Способ фиксации кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов при рентгеновской компьютерной микро- и нанотомографии и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК A61B90/14 G01N1/36 

Рентгеновское компьютерное микросканирование объектов длительно выполняемая процедура, занимающая от нескольких часов до нескольких суток и требующая высокой точности позиционирования объекта, заключающаяся в фиксации объекта исследования перед излучающей рентген трубкой в зоне фокусировки лучей на свободном конце вращающегося шпинделя установленного на микропозиционном столике перпендикулярно оси сканирования.

Для получения качественных результатов визуализации рентгеновского компьютерного микро и наносканирования необходимо соблюдение главного условия - объект при длительной выдержке во время вращения не должен смещаться от точки сканирования, необходима высокая точность центровки ротации объекта и надёжность его фиксации на вращающемся шпинделе. Добиться этого при работе с сухими твёрдыми объектами не сложно, для чего их непосредственно фиксируют цангой расположенной на конце шпинделя или приклеивают к его свободному торцу без цанги (www.bruker.com, www.optecgroup.com).

Однако такой простой и надёжный способ и устройство фиксации недеформирующихся объектов не подходит для работы с эластичными биологическими тканями, в частности с глазным яблоком, которые за период сканирования могут смещаться и деформироваться как механически, так и вследствие высыхания, что негативно отражается на результатах высокоточного сканирования.

Для фиксации биологических объектов существует способ, заключающийся в предварительной заливке объектов исследования отверждающимися веществами, для этого применяют нерастворимые в воде: аралдит, эпон, вестопал, бутилметакрилат, метилметакрилат, мараглас-кардолитовый компаунд, эпоксидно-диановые смолы, стирол и водорастворимые среды: аквон, дуркупан, гликольметакрилат, оксипропилметакрилат, желатин (www. helpiks.org).

Недостатками такой фиксации являются, во-первых, относительно сложный и длительный процесс подготовки, а во-вторых, из-за нагрева в зоне фокусировки рентгеновского излучения, фиксирующие вещества могут деформироваться вследствие растрескивания и/или оплавления, что также негативно сказывается на результатах прецизионного сканирования.

Известно устройство фиксации объектов для рентгеновского микро и наносканирования (www.bruker.com, www.optecgroup.com), содержащее металлический шпиндель, снабжённый опорной площадкой с конца обращённого к столику микро позиционирования и цанговым зажимом с противоположного конца для фиксации объекта сканирования.

Однако этого комплекта недостаточно для надёжной длительной фиксации влажных биологических объектов, в том числе глазного яблока.

Для достижения высокого качества визуализации рентгеновских микро и наносканов биологических объектов, в частности кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов, предложены:

