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概述

Horus 是一款专业的智能三维重建与分析平台，专为神经科学及生物医学研究设计。集成 U-Net/SAM2/Cellpose AI 语义分割、基于 DeepSeek 大模型的 AI 智能体（小R）、物理级真实感体素渲染、多模态三维成像与定量分析于一体，支持从图像导入、预处理、三维可视化到定量分析的完整工作流，实现"对话即分析"的全新范式。

核心能力

支持的文件格式

TIFF / DICOM / NIfTI (.nii/.nii.gz) / MRC (.mrc/.mrcs/.map) / PNG / JPEG / BMP / R3D（Horus 专有格式）等常见医学与显微图像格式。支持 8-bit、16-bit 灰度及 RGB 彩色图像，支持负值数据。

快速入门

  1. 打开数据 — 点击工具栏 Open 按钮或使用 Ctrl+O，选择图像文件夹或单个文件
  2. 调整渲染 — 在左侧数据面板中选择数据，调整渲染模式、色彩映射、不透明度等参数
  3. 视图操作 — 鼠标左键旋转、右键缩放、中键平移；使用工具栏切换 XY/XZ/YZ 视角
  4. 分析处理 — 通过 Process 菜单进行图像预处理，通过 Analysis 菜单创建分析对象
  5. 保存结果 — 使用 Ctrl+S 保存项目，或通过 View → Snapshot 导出高分辨率图像
  6. AI 智能体 — 按 Ctrl+Shift+A 唤起小R智能体，通过自然语言对话驱动分析流程
提示：首次启动时需要激活许可证。如遇问题，请联系 wuranim@gmail.com。

快捷键

快捷键功能
Ctrl+O打开文件
Ctrl+S保存项目
Ctrl+Shift+S另存为
Ctrl+P截图 (Snapshot)
Ctrl+Shift+A唤起 AI 智能体（小R）
Esc切换 3D 交互模式（旋转/缩放 开关）
鼠标左键拖拽旋转视图
鼠标右键拖拽缩放视图
鼠标中键拖拽平移视图

打开文件

菜单路径：File → Open　快捷键：Ctrl+O

支持打开单个图像文件或包含图像序列的文件夹。Horus 会自动识别图像序列并按 Z 轴堆叠为三维体数据。

保存 / 另存为

菜单路径：File → Save (Ctrl+S) / File → Save As (Ctrl+Shift+S)

保存当前项目状态，包括所有已加载的数据、渲染设置、分析对象等。项目文件可在下次打开时完整恢复工作状态。R3D 格式文件支持保存完整工程场景。

R3D 格式

R3D 是 Horus 的专有高效数据格式，支持多分辨率存储、快速加载和工程场景保存。

Open R3D

菜单路径：File → Open R3D

打开 R3D 格式文件。初始加载时使用低分辨率预览，可通过工具栏的 Load Full 按钮加载完整分辨率数据。支持 CT、MRI 等医学数据。

Convert to R3D

菜单路径：File → Convert to R3D

将当前加载的图像数据转换为 R3D 格式保存，便于后续快速加载。

格式转换

RGB to Grayscale

菜单路径：File → RGB to Grayscale

将 RGB 彩色图像转换为灰度图像。

16-bit to 8-bit Grayscale

菜单路径：File → 16-bit to 8-bit Grayscale

将 16-bit 深度图像转换为 8-bit，自动进行强度映射。

Split RGB Channels

菜单路径：File → Split RGB Channels

将 RGB 图像拆分为独立的 R、G、B 三个通道，每个通道作为单独的灰度数据集加载。

Merge Channels to RGB

菜单路径：File → Merge Channels to RGB

将多个灰度通道合并为一个 RGB 彩色图像。可自由选择每个通道对应的数据集。

3D 裁剪

菜单路径：Edit → 3D Crop

在三维空间中裁剪体数据。支持三种裁剪模式：

裁剪操作会生成新的数据集，原始数据不受影响。支持对 R3D 数据的裁剪。

ROI 全分辨率区域

菜单路径：Edit → ROI (Full Resolution Region)

