專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法，具體講的是一種利用顯微光纖光譜儀對(duì)耳蝸中不同組織的吸收光譜特性進(jìn)行分析的方法。屬于人造光學(xué)耳蝸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聽(tīng)覺(jué)是人類(lèi)賴(lài)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(tīng)覺(jué)感知，繼而導(dǎo)致言語(yǔ)交流障礙。目前應(yīng)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(chǎn)生的激勵(lì)電流具有擴(kuò)散效應(yīng)，易造成電極間電場(chǎng)干擾，引起信號(hào)失真，從而降低了刺激點(diǎn)的頻率選擇性，總電極數(shù)不易再提高。與電子耳蝸中利用電流觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)不同，在耳蝸內(nèi)用光纖取代電極導(dǎo)入激光，與電極相比光纖更易組成密集陣列，具備更好傳導(dǎo)聲譜信息的潛質(zhì)，這種利用激光觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)的人工耳蝸是一個(gè)全新的嘗試，我們稱(chēng)之為光學(xué)耳蝸。激光具有良好的方向性，在耳蝸內(nèi)激光不會(huì)像電流那樣往周?chē)鷶U(kuò)散，可以精確地觸發(fā)光纖輸出面所對(duì)的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)，且兩個(gè)相鄰光纖之間不會(huì)發(fā)生相互干擾，可以在耳蝸內(nèi)植入比較多的光纖，激光觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)的光學(xué)耳蝸有望使頻率分辨得到顯著提高。對(duì)于生物體，當(dāng)高能量密度的脈沖激光被導(dǎo)入耳蝸內(nèi)直接照射螺旋神經(jīng)節(jié)組織時(shí)，螺旋神經(jīng)節(jié)因?yàn)槲樟思す饽芰?，溫度升高，觸發(fā)了聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)。美國(guó)西北大學(xué)Richter教授的科研小組率先在豚鼠上嘗試了激光觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)的可行性研究，Izzo等人在具有正常聽(tīng)覺(jué)的豚鼠上進(jìn)行了音頻聲波和激光觸發(fā)CAP (compound action potential,復(fù)合動(dòng)作電位)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。后來(lái)德國(guó)漢諾威醫(yī)學(xué)院的Lenarz教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組利用納秒脈沖激光在耳蝸內(nèi)成功觸發(fā)了聽(tīng)覺(jué)。公開(kāi)號(hào)為WO 2005/089497 A2 的國(guó)際專(zhuān)利“Method and Application for Tuningof the Cochlea”，作者為L(zhǎng)enarz小組的Wenzel,提出了激光刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的概念,并證明了用694nm的激光輻照動(dòng)物的基底膜會(huì)引起其內(nèi)的膠原質(zhì)發(fā)生改變?！碔EEE Trans Biomed Eng>2007, 54:1108-1114，作者為 Richter 小組的 Izzo AD,名稱(chēng)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(fā)豚鼠的鼓膜的振動(dòng)，鼓膜振動(dòng)通過(guò)中耳的三塊聽(tīng)小骨被傳遞到內(nèi)耳并引起淋巴液的運(yùn)動(dòng)，使基底膜發(fā)生振動(dòng)并誘發(fā)基底膜上毛細(xì)胞(Hair cell)產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)沖動(dòng)，然后他們使用光纖把1870nm近紅外微秒脈沖激光導(dǎo)入耳蝸內(nèi)，通過(guò)照射螺旋神經(jīng)節(jié)組織也觀測(cè)到了 CAP，驗(yàn)證了激光觸發(fā)與聲波觸發(fā)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(nèi)也成功觸發(fā)了聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)沖動(dòng)。與Richter等人的光熱觸發(fā)方案不同，他們利用脈沖激光在連接基底膜的骨螺旋板內(nèi)產(chǎn)生脈沖聲波。雖然文獻(xiàn)報(bào)道了利用激光在耳蝸內(nèi)成功觸發(fā)了聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，但是由于對(duì)耳蝸內(nèi)生物組織的光學(xué)性質(zhì)缺乏了解，都沒(méi)有明確說(shuō)明波長(zhǎng)如何選取，耳蝸組織對(duì)此種波長(zhǎng)光的吸收如何。

發(fā)明內(nèi)容
為了探究耳蝸內(nèi)生物組織的光學(xué)特性，分析耳蝸內(nèi)生物組織對(duì)于不同波長(zhǎng)的光的吸收情況，以確定適合人工光學(xué)耳蝸的光致聲波源，本發(fā)明提出了通過(guò)對(duì)耳蝸中不同組織測(cè)量光譜吸收特性，探討激光參數(shù)的變化對(duì)觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)組織的影響，揭示激光直接觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的機(jī)制，進(jìn)而明確光譜最佳吸收波長(zhǎng)。本發(fā)明旨在提供一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法，由下述裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置包括寬譜光源，顯微鏡，光纖適配器，光纖，光譜儀和計(jì)算機(jī)，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片作為觀察對(duì)象放置在顯微鏡的載物臺(tái)上，寬譜光源從載物臺(tái)下方照射玻片，寬譜光經(jīng)過(guò)玻片吸收后從玻片上方透射出來(lái)，再進(jìn)入載物臺(tái)上方的物鏡，然后通過(guò)光纖適配器將此透射光耦合到光纖，經(jīng)光纖傳輸后透射光輸入光譜儀，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示透射光的光譜，該方法步驟如下:I)準(zhǔn)備動(dòng)物豚鼠耳蝸組織樣品玻片和相應(yīng)的參考玻片，利用載玻片、蓋玻片、甘油封片劑和動(dòng)物豚鼠耳蝸內(nèi)的不同組織如基底膜，螺旋神經(jīng)節(jié)，毛細(xì)