中国科学院仪器功能开发项目“面向石蜡样本的fMOST系统优化及实时三维渲染软件开发”顺利通过验收
公共技术服务中心MOST及图像融合分析服务部于2025年9月承担“面向石蜡样本的fMOST系统优化及实时三维渲染软件开发”项目,经费52万元,已于2026年10月13日通过中国科学院上海生命科学大型仪器区域中心组织的项目验收。
荧光显微光学切片断层成像(fMOST)将机械切削与光学成像相结合,可在厘米级样本上实现亚微米级三维荧光成像,是整体组织器官高分辨三维成像的利器。我所以BioMapping 3000系列fMOST系统为基础,已将MOST技术用于病理学评价、药物分布与药效学三维评价等领域。但该技术长期存在两方面局限:一是样本兼容性受限,受切削硬度与荧光信号要求制约,仅适配树脂或冷冻包埋样本,临床最常用的石蜡样本因硬度低、浸蜡高温致荧光猝灭而无法直接上机;二是采集过程“盲测”,小鼠全脑连续采集需7至10天、数据量达TB级,传统流程须采完并经数日离线处理才能重建,操作者无法在采集中判断覆盖度与数据质量,一旦发现问题往往白白浪费时间和精力。
针对上述局限,项目组围绕“硬件改造、软件落地、应用验证”攻关:硬件上将3毫米金刚石刀具更换为10毫米宽刀,切割宽度由2.2毫米提升至9.5毫米,并改造水循环系统;同时利用fMOST实时复染技术改变样本依赖预标记的模式,在缓冲液中加入1微克/毫升碘化丙啶(PI),每层切削后新暴露的表面即时染色,实现石蜡样本“免脱蜡、免重包埋、免预处理染色”直接成像。软件上开发fMOST双通道实时三维渲染软件(fMOST_RT3D V1.0),以NVIDIA Quadro P1000 GPU为计算核心,将配准与拼接算法移植至CUDA并行框架,构建“采集—显存直通—增量配准—体渲染”流水线,支持双通道数据配准、独立渲染切换、实时增量更新与交互式浏览,并基于节点管线开发管腔结构可视化处理模块。
技术方案的有效性通过系统性的样本验证得到确认。项目组采集正常小鼠肺、肾、肝及肝脏胆管结扎(BDL)模型石蜡样本验证,四类样本均获完整三维重建,BDL模型清晰显示胆管增生三维网络与肝小叶空间变形。在此基础上形成《石蜡样本fMOST直接采集成像标准化操作流程》。经验证,石蜡样本可直接上机并经PI复染获得清晰胞体与组织结构,单层采集完成后软件5秒内即完成渲染更新,各项指标均达到实施方案要求。

项目取得计算机软件著作权1项(fMOST双通道实时三维渲染软件V1.0,软著登字第17964124号),撰写SCI论文1篇,目前投稿中。项目实施使fMOST平台具备临床石蜡样本直接三维成像与采集过程实时可视化能力,将“先采集、后重建”的串行流程优化为“边采边看”的并行模式。