CN113099117A - 一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，包括相机、采集卡、尼康镜头、直流稳压电光源、激光光源、大鼠夹持器和三轴云台，所述Hyper Terminal用于相机内部参数文件设置，Labview用于声音刺激的施加和图像采集，Camera File Generator用于设置输出分辨率和比特值，Matlab用于数据分析。本发明通过直流稳压电光源采用530nm直流光源，照射特定脑区，使用Dalsa 1M60相机采集特定时间段内的脑区图像变化，绘制变化率热力图，从而分析神经元及其皮层的变化，信号处理通过采集的所有图像先利用U5滤波器进行滤波，初步的排除杂波干扰，提升信噪比，避免导线的晃动硬件平台的抖动问题选用三轴云台支架，可一定程度降低外界抖动带来的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及像素点分辨率变化分析技术领域，特别涉及一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术。
背景技术
基于内源信号的脑功能光学成像是一种新兴的脑成像技术，它因空间分辨率高、可长时间在体记录、结构简单等特点，可以有效地帮助研究人员探索大脑功能。该技术的信号主要是来自于皮层局部氧消耗所造成的血红蛋白氧化水平的变化，通过测量皮层反射和后向散射光光强，来反映皮层功能活动引起的局部氧合血红蛋白、还原血红蛋白浓度以及组织光散射特性的改变。现有技术中，成像技术不够完善，不能够很好的呈现出想要的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，包括相机、采集卡、尼康镜头、直流稳压电光源、激光光源、大鼠夹持器和三轴云台，所述Hyper Terminal用于相机内部参数文件设置，Labview用于声音刺激的施加和图像采集，Camera FileGenerator用于设置输出分辨率和比特值，Matlab用于数据分析。
作为本发明的一种优选技术方案，所述相机内部文件设置具体步骤如下：
a.首先需要对相机内部文件进行设置，利用到的软件是Hyper Terminal，首先需要进行串口通讯设置使软件与相机建立通讯联系，比特率设置为9600bps，数据位设置为8bits，1stop bit；
b.设置完成后便可以与相机进行通讯联系，之后对相机输出文件格式进行更改，设置相机曝光时间为0.1s，Binning设置为2x2输出；
c.使用Camera File Generator设置相机输出图片分辨率为512x512，图像为12bit，利用该软件的Histogram功能检测生成图像的整体亮度值，调节相机镜头的光圈和外部光源，使图像亮度在一个合理的范围内，使用Labview的Vision Acquisition对照片的输出地址进行设置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述图像采集包括两部分，一部分为声音刺激施加，一部分为同步的图像采集，两部分需要同时运行，对于声音刺激部分，设置的运行逻辑为首先等待1s，以供相机采集10帧图像作为分析基底，后给予1s的10khz声音刺激，在1s内的声音刺激内，每间隔0.05s给声音0.05s，即1s内累计给声5次，单次给声之间间隔0.5s，后继续等待28s，单个循环持续30s，与此同时相机以10fps的速率连续拍摄图像，在运行完设定的循环次数后，整个程序一同停止。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据分析通过采集到的图像首先需要进行降噪滤波处理，为的是滤掉干扰信号，通过U5滤波器进行过滤，使每张照片的像素点乘以滤波器所给的权重，得到滤波后的图像，图像滤波之后进行图像的融合，求每5张照片的R、G、B的平均数值，得到一张融合的图片，进一步降低干扰信号的干扰，图像融合后，分析相邻两张照片之间的所有点的变化率，将变化率用热点图的形式表现出来，后分析点坐标值的变化，根据热点图所示，确定该位置点坐标，以融合后的第一张照片该点坐标亮度值为基准，统计所有照片该点位置的相较于基准值的亮度变化，后作图表示出来。