Способ фиксации кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов в качестве объекта сканирования при проведении рентгеновской компьютерной микро и нанотомографии, заключающийся в том, что объект сканирования помещают перед излучающей рентген трубкой в зоне фокусировки и закрепляют в цанговом зажиме, расположенном на свободном конце вращающего шпинделя установленного другим концом посредством перпендикулярной опоры на микро позиционирующем столике и для фиксации объекта сканирования используют полимерную цилиндрическую ёмкость дно которой в центре снабжено коническим штуцером содержащим соосный сквозной канал и конгруэнтный штуцеру полимерный конический колпачок с вершинной шпилькой служащей для фиксации в цанговом зажиме шпинделя, подготавливают полимерное фиксационное кольцо оптимальной толщиной 3 мм, с наружным диаметром соответствующим внутреннему диаметру ёмкости и внутренним диаметром соответствующим наружному диаметру глазного яблока при сканировании его в целом виде или диаметру вырезанного трепаном из него фрагмента, вставляют в фиксационное кольцо объект сканирования и приклеивают по периметру влагостойким клеем, внутреннюю поверхность ёмкости в зоне расположения фиксационного кольца смазывают влагостойким клеем, фиксационное кольцо с объектом сканирования в зависимости от условий сканирования - продольного, диагонального или поперечного соответственно располагают под необходимым углом внутри ёмкости в зоне клеевой фиксации, после склеивания кольца с ёмкостью при поперечном расположении кольца ёмкость поворачивают штуцером кверху, пространство между объектом сканирования и торцом ёмкости через канал штуцера заполняют до полного вытеснения воздуха из ёмкости и штуцера в вариантах - физиологическим буферным раствором, гелем с влажностью не менее 30% соответствующей физиологической влажности фиброзной оболочки глазного яблока, глицерином, штуцер закрывают конусовидным колпачком, переворачивают ёмкость штуцером вниз и заполняют аналогичной средой пространство над объектом, а при продольном положении кольца штуцер закрывают конусовидным колпачком, ёмкость поворачивают колпачком книзу и производят заливку полости ёмкости до полного погружения объекта сканирования, торец ёмкости герметично закрывают полимерной пробкой, шпильку конусовидного колпачка штуцера вставляют в цанговый зажим шпинделя, шпиндель устанавливают на вращающемся микро позиционирующем столике, ёмкость при вращении шпинделя вертикально центрируют соосно шпинделю и фиксируют окончательно цанговым зажимом, шпиндель смещают так, чтобы точка сканирования являлась точкой вокруг которой происходит вращение объекта сканирования, проводят рентгеновское компьютерное микро или наносканирование.

В качестве ёмкости для сканирования в варианте используют готовый одноразовый полимерный медицинский шприц с предпочтительно центральным расположением штуцера для иглы, шприц укорачивают до необходимой длины с целью предотвращения инерционных отклонений при вращении шпинделя, в качестве конусовидного колпачка с вершинной шпилькой используют инъекционную иглу шприца, предварительно укоротив её на необходимую длину, а в качестве торцевой пробки используют отделённую от поршня шприца резиновую головку.

Кадаверное цельное лазное яблоко или его секционные фрагменты в зависимости от целей сканирования предварительно насыщают рентген контрастными веществами и/или высушивают спиртом и/или силикогелем, при этом при сканировании высушенных объектов заливку их в полости ёмкости не производят, в качестве контрастирующих веществ используют водорастворимые соли или оксиды металлов, объект сканирования погружают в раствор нужной концентрации и насыщение производят в вариантах: пассивном - просто выдерживают необходимое время или активном - ускоряют и углубляют проникновение контраста в объект сканирования методом электро- и/или фонофореза, при этом при пассивном насыщении объект сканирования погружают в раствор полностью, т.е. контакт рентген контрастного вещества с тканями глазного яблока обеспечивают с внешней и внутренней сторон тканей глазного яблока, в случае цельного глазного яблока контрастный раствор заливают в его переднюю камеру и витреальную полость предварительно удалив стекловидное тело, а при активном насыщении только с одной необходимой стороны, а с противоположной заливают физиологический раствор, после контрастирования лишний контраст удаляется с поверхности ткани физиологическим раствором.

При предварительной подготовке и последующей установке в фиксационном кольце вырезанных трепаном фрагментов глазного яблока для сохранения их физиологической сферичности и предупреждения деформации используют полимерный цилиндр один торец которого выполнен сферичным для укладки вырезанного фрагмента, кривизну поверхности торца цилиндра подбирают соответственно физиологической кривизне вырезанного фрагмента, высоту цилиндра подбирают соответственно толщине фиксационного кольца, цилиндр с фрагментом устанавливают и вклеивают в просвет фиксационного кольца.

