臺(tái)2上的腦組織樣本3時(shí)，切割架導(dǎo)向面107與支撐臺(tái)導(dǎo)向面配合205，其采用較小的間隙配合，在對(duì)稱度及平行度方面也有一定要求，以保證在切割過(guò)程中切割架1與支撐臺(tái)2之間不發(fā)生晃動(dòng)，切割刀具106能準(zhǔn)確切割腦組織樣本3并切割刀具106也能無(wú)誤的落入切割槽204中，不與切割槽側(cè)壁發(fā)生觸碰損壞刀具。

其中切割主架101上的固定凸臺(tái)102與刀具固定塊105的固定凹槽103配合并通過(guò)固定塊螺栓緊固刀具固定塊，這樣的結(jié)構(gòu)使刀具固定塊105準(zhǔn)確的固定在切割主架上101上從而得到較精確的切割刀具106安裝尺寸，在固定凸臺(tái)102與固定凹槽105尺寸不變的情況下，通過(guò)更換不同長(zhǎng)度的刀具固定塊105，實(shí)現(xiàn)了切割刀具106間距的離散調(diào)整，不同切割間距的切割刀具106、刀具固定塊105組合可以用于切割出不同尺寸大小的腦組織樣本3；

其中在切割主架101上橫向與豎向刀具固定塊105的固定面114平行錯(cuò)開，其中橫向與豎向固定面114的錯(cuò)開距離以切割刀具106切割方向?qū)挾葹樽罴眩惭b的交錯(cuò)切割刀具106無(wú)接觸變形，切割刀具為異面交錯(cuò)垂直安裝；

其中刀具固定塊105長(zhǎng)度方向的兩側(cè)安裝有用于壓緊切割刀具106的壓緊塊103，其壓緊塊103側(cè)面外形為“L”，“L”形的底部端面壓緊切割刀具106；

其中在結(jié)構(gòu)上切割主架101可以加工為四個(gè)方向都采用張緊導(dǎo)向柱109、張緊塊110連接刀具固定塊105，但在實(shí)施例中，采用對(duì)邊一組為張緊塊110安裝刀具固定塊105另一組為切割主架101安裝刀具固定塊105，此方法相較四邊為張緊機(jī)構(gòu)減少加工難度，同時(shí)在無(wú)需調(diào)節(jié)切割刀具106張緊力的情況下可以采用切割主架101四邊無(wú)張緊機(jī)構(gòu)，能在保證腦組織樣本制備裝置功能的情況下，減少加工工時(shí)及費(fèi)用，在實(shí)施例中，通過(guò)張緊螺栓108調(diào)節(jié)切割刀具106的張緊力度，調(diào)節(jié)切割刀具106張緊力至合適程度時(shí)旋緊張緊塊110兩側(cè)張緊緊固螺栓111來(lái)頂住張緊導(dǎo)向柱109來(lái)固定張緊塊110位置；

其中切割主架101側(cè)面一頂角處加工有螺紋通孔，并旋入有蝶形螺栓115，在切割架1切割腦組織樣本3壓入支撐臺(tái)2至底端時(shí)，旋緊蝶形螺栓115，使蝶形螺栓115頂緊支撐臺(tái)2的支撐凸臺(tái)202一頂角，使切割架1與支撐臺(tái)2固定在一起，方便后續(xù)樣本的轉(zhuǎn)移工作，同時(shí)在樣本轉(zhuǎn)移之后通過(guò)旋松蝶形螺栓115，可使切割架1退出支撐臺(tái)2；

在實(shí)施列中，安裝有四個(gè)切割刀具106，可一次性制備矩形腦組織樣本3，而在安裝其他數(shù)量切割刀具106時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不同的切割方式，在安裝一只切割刀具106時(shí)，可實(shí)現(xiàn)腦組織樣本3的單面切割，通過(guò)移動(dòng)腦組織樣本3位置并反復(fù)切割，可實(shí)現(xiàn)其它形狀尺寸的樣本制備，在安裝兩只切割刀具106時(shí)則可實(shí)現(xiàn)腦組織樣本3的平行或垂直方向的同時(shí)切割，在安裝三只切割刀具時(shí)可實(shí)現(xiàn)腦組織樣本3的三方向同時(shí)切割。

