[发明专利]一种四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统及方法

权利要求书

1.一种四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，包括生物数据采集模块、信号处理模块、信号提取模块，所述生物数据采集模块连接信号处理模块，所述信号处理模块连接信号提取模块，所述生物数据采集模块用于采集生物样本的图像序列；所述信号处理模块用于处理采集到的生物图像序列；所述信号提取模块提取容积中的神经元信号强度。

2.根据权利要求1所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述生物数据采集模块包含照明单元、成像单元、压电驱动单元，所述照明单元和成像单元相互垂直摆放；照明单元搭建在压电驱动单元左右两侧；所述照明单元用于照明样本，激发生物荧光信号；所述成像单元用以探测和记录被照明单元激发出的生物荧光信号，并通过设置相机帧率调整图像拍摄速度；所述压电驱动单元用于调整样本移动的速度和距离。

3.根据权利要求2所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述照明单元由激光器和多个光学元件共同组成，用于左右各形成约8微米厚度的光片，通过光学对准调节两束光完全重叠。

4.根据权利要求3所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述光学元件包含准直头、振镜、扫描透镜、套管透镜以及照明物镜。

5.根据权利要求2所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述成像单元由成像物镜、荧光滤色块、倒置生物显微镜和相机组成。

6.根据权利要求2所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述压电驱动单元包含样本夹持装置和压电驱动器piezo，所述压电驱动器piezo用于驱动生物样本在一定的z轴高度范围内往复移动，通过设置piezo频率和z轴的高度调整样本移动的速度和距离。

7.根据权利要求1所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述信号处理模块包含容积恢复单元、去噪单元、各向同性恢复单元；所述容积恢复单元通过原始序列拍摄时的起始点，相机帧率，piezo频率，z轴方向的总长，将序列构建成多个容积，第n个容积的时刻表示其时间信息，每个容积由若干张图像叠加而成，用于表示一个时刻拍摄目标的三维形态，其中第m张图像，在z轴上的高度为；所述去噪单元由一个噪声拟合单元和一个噪声过滤单元构成，用于检测容积中的噪声并滤除，其中噪声的拟合和滤除用一个深度神经网络或noise2noise模型实现，去噪后的容积输入所述各向同性恢复单元；所述各向同性恢复单元由一个深度神经网络构成，用于将z轴方向因分辨率过低造成拉伸变形的神经元恢复为标准的形态。

8.根据权利要求1所述的四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，其特征在于，所述信号提取模块包含交互式标记单元、神经元三维追踪单元、灰度检测单元；所述交互式标记单元包含一个能够交互容积信息的客户端和标记工具；交互的功能包含：拖动，放大，缩小，播放，暂停,坐标更新；标记内容包含区域标记和点标记，由多边形框和点来表示；所述神经元三维追踪单元包含一个预训练的SiamRPN网络用于目标检测和一个三维高分辨网络用于关键点追踪，所述三维高分辨网络是一般高分辨网络在处理三维数据的拓展，其中的卷积单元、batch-normalization和融合单元都做了三维的拓展，用于处理输入的三维数据，识别三维数据中的关键点信息；所述灰度检测单元根据神经元位置信息，提取出神经元信号的灰度值，形成灰度变化曲线。