ROI 功能允许从 R3D 低分辨率预览数据中选取感兴趣区域，加载该区域的全分辨率数据。适用于大体量数据（如全脑光片成像）中对局部区域进行精细观察和分析的场景，无需加载完整的全分辨率数据。

使用前提

操作流程

  1. 选择数据源 — 在对话框顶部选择要操作的 R3D 数据，显示其全分辨率尺寸和当前预览尺寸
  2. 新建 ROI Box — 点击 "New Box" 创建一个新的 ROI 区域。每个 R3D 数据可创建多个 ROI Box
  3. 调整区域范围 — 通过以下方式定义 ROI 区域：
    • 在对话框中输入 X/Y/Z 轴的 Min、Max 坐标或 Size 值（基于预览坐标系）
    • 在 3D 视图中直接拖拽 ROI 包围盒调整位置和大小
  4. 加载数据 — 选中列表中的 ROI Box，点击 "Load Data" 加载该区域的全分辨率数据

ROI Box 管理

操作说明
New Box为当前数据源创建新的 ROI Box
Delete Box删除选中的 ROI Box 及其已加载的全分辨率数据
Load Data首次加载选中 Box 区域的全分辨率数据
Update Data调整 Box 范围后，重新加载更新后的全分辨率数据

信息显示

提示：ROI 加载的全分辨率数据会作为独立的数据集出现在左侧数据面板中，可像普通数据一样进行渲染、处理和分析。调整 Size 值时会自动保持区域中心不变。

重采样

菜单路径：Edit → Resample

调整体数据的体素分辨率。可以指定新的体素尺寸或缩放因子，支持多种插值方法。适用于降低数据量以加速处理，或统一不同数据集的分辨率。

方向调整

菜单路径：Edit → Orientation

调整体数据的空间方向，包括旋转和翻转操作。可用于校正图像采集时的方向偏差。

偏好设置

菜单路径：Edit → Preferences...

打开偏好设置对话框，包含以下配置页面：

截图输出设置 (Snapshot)

背景颜色

包围盒样式 (Bounding Box)

配置包围盒的远端边线显示样式：实线、虚线或隐藏。

渲染模式

选择默认渲染模式：Composite（体渲染）、MIP（最大强度投影）、DRR（X 射线模式）。支持高质量、平衡、高性能三种渲染质量预设，以及 FXAA 抗锯齿设置。

光照设置 (Light)

配置全局光照参数，增强体渲染和分析对象的立体感。

惯性转动

开启或关闭视图交互的惯性转动效果。

显示控件

菜单路径：View 菜单

以下显示元素均可通过 View 菜单的复选框独立开关：

控件说明
Axes显示 XYZ 坐标轴指示器
Bounding Box显示数据的三维包围盒边框，支持实线/虚线/隐藏样式
Scale Bar显示比例尺（需要正确的体素间距信息）
Slice Indicator在 3D 视图中显示当前切片位置指示线（默认开启）
Navigation显示导航小部件，辅助空间定位
Light开启全局光照效果，增强体渲染和分析对象的立体感

视图布局

通过工具栏的布局按钮切换不同的视图排列方式，共支持 7 种布局模式：

布局说明
Single View单一 3D 视口
Dual View (左右)左右双视口，支持相机联动
Dual View (上下)上下双视口，支持相机联动
Quad View四视口（2×2 网格），可分别显示不同数据或视角
Slice View (四宫格)XY/XZ/YZ 三个正交切面 + 3D 视口
Slice View (左右)左侧 3 个切片，右侧 3D
Slice View (上下)上方 3D，下方 3 个切片
提示：在多视口模式下，可通过双击放大单个视口。Dual View 支持相机联动。Slice View 三维窗口支持正交切片显示与渲染同步。

视角预设

截图

菜单路径：View → Snapshot　快捷键：Ctrl+P

捕获当前 3D 视图的高分辨率截图。输出参数（DPI、分辨率、格式）在 Edit → Preferences 中配置。支持全屏状态下截图。

分组管理

菜单路径：View → Groups

Create Group

创建新的数据分组，将多个体数据组织在一起。同一分组内的数据可以同时显示和联动操作，每个组员拥有独立的阴影效果。

Manage Groups

管理已有分组：重命名、添加/移除成员、删除分组等。

滤波 (Filters)

