TDI-fMOST成像系统的软件系统设计与实现

发布时间：2020-03-24 05:11

【摘要】：大脑是自然界中已知的最复杂的生物系统。虽然投入了大量精力研究大脑,但人类依然对学习、意识与情感等高级功能的运行机理知之甚少。这些知识的缺失导致目前大多数神经疾病都缺乏有效的治疗手段。所以人类亟需弄清大脑的运行机理,而获取大脑中神经元的完整形态及神经环路之间的相互连接关系,有助于理解大脑功能。目前,已有多种技术手段能够获取全脑范围内的神经元结构信息及其连接信息。其中本实验室发展的基于时间延时积分相机的荧光显微切片成像系统(Time delay integration-fluorescence micro-optical sectioning tomography,TDI-fMOST)能够高通量的获取全脑范围内的神经结构信息,包括神经元长程投射、树突棘与轴突扣节等。该系统采集一个小鼠全脑精细的神经结构数据通常需要12天左右的时间,总数据存储量达到TB级。在当前系统中,采集时间越长,出现图像丢失故障问题与焦平面漂移问题的概率就越大;并且海量数据不利于采集过程中的图像实时查看与后期处理。因此,解决这些问题是能否高效、完整地获得高质量成像数据的关键。针对TDI-fMOST系统目前技术方案的不足,本研究使用MFC(Microsoft Foundation Classes)设计了一套软件系统,实现了数据采集与存储的功能,解决了海量数据与采集时间长引起的上述问题,并且可以兼容单色、多色TDI-fMOST系统。针对海量数据引起的问题,该软件系统实现了实时显示缩略图与数据实时上传的功能,可以快捷方便的查看图像,并在采集过程中实时将数据上传到集群服务器。针对采集时间长引起的问题,软件中采用自适应修正成像范围,使得系统以最小的采集范围对鼠脑成像,极大的缩短采集时间;自动处理图像丢失故障的功能解决了长时间成像过程中由于硬件系统偶发性不稳定引起的图像丢失故障;自动对焦功能解决了长时间成像过程中焦面漂移的现象,提高系统图像数据的整体质量。本软件系统已在TDI-fMOST系统中使用超过一年的时间,取得了较好的效果。
【图文】：

7图 2.1 双通道 TDI-fMOST 系统整体架构Fig. 2.1 Architechture of dual-channel TDI-fMOSTTDI-fMOST 系统结合本实验室研究的荧光蛋白的化学层析技术，轴向的分辨够达到 1 μm。化学层析技术可以只激活表面很薄的一层荧光信号，抑制样本表下的背景信号。在成像过程中，样本表面的组织被缓冲溶液激活，表面以下的组于未激活的状态，当激光聚焦到样本表面时，只会激发被激活的样本组织，故化析结合金刚石刀的精密切削可以实现轴向亚微米级的三维荧光成像。因为样本冠状面较大，金刚石的尺寸较小，不能对树脂包埋后的样本的冠状面一刀切削，需要进行多次切削。对于样本切削，可以使用更大尺寸的金刚石刀进

图 2.2 三维移动平台组件Fig. 2.2 The components of three-dimensional motion stage组件的组成如图 2.3 所示，包括 TDI 相机、数据采集卡、机有多种选择，包括滨松公司的 C10000-801，DALSA 公z 及 Piranha4 4k, 100/200 kHz。数据采集卡使用 DALSA 公ra-CLPX4Full。触发电路是指能够给出位置同步触发脉冲的装置，触发脉冲信号由三维移动平台控制箱给出，通发相机曝光成像。TDI 相机与数据采集卡通过 Camera L过 PCI-E 的接口与工作站连接。相机曝光成像后的数据到工作站中，所以，，通过对该数据采集卡的编程可以实现型号的数据采集卡可以支持滨松的 TDI 相机以及 DALS
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52;R318

【参考文献】

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本文编号：2597847