專利名稱：一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法
技術領域：
本發明涉及一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法，具體講的是一種利用顯微光纖光譜儀對耳蝸中不同組織的吸收光譜特性進行分析的方法。屬于人造光學耳蝸技術領域。
背景技術：
聽覺是人類賴以生存最基本的感知能力之一。但是由于種種原因，有些人失去了聽覺感知，繼而導致言語交流障礙。目前應用的電子耳蝸，仍存在若干不盡人意的地方有待提高，其電極產生的激勵電流具有擴散效應，易造成電極間電場干擾，引起信號失真，從而降低了刺激點的頻率選擇性，總電極數不易再提高。與電子耳蝸中利用電流觸發聽覺不同，在耳蝸內用光纖取代電極導入激光，與電極相比光纖更易組成密集陣列，具備更好傳導聲譜信息的潛質，這種利用激光觸發聽覺的人工耳蝸是一個全新的嘗試，我們稱之為光學耳蝸。激光具有良好的方向性，在耳蝸內激光不會像電流那樣往周圍擴散，可以精確地觸發光纖輸出面所對的聽覺神經，且兩個相鄰光纖之間不會發生相互干擾，可以在耳蝸內植入比較多的光纖，激光觸發聽覺的光學耳蝸有望使頻率分辨得到顯著提高。對于生物體，當高能量密度的脈沖激光被導入耳蝸內直接照射螺旋神經節組織時，螺旋神經節因為吸收了激光能量，溫度升高，觸發了聽覺神經。美國西北大學Richter教授的科研小組率先在豚鼠上嘗試了激光觸發聽覺的可行性研究，Izzo等人在具有正常聽覺的豚鼠上進行了音頻聲波和激光觸發CAP (compound action potential,復合動作電位)的對比實驗。后來德國漢諾威醫學院的Lenarz教授領導的科研小組利用納秒脈沖激光在耳蝸內成功觸發了聽覺。公開號為WO 2005/089497 A2 的國際專利“Method and Application for Tuningof the Cochlea”，作者為Lenarz小組的Wenzel,提出了激光刺激聽覺神經的概念,并證明了用694nm的激光輻照動物的基底膜會引起其內的膠原質發生改變。〈IEEE Trans Biomed Eng>2007, 54:1108-1114，作者為 Richter 小組的 Izzo AD,名稱為 “Optical parameter variability in laser nerve stimulation:a study ofpulse duration, repetition rate, and wavelength”的文章中，使用音頻聲波觸發豚鼠的鼓膜的振動，鼓膜振動通過中耳的三塊聽小骨被傳遞到內耳并引起淋巴液的運動，使基底膜發生振動并誘發基底膜上毛細胞(Hair cell)產生聽覺神經沖動，然后他們使用光纖把1870nm近紅外微秒脈沖激光導入耳蝸內，通過照射螺旋神經節組織也觀測到了 CAP，驗證了激光觸發與聲波觸發的CAP波形是非常相似的。〈Journal of Biomedical Optics〉，2009，14(4):044007,作者為 WenzelGI,Baster S, Zhang KY, Lim HH, Lubatschowski H, Lenarz T, Ertmer W and Reuter G,題目為 “Green laser light activates the inner ear” 的文章中，利用 532nm 的激光脈沖在耳蝸內也成功觸發了聽覺神經沖動。與Richter等人的光熱觸發方案不同，他們利用脈沖激光在連接基底膜的骨螺旋板內產生脈沖聲波。雖然文獻報道了利用激光在耳蝸內成功觸發了聽覺反應，但是由于對耳蝸內生物組織的光學性質缺乏了解，都沒有明確說明波長如何選取，耳蝸組織對此種波長光的吸收如何。
發明內容