菜单路径：Process → Filters

提供多种空间域滤波方法，用于降噪和锐化。所有滤波操作支持实时预览。

方法说明关键参数
Gaussian Blur高斯模糊，平滑降噪Sigma (0.1–50)
Median Filter中值滤波，去除椒盐噪声Kernel Size (1–31, 奇数)
Bilateral Filter双边滤波，保边降噪Diameter, Sigma Color, Sigma Space
Unsharp Mask反锐化掩模，增强边缘Sigma, Amount
Non-local Means非局部均值降噪，保留细节Filter Strength, Template Size, Search Size

增强 (Enhance)

菜单路径：Process → Enhance

图像增强工具，改善对比度和亮度。

方法说明关键参数
Brightness/Contrast调整亮度和对比度Brightness (-100–100), Contrast (0.1–3.0)
Histogram Equalization直方图均衡化，自动增强对比度无参数
CLAHE自适应直方图均衡化，局部增强Clip Limit (1–10), Tile Size (2–32)
Normalize归一化到指定范围Output Min, Output Max (0–255)
Gamma Correction伽马校正Gamma (0.1–5.0)，<1 提亮，>1 变暗

形态学 (Morphology)

菜单路径：Process → Morphology

经典形态学操作，适用于二值图像处理和结构分析。

方法说明
Erosion腐蚀 — 缩小亮区域，去除小噪点
Dilation膨胀 — 扩大亮区域，填充小孔洞
Opening开运算 — 先腐蚀后膨胀，去除小亮点
Closing闭运算 — 先膨胀后腐蚀，填充小暗点
Morphological Gradient形态学梯度 — 膨胀与腐蚀之差，提取边缘
Top Hat顶帽变换 — 原图与开运算之差，提取亮细节
Black Hat黑帽变换 — 闭运算与原图之差，提取暗细节

通用参数：Kernel Size（结构元素大小）、Iterations（迭代次数）、Kernel Shape（Rectangle / Ellipse / Cross）。

距离变换 (Distance Map)

菜单路径：Process → Distance Map

计算二值图像中每个前景像素到最近背景像素的距离，生成距离变换图。常用于分水岭分割的预处理、形态学分析和空间距离度量。

去卷积 (Deconvolution)

菜单路径：Process → Deconvolution

去除光学系统点扩散函数 (PSF) 造成的模糊，恢复图像清晰度。

方法说明关键参数
Richardson-Lucy经典迭代去卷积算法Iterations (1–100), PSF Sigma (0.5–10)
Wiener Filter维纳滤波，频域去卷积PSF Sigma, Noise Variance (正则化)
Blind Richardson-Lucy盲去卷积，同时估计 PSFIterations (1–50), PSF Size (3–15)

背景校正

菜单路径：Process → Background Correction

去除不均匀背景和照明伪影。每种方法均支持 2D（逐层处理）和 3D（整体处理）两种模式。

方法说明关键参数
Rolling Ball滚球法背景估计与减除Ball Radius (5–500)
Top Hat (White)白顶帽变换去背景Kernel Size (3–201)
Subtract Gaussian减去高斯模糊估计的背景Sigma (1–200)
Subtract Median减去中值滤波估计的背景Kernel Size
Flat Field Correction平场校正，校正照明不均匀—

数学运算 (Math)

菜单路径：Process → Math

对图像进行逐像素数学变换。

方法说明参数
Invert反转图像（取反），支持 16-bit 数据无
Log Transform对数变换，压缩动态范围Scale Factor
Square Root平方根变换无
Square平方变换，增强高值区域无
Absolute Value取绝对值无
Add Constant加常数（可为负值）Value (-255–255)
Multiply Constant乘常数Value (0–10)
Power (Gamma)幂变换Gamma (0.1–5.0)
Threshold Clip阈值裁剪Min Value, Max Value

频域处理 (Frequency)

