CN115445097A - 一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***。红外激光刺激仪器输出端和光纤连接；光纤置于实验对象的目标血管，红外激光刺激仪器的输出端发出红外激光经光纤传导到目标血管进行刺激；成像仪器产生光束入射到多光子显微镜，多光子显微镜将成像仪器产生的成像光束聚焦后对脑皮层血管进行成像；调制器产生调制信号发送到红外激光刺激仪器，控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光；控制器产生控制信号分别到成像仪器和红外激光刺激仪器，切换成像仪器和红外激光刺激仪器的工作。本发明将红外激光刺激结合多光子显微镜技术来实现对特定血管血流以及血容量变化的调控，通过对特定动脉血管部位红外激光刺激，调控血管的动态变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种激活血管变化的调控***，尤其是一种红外激光刺激诱导大脑皮层中血管中血流以及血容量功能动态变化调控***。
背景技术
研究脑皮层中血管变化对理解脑中血管网络变化及其与疾病关系至关重要。在之前的研究中，有很多种***可以使皮层中的动脉血管产生动态血流量变化，但还没有一种***可以在不使用药物或荧光蛋白的情况下，单独激活动脉血管活动。使用药物可以诱导血管流量变化，但其往往会伴随药物毒性的作用，同时药物会对整体血管的血流速度和血容量调节，但不能调节局部血管变化。使用荧光蛋白转染血管细胞，需要2-3周才能对血管进行动态变化的调控。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明给出了一种利用近红外激光刺激诱导血管变化与双光子成像技术相结合的血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，能够调控局部血管流量和速度变化的***，在多光子成像中使用红外激光刺激来研究局部血管流量的高分辨率调控技术。
本发明解决技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
包括红外激光刺激仪器，红外激光刺激仪器的输出端和光纤的一端连接；
包括光纤，光纤的另一端置于实验对象的目标血管，红外激光刺激仪器的输出端发出红外激光经光纤传导到实验对象的目标血管进行红外激光刺激；
包括成像仪器，成像仪器产生光束入射到多光子显微镜；
包括多光子显微镜，将成像仪器产生的成像光束聚焦后入射到实验对象的目标血管进行成像；
包括调制器，产生调制信号发送到红外激光刺激仪器，控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光；
包括控制器，产生控制信号分别到成像仪器和红外激光刺激仪器，切换成像仪器和红外激光刺激仪器的工作。
所述的成像仪器包括：
包括飞秒激光器，产生激光作为成像光束入射到振镜组；
包括振镜组，经振镜组调制后控制激光聚焦到目标血管进行扫描成像。
所述的调制器产生调制信号发控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光是由单脉冲时长为0.25毫秒、频率为200赫兹、总持续时长为0.5s-1s的脉冲序列组成，且激光波长1500nm-2000nm，激光能量范围0.4-1.2J/cm2。
优选地，激光波长为1875nm。
通过本发明***在输出特定的红外激光刺激下，能调控目标血管段的血流速度和血流容量。
所述的血管为非毛细血管，本发明***仅针对非毛细血管有效。
所述的实验对象具体为为大鼠、小鼠、猫和实验用猴以及人，但不限于此。
所述的实验对象的目标血管段为大脑皮层表面或大脑皮层上的有血管部位。
所述的光纤的另一端紧贴在大脑皮层表面或者***到大脑皮层内。
当光纤的另一端紧***到大脑皮层内时，光纤通过石英毛细管固定。
通过成像仪器的线扫描并用多光子显微镜观察进而确定血流速度的变化，通过成像仪器的振镜扫描并用多光子显微镜观察进而确定血管直径的变化，根据血流速度和血管直径的变化确定血管总流量，进而通过控制血管直径的变化来调节血流速度和血容量的变化。
本发明***将红外激光刺激结合多光子显微镜来实现对特定血管血流变化的调控和观察，通过对血管部位红外刺激，调控血管的血流动态变化。
本发明在多光子显微镜中使用红外激光刺激来研究局部血管的血流动态变化，获得了高分辨率和针对性的血管血流调控效果。
本发明的有益效果是：
相对于传统的药物诱导，本发明利用光纤传导的红外激光刺激的热效应激活皮层局部血管，具有靶向性高，可以单独激活单一血管或激活局部血管；相对于光遗传技术，本实验不需要注射病毒，等待1-2周后进行实验。
本发明激光激活效应对皮层组织是安全可靠，并且具有高重复性，而且在一定的激光强度范围内，血管激活的变化与激光强度也是线性相关的。
附图说明
图1为本发明***的逻辑连接图。
图2为本发明的具体实施步骤图。
图3为血流调控成像及效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的***包括：
包括红外激光刺激仪器，红外激光刺激仪器的输出端和光纤的一端连接；
包括光纤，光纤的另一端置于实验对象的目标血管段，红外激光刺激仪器的输出端发出红外激光经光纤传导到实验对象的目标血管段进行刺激；
包括成像仪器，成像仪器产生光束入射到多光子显微镜，成像仪器包括飞秒激光器和振镜组：
包括飞秒激光器，产生激光作为成像光束入射到振镜组；