作为本发明的一种优选技术方案，所述直流稳压电光源的电源线接口皆使用焊锡进行焊接固定，采用4节1号电池串联组成电池组供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1：本发明通过直流稳压电光源采用530nm直流光源，照射特定脑区，使用Dalsa1M60相机采集特定时间段内的脑区图像变化，分析相机采集到的画面中每个像素点的变化率，绘制变化率热力图，从而分析神经元及其皮层的变化，信号处理通过采集的所有图像先利用U5滤波器进行滤波，初步的排除杂波干扰，提升信噪比，避免导线的晃动硬件平台的抖动问题选用三轴云台支架，确保实验相机的重量在云台可承受重量范围之内，可一定程度降低外界抖动带来的干扰。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，包括相机、采集卡、尼康镜头、直流稳压电光源、激光光源、大鼠夹持器和三轴云台，HyperTerminal用于相机内部参数文件设置，Labview用于声音刺激的施加和图像采集，CameraFile Generator用于设置输出分辨率和比特值，Matlab用于数据分析。
进一步的，相机内部文件设置具体步骤如下：
a.首先需要对相机内部文件进行设置，利用到的软件是Hyper Terminal，首先需要进行串口通讯设置使软件与相机建立通讯联系，比特率设置为9600bps，数据位设置为8bits，1stop bit；
b.设置完成后便可以与相机进行通讯联系，之后对相机输出文件格式进行更改，设置相机曝光时间为0.1s，Binning设置为2x2输出；
c.使用Camera File Generator设置相机输出图片分辨率为512x512，图像为12bit，利用该软件的Histogram功能检测生成图像的整体亮度值，调节相机镜头的光圈和外部光源，使图像亮度在一个合理的范围内，使用Labview的Vision Acquisition对照片的输出地址进行设置。
图像采集包括两部分，一部分为声音刺激施加，一部分为同步的图像采集，两部分需要同时运行，对于声音刺激部分，设置的运行逻辑为首先等待1s，以供相机采集10帧图像作为分析基底，后给予1s的10khz声音刺激，在1s内的声音刺激内，每间隔0.05s给声音0.05s，即1s内累计给声5次，单次给声之间间隔0.5s，后继续等待28s，单个循环持续30s，与此同时相机以10fps的速率连续拍摄图像，在运行完设定的循环次数后，整个程序一同停止。
数据分析通过采集到的图像首先需要进行降噪滤波处理，为的是滤掉干扰信号，通过U5滤波器进行过滤，使每张照片的像素点乘以滤波器所给的权重，得到滤波后的图像，图像滤波之后进行图像的融合，求每5张照片的R、G、B的平均数值，得到一张融合的图片，进一步降低干扰信号的干扰，图像融合后，分析相邻两张照片之间的所有点的变化率，将变化率用热点图的形式表现出来，后分析点坐标值的变化，根据热点图所示，确定该位置点坐标，以融合后的第一张照片该点坐标亮度值为基准，统计所有照片该点位置的相较于基准值的亮度变化，后作图表示出来。
直流稳压电光源的电源线接口皆使用焊锡进行焊接固定，采用4节1号电池串联组成电池组供电。
具体的，手术方案鉴于去除颅骨会造成皮层的不可逆伤害和有可能引发炎症反应，采用颅骨打薄的方案，打薄范围为直径3mm的圆形，打薄之后涂覆1.5％浓度的超纯琼脂糖溶液，可一定程度掩盖研磨表面的凹凸不平，涂覆的琼脂糖尽量保证表面水平而不是成拱形凸起，可避免在光源照射下光斑的形成，直流稳压电光源采用530nm直流光源，照射特定脑区，使用Dalsa 1M60相机采集特定时间段内的脑区图像变化，分析相机采集到的画面中每个像素点的变化率，绘制变化率热力图，从而分析神经元及其皮层的变化，信号处理通过采集的所有图像先利用U5滤波器进行滤波，初步的排除杂波干扰，后每5张照片进行融合，进一步排除偶发噪声的干扰，提升信噪比，对于活体实验中难以避免的呼吸噪声的干扰，的清理颅骨视窗周围多余的皮肤组织，使用颅骨钉进一步加固实验动物，避免头部的抖动，图像处理通过图像滤波之后进行图像的融合，得到每5张照片的R、G、B的平均数值，得到一张融合的图片，降低干扰信号的干扰，图像融合后，分析相邻两张照片之间的所有点的变化率，将变化率用热点图的形式表现出来，后分析点坐标值的变化，根据热点图所示，确定该位置点坐标，以融合后的第一张照片该点坐标亮度值为基准，统计所有照片该点位置的相较于基准值的亮度变化，后作图表示出来，装置电源处理针对于学生电源及其他有交流电整流而来的直流电存在电压波动的情况，本装置采用4节1号电池串联组成电池组供电，所有的电源线接口皆使