為了給鯉魚機器人腦電極準確植入進行定位導航,本研究擬建立腦結(jié)構(gòu)及腦電極三維立體模型。借助腦立體定位儀將鎢電極植入鯉魚小腦,通過離水電刺激實驗和水下控制實驗發(fā)現(xiàn)腦運動區(qū)并獲取其三維坐標值,應(yīng)用3.0 T磁共振成像儀對顱腦及電極成像,應(yīng)用3D-DOCTOR和Mimics軟件進行三維重建。結(jié)果顯示,所發(fā)現(xiàn)的腦運動區(qū)及坐標值是準確的,構(gòu)建的腦組織及腦電極三維重建圖再現(xiàn)了腦立體結(jié)構(gòu),可觀察到腦電極與腦組織、腦組織與顱骨表面的相對空間位置關(guān)系;通過構(gòu)建的腦組織三維重建綜合顯示圖,可觀察到三維重建的腦組織在磁共振圖像中的解剖位置,以及腦組織與顱骨表面的相對空間位置關(guān)系。本研究所構(gòu)建的三維重建模型可為腦電極植入提供定位導航工具。 

【文章來源】：生物醫(yī)學工程學雜志. 2020,37(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

借助腦立體定位儀植入腦電極

由于二維的磁共振圖像不能觀察到腦組織的三維立體結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征，因此本研究利用3D-DOCTOR軟件和Mimics軟件實現(xiàn)鯉魚腦組織及植入腦電極的三維重建。圖3是植入腦電極的鯉魚腦組織三維重建圖，能夠顯示電極植入方向和植入位點，能夠觀察到腦電極與腦組織的相對空間位置關(guān)系。利用Mimics軟件通過手動勾勒感興趣區(qū)域和調(diào)節(jié)閾值，進行了軸狀位、冠狀位、矢狀位的鯉魚腦組織顯影（見圖4）。在此基礎(chǔ)上，進行腦組織的三維重建，圖5是鯉魚腦組織的三維重建圖，構(gòu)建出了嗅球、嗅莖、端腦、中腦、小腦、迷葉、延腦等結(jié)構(gòu)，其中嗅莖連接于端腦，直達鼻部嗅囊，嗅莖末端各有一橢圓形的嗅球；端腦位于腦的最前部，含有嗅覺中樞；中腦較大，是視覺中樞所在區(qū)域；小腦是運動的主要協(xié)調(diào)中樞；迷葉在小腦后側(cè)面；此后是延腦。本文鯉魚腦組織三維重建圖與秉志[20]在《鯉魚解剖》專著中所述的腦結(jié)構(gòu)基本一致，表明本文鯉魚腦組織三維重建圖不僅是成功的也是可信的。如圖6所示，本研究將鯉魚腦組織軸狀位、冠狀位、矢狀位三個方向的二維磁共振圖像與重建后的三維腦組織立體模型進行融合，構(gòu)建出鯉魚腦組織三維重建綜合顯示圖。通過比對，可以看出三維重建腦組織立體模型的外輪廓與二維腦組織磁共振圖像的外輪廓相契合，無論是軸狀位、冠狀位還是矢狀位都能夠吻合，三維重建后的鯉魚腦組織結(jié)構(gòu)、形狀和大小均不失真。通過三維重建綜合顯示圖，可以直觀觀察到三維重建的腦組織在磁共振圖像中的解剖位置和形狀，有利于觀察腦組織與顱骨表面的相對空間位置關(guān)系。腦結(jié)構(gòu)及腦電極三維立體模型的構(gòu)建，可為腦電極的精準植入提供定位與導航的依據(jù)和工具，對提升動物機器人控制的精確性和有效性具有重要的研究價值和意義。

如圖6所示，本研究將鯉魚腦組織軸狀位、冠狀位、矢狀位三個方向的二維磁共振圖像與重建后的三維腦組織立體模型進行融合，構(gòu)建出鯉魚腦組織三維重建綜合顯示圖。通過比對，可以看出三維重建腦組織立體模型的外輪廓與二維腦組織磁共振圖像的外輪廓相契合，無論是軸狀位、冠狀位還是矢狀位都能夠吻合，三維重建后的鯉魚腦組織結(jié)構(gòu)、形狀和大小均不失真。通過三維重建綜合顯示圖，可以直觀觀察到三維重建的腦組織在磁共振圖像中的解剖位置和形狀，有利于觀察腦組織與顱骨表面的相對空間位置關(guān)系。腦結(jié)構(gòu)及腦電極三維立體模型的構(gòu)建，可為腦電極的精準植入提供定位與導航的依據(jù)和工具，對提升動物機器人控制的精確性和有效性具有重要的研究價值和意義。圖4 鯉魚腦組織閾值提取

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鯉魚機器人無線遙控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J]. 彭勇,王婷婷,閆艷紅,陳志旺,溫淑煥,韓曉曉,趙洋,劉佳寧,張乾.  中國生物醫(yī)學工程學報. 2019(04)
[2]人丘腦斷面解剖及磁共振圖像三維重建[J]. 任珂,金保哲,張新中.  新鄉(xiāng)醫(yī)學院學報. 2019(06)
[3]一種用于鯉魚機器人的光刺激裝置及光控實驗方法[J]. 彭勇,韓曉曉,王婷婷,劉洋,閆艷紅,趙洋,王愛迪,蘇佩華,張凡.  生物醫(yī)學工程學雜志. 2018(05)
[4]控制動物機器人運動行為的腦機制和控制方法[J]. 蘇學成,槐瑞托,楊俊卿,汪慧,呂常智.  中國科學:信息科學. 2012(09)
[5]一種基于Ray Casting算法的醫(yī)學影像重建系統(tǒng)[J]. 徐紅娟,韓玉合,劉文洲,李書杰.  軟件. 2012(09)
[6]電刺激家鴿中腦誘導運動的初步研究[J]. 董滿收,蔡雷,王浩,戴振東,王文波.  生物學雜志. 2012(04)
[7]腸道生物機器人中驅(qū)動裝置的刺激控制系統(tǒng)研究[J]. 王振宇,皮喜田,魏亢,周升山,徐林,劉洪英,鄭小林,彭承琳.  中國生物醫(yī)學工程學報. 2010(05)
[8]基于新型多通道腦神經(jīng)刺激遙控系統(tǒng)的動物機器人研究[J]. 楊俊卿,蘇學成,槐瑞托,劉小峰.  自然科學進展. 2007(03)

博士論文
[1]大壁虎運動人工誘導的基礎(chǔ)研究[D]. 王文波.南京航空航天大學 2008



本文編號：3550486