【摘要】：斑馬魚幼魚是研究生理和病理過程最佳的模式動(dòng)物,以往的研究大多關(guān)注在胚胎注射或細(xì)胞注射方面,而像藥物篩選、疾病模型、生殖內(nèi)分泌及神經(jīng)科學(xué)等研究方向的斑馬魚幼魚注射研究尚少。本課題以此為背景,借助視覺定位、圖像處理、運(yùn)動(dòng)控制等手段對(duì)全自動(dòng)斑馬魚幼魚心臟的顯微注射進(jìn)行了研究。以往顯微注射的對(duì)象,如動(dòng)物細(xì)胞或胚胎等皆屬于球形結(jié)構(gòu),在固定和定位相對(duì)幼魚注射在實(shí)現(xiàn)上較為容易。同時(shí),由于斑馬魚幼魚表皮有很多色素沉積,在圖像輪廓識(shí)別上又比細(xì)胞或胚胎注射擁有更大的難度。與細(xì)胞相比,斑馬魚幼魚形態(tài)不規(guī)則并且已經(jīng)分化完全,對(duì)注射目標(biāo)、注射方位等都提出了更高的要求。機(jī)械平臺(tái)是全自動(dòng)顯微注射的基礎(chǔ),為了能快速地、穩(wěn)定地、可靠地進(jìn)行顯微操作過程,那么就需要機(jī)械平臺(tái)具有快速的響應(yīng)速度、可靠的穩(wěn)定性、較高的定位精度。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)較為精密的三維微動(dòng)顯微機(jī)械平臺(tái)和一個(gè)用于幼魚姿態(tài)調(diào)整的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),配合系統(tǒng)視覺模塊、光學(xué)立式顯微鏡、顯微注射泵、上位機(jī)等模塊共同完成了對(duì)斑馬魚幼魚的全自動(dòng)顯微注射過程。在視覺處理部分,本文采用光學(xué)體式顯微鏡CCD所采集到的圖像信息在上位機(jī)中進(jìn)行處理。對(duì)采集到的圖像進(jìn)行了灰度化、二值化以及中值濾波等預(yù)處理,方便后續(xù)處理。為了對(duì)多條幼魚分別進(jìn)行注射,采用模板匹配與K均值聚類算法獲得了培養(yǎng)皿中幼魚的數(shù)量和每條幼魚的重心位置。利用洪水填充算法和圖像鏈碼等技術(shù)獲取了幼魚身體的姿態(tài)。根據(jù)當(dāng)前幼魚的姿態(tài),配合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制部分,就可以很方便地將幼魚調(diào)整到預(yù)期的姿態(tài)。根據(jù)幼魚的輪廓和姿態(tài),可以估計(jì)出其心臟的位置,并很方便地進(jìn)行心臟的顯微注射。系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制部分主要用于對(duì)微動(dòng)三維平臺(tái)的控制,使注射針針尖按照視覺位置反饋按照預(yù)設(shè)好的軌跡運(yùn)動(dòng)。在這部分采用了自適應(yīng)滑�？刂破鞲欋樇廛壽E,并進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)輸出可以很好地跟隨期望的輸出軌跡,這證明了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。最后,開展了對(duì)斑馬魚幼魚的心臟顯微注射實(shí)驗(yàn)的研究,分析了系統(tǒng)的綜合性能,驗(yàn)證了系統(tǒng)的合理性。
【圖文】：

1-1 幾種常見動(dòng)物的基因與人的基因類似度對(duì)rerio) 作為最為常見的模式動(dòng)物之一，僅魚每周可產(chǎn)卵一次，產(chǎn)卵數(shù)量極多，達(dá)生物科技工作者極大地節(jié)省了時(shí)間成本通體透明，是進(jìn)行胚胎發(fā)育過程和基因短，與人類具有高度相似的基因組（大病理過程最佳的模式動(dòng)物，如圖 1-1 所實(shí)驗(yàn)室研究中得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文臺(tái)安裝在一個(gè)倒置的顯微臺(tái)上。通過顯微吸持泵的吸持和噴的固定和釋放。同時(shí)，結(jié)合卡爾曼視頻目標(biāo)跟蹤和 PID 運(yùn)動(dòng)子尾部跟蹤和對(duì)斑馬魚胚胎的自動(dòng)注射。如圖 1-3，以 CMO反饋，通過 PID 控制對(duì)兩個(gè)顯微操作臂進(jìn)行控制，，從而實(shí)現(xiàn)中注射熒光物質(zhì)，并通過熒光觀察斑馬魚從胚胎開始逐漸發(fā) 1-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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1 謝瑜;曾鳳;周峗磊;劉

本文編號(hào)：2517259