為了探究耳蝸內生物組織的光學特性，分析耳蝸內生物組織對于不同波長的光的吸收情況，以確定適合人工光學耳蝸的光致聲波源，本發明提出了通過對耳蝸中不同組織測量光譜吸收特性，探討激光參數的變化對觸發聽覺神經組織的影響，揭示激光直接觸發聽覺神經的機制，進而明確光譜最佳吸收波長。本發明旨在提供一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法。本發明的技術方案如下:一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法，由下述裝置來實現，該裝置包括寬譜光源，顯微鏡，光纖適配器，光纖，光譜儀和計算機，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片作為觀察對象放置在顯微鏡的載物臺上，寬譜光源從載物臺下方照射玻片，寬譜光經過玻片吸收后從玻片上方透射出來，再進入載物臺上方的物鏡，然后通過光纖適配器將此透射光耦合到光纖，經光纖傳輸后透射光輸入光譜儀，光譜儀通過數據線連接到計算機，通過軟件在計算機顯示屏上顯示透射光的光譜，該方法步驟如下:I)準備動物豚鼠耳蝸組織樣品玻片和相應的參考玻片，利用載玻片、蓋玻片、甘油封片劑和動物豚鼠耳蝸內的不同組織如基底膜，螺旋神經節，毛細胞制成尺寸約為300-500平方微米的玻片，其步驟為先將尺寸約為300-500平方微米的不同組織如基底膜，螺旋神經節，毛細胞組織切片貼在載玻片上，然后加甘油封片劑后再將蓋玻片蓋在載玻片上制成各種耳蝸組織樣品玻片，即基底膜組織樣品玻片、螺旋神經節組織樣品玻片和毛細胞組織樣品玻片；選同樣尺寸的載玻片和蓋玻片，將蒸餾水涂在載玻片上，然后加甘油封片劑后再將蓋玻片蓋在載玻片上即制成參考玻片；2)搭建光路:順次連接好顯微鏡、光纖適配器、光纖、光譜儀以及計算機，打開寬譜光源，調整并校準光路，標記測試在顯微鏡載物臺上光斑位置及區域，然后調節光斑尺寸至最小值，準備測試；3)測試參考玻片的透射光譜:將參考玻片放置在顯微鏡載物臺上定位好的區域，透射光透過顯微鏡的物鏡后，被光纖適配器稱合到光纖，通過光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀內部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過一個線陣CCD探測不同波長處光的強度，光譜儀通過數據線連接計算機，通過軟件顯示透射光譜，然后利用計算機軟件觀察并記錄參考玻片的透射光譜信息；4)測試基底膜樣品玻片的透射光譜:將基底膜樣品玻片放置在顯微鏡載物臺上定位好的區域，利用跟步驟3)測試參考玻片的透射光譜同樣的方法觀察和測試采集其透射光譜信息；5)判斷使基底膜吸收性最佳的光源波長:計算參考玻片透射光譜信息和基底膜樣品玻片光譜信息的差值，找出差值最大的點所對應的波長即為使基底膜吸收性最佳的光源波長;6)判斷螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的波長值:分別測試螺旋神經節和毛細胞樣品玻片的透射光譜信息，并逐一與參考玻片進行對比，利用跟步驟5)中基底膜吸收性最佳的光源波長選擇同樣的方法找出螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的波長值，從而確定了基底膜、螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的光的波長值。所述的寬譜光源為白光源鹵鎢燈光源。所述顯微鏡的放大倍數為140 3500倍可調，可以觀察微米量級的樣品。所述的光纖適配器用來將透射光耦合到光纖，進而通過光纖傳入光譜分析儀。所述的光譜儀內部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過一個線陣CCD探測不同波長處光的強度，光柵常數為l/300mm，線陣CXD像素數為3648pixelS ;光譜儀可測量光譜范圍為400nm-2500nm，波長分辨率為lnm。所述的耳蝸組織樣品玻片是有載玻片，蓋玻片，甘油封片劑和耳蝸組織樣品組成的。所述的參考玻片是與耳蝸組織樣品玻片同時制作的，包含與制作耳蝸組織樣品玻片使用的相同的載玻片，蓋玻片和甘油封片劑。本發明具有以下有益效果:I)本發明以動物豚鼠耳蝸為研究對象，利用寬帶光譜的光源輻照耳蝸內不同的組織，通過顯微光纖光譜儀測量其光譜吸收特性，為確定光學耳蝸中利用激光觸發聽覺神經的最佳光源波長提供了有效的方法。2)本發明測量準確，波長精確度達到lnm。3)本發明方法簡單易行，思路清晰，解決了當前人工光學耳蝸研究中光源波長選擇欠缺依據的問題。也為人工光學耳蝸的繼續研究和發展奠定了良好的基礎。
