[发明专利]一种兼容光学成像和电生理记录的自动化脑皮层降温失活系统

摘要

一种兼容光学成像和电生理记录的自动化脑皮层降温失活系统，本系统主要分为自动温度控制电路和钛合金植入装置两部分，自动温度控制电路用以控制调节系统温度，钛合金植入装置为本系统的主体结构；通过一套电子和机械系统，一方面利用单片机对皮层温度进行自动恒温控制，并与计算机通讯实时记录皮层的温度，使实验人员不需要在实验过程中不断手动进行温度补偿调节，避免了操作不当造成温度过低结冰损伤皮层；另一方面通过三个维度可调的失活——成像一体化钛合金植入装置，使微型冷却管可以准确的定位在目标皮层位置，并且可以在失活的同时利用微电极、皮层光学成像、双光子成像和光遗传等技术进行同步记录观察和刺激。

主权项

1.一种兼容光学成像和电生理记录的自动化脑皮层降温失活系统，其特征在于：本系统主要分为自动温度控制电路和钛合金植入装置两部分，自动温度控制电路用以控制调节系统温度，钛合金植入装置为本系统的主体结构；自动温度控制电路由上位计算机、控制单片机和基于运算放大器的测温电路组成；测温电路利用运算放大器读取T型热电偶探头的温差电压，AD转换后通过SPI总线发送给控制单片机；测温电路使用锂电池独立供电，与单片机通讯的SPI总线使用高速光电耦合器进行隔离，并且隔离电路部分整体需要进行电磁屏蔽，以保证测温系统不会引入外源噪音对电生理记录产生干扰；控制单片机通过SPI总线读取脑组织温度数据后，按照设定的目标温度以PWM的方式控制制冷泵的转速，最终控制冷酒精流过冷却管的流速，使脑组织温度稳定在设定温度附近；脑组织的实时温度由控制单片机通过USB转UART串口发送给上位计算机，并由上位计算机进行记录；制冷的目标温度、制冷工作的开始和停止命令由上位计算机通过USB转UART串口发送给单片机；上位计算机上的温度记录和系统控制通过自行开发的软件完成；钛合金植入装置由硅胶膜(9)、底盘(1)、滑块(4)、盖板(2)、顶盖(3)、侧盖(5)、接线塔(6)和接线塔盖(7)组成；其中，硅胶膜(9)通过伸出的裙边插入硬脑膜下，依靠颅内压与硬脑膜内壁贴合密封并固定在颅骨开窗处，保护脑组织，并提供透明的成像观察窗口；底盘(1)由三颗钛合金骨钉(10)固定在颅骨上，用于支撑和固定冷却管(8)以及其他零部件；冷却管(8)从滑块(4)的孔中穿过，相对位置能够调整，最终位置确定后，由M2顶丝固定在滑块(4)上；滑块(4)能在底盘(1)的开槽中上下滑动，或左右转动角度，用于调整冷却管(8)在皮层上的位置，位置确定后通过底盘(1)开槽旁边的M1.4顶丝固定；盖板(2)通过八颗对称的M1.4的平头螺钉固定在底盘(1)上，用于转接记录或成像系统，盖板(2)上端螺纹的尺寸和规格按照记录和成像系统的需要进行适配；接线塔(6)由三颗钛合金骨钉固定在颅骨上，用于连接热电偶探头线(11)，接线塔(6)内部设有用于安装热电偶的接线端子(12)的安装孔，使用前需要将热电偶与接线端子(12)连接后插入开孔，并用骨科水泥从接线塔(6)的底部进行密封；顶盖(3)通过螺纹安装在盖板(2)上，中间设有通气孔，并通过旋入M2螺钉密封；侧盖(5)通过两颗M1.4螺钉固定在底盘(1)上；接线塔盖(7)通过螺纹安装在接线塔(6)上；顶盖(3)、侧盖(5)和接线塔盖(7)用于保护冷却管(8)、硅胶膜(9)、皮层和接线端子(12)不受污染、锈蚀和外力损伤，实验过程中需要用碘伏对该系统的外侧进行消毒后打开。