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斑馬魚胚胎具有通體透明特點，適于光學顯微鏡下的活體觀測。光片顯微技術（Light-sheet microscopy）是一種新型的三維成像方式，具有光毒性小、掃描速度快等特點。針對斑馬魚、線蟲等毫米級模式生物，光片成像需復雜的樣品準備流程，且由于視場限制，獲得全胚胎的三維數據往往需要多區域成像與拼接，一條受精后3天左右的斑馬魚整個三維成像大約需要15分鐘左右，限制了該技術的成像通量。

對此，中國科學院蘇州醫學工程技術研究所李輝課題組、上海營養與健康研究所潘巍峻課題組合作，提出基于流式光片的高通量顯微成像技術LS-FIS（light-sheet flow imaging system）。LS-FIS創新性地將流式成像技術與光片照明技術相結合，通過設計液流與光學耦合系統，結合精密的進取樣控制時序與三維重建算法，實現200胚胎/小時的高通量三維成像。

利用該技術，研究人員進行了斑馬魚軀干及頭部血管發育研究，統計并分析了受精后3到9天的斑馬魚節間血管三維長度及眼部晶狀體血管網形態變化。實驗共獲得超過500條全胚胎斑馬魚三維圖像，這是目前已知首次報道的大規模全魚三維成像數據。

此外，研究人員進一步開發了相關的圖像分析處理算法，以應對LS-FIS拍攝到的大量三維圖像數據自動化分析處理的需求。針對斑馬魚節間血管，提出一種多尺度特征的三維卷積神經網絡（MS-3D U-Net），通過多尺度特征學習和基于硬注意力機制的損失函數，實現對三維圖像的血管分割和識別，識別準確度達到90%以上（AUC值）。基于MS-3D U-Net，對24小時連續觀測的斑馬魚胚胎三維圖像數據進行自動分割處理和測量，繪制了節間血管和背側縱向吻合血管的發育曲線。

相關成果發表于Biomedical Optics Express。

高通量三維成像系統LS-FIS的原理圖和針對上百條斑馬魚3-9天血管發育過程的統計研究