圖1是本發明的結構示意圖。其中:1、寬譜光源，2、顯微鏡，3、耳蝸組織樣品和參考玻片，4、光纖適配器,5、光纖,6、光譜儀,7、計算機,8、載物臺,9、物鏡。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例:本發明實施例如圖1所示，一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法，由下述裝置來實現，該裝置包括寬譜光源1，顯微鏡2，光纖適配器4，光纖5，光譜儀6和計算機7，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片3作為觀察對象放置在顯微鏡2的載物臺8上，寬譜光源I從載物臺8下方照射玻片，寬譜光經過玻片吸收后從玻片上方透射出來，再進入載物臺8上方的物鏡9,然后通過光纖適配器4將此透射光稱合到光纖5,經光纖5傳輸后透射光輸入光譜儀6，光譜儀6通過數據線連接到計算機7，通過軟件在計算機7顯示屏上顯示透射光的光譜，該方法步驟如下:I)準備動物豚鼠耳蝸組織樣品玻片和相應的參考玻片，利用載玻片、蓋玻片、甘油封片劑和動物豚鼠耳蝸內的不同組織如基底膜，螺旋神經節，毛細胞制成尺寸約為300-500平方微米的玻片，其步驟為先將尺寸約為300-500平方微米的不同組織如基底膜，螺旋神經節，毛細胞組織切片貼在載玻片上，然后加甘油封片劑后再將蓋玻片蓋在載玻片上制成各種耳蝸組織樣品玻片，即基底膜組織樣品玻片、螺旋神經節組織樣品玻片和毛細胞組織樣品玻片；選同樣尺寸的載玻片和蓋玻片，將蒸餾水涂在載玻片上，然后加甘油封片劑后再將蓋玻片蓋在載玻片上即制成參考玻片；2)搭建光路:順次連接好顯微鏡、光纖適配器、光纖、光譜儀以及計算機，打開寬譜光源，調整并校準光路，標記測試在顯微鏡載物臺上光斑位置及區域，然后調節光斑尺寸至最小值，準備測試；3)測試參考玻片的透射光譜:將參考玻片放置在顯微鏡載物臺上定位好的區域，透射光透過顯微鏡的物鏡后，被光纖適配器稱合到光纖，通過光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀內部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過一個線陣CCD探測不同波長處光的強度，光譜儀通過數據線連接計算機，通過軟件顯示透射光譜，然后利用計算機軟件觀察并記錄參考玻片的透射光譜信息；4)測試基底膜樣品玻片的透射光譜:將基底膜樣品玻片放置在顯微鏡載物臺上定位好的區域，利用跟步驟3)測試參考玻片的透射光譜同樣的方法觀察和測試采集其透射光譜信息；5)判斷使基底膜吸收性最佳的光源波長:計算參考玻片透射光譜信息和基底膜樣品玻片光譜信息的差值，找出差值最大的點所對應的波長即為使基底膜吸收性最佳的光源波長;6)判斷螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的波長值:分別測試螺旋神經節和毛細胞樣品玻片的透射光譜信息，并逐一與參考玻片進行對比，利用跟步驟5)中基底膜吸收性最佳的光源波長選擇同樣的方法找出螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的波長值，從而確定了基底膜、螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的光的波長值。
權利要求