菜单路径：Process → Frequency

基于 FFT 的频域滤波操作。

方法说明关键参数
Low Pass Filter低通滤波，去除高频噪声Cutoff (0–1), Order
High Pass Filter高通滤波，增强边缘和细节Cutoff (0–1), Order
Band Pass Filter带通滤波，保留特定频率范围Low/High Cutoff, Order
Band Stop (Notch)带阻滤波，去除特定频率干扰Low/High Cutoff, Order
FFT DenoiseFFT 降噪，去除低幅值频率分量Threshold (0.01–0.5)
提示：Cutoff 值为最大频率的比例（0–1），Order 为 Butterworth 滤波器阶数，阶数越高截止越陡峭。

AI + 分割

菜单路径：Process → AI ＋ Segmentation　工具栏：右侧绿色按钮

打开独立的 AI 分割窗口，集成多种 AI 模型和传统分割方法进行交互式语义分割。支持四分视图和左右双视图布局。

AI 分割模型

模型说明
SAM2内置 4 种 SAM2 分割模型，支持点击提示点和框选方式，自动生成高精度分割掩码
Cellpose专为细胞分割优化的深度学习模型，从本地资源加载权重
U-Net / Attention U-Net支持自定义训练的语义分割模型，使用自己的标注数据训练专属分割网络，适配特定样本类型

传统分割方法

标注工具

标签管理

支持创建多个标签类别（含子标签），每个标签可设置独立颜色。支持标签的逻辑操作、Split 拆分和形态学操作（腐蚀、膨胀等）。分割结果可导出为独立的体数据。

配准 (Registration)

菜单路径：Process → Registration

图像配准与对齐工具，支持 2D 和 3D 配准，配备可视化配准窗口。

2D 配准方法

方法说明
Landmark (Manual Points)手动标记对应特征点，基于分段仿射变换配准
Phase Correlation相位相关法，适用于平移配准
Feature Based (ORB)基于 ORB 特征点的自动配准
Intensity Based基于图像强度的配准

3D 配准方法

方法说明
Rigid刚性配准 — 平移 + 旋转，6 个自由度
Affine仿射配准 — 平移 + 旋转 + 缩放 + 剪切，12 个自由度
B-SplineB 样条配准 — 局部非刚性形变
DemonsDemons 配准 — 微分同胚形变
提示：3D 配准基于 SimpleITK 引擎，支持多分辨率策略加速收敛。配准过程可随时取消。配准窗口提供实时可视化反馈。

切片分析 (Slice)

菜单路径：Analysis → Slice

在三维体数据中创建可交互的切片平面，用于观察内部结构的横截面。

裁切 (Clipping)

菜单路径：Analysis → Clipping

创建裁切平面，隐藏平面一侧的数据，用于观察体数据内部结构。

斑点检测 (Spots)

菜单路径：Analysis → Spots

检测和分析体数据中的点状结构（如细胞、颗粒、荧光斑点等）。

创建向导

通过向导式界面逐步配置检测参数：

  1. 选择源数据和检测通道
  2. 设置检测参数（预估斑点直径、质量阈值等）
  3. 预览检测结果并调整参数
  4. 确认创建 Spots 对象

属性面板

创建后可在右侧分析面板中查看和编辑 Spots 对象：

空间统计分析

Spots 对象支持多种空间统计分析方法：

方法说明
NND (最近邻距离)最近邻距离分析 + CSR Monte Carlo 检验，评估空间分布模式
Ripley's KRipley's K 函数分析，多尺度空间聚集/分散检测
DBSCAN基于密度的空间聚类分析
Voronoi3D Voronoi 体积分析，评估空间占据

Spots 追踪

对 4D 时间序列数据中的斑点进行帧间追踪，分析运动轨迹，支持追踪动画。

Spots 共定位

表面 (Surface)

菜单路径：Analysis → Surface

从体数据中提取等值面，创建三维表面网格。适用于细胞、组织、器官等结构的三维重建。支持负值数据。

创建向导

  1. 选择源数据
  2. 设置阈值和平滑参数
  3. 预览表面提取结果
  4. 确认创建 Surface 对象

属性面板

分类功能

支持对 Surface 组件进行分类管理，按连通分量上色，爆炸图模式展示。

丝状体 (Filament)