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(jīng)節(jié)，毛細(xì)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(jīng)節(jié)組織樣品玻片和毛細(xì)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(jì)算機(jī)，打開(kāi)寬譜光源，調(diào)整并校準(zhǔn)光路，標(biāo)記測(cè)試在顯微鏡載物臺(tái)上光斑位置及區(qū)域，然后調(diào)節(jié)光斑尺寸至最小值，準(zhǔn)備測(cè)試；3)測(cè)試參考玻片的透射光譜:將參考玻片放置在顯微鏡載物臺(tái)上定位好的區(qū)域，透射光透過(guò)顯微鏡的物鏡后，被光纖適配器稱(chēng)合到光纖，通過(guò)光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀內(nèi)部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過(guò)一個(gè)線(xiàn)陣CCD探測(cè)不同波長(zhǎng)處光的強(qiáng)度，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件顯示透射光譜，然后利用計(jì)算機(jī)軟件觀察并記錄參考玻片的透射光譜信息；4)測(cè)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(tái)上定位好的區(qū)域，利用跟步驟3)測(cè)試參考玻片的透射光譜同樣的方法觀察和測(cè)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(zhǎng):計(jì)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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即為使基底膜吸收性最佳的光源波長(zhǎng);6)判斷螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的波長(zhǎng)值:分別測(cè)試螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞樣品玻片的透射光譜信息，并逐一與參考玻片進(jìn)行對(duì)比，利用跟步驟5)中基底膜吸收性最佳的光源波長(zhǎng)選擇同樣的方法找出螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的波長(zhǎng)值，從而確定了基底膜、螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的光的波長(zhǎng)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(shù)為140 3500倍可調(diào)，可以觀察微米量級(jí)的樣品。所述的光纖適配器用來(lái)將透射光耦合到光纖，進(jìn)而通過(guò)光纖傳入光譜分析儀。所述的光譜儀內(nèi)部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過(guò)一個(gè)線(xiàn)陣CCD探測(cè)不同波長(zhǎng)處光的強(qiáng)度，光柵常數(shù)為l/300mm，線(xiàn)陣CXD像素?cái)?shù)為3648pixelS ;光譜儀可測(cè)量光譜范圍為400nm-2500nm，波長(zhǎng)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(shí)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(fā)明具有以下有益效果:I)本發(fā)明以動(dòng)物豚鼠耳蝸為研究對(duì)象，利用寬帶光譜的光源輻照耳蝸內(nèi)不同的組織，通過(guò)顯微光纖光譜儀測(cè)量其光譜吸收特性，為確定光學(xué)耳蝸中利用激光觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的最佳光源波長(zhǎng)提供了有效的方法。2)本發(fā)明測(cè)量準(zhǔn)確，波長(zhǎng)精確度達(dá)到lnm。3)本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，思路清晰，解決了當(dāng)前人工光學(xué)耳蝸研究中光源波長(zhǎng)選擇欠缺依據(jù)的問(wèn)題。也為人工光學(xué)耳蝸的繼續(xù)研究和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī),8、載物臺(tái),9、物鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。實(shí)施例:本發(fā)明實(shí)施例如圖1所示，一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法，由下述裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(jì)算機(jī)7，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片3作為觀察對(duì)象放置在顯微鏡2的載物臺(tái)8上，寬譜光源I從載物臺(tái)8下方照射玻片，寬譜光經(jīng)過(guò)玻片吸收后從玻片上方透射出來(lái)，再進(jìn)入載物臺(tái)8上方的物鏡9,然后通過(guò)光纖適配器4將此透射光稱(chēng)合到光纖5,經(jīng)光纖5傳輸后透射光輸入光譜儀6，光譜儀6通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到計(jì)算機(jī)7，通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)7顯示屏上顯示透射光的光譜，該方法步驟如下:I)準(zhǔn)備動(dòng)物豚鼠耳蝸組織樣品玻片和相應(yīng)的參考玻片，利用載玻片、蓋玻片、甘油封片劑和動(dòng)物豚鼠耳蝸內(nèi)的不同組織如基底膜，螺旋神經(jīng)節(jié)，毛細(xì)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(jīng)節(jié)，毛細(xì)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(jīng)節(jié)組織樣品玻片和毛細(xì)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(jì)算機(jī)，打開(kāi)寬譜光源，調(diào)整并校準(zhǔn)光路，標(biāo)記測(cè)試在顯微鏡載物臺(tái)上光斑位置及區(qū)域，然后調(diào)節(jié)光斑尺寸至最小值，準(zhǔn)備測(cè)試；3)測(cè)試參考玻片的透射光譜:將參考玻片放置在顯微鏡載物臺(tái)上定位好的區(qū)域，透射光透過(guò)顯微鏡的物鏡后，被光纖適配器稱(chēng)合到光纖，通過(guò)光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀內(nèi)部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