Устройство фиксации кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов при рентгеновской компьютерной микро и нанотомографии представляющее собой металлический шпиндель, снабжённый опорной площадкой с конца, обращённого к столику микро позиционирования, и цанговым зажимом с противоположного конца, дополнительно содержит: полимерную цилиндрическую ёмкость, внутренний диаметр которой больше не менее чем на 1 мм наружного диаметра объекта сканирования – цельного глазного яблока или его фрагмента вырезанного трепаном, высотой не менее чем на 10 мм выше уровня положения наивысшей точки объекта сканирования помещённого внутрь ёмкости, дно ёмкости содержит центрально расположенный конический штуцер снабжённый сквозным соосным каналом и полимерным съёмным конусовидным колпачком с вершинной шпилькой, герметично насаживаемым на штуцер ёмкости и служащим для фиксации в цанговом зажиме шпинделя, а торец ёмкости герметично закрывается полимерной съёмной пробкой; фиксационное полимерное кольцо с наружным диаметром соответствующим внутреннему диаметру ёмкости, внутренним диаметром соответствующим наружному диаметру объекта сканирования и оптимальной толщиной 3 мм; полимерный цилиндр, один торец которого выполнен сферичным, кривизну поверхности торца цилиндра подбирают соответственно физиологической кривизне фрагмента глазного яблока, высоту цилиндра подбирают соответственно толщине фиксационного кольца, а диаметр цилиндра соответственно просвету кольца.

Все составные части устройства – ёмкость, колпачок, пробку, цилиндр и фиксационное кольцо предварительно изготавливают под индивидуальные размеры – диаметр, радиус кривизны, толщину объекта сканирования из полимеров методом 3D-принтной печати.

В варианте ёмкость изготавливают из одноразового полимерного медицинского шприца с предпочтительно центральным расположением штуцера для иглы, шприц с поршнем укорачивают до необходимой длины с целью предотвращения инерционных отклонений при вращении шпинделя, в качестве конусовидного колпачка с вершинной шпилькой используют инъекционную иглу шприца, предварительно укорачивают её на необходимую длину, а в качестве торцевой пробки используют отделённую от поршня шприца резиновую головку.

Способ фиксации кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов в качестве объекта сканирования при проведении рентгеновской компьютерной микро и нанотомографии, и устройство для его осуществления, применяют следующим образом: объект сканирования помещают перед излучающей рентген трубкой в зоне фокусировки и закрепляют в цанговом зажиме, расположенном на свободном конце вращающего шпинделя установленного другим концом посредством перпендикулярной опоры на микро позиционирующем столике и для фиксации объекта сканирования используют полимерную цилиндрическую ёмкость дно которой в центре снабжено коническим штуцером содержащим соосный сквозной канал и конгруэнтный штуцеру полимерный конический колпачок с вершинной шпилькой служащей для фиксации в цанговом зажиме шпинделя, подготавливают полимерное фиксационное кольцо с наружным диаметром соответствующим внутреннему диаметру ёмкости и внутренним диаметром соответствующим наружному диаметру глазного яблока при сканировании его в целом виде или диаметру вырезанного трепаном из него фрагмента, и оптимальной толщиной 3 мм позволяющей осуществлять надёжное вклеивание объекта сканирования в кольцо и закрепление в косых положениях кольца в ёмкости, вставляют в фиксационное кольцо объект сканирования и приклеивают по периметру влагостойким клеем, внутреннюю поверхность ёмкости в зоне расположения фиксационного кольца смазывают влагостойким клеем, фиксационное кольцо с объектом сканирования в зависимости от условий сканирования - продольного, диагонального или поперечного соответственно располагают под необходимым для сканирования углом от 0 до 90 градусов, позволяющим получать необходимый поперечный, продольный или косой рентгенологический срез ткани, внутри ёмкости в зоне клеевой фиксации, после склеивания кольца с ёмкостью при поперечном расположении кольца ёмкость поворачивают штуцером кверху, пространство между объектом сканирования и торцом ёмкости через канал штуцера заполняют до полного вытеснения воздуха из ёмкости и штуцера в вариантах - физиологическим буферным раствором, гелем с влажностью не менее 30% для поддержания физиологической влажности тканей глазного яблока, глицерином, штуцер закрывают конусовидным колпачком, переворачивают ёмкость штуцером вниз и заполняют аналогичной средой пространство над объектом, а при продольном положении кольца штуцер закрывают конусовидным колпачком, ёмкость поворачивают колпачком книзу и производят заливку полости ёмкости до полного погружения объекта сканирования, торец ёмкости герметично закрывают полимерной пробкой, шпильку конусовидного колпачка штуцера вставляют в цанговый зажим шпинделя, шпиндель устанавливают на вращающемся микро позиционирующем столике, ёмкость при вращении шпинделя вертикально центрируют соосно шпинделю и фиксируют окончательно цанговым зажимом, шпиндель смещают так, чтобы точка сканирования являлась точкой вокруг которой происходит вращение объекта сканирования, проводят рентгеновское компьютерное микро или наносканирование.