菜单路径：Analysis → Filament

追踪和分析丝状结构（如神经元树突/轴突、血管网络、细胞骨架等）。支持负值数据。

创建向导

  1. 选择源数据
  2. 设置追踪参数（起点检测、路径搜索半径等）
  3. 预览追踪结果
  4. 确认创建 Filament 对象

属性面板

共定位分析 (Colocalization)

菜单路径：Analysis → Colocalization

分析两个通道信号的空间重叠关系，定量评估共定位程度。

分析指标

指标说明范围
Pearson 相关系数 (PCC)衡量两通道强度的线性相关性-1 到 1
Manders M1通道 A 中与通道 B 共定位的比例0 到 1
Manders M2通道 B 中与通道 A 共定位的比例0 到 1
Overlap Coefficient重叠系数，不受强度差异影响0 到 1

Costes 自动阈值

使用 Costes 方法自动确定共定位分析的最佳阈值，避免主观偏差。

可视化

分析结果可导出为 CSV / Excel 文件。

全脑 c-Fos 分析

菜单路径：Analysis → WholeBrain c-Fos

专为 c-Fos 阳性细胞全脑定量分析设计的向导式工具，集成 Allen 脑图谱配准。

三步向导流程

步骤 1：配准 (Registration)

将源数据配准到 Allen CCF3 鼠脑图谱模板。使用 3D 刚性/仿射配准算法，自动对齐脑组织空间坐标。

步骤 2：斑点检测 (Spots)

在配准后的数据上检测 c-Fos 阳性细胞信号点。可调整检测灵敏度和大小阈值。

步骤 3：脑区统计 (c-Fos Analysis)

将检测到的信号点映射到 Allen 脑图谱的解剖区域，生成各脑区的 c-Fos 阳性细胞计数统计。

Sholl 分析

通过 Filament 对象的 Advanced 标签访问。

Sholl 分析是评估神经元树突复杂度的经典方法，通过以胞体为中心绘制同心球壳，统计每个球壳与树突的交叉数。

参数设置

分析结果

可视化

在 3D 视图中显示同心球壳，直观展示分析范围。支持交互式调整参数并实时更新结果。

血管分析

通过 Filament 对象的 Advanced 标签访问。

专为血管网络形态学分析设计的工具集，强调层级关系和分支规律。

分析模块

模块说明
Murray's Law 分析评估血管分叉处是否符合 Murray 定律（最优输运原则），计算分叉指数
血管层级分析Strahler 分级和离心排序，量化血管网络的层级结构
血管密度分析计算单位体积内的血管长度密度和体积密度
分叉比分析计算各级血管的分叉比 (Bifurcation Ratio)

表面形态分析

通过 Surface 对象的 Advanced 标签访问。

对提取的三维表面进行详细的形态学定量分析。

分析模块

模块指标
形状分析 (Shape)体积、表面积、球形度 (Sphericity)、紧凑度 (Compactness)
曲率分析 (Curvature)平均曲率、高斯曲率、主曲率 (κ₁, κ₂)
粗糙度分析 (Roughness)RMS 粗糙度、峰谷值、偏度 (Skewness)

所有分析结果可导出为 CSV / Excel 文件。

血流动画

菜单路径：Animation → Object Animation → Flow Animation

在 Filament 对象上创建模拟血流的粒子动画效果。

关键帧动画

菜单路径：Animation → Keyframe Animation　工具栏：视频图标按钮

基于时间线的关键帧动画系统，可创建相机漫游、数据切换等动画效果。

时间线操作

状态捕获

每个关键帧捕获以下状态：

插值模式

播放与导出

浏览器预览

菜单路径：Share → Open in Browser

将当前分析结果导出为 Web 格式，在本地浏览器中打开交互式 3D 预览。支持体数据交互功能，适合快速查看和演示。

导出 HTML

菜单路径：Share → Export as HTML File

将当前场景导出为独立的 HTML 文件，可离线打开查看。文件内嵌所有必要的数据和渲染代码，无需网络连接。

AI 智能体（小R）

菜单路径：Help → AI Assistant　快捷键：Ctrl+Shift+A

小R 是基于 DeepSeek 大模型构建的领域专用 AI 智能体，具备感知、推理、规划与自主执行的完整 Agent 能力闭环，覆盖渲染、图像处理、定量分析全链路。

