斑马鱼胚胎具有通体透明特点，适于光学显微镜下的活体观测。光片显微技术（light-sheet microscopy）是一种新型的三维成像方式，具有光毒性小、扫描速度快等特点。针对斑马鱼、线虫等毫米级模式生物，光片成像需复杂的样品准备流程，且由于视场限制，获得全胚胎的三维数据往往需要多区域成像与拼接，一条受精后3天左右的斑马鱼整个三维成像大约需要15分钟左右，限制了该技术的成像通量。
对此，中国科学院苏州医学工程技术研究所李辉课题组、上海营养与健康研究所潘巍峻课题组合作，提出基于流式光片的高通量显微成像技术ls-fis（light-sheet flow imaging system）。ls-fis创新性地将流式成像技术与光片照明技术相结合，通过设计液流与光学耦合系统，结合精密的进取样控制时序与三维重建算法，实现200胚胎/小时的高通量三维成像。
利用该技术，研究人员进行了斑马鱼躯干及头部血管发育研究，统计并分析了受精后3到9天的斑马鱼节间血管三维长度及眼部晶状体血管网形态变化。实验共获得超过500条全胚胎斑马鱼三维图像，这是目前已知首次报道的大规模全鱼三维成像数据。
此外，研究人员进一步开发了相关的图像分析处理算法，以应对ls-fis拍摄到的大量三维图像数据自动化分析处理的需求。针对斑马鱼节间血管，提出一种多尺度特征的三维卷积神经网络（ms-3d u-net），通过多尺度特征学习和基于硬注意力机制的损失函数，实现对三维图像的血管分割和识别，识别准确度达到90%以上（auc值）。基于ms-3d u-net，对24小时连续观测的斑马鱼胚胎三维图像数据进行自动分割处理和测量，绘制了节间血管和背侧纵向吻合血管的发育曲线。
相关成果发表于biomedical optics express。
论文链接：
高通量三维成像系统ls-fis的原理图和针对上百条斑马鱼3-9天血管发育过程的统计研究
研究团队单位：苏州生物医学工程技术研究所