При этом для фиксации объекта сканирования используют устройство все составные части которого – ёмкость, конусовидный колпачок, торцевая пробка, фиксационные кольцо и цилиндр предварительно изготавливают под индивидуальные размеры – диаметр, радиус кривизны, толщина объекта сканирования из полимеров методом 3D-принтной печати.

Полимерная цилиндрическая ёмкость выполнена с внутренним диаметром большим не менее чем на 1 мм наружного диаметра объекта сканирования – цельного глазного яблока или его фрагмента вырезанного трепаном для формирования пространства под установку фиксационного кольца, высотой не менее чем на 10 мм выше уровня положения наивысшей точки объекта сканирования помещённого внутрь ёмкости, для формирования пространства под торцевую пробку.

В варианте для сканирования ёмкость изготавливают из одноразового полимерного медицинского шприца с предпочтительно центральным расположением штуцера для иглы, шприц укорачивают до необходимой длины с целью предотвращения инерционных отклонений при вращении шпинделя, в качестве конусовидного колпачка с вершинной шпилькой используют инъекционную иглу шприца, предварительно укорачивают её на необходимую длину, а в качестве торцевой пробки используют отделённую от поршня шприца резиновую головку.

Кадаверное цельное глазное яблоко или его секционные фрагменты в зависимости от целей сканирования предварительно насыщают рентген контрастными веществами и/или высушивают спиртом и/или силикогелем, при этом при сканировании высушенных объектов заливку их в полости ёмкости не производят, в качестве контрастирующих веществ используют водорастворимые соли или оксиды металлов, объект сканирования погружают в раствор нужной концентрации и насыщение производят в вариантах: пассивном - просто выдерживают необходимое время или активном - ускоряют и углубляют проникновение контраста в объект сканирования методом электро- и/или фонофореза, при этом при пассивном насыщении объект сканирования погружают в раствор полностью, т.е. контакт рентген контрастного вещества с тканями глазного яблока обеспечивают с внешней и внутренней сторон тканей глазного яблока, в случае цельного глазного яблока контрастный раствор заливают в его переднюю камеру и витреальную полость предварительно удалив стекловидное тело, а при активном насыщении только с одной необходимой стороны, а с противоположной заливают физиологический раствор, после контрастирования лишний контраст удаляется с поверхности ткани физиологическим раствором.

При предварительной подготовке и последующей установке в фиксационном кольце вырезанных трепаном фрагментов глазного яблока для сохранения их физиологической сферичности и предупреждения деформации используют полимерный цилиндр один торец которого выполнен сферичным для укладки вырезанного фрагмента, кривизну поверхности торца цилиндра подбирают соответственно физиологической кривизне вырезанного фрагмента, высоту цилиндра подбирают соответственно толщине фиксационного кольца, цилиндр с фрагментом устанавливают и вклеивают в просвет фиксационного кольца.

После выполнения всех вышеперечисленных этапов и производят высокоточное рентгеновское микро и наносканирование.

Преимуществами заявленных способа и устройства является повышение качества визуализации сканируемого объекта за счёт достижения длительного стабильного пространственно ориентированного его положения в физиологическом состоянии, устранения осмотических артефактов и сохранения морфологических параметров объекта неизменными в течение всего процесса рентгеновского компьютерного микро и наносканирования.