用焊锡进行焊接固定，的缩短线路长度，仅保证最短线路传输要求，对所有线路进行固定，避免导线的晃动硬件平台的抖动问题选用三轴云台支架，确保实验相机的重量在云台可承受重量范围之内，选用带气浮垫的实验操作台，充气后会形成一个稳定的缓冲层，可一定程度降低外界抖动带来的干扰，实验开始1s内采集的10张照片融合为两帧图片，分析该两帧的像素变化率可作为分析图像噪声和采集稳定性的判断依据，图像中间为颅骨视窗位置，黄色像素点分布较少，说明颅骨视窗在前1s内的变化率不大，符合实验设定，视窗位置有了较为明显的黄色像素分布，说明视窗内的听皮层在声音刺激下有了较大的活动变化，符合神经元的活动规律。
本发明通过直流稳压电光源采用530nm直流光源，照射特定脑区，使用Dalsa 1M60相机采集特定时间段内的脑区图像变化，分析相机采集到的画面中每个像素点的变化率，绘制变化率热力图，从而分析神经元及其皮层的变化，信号处理通过采集的所有图像先利用U5滤波器进行滤波，初步的排除杂波干扰，提升信噪比，避免导线的晃动硬件平台的抖动问题选用三轴云台支架，确保实验相机的重量在云台可承受重量范围之内，可一定程度降低外界抖动带来的干扰。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，包括相机、采集卡、尼康镜头、直流稳压电光源、激光光源、大鼠夹持器和三轴云台，其特征在于，所述Hyper Terminal用于相机内部参数文件设置，Labview用于声音刺激的施加和图像采集，Camera FileGenerator用于设置输出分辨率和比特值，Matlab用于数据分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，其特征在于，所述相机内部文件设置具体步骤如下：
a.首先需要对相机内部文件进行设置，利用到的软件是Hyper Terminal，首先需要进行串口通讯设置使软件与相机建立通讯联系，比特率设置为9600bps，数据位设置为8bits，1stop bit；
b.设置完成后便可以与相机进行通讯联系，之后对相机输出文件格式进行更改，设置相机曝光时间为0.1s，Binning设置为2x2输出；
c.使用Camera File Generator设置相机输出图片分辨率为512x512，图像为12bit，利用该软件的Histogram功能检测生成图像的整体亮度值，调节相机镜头的光圈和外部光源，使图像亮度在一个合理的范围内，使用Labview的Vision Acquisition对照片的输出地址进行设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，其特征在于，所述图像采集包括两部分，一部分为声音刺激施加，一部分为同步的图像采集，两部分需要同时运行，对于声音刺激部分，设置的运行逻辑为首先等待1s，以供相机采集10帧图像作为分析基底，后给予1s的10khz声音刺激，在1s内的声音刺激内，每间隔0.05s给声音0.05s，即1s内累计给声5次，单次给声之间间隔0.5s，后继续等待28s，单个循环持续30s，与此同时相机以10fps的速率连续拍摄图像，在运行完设定的循环次数后，整个程序一同停止。
4.根据权利要求1所述的一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，其特征在于，所述数据分析通过采集到的图像首先需要进行降噪滤波处理，为的是滤掉干扰信号，通过U5滤波器进行过滤，使每张照片的像素点乘以滤波器所给的权重，得到滤波后的图像，图像滤波之后进行图像的融合，求每5张照片的R、G、B的平均数值，得到一张融合的图片，进一步降低干扰信号的干扰，图像融合后，分析相邻两张照片之间的所有点的变化率，将变化率用热点图的形式表现出来，后分析点坐标值的变化，根据热点图所示，确定该位置点坐标，以融合后的第一张照片该点坐标亮度值为基准，统计所有照片该点位置的相较于基准值的亮度变化，后作图表示出来。
5.根据权利要求1所述的一种基于像素点分辨率变化分析的内源性信号成像技术，其特征在于，所述直流稳压电光源的电源线接口皆使用焊锡进行焊接固定，采用4节1号电池串联组成电池组供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210709 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |