一种基于显微成像的全脑细胞计数方法及系统与流程

本发明涉及生命科学，尤其涉及一种基于显微成像的全脑细胞计数方法及系统。

背景技术：

1、在脑科学成像领域，对神经元的细胞核进行染色，再通过显微镜头记录染色，对显微图像进行分析和统计细胞核的数量具有很高的科研价值，其中准确、快速的计数方法则是至关重要的。在传统的手工计数方法中不仅耗时且效率低下，还可能引入人为误差。对于小鼠甚至猴子的全脑成像来说，统计该全脑的细胞核数量，人工的方式是几乎不可能完成的任务。

2、尽管自动计数技术取得了显著进展，但仍然存在一些挑战和限制。例如：如何确保算法的鲁棒性；如何在复杂环境中实现精确计数；如何处理不同类型和大小的目标对象；对于大规模的数据来说无法处理。因此，开发高效、可靠的自动计数技术对于提高生产效率和确保数据准确性具有重要意义。

3、为了克服这些缺陷，本申请提出了一种基于显微成像的全脑细胞计数方法及系统。将大脑切片尼式染色，通过荧光显微镜采集到细胞核的荧光信号。再通过将cellpose的细胞分割方法应用于全脑的大规模数据，可以获取不同脑区的细胞数量情况。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于显微成像的全脑细胞计数方法及系统，旨在解决上述的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请提供一种基于显微成像的全脑细胞计数方法，包括：

4、获取大脑切片并进行染色，得到输入图像；

5、对所述输入图像进行细胞分割，得到分割结果并作为输出图像；

6、将所述输出图像进行数据分析，获取细胞核的坐标和形状信息；

7、根据所述坐标和形状信息构建细胞核分布图，计算细胞数量；

8、通过所述细胞数量得到不同脑区之间的细胞密度差异和结构特征。

9、进一步的，在获取大脑切片并进行染色，得到输入图像的步骤中，具体包括下述步骤：

10、采用染色方法对切片进行染色，通过调整显微镜的参数将染色后的切片进行成像，得到输入图像；

11、所述输入图像为荧光显微镜图像数据。

12、进一步的，在对所述输入图像进行细胞分割，得到分割结果并作为输出图像的步骤中，具体包括下述步骤：

13、利用cellpose细胞分割算法对切片中的细胞进行自动分割，将细胞核从背景中分离，其中所述cellpose细胞分割算法是基于u-net神经网络架构；

14、将所述输入图像切成若干个128*128*128的数据块，并记录为json文件；再将数据块进行分割，得到分割结果作为输出图像。

15、进一步的，在将所述输出图像进行数据分析，获取细胞核的坐标和形状信息的步骤中，具体包括下述步骤：

16、将所述输出图像的若干个数据块进行拼接得到全脑的细胞核实例分割结果，其中所述实例分割结果为三维矩阵；

17、将三维矩阵中细胞核的不同数值设置为不同颜色并通过三维可视化软件显示，从中获取对应细胞核的坐标和形状信息。

18、进一步的，在通过所述细胞数量得到不同脑区之间的细胞密度差异和结构特征的步骤中，具体包括下述步骤：

19、通过图像分析提取细胞的形态学特征，包括但不限于：细胞大小、形状和分支结构，进而得到不同脑区细胞的结构特征；

20、对不同脑区的细胞密度数据进行统计分析，绘制柱状图或箱线图对比不同脑区的细胞密度，得到不同脑区之间的细胞密度差异。

21、本申请提供一种基于显微成像的全脑细胞计数方法的系统，包括：

22、获取模块：获取大脑切片并进行染色，得到输入图像；

23、分割模块：对所述输入图像进行细胞分割，得到分割结果并作为输出图像；

24、计算模块：将所述输出图像进行数据分析，获取细胞核的坐标和形状信息；根据所述坐标和形状信息构建细胞核分布图，计算细胞数量；

25、输出模块：通过所述细胞数量得到不同脑区之间的细胞密度差异和结构特征。

26、本申请提供一种设备，所述设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，其中，所述存储器存储有用于实现一种基于显微成像的全脑细胞计数方法的程序指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的所述程序指令以实现一种基于显微成像的全脑细胞计数。

27、本申请提供一种存储介质，存储有处理器可运行的程序指令，所述程序指令用于执行一种基于显微成像的全脑细胞计数方法。

28、本申请提供了一种基于显微成像的全脑细胞计数方法及系统，具有以下有益效果：

29、(1)本申请利用切片和染色技术结合荧光显微镜采集细胞核的荧光信号，并应用cellpose细胞分割方法对大规模数据进行细胞分析；相比于传统的手工或半自动的细胞分割方法，本申请具有更高的鲁棒性，能够自动、准确地分割细胞核，并且克服了传统方法中可能存在的人为误差；

30、(2)本申请通过将cellpose细胞分割方法运用于全脑的大规模数据，能够处理大量的图像数据，高效的数据处理能力使研究人员可以同时分析多个数据块，并在较短时间内获得全脑细胞数量的结果；相比之下，传统cellpose算法运行架构往往耗时，无法满足大规模数据分析的需求；

31、(3)本申请的cellpose细胞分割方法是根据细胞核的形态特征进行分割的，因此具有一定的适应性；能够处理不同脑区细胞形态大小的变化，包括细胞核的形状、大小和荧光信号强度等，可以适应多样化的脑部结构，并准确地分割出细胞核。

技术特征：

1.一种基于显微成像的全脑细胞计数方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法，其特征在于，在获取大脑切片并进行染色，得到输入图像的步骤中，具体包括下述步骤：

3.根据权利要求1所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法，其特征在于，在对所述输入图像进行细胞分割，得到分割结果并作为输出图像的步骤中，具体包括下述步骤：

4.根据权利要求1所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法，其特征在于，在将所述输出图像进行数据分析，获取细胞核的坐标和形状信息的步骤中，具体包括下述步骤：

5.根据权利要求1所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法，其特征在于，在通过所述细胞数量得到不同脑区之间的细胞密度差异和结构特征的步骤中，具体包括下述步骤：

6.一种根据权利要求1所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法的系统，其特征在于，包括：

7.一种设备，其特征在于，所述设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，其中，所述存储器存储有用于实现权利要求1-5任一项所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法的程序指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的所述程序指令以实现一种基于显微成像的全脑细胞计数。

8.一种存储介质，其特征在于，存储有处理器可运行的程序指令，所述程序指令用于执行权利要求1-5任一项所述的一种基于显微成像的全脑细胞计数方法。

技术总结
本申请公开了一种基于显微成像的全脑细胞计数方法及系统，运用于生命科学技术领域，其方法包括：获取大脑切片并进行染色，得到输入图像；对所述输入图像进行细胞分割，得到分割结果并作为输出图像；将所述输出图像进行数据分析，获取细胞核的坐标和形状信息；根据所述坐标和形状信息构建细胞核分布图，计算细胞数量；通过所述细胞数量得到不同脑区之间的细胞密度差异和结构特征；通过获取不同脑区的细胞数量情况，可以深入了解脑部结构和功能之间的关系，有助于揭示神经系统的运作原理，并为相关疾病的研究提供重要依据。

技术研发人员：李佳欣,周鹏程
受保护的技术使用者：深圳先进技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/23