1.一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法，由下述裝置來實現，該裝置包括寬譜光源，顯微鏡，光纖適配器，光纖，光譜儀和計算機，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片作為觀察對象放置在顯微鏡的載物臺上，寬譜光源從載物臺下方照射玻片，寬譜光經過玻片吸收后從玻片上方透射出來，再進入載物臺上方的物鏡，然后通過光纖適配器將此透射光耦合到光纖，經光纖傳輸后透射光輸入光譜儀，光譜儀通過數據線連接到計算機，通過軟件在計算機顯示屏上顯示透射光的光譜，該方法步驟如下: 1)準備動物豚鼠耳蝸組織樣品玻片和相應的參考玻片，利用載玻片、蓋玻片、甘油封片劑和動物豚鼠耳蝸內的不同組織如基底膜，螺旋神經節，毛細胞制成尺寸約為300-500平方微米的玻片，其步驟為先將尺寸約為300-500平方微米的不同組織如基底膜，螺旋神經節，毛細胞組織切片貼在載玻片上，然后加甘油封片劑后再將蓋玻片蓋在載玻片上制成各種耳蝸組織樣品玻片，即基底膜組織樣品玻片、螺旋神經節組織樣品玻片和毛細胞組織樣品玻片；選同樣尺寸的載玻片和蓋玻片，將蒸餾水涂在載玻片上，然后加甘油封片劑后再將蓋玻片蓋在載玻片上即制成參考玻片； 2)搭建光路:順次連接好顯微鏡、光纖適配器、光纖、光譜儀以及計算機，打開寬譜光源，調整并校準光路，標記測試在顯微鏡載物臺上光斑位置及區域，然后調節光斑尺寸至最小值，準備測試； 3)測試參考玻片的透射光譜:將參考玻片放置在顯微鏡載物臺上定位好的區域，透射光透過顯微鏡的物鏡后，被光纖適配器稱合到光纖，通過光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀內部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過一個線陣CCD探測不同波長處光的強度，光譜儀通過數據線連接計算機，通過軟件顯示透射光譜，然后利用計算機軟件觀察并記錄參考玻片的透射光譜信息； 4)測試基底膜樣品玻片的透射光譜:將基底膜樣品玻片放置在顯微鏡載物臺上定位好的區域，利用跟步驟3)測試參考玻片的透射光譜同樣的方法觀察和測試采集其透射光譜信息； 5)判斷使基底膜吸收性最佳的光源波長:計算參考玻片透射光譜信息和基底膜樣品玻片光譜信息的差值，找出差值最大的點所對應的波長即為使基底膜吸收性最佳的光源波長; 6)判斷螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的波長值:分別測試螺旋神經節和毛細胞樣品玻片的透射光譜信息，并逐一與參考玻片進行對比，利用跟步驟5)中基底膜吸收性最佳的光源波長選擇同樣的方法找出螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的波長值，從而確定了基底膜、螺旋神經節和毛細胞吸收性最佳的光的波長值。
全文摘要
一種激光誘發聽覺神經的光譜分析方法，屬于人造光學耳蝸技術領域。該裝置包括寬譜光源，光譜儀和計算機等，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片作為觀察對象放置在顯微鏡的載物臺上，寬譜光源由載物臺下方輻照玻片，寬譜光經過玻片吸收后從玻片上方透射到空間，再進入載物臺上方的物鏡，然后通過光纖適配器將此透射光耦合到光纖，透射光經光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀通過數據線連接到計算機，通過軟件顯示透射光的光譜，以判斷組織對各種波長光的吸收情況。本發明簡單易行，測量準確，為確定光學耳蝸中利用激光觸發聽覺神經的最佳光源波長提供了有效的方法，為光學耳蝸的繼續研究和發展奠定了基礎。
文檔編號G01N21/31GK103115880SQ20131002042
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者張颯颯, 蔣碩, 劉楊, 田嵐, 安守磊 申請人:山東大學
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