[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

说明书

本发明属于生物信号处理领域，公开了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，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。用户可通过本发明的系统快速高效采集、识别、提取、分析生物四维时空数据，大大缩短了生物信号处理周期，提高了生物信号处理效率。本发明灵活运用了多种机器学习算法，设计了一套完整的可靠的部署方案，在降低人工干预成本的同时获得精确度高的样本数据。

技术领域

本发明属于生物信号处理领域，尤其涉及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。

背景技术

在研究生物体神经-行为对应关系中，需要采集神经元钙信号，对于采集到的钙信号和行为信号等，通常需要通过肉眼识别关键信息，并结合图像、视频分析软件进一步提取反应生物行为的指标。然而对于较大规模的数据，这样的步骤需要大量重复性的人工标注，并且会面临标注失准，迁移困难，缺少可视化工具等问题。尤其对于四维时空数据的采集，处理和提取，缺少一套完整的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提供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，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的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的具体技术方案如下：

一种四维时空数据中神经元信号恢复和提取的系统，包括生物数据采集模块、信号处理模块、信号提取模块，所示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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。