[發明專利]一種視覺伺服三維旋轉的斑馬魚胚胎心臟注射系統及方法

有效

• 申請號: 201910308046.2
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110016431B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 樊啟高;張海;朱一昕;謝林柏;李岳陽;羅海馳;徐駿
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;G16H20/17;G02B21/36
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

1.一種視覺伺服三維旋轉的斑馬魚胚胎心臟注射裝置，其特征在于，包括：立體顯微鏡、CCD相機、上位機、三軸機械手、旋轉操縱器、微量移液管、泵；

所述立體顯微鏡用于操作人員對旋轉和注射過程的全程監控；

所述CCD相機位于所述立體顯微鏡上方，所述CCD相機與所述上位機的輸入連接，所述CCD相機用于采集所述立體顯微鏡視野下的圖像，將采集的圖像傳送至上位機進行處理，采用魚鰾位置和胚胎身體傾角將胚胎表示為(x^SB,y^SB,θ_l,θ_f)；將魚鰾位置記為SB(x^SB,y^SB)，將眼睛重心記為Eye(x^Eye,y^Eye)；θ_l是圖像坐標系中胚胎身體與圖像橫向邊界U軸之間的夾角，θ_f為SB和Eye的連接線與U軸之間的夾角；則斑馬魚胚胎位姿表示為(x^SB,y^SB,θ_l,θ_f)；

在斑馬魚胚胎移動過程中通過區域重建方法跟蹤斑馬魚胚胎；所述區域重建方法為：θ_l,k＝θ_l,0+Δθ，其中，下標k表示第k個采樣時刻；Δθ＝θ_f,k-θ_f,0，θ_l,k表示在第k采樣時刻胚胎身體與U軸的夾角，θ_f,k表示魚鰾重心和最大域的連接線與U軸之間的夾角；假設點固定在胚胎體上，則點P的實時坐標通過下式獲得：

其中，W是圖像寬度，H是圖像高度；

所述上位機的輸出分別與所述三軸機械手和所述旋轉操縱器連接，所述上位機根據采集的圖像分析斑馬魚胚胎的實時位置和姿態、微量移液管的尖端位置，向所述三軸機械手和所述旋轉操縱器發送控制信號，用于控制所述三軸機械手的方向和速度，以及控制所述旋轉操縱器的旋轉角度；

所述三軸機械手夾持住對應的微量移液管，所述三軸機械手用于將所述微量移液管的尖端移動到目標位置；

所述旋轉操縱器夾持住對應的微量移液管，所述旋轉操縱器用于旋轉斑馬魚胚胎；

所述泵用于提供吸持斑馬魚胚胎的吸力和推出外來物質的推力。

2.根據權利要求1所述的視覺伺服三維旋轉的斑馬魚胚胎心臟注射裝置，其特征在于，所述微量移液管包括接觸移液管、注射移液管和旋轉移液管；所述泵包括注射泵和維持泵；所述三軸機械手包括第一三軸機械手和第二三軸機械手；

所述第一三軸機械手用于抓持所述注射移液管，所述第二三軸機械手用于抓持所述接觸移液管，所述旋轉操縱器用于抓持所述旋轉移液管；

所述接觸移液管用于戳動斑馬魚胚胎使得斑馬魚胚胎圍繞光軸旋轉；

所述注射泵與所述注射移液管連接，所述維持泵與所述旋轉移液管連接；

所述旋轉移液管依靠所述維持泵吸持住斑馬魚胚胎的尾巴來使斑馬魚胚胎進行體軸旋轉，使斑馬魚胚胎的心臟旋轉到最佳姿態；

所述注射移液管依靠所述注射泵的推力將外來物質注射進斑馬魚胚胎的心臟。

3.根據權利要求2所述的視覺伺服三維旋轉的斑馬魚胚胎心臟注射裝置，其特征在于，所述第一三軸機械手包括第一三軸電機和第一抓持器，所述第二三軸機械手包括第二三軸電機和第二抓持器；

所述第一三軸電機用于控制所述第一三軸機械手的運動，所述第一抓持器安裝在所述第一三軸機械手的末端，所述第一三軸電機帶動所述第一抓持器移動；

所述第二三軸電機用于控制所述第二三軸機械手的運動，所述第二抓持器安裝在所述第二三軸機械手的末端，所述第二三軸電機帶動所述第二抓持器移動。