智能体能力

使用方式

日志导出

菜单路径：Help → Export Logs... / Help → Open Log Folder

导出运行日志和崩溃报告为 ZIP 文件，便于问题排查和反馈。也可直接打开日志文件夹查看。

论文中引用 Horus

如果您在学术论文中使用了 Horus 进行数据处理、三维重建或定量分析，请在论文的 Methods 部分注明软件信息，并引用 Horus。这有助于研究的可重复性，也是对开发工作的认可。

推荐引用格式

在论文的 Materials and Methods 部分，建议使用以下格式：

Three-dimensional reconstruction and quantitative analysis were performed using Horus (version X.X; https://ran3d.xyz).

为什么需要引用

其他软件的引用惯例

在神经科学和生物医学领域，使用商业或开源分析软件时均需在论文中注明。例如 Imaris（Bitplane/Oxford Instruments）、Amira（Thermo Fisher Scientific）、ImageJ/Fiji 等软件在论文中被使用时，都需要提供软件名称、版本号和开发商信息，部分软件还有官方推荐的引用论文。Horus 同样遵循这一学术惯例。

提示：请将引用中的 "version X.X" 替换为您实际使用的 Horus 版本号。版本号可在 Help → About 中查看。

工具栏

工具栏位于窗口顶部菜单栏下方，提供常用功能的快速访问。

按钮功能
Start Page切换到欢迎页面 / 返回主界面
Open打开文件
Save保存项目
Save As另存为
Load Full加载 R3D 完整分辨率数据（仅 R3D 文件可用）
Reset View重置相机视角
XY / XZ / YZ切换到对应正交视角
45°/Parallel切换透视/平行投影
Single / Dual / Quad / Slice切换视图布局（共 7 种模式）
Fullscreen全屏模式
Snapshot截图 (Ctrl+P)
Interaction Toggle开关 3D 交互（旋转/缩放）
AI ＋ Segmentation打开 AI 分割窗口（绿色按钮，位于工具栏右侧）
Keyframe Animation显示/隐藏关键帧动画时间线（视频图标）

数据面板

位于窗口左侧，用于管理已加载的数据集。

数据列表

数据信息

显示当前选中数据的基本信息：维度、体素间距、数据类型、内存占用等。

渲染设置

位于左侧数据面板下方，控制当前选中数据的渲染参数。

参数说明
Mode渲染模式：Composite（体渲染）、MIP（最大强度投影）、DRR（X 射线模式）
Colormap色彩映射表，点击色条可切换不同的颜色方案，色条带灰度分布背景
Intensity Range拖拽色条两端调整显示的强度范围（窗宽窗位），16-bit 使用实际灰度值
Opacity整体不透明度 (0–100%)
Quality渲染质量 (0–100%)，越高越精细但越慢
Physical物理渲染开关，支持材质类型选择（Auto/Smooth/Fluorescence/Label）
GammaMIP 模式伽马校正
DensityDRR 模式密度调整
提示：双击 Opacity 或 Quality 滑块可重置为默认值。

切片视图工具

切换到 Slice View 布局后，工具栏会显示额外的切片专用工具：

工具功能
Data 下拉框选择在切片视图中显示的数据集
Distance测量两点之间的距离
Angle测量三点构成的角度，支持连续测量
Area测量多边形区域的面积
Note在切片上添加文字注释
Clear清除所有测量标注
Horizontal Flip水平镜像翻转
Vertical Flip垂直镜像翻转
Play播放切片动画（乒乓式播放），支持导出切片动画
PiP画中画功能
Sync渲染设置同步三维窗口开关
提示：测量工具为互斥模式，选中一个会自动取消其他。再次点击已选中的工具可取消测量模式。正交指示线中间可拖动切片指示器。

状态栏

位于窗口底部，显示实时运行信息：