其中切割刀具106采用高強(qiáng)度、小線徑、小切割截面的切割絲或切割片，在實(shí)例中所用材料為碳纖維，同時(shí)其它的如凱夫拉爾(Kevlar)、尼龍、PE、不銹鋼、鈦及其合金等材料也可適用于腦組織樣本制備裝置的切割刀具106，其能有效的降低切割過(guò)程中的黏附作用、減少切割用力、降低切割過(guò)程中對(duì)腦組織樣本的力學(xué)性能影響同時(shí)能夠快速的獲取幾何尺寸保持一致的腦組織樣本3。

本實(shí)施例中，腦組織樣本制備裝置的工作原理及方法如下：

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)備并選擇合適的腦組織樣本3，并以此來(lái)確定刀具固定塊105的尺寸；

(2)在安裝四只切割刀具時(shí)，將成對(duì)的切割刀具106固定于刀具固定塊105兩側(cè)，旋緊壓緊螺栓102，使壓緊塊103“L”形底部端面壓緊切割刀具106；

(3)旋緊固定塊螺栓104將刀具固定塊105緊固于切割主架101、張緊塊110上的固定凸臺(tái)112，采用成對(duì)安裝，先安裝于四個(gè)固定面114中相對(duì)較低的固定面上，再安裝四個(gè)固定面114中相對(duì)較高的固定面上，使兩組切割刀具106異面交錯(cuò)且垂直；

(4)緩慢調(diào)節(jié)張緊螺栓108，直至切割刀具106繃緊，再旋緊張緊緊固螺栓111固定張緊塊110位置，防止切割過(guò)程中張緊塊因受力而離開張緊位置，導(dǎo)致切割刀具106在切割過(guò)程中松動(dòng)，影響切割精度，損壞切割刀具106；

(5)將腦組織樣品3放置于支撐臺(tái)2上，并依據(jù)支撐臺(tái)2上的切割槽204位置，放置于中間位置；

(6)將安裝好切割刀具106的切割架1沿支撐臺(tái)2四個(gè)支撐臺(tái)導(dǎo)向面205向下按壓至支撐臺(tái)底板201，將切割下的腦組織零散余邊用薄片或小刀移除，并擰緊蝶形螺栓115，防止切割架與支撐臺(tái)之間的相對(duì)位移；

(7)根據(jù)腦組織樣本3高度調(diào)節(jié)對(duì)接柱203，使力學(xué)刻度盤B對(duì)接時(shí)力學(xué)刻度盤B盤面剛好貼合腦組織樣本3上表面，將力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤B倒扣在腦組織樣本制備裝置A上并對(duì)接于對(duì)接柱203；

(8)實(shí)驗(yàn)樣本轉(zhuǎn)移示意見圖4，將整體對(duì)接好的裝置翻轉(zhuǎn)，從而將切割完成的腦組織樣本轉(zhuǎn)移至力學(xué)實(shí)驗(yàn)刻度盤B上，移去腦組織樣本制備裝置A，至此腦組織實(shí)驗(yàn)樣本制作完成。

本發(fā)明所有限定的數(shù)值均為發(fā)揮本發(fā)明功能的最優(yōu)數(shù)值，但并不同限于此數(shù)值，對(duì)于所切割材料尺寸做出的構(gòu)件體積尺寸的改進(jìn)以及任何基于此可做出的其它距離、數(shù)值上的改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的變形，在此不再列舉。

本發(fā)明針對(duì)腦組織提出，對(duì)其他材料、生物組織的應(yīng)用屬于本發(fā)明的變形，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不同限于上述的具體實(shí)施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在說(shuō)明書的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護(hù)之列。