過(guò)一個(gè)線(xiàn)陣CCD探測(cè)不同波長(zhǎng)處光的強(qiáng)度，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件顯示透射光譜，然后利用計(jì)算機(jī)軟件觀察并記錄參考玻片的透射光譜信息；4)測(cè)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(tái)上定位好的區(qū)域，利用跟步驟3)測(cè)試參考玻片的透射光譜同樣的方法觀察和測(cè)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(zhǎng):計(jì)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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即為使基底膜吸收性最佳的光源波長(zhǎng);6)判斷螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的波長(zhǎng)值:分別測(cè)試螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞樣品玻片的透射光譜信息，并逐一與參考玻片進(jìn)行對(duì)比，利用跟步驟5)中基底膜吸收性最佳的光源波長(zhǎng)選擇同樣的方法找出螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的波長(zhǎng)值，從而確定了基底膜、螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的光的波長(zhǎng)值。
權(quán)利要求
1.一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法，由下述裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置包括寬譜光源，顯微鏡，光纖適配器，光纖，光譜儀和計(jì)算機(jī)，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片作為觀察對(duì)象放置在顯微鏡的載物臺(tái)上，寬譜光源從載物臺(tái)下方照射玻片，寬譜光經(jīng)過(guò)玻片吸收后從玻片上方透射出來(lái)，再進(jìn)入載物臺(tái)上方的物鏡，然后通過(guò)光纖適配器將此透射光耦合到光纖，經(jīng)光纖傳輸后透射光輸入光譜儀，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示透射光的光譜，該方法步驟如下: 1)準(zhǔn)備動(dòng)物豚鼠耳蝸組織樣品玻片和相應(yīng)的參考玻片，利用載玻片、蓋玻片、甘油封片劑和動(dòng)物豚鼠耳蝸內(nèi)的不同組織如基底膜，螺旋神經(jīng)節(jié)，毛細(xì)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(jīng)節(jié)，毛細(xì)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(jīng)節(jié)組織樣品玻片和毛細(xì)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(jì)算機(jī)，打開(kāi)寬譜光源，調(diào)整并校準(zhǔn)光路，標(biāo)記測(cè)試在顯微鏡載物臺(tái)上光斑位置及區(qū)域，然后調(diào)節(jié)光斑尺寸至最小值，準(zhǔn)備測(cè)試； 3)測(cè)試參考玻片的透射光譜:將參考玻片放置在顯微鏡載物臺(tái)上定位好的區(qū)域，透射光透過(guò)顯微鏡的物鏡后，被光纖適配器稱(chēng)合到光纖，通過(guò)光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀內(nèi)部光柵將收集到的入射光光譜分離，通過(guò)一個(gè)線(xiàn)陣CCD探測(cè)不同波長(zhǎng)處光的強(qiáng)度，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件顯示透射光譜，然后利用計(jì)算機(jī)軟件觀察并記錄參考玻片的透射光譜信息； 4)測(cè)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(tái)上定位好的區(qū)域，利用跟步驟3)測(cè)試參考玻片的透射光譜同樣的方法觀察和測(cè)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(zhǎng):計(jì)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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即為使基底膜吸收性最佳的光源波長(zhǎng); 6)判斷螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的波長(zhǎng)值:分別測(cè)試螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞樣品玻片的透射光譜信息，并逐一與參考玻片進(jìn)行對(duì)比，利用跟步驟5)中基底膜吸收性最佳的光源波長(zhǎng)選擇同樣的方法找出螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的波長(zhǎng)值，從而確定了基底膜、螺旋神經(jīng)節(jié)和毛細(xì)胞吸收性最佳的光的波長(zhǎng)值。
全文摘要
一種激光誘發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的光譜分析方法，屬于人造光學(xué)耳蝸技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括寬譜光源，光譜儀和計(jì)算機(jī)等，耳蝸組織樣品玻片和參考玻片作為觀察對(duì)象放置在顯微鏡的載物臺(tái)上，寬譜光源由載物臺(tái)下方輻照玻片，寬譜光經(jīng)過(guò)玻片吸收后從玻片上方透射到空間，再進(jìn)入載物臺(tái)上方的物鏡，然后通過(guò)光纖適配器將此透射光耦合到光纖，透射光經(jīng)光纖傳輸后輸入光譜儀，光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件顯示透射光的光譜，以判斷組織對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收情況。本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，測(cè)量準(zhǔn)確，為確定光學(xué)耳蝸中利用激光觸發(fā)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的最佳光源波長(zhǎng)提供了有效的方法，為光學(xué)耳蝸的繼續(xù)研究和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N21/31GK103115880SQ20131002042
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者張颯颯, 蔣碩, 劉楊, 田嵐, 安守磊 申請(qǐng)人:山東大學(xué)