Изобретение относится к области исследования посредством рентгеновской компьютерной микро- и нанотомографии биологических объектов, в частности кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов. Способ фиксации объекта сканирования заключается в том, что объект помещают перед излучающей рентген трубкой в зоне фокусировки и закрепляют в цанговом зажиме, расположенном на свободном конце вращающего шпинделя, установленного другим концом посредством перпендикулярной опоры на микропозиционирующем столике, а для фиксации объекта сканирования используют полимерную цилиндрическую ёмкость, дно которой в центре снабжено коническим штуцером, содержащим соосный сквозной канал и конгруэнтный штуцеру полимерный конический колпачок с вершинной шпилькой с возможностью фиксации в цанговом зажиме шпинделя. Объект сканирования вставляют в полимерное фиксационное кольцо и приклеивают по периметру влагостойким клеем. Использование изобретения позволяет повысить качество визуализации сканируемого объекта в течение всего процесса рентгеновского компьютерного микро- и наносканирования. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ фиксации объекта сканирования в виде кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов при проведении рентгеновской компьютерной микро- и нанотомографии, заключающийся в том, что объект сканирования помещают перед излучающей рентген трубкой в зоне фокусировки и закрепляют в цанговом зажиме, расположенном на свободном конце вращающего шпинделя, установленного другим концом посредством перпендикулярной опоры на микропозиционирующем столике, а для фиксации объекта сканирования используют полимерную цилиндрическую ёмкость, дно которой в центре снабжено коническим штуцером, содержащим соосный сквозной канал и конгруэнтный штуцеру полимерный конический колпачок с вершинной шпилькой с возможностью фиксации в упомянутом цанговом зажиме шпинделя, подготавливают полимерное фиксационное кольцо с толщиной 3 мм и с наружным диаметром, соответствующим внутреннему диаметру упомянутой ёмкости, и внутренним диаметром, соответствующим наружному диаметру глазного яблока при сканировании его в целом виде или диаметру вырезанного трепаном из него фрагмента, вставляют в фиксационное кольцо объект сканирования и приклеивают по периметру влагостойким клеем, внутреннюю поверхность ёмкости в зоне расположения фиксационного кольца смазывают влагостойким клеем, фиксационное кольцо с объектом сканирования в зависимости от условий сканирования - продольного, диагонального или поперечного соответственно располагают под заданным для сканирования углом от 0 до 90 градусов, внутри ёмкости в зоне клеевой фиксации после склеивания кольца с ёмкостью при поперечном расположении кольца упомянутую ёмкость поворачивают штуцером кверху, пространство между объектом сканирования и торцом ёмкости через канал штуцера заполняют до полного вытеснения воздуха из ёмкости и штуцера физиологическим буферным раствором, или гелем с влажностью не менее 30%, соответствующей физиологической влажности фиброзной оболочки глазного яблока, или глицерином, при этом штуцер закрывают конусовидным колпачком, переворачивают ёмкость штуцером вниз и заполняют аналогичной средой пространство над объектом, причем при продольном положении кольца штуцер закрывают конусовидным колпачком, ёмкость поворачивают колпачком книзу и производят заливку полости ёмкости до полного погружения объекта сканирования, торец ёмкости герметично закрывают полимерной пробкой, шпильку конусовидного колпачка штуцера вставляют в цанговый зажим шпинделя, шпиндель устанавливают на вращающемся микропозиционирующем столике, ёмкость при вращении шпинделя вертикально центрируют соосно шпинделю и фиксируют окончательно цанговым зажимом, при этом шпиндель смещают так, чтобы точка сканирования являлась точкой, вокруг которой происходит вращение объекта сканирования, и проводят рентгеновское компьютерное микро- или наносканирование.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для сканирования в качестве ёмкости используют готовый одноразовый полимерный медицинский шприц с предпочтительно центральным расположением штуцера для иглы, при этом шприц укорачивают до необходимой длины для предотвращения инерционных отклонений при вращении шпинделя, а в качестве конусовидного колпачка с вершинной шпилькой используют инъекционную иглу шприца, предварительно укороченную на необходимую длину, причем в качестве торцевой пробки используют отделённую от поршня шприца резиновую головку.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кадаверное цельное глазное яблоко или его секционные фрагменты в зависимости от целей сканирования предварительно насыщают рентгенконтрастными веществами и/или высушивают спиртом и/или силикогелем, при этом при сканировании высушенных объектов заливку их в полости ёмкости не производят, в качестве контрастирующих веществ используют водорастворимые соли или оксиды металлов, объект сканирования погружают в раствор нужной концентрации и насыщение производят в пассивном варианте при выдержке необходимого времени или в активном варианте при ускорении и углублении проникновения контраста в объект сканирования методом электро- и/или фонофореза, при этом при пассивном насыщении объект сканирования погружают в раствор полностью, причем контакт рентгенконтрастного вещества с тканями глазного яблока обеспечивают с внешней и внутренней сторон тканей глазного яблока, в случае цельного глазного яблока контрастный раствор заливают в его переднюю камеру и витреальную полость, предварительно удалив стекловидное тело, а при активном насыщении только с одной необходимой стороны, при этом с противоположной стороны заливают физиологический раствор, а после контрастирования лишний контраст удаляют с поверхности ткани физиологическим раствором.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при предварительной подготовке и последующей установке в фиксационном кольце вырезанных трепаном фрагментов глазного яблока для сохранения их физиологической сферичности и предупреждения деформации используют полимерный цилиндр, один торец которого выполнен сферичным для укладки вырезанного фрагмента, при этом кривизну поверхности торца цилиндра подбирают соответственно физиологической кривизне вырезанного фрагмента, высоту цилиндра подбирают соответственно толщине фиксационного кольца, а цилиндр с фрагментом устанавливают и вклеивают в просвет фиксационного кольца.

