本论文由Hao Xie、Xiaofei Han、Guihua Xiao、Hanyun Xu、Yuanlong Zhang、Guoxun Zhang、Qingwei Li、Jing He、Dan Zhu、Xinguang Yu和Qionghai Dai共同完成，论文标题为"Multifocal fluorescence video-rate imaging of centimetre-wide arbitrarily shaped brain surfaces at micrometric resolution"发表于《Nature Biomedical Engineering》。

重要发现
01技术原理与系统设计
MFIAS技术的核心在于结合计算机视觉和光学设计，通过主动成像框架实现非平面表面的高分辨率动态成像。系统首先自动检测表面轮廓，然后基于轮廓信息设计时空编码照明序列，利用旋转盘在单帧曝光时间内完成快速轴向扫描。旋转盘由不同厚度的玻璃组成，通过连续旋转改变焦点位置，类似于物理学中的“断铅笔错觉”效应，从而在毫米级景深内实现近连续调焦。同时，数字微镜器件（DMD）用于时空调制样本照明，确保仅对焦区域被选择性照亮，从而提升光子效率和减少光毒性。

系统工作时，旋转盘的位置通过红外探测器监控，并与DMD和相机同步，确保曝光期间每个玻璃厚度对应一个照明模式，最终图像整合了不同深度的焦区信息。这种设计使得MFIAS能够在保持高分辨率的同时，覆盖厘米级视场，且成像速度仅受相机帧率限制，最高可达每秒50帧。

02实验验证与性能表征
为验证MFIAS性能，研究团队在RUSH宏观系统上进行了测试，使用0.5微米荧光微球作为样本。实验表明，焦点移位与玻璃厚度呈线性关系，且横向点扩散函数（PSF）在全视场内保持均匀，平均半高全宽（FWHM）介于1.4至1.6微米之间，不随玻璃厚度增加而恶化。与传统显微镜相比，高数值孔径（NA=0.3）系统虽分辨率高但景深小（约10微米），低数值孔径（NA=0.1）系统景深大（约90微米）但分辨率低三倍；MFIAS则通过扫描整个轴向范围并仅检测焦内信号，实现了高分辨率、大景深和高光子效率的平衡。

此外，MFIAS可灵活集成到多种宏观系统中，如定制单反镜头系统（MFIAS-SLR），在7毫米视场内实现7.4微米分辨率成像。通过对小鼠大脑进行荧光标记实验，MFIAS提供了全脑表层高分辨率图像，而传统显微镜仅能聚焦中央区域，证明了其在复杂曲面成像中的优势。

03生物应用示例
在神经科学应用中，MFIAS被用于记录转基因小鼠（Rasgrf2-2A-dCre;Ai148D）大脑浅层皮质自发活动。该系统以10帧/秒速度捕获整个皮质神经响应，通过CNMF-E算法和OASIS方法提取钙信号，结果显示神经元信号在全视场内分布均匀，峰值信噪比（PSNR）恒定，而传统显微镜在边缘区域PSNR降至基线水平。MFIAS还成功检测到视觉刺激下视觉皮层中的方向选择性神经元，为神经编码研究提供了新视角。

在免疫学方面，MFIAS实时追踪了颅骨开窗后小鼠脑表面中性粒细胞的迁移行为。实验观察到中性粒细胞在血管内流动、黏附及组织内迁移的多步过程，并利用TrackMate软件分析细胞运动模式，揭示了集体迁移和聚集现象。这种大视场成像能力为炎症反应机制研究提供了前所未有的细节。

创新与亮点
01突破传统成像局限
MFIAS技术核心创新在于解决了宽场荧光显微镜在曲面成像中的根本难题：传统技术无法同时兼顾高分辨率、大视场、高速和深景深。例如，快速轴向扫描方法（如压电平台）受限于重量和速度；远程聚焦技术增加系统复杂度；可调透镜存在视场和速度权衡；而光场显微镜等计算方需要先验信息且易产生伪影。MFIAS通过旋转盘和选择性照明的简单设计，实现了物理光学与计算视觉的融合，无需复杂重建即可获得无伪影图像。

技术亮点包括：首先，旋转盘机制使系统每秒扫描达16.8亿体素，吞吐量比单平面采集提升100倍；其次，平面光学元件在远心系统中平等处理全视场，确保高分辨率一致性；最后，主动照明策略将光毒性降至最低，适合长期活体观测。此外，MFIAS兼容反射和荧光模式，可扩展至植物静脉成像或昆虫翅膀观察等应用场景。

技术的经济性和易用性也是亮点之一：系统基于商用组件构建，成本较低，且可通过多盘设计（如“时-分-秒”盘组合）扩展景深，满足不同实验需求。这种灵活性使其在临床诊断和基础研究中具有广泛应用潜力。

总结与展望
MFIAS宏观成像技术通过创新性的旋转盘设计和选择性照明策略，成功打破了传统光学成像的壁垒，实现了对任意形状表面的高速、高分辨率观测。在活体小鼠脑实验中，该技术不仅揭示了神经活动和免疫细胞迁移的动态细节，还展示了其在多学科交叉研究中的通用性。尽管目前系统在穿透深度和表面检测速度上存在局限，但通过集成光学切片算法和硬件加速，未来有望实现对更复杂生物过程的纵深探索。随着技术的不断优化，MFIAS或将成为生命科学领域不可或缺的成像平台，为神经科学、免疫学乃至临床诊断开辟新路径。