[发明专利]一种机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法

说明书

本发明涉及一种机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法，包括以下步骤：S1，建立斑马鱼放置空间坐标系X‑Y‑Z；S2，通过光流法进行斑马鱼主静脉检测，以斑马鱼前主静脉与后主静脉的交点为目标注射点Q_t，确定目标注射点的空间坐标；S3，通过椭圆拟合的方式获取斑马鱼卵黄囊的长度L，并计算斑马鱼的脊柱厚度D；S4，设定注射针以目标注射点斜上方45°刺入，计算刺入点Q_p的空间坐标；S5，设定注射针的运动轨迹，完成斑马鱼主静脉注射。本发明所述机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法可以有效克服了人工显微注射方法中，存在的操作难度大以及易对斑马鱼造成伤害等问题。

技术领域

本发明涉及显微注射领域，具体涉及一种机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法。

背景技术

斑马鱼由于其基因与人类基因有高度的相似性，因此具有类似哺乳动物的复杂循环系统，且个体小，发育迅速，现已成为研究血管生物学、转基因技术，以及研究某些疾病的发病机制的重要模式生物。

目前，将外源物质导入斑马鱼体内的方式主要为将斑马鱼暴露于添加外源物质的溶液中，通过显微注射技术直接将外源物质注射到斑马鱼体内等。显微注射由于其快速、高效，并且可以对斑马鱼产生直接影响，因而广泛应用于肿瘤异种移植、药物研究等方向。在斑马鱼的显微注射中，以血管注射最为高效。注射物能够直接参与血液循环，进而快速影响斑马鱼本身的发育进程。其中，主静脉注射能够同时满足对鱼的最小伤害和最高效率的要求。但是由于注射部位靠近斑马鱼头部，需要高精度注射，因此，手工操作难度较高，花费时间长，注射成功率低，很大程度上限制了该技术的应用。因此，亟需开发一种机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法以克服人工显微注射过程中，操作难度大以及对斑马鱼造成的伤害。

发明内容

基于现有采用手动操作方式进行斑马鱼主静脉显微注射时，存在的上述缺陷，本发明提供了一种机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法，该方法结合运动分析和斑马鱼脊柱厚度的标定，对注射针在穿刺过程中的关键位置进行在线三维定位，在注射前自动化进行注射针针尖的三维路径规划，实现了机器人化的斑马鱼主静脉注射。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种机器人化的斑马鱼主静脉显微注射方法，包括以下步骤：

S1，将斑马鱼以侧卧姿态放置于覆盖琼脂糖的培养皿中，建立斑马鱼放置空间坐标系X-Y-Z，以鱼身为X方向，鱼尾指向为X正方向；

S2，通过光流法进行斑马鱼主静脉检测，以斑马鱼前主静脉与后主静脉的交点为目标注射点Q_t，设定目标注射点Q_t的平面位置与空间坐标系原点的平面位置一致，目标注射点Q_t在空间坐标系内的垂直位置通过测定斑马鱼脊柱中心的高度h确定，所述目标注射点的空间坐标为Q_t＝[0 0 h]^T；

S3，通过椭圆拟合的方式获取斑马鱼卵黄囊的长度L，并根据标定实验得到的斑马鱼卵黄囊长度L与脊柱厚度D的比例关系，确定斑马鱼的脊柱厚度D；

S4，设定注射针以目标注射点斜上方45°刺入，注射针与斑马鱼接触的位置为刺入点Q_p，刺入点的空间坐标Q_p＝[d 0 h+d]^T，其中，d为斑马鱼的脊柱厚度D的一半；

S5，设定注射针的运动轨迹，使注射针针尖由初始位置到达刺入点Q_p，再由刺入点Q_p运动至目标注射点Q_t，完成斑马鱼主静脉注射。

进一步地，步骤S2中，所述斑马鱼脊柱中心的高度h与斑马鱼侧卧显微视野中斑马鱼脊柱边缘高度相同，通过能量梯度函数对斑马鱼脊柱边缘及注射针进行自动聚焦，使斑马鱼的脊柱边缘与注射针位于同一高度，通过获取注射针的高度信息，得到斑马鱼脊柱边缘高度；其中，能量梯度函数计算公式为：