5. Устройство для фиксации объекта сканирования в виде кадаверного цельного глазного яблока и его секционных фрагментов при проведении рентгеновской компьютерной микро- и нанотомографии, содержащее металлический шпиндель, снабжённый опорной площадкой с конца, обращённого к столику микропозиционирования, и цанговым зажимом с противоположного конца, полимерную цилиндрическую ёмкость, внутренний диаметр которой больше не менее чем на 1 мм наружного диаметра объекта сканирования, высота которой не менее чем на 10 мм выше уровня положения наивысшей точки объекта сканирования, помещённого внутрь упомянутой ёмкости, при этом дно ёмкости имеет центрально расположенный конический штуцер, снабжённый сквозным соосным каналом и полимерным съёмным конусовидным колпачком с вершинной шпилькой, выполненной с возможностью герметичной насадки на штуцер ёмкости для фиксации в цанговом зажиме шпинделя, а торец ёмкости герметично закрыт полимерной съёмной пробкой, фиксационное полимерное кольцо с наружным диаметром, соответствующим внутреннему диаметру упомянутой ёмкости, и внутренним диаметром, соответствующим наружному диаметру объекта сканирования, полимерный цилиндр, один торец которого выполнен сферическим с кривизной, соответствующей физиологической кривизне фрагмента глазного яблока, причем высота цилиндра соответствует толщине фиксационного кольца, а диаметр цилиндра - просвету кольца.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что составные части устройства в виде ёмкости, колпачка, пробки, цилиндра и фиксационного кольца изготовлены предварительно в соответствии с индивидуальными размерами диаметра, радиуса кривизны и толщины объекта сканирования из полимеров методом 3D-принтерной печати.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что упомянутая ёмкость выполнена из одноразового полимерного медицинского шприца с предпочтительно центральным расположением штуцера для иглы, при этом шприц с поршнем выполнен укороченным до заданной длины для предотвращения инерционных отклонений при вращении шпинделя, а в качестве конусовидного колпачка с вершинной шпилькой использована инъекционная игла шприца, предварительно укороченная на заданную длину, причем в качестве торцевой пробки использована отделённая от поршня шприца резиновая головка.