FOCUS-3D：面向三维荧光显微镜成像的稳健且具备良好泛化能力的体积细胞分割

理解细胞如何在组织内建立空间组织结构是生命科学中的一个基本问题。尽管现代三维荧光显微镜能够捕获大体积组织的结构信息，但从复杂的体积数据集中提取定量的细胞学信息仍然是一项重大挑战。在此，我们提出 FOCUS-3D——一种稳健且具有广泛泛化能力的体积细胞分割框架，该框架基于大规模、多样化的人工标注细胞资源以及先进的人工智能设计构建而成。通过整合体积表征学习、多尺度特征提取和基于查询的掩膜预测，FOCUS-3D 在多种物种、组织、荧光报告系统和成像模式中均取得了当前最先进的性能。在斑马鱼（Danio rerio）发育过程中，FOCUS-3D 揭示了脊索形态发生的三个连续阶段。我们将早期由细胞运动性驱动的重排与后期的细胞形状重塑和组织再压实区分开来，并进一步将这些形态状态与不同独立数据集中的空间性和发育性转录程序联系起来。

理解细胞如何在组织内建立空间组织结构是生命科学中的一个基本问题。尽管现代三维荧光显微成像技术能够捕捉大体积组织的结构信息，但从复杂的体积数据集中提取定量细胞学信息仍然是一项主要障碍。在此，我们提出 FOCUS-3D，这是一种稳健且具有广泛通用性的体积细胞分割框架，构建于大规模、多样化的人工标注细胞资源和先进的人工智能设计之上。通过整合体积表征学习、多尺度特征提取以及基于查询的掩膜预测，FOCUS-3D 在多种物种、组织、荧光报告器和成像模式中均取得了当前最先进的性能。在斑马鱼（Danio rerio）发育过程中，FOCUS-3D 揭示了脊索形态发生的三个连续阶段。我们将早期由细胞运动驱动的重排与后期的细胞形态重塑和组织重新堆积区分开来，并进一步将这些形态状态与不同独立数据集中的空间转录程序和发育转录程序联系起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.25.746907v1?rss=1

🏷️ 三维荧光显微镜 体积细胞分割 深度学习 表征学习 斑马鱼发育 脊索形态发生