包括振镜组，经振镜组反射或者透射调制后控制激光聚焦到目标血管段并扫描。
包括多光子显微镜，将成像仪器产生的成像光束聚焦后入射到实验对象的目标血管段；
包括调制器，产生调制信号发送到红外激光刺激仪器，控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光；
包括控制器，产生控制信号分别到成像仪器和红外激光刺激仪器，切换成像仪器和红外激光刺激仪器的工作。
调制器产生调制信号发控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光是由单脉冲时长为0.25毫秒、频率为200赫兹、总持续时长为0.5s-2s的脉冲序列组成，且激光波长1500nm-2000nm，激光能量范围0.4-1.2J/cm2。
光纤的另一端紧贴在大脑皮层表面或者植入到大脑皮层内。当光纤的另一端植入到大脑皮层内时，光纤通过石英毛细管作为光纤固定方式固定，使光纤置于大脑皮层表面或其余有血管部位。具体是将光纤通过颅骨钻孔加固定石英毛细管作为光纤导管固定，使光纤头置于皮层表面。
光纤具有直径100、200、400um的三种，数值孔径为0.22，所述的红外激光刺激大脑皮层血管，脑皮层上产生激活范围为直径50-500um范围。
具体实施中，通过成像仪器的线扫描并用多光子显微镜观察进而确定血流速度的变化，通过成像仪器的振镜扫描并用多光子显微镜观察进而确定血管直径的变化，根据血流速度和血管直径的变化确定血管总流量，进而通过控制血管直径的变化来调节血流速度和血容量的变化。
如图2所示，本发明的实施工作过程如下：
实验对象置于双光子显微镜下，通过成像激光器和双光子显微镜的配合对大脑皮层血管结构进行成像，如图3A所示，放置光纤于特定血管节段。然后可对皮层中特定血管的血流量以及血容量进行时间序列成像图3B。根据血流量以及血容量的时间序列成像结果进行图像数据分析处理获得红外激光刺激的血管动态变化结果。
然后将光纤的尖端固定于脑皮层表面血管，红外激光刺激通过光纤传导于脑皮层，在实时利用调制器产生调制信号发控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光进行刺激。特定的红外激光是由单脉冲时长为0.25毫秒、频率为200赫兹、总持续时长为0.5s-2s的脉冲序列组成，且激光波长1500nm-2000nm，激光能量范围0.4-1.2J/cm2。
在刺激过程中，通过成像仪器和多光子显微镜的配合实时获得并观察到血管动态变化，分析血管直径以及血流量变化如图3C所示(左图直径，右图血流量)。
从结果可知，通过红外激光刺激，皮层血管可产生直径变化来调控血流流量，引起局部血管血流量的变化。该方法简单易行、可重复性高。具有较强的实用价值。
Claims (7)
1.一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：
包括红外激光刺激仪器，红外激光刺激仪器的输出端和光纤的一端连接；
包括光纤，光纤的另一端置于实验对象的目标血管，红外激光刺激仪器的输出端发出红外激光经光纤传导到实验对象的目标血管进行红外激光刺激；
包括成像仪器，成像仪器产生光束入射到多光子显微镜；
包括多光子显微镜，将成像仪器产生的成像光束聚焦后入射到实验对象的目标血管进行成像；
包括调制器，产生调制信号发送到红外激光刺激仪器，控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光；
包括控制器，产生控制信号分别到成像仪器和红外激光刺激仪器，切换成像仪器和红外激光刺激仪器的工作。
2.根据权利要求1所述的一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：所述的成像仪器包括：
包括飞秒激光器，产生激光作为成像光束入射到振镜组；
包括振镜组，经振镜组调制后控制激光聚焦到目标血管进行扫描成像。
3.根据权利要求1所述的一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：所述的调制器产生调制信号发控制红外激光刺激仪器发出特定的红外激光是由单脉冲时长为0.25毫秒、频率为200赫兹、总持续时长为0.5s-1s的脉冲序列组成，且激光波长1500nm-2000nm，激光能量范围0.4-1.2J/cm2。
4.根据权利要求1所述的一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：所述的实验对象的目标血管段为大脑皮层表面或大脑皮层上的有血管部位。
5.根据权利要求1所述的一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：所述的光纤的另一端紧贴在大脑皮层表面或者***到大脑皮层内。
6.根据权利要求1所述的一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：当光纤的另一端紧***到大脑皮层内时，光纤通过石英毛细管固定。
7.根据权利要求1所述的一种血管中血流以及血容量功能动态变化调控***，其特征在于：通过成像仪器的线扫描并用多光子显微镜观察进而确定血流速度的变化，通过成像仪器的振镜扫描并用多光子显微镜观察进而确定血管直径的变化，根据血流速度和血管直径的变化确定血管总流量，进而通过控制血管直径的变化来调节血流速度和血容量的变化。
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