在现代生物医学与细胞研究领域，单细胞分析技术已成为解读细胞功能、诊断疾病、开发新药的重要工具。其中，基于图像的细胞分选技术（IACS）因其在细胞形态、结构及组成等多个维度提供高分辨率信息而备受关注。然而，现有的IACS技术在实际应用中依然面临诸多瓶颈，尤其在三维信息捕获与高通量实时处理之间存在显著的矛盾。近日，由清华大学等科研机构联合开发的神经形态视频赋能的细胞分选系统（NEVACS），以其创新的架构与高效的计算性能，为这一领域带来了突破性进展。

一、技术背景与挑战

传统的流式细胞分选技术主要依赖荧光信号和散射光进行细胞分类，尽管速度较快，但获取的细胞信息相对有限。相比之下，IACS在单细胞水平上引入了高分辨率图像分析，显著提升了细胞分选的精度。然而，当前主流的IACS技术大多基于单帧图像进行细胞识别，这种二维静态图像难以完整捕捉细胞在流动过程中的三维形态与动态特征。此外，随着图像分辨率和特征维度的增加，数据量呈指数级增长，导致实时处理和分选决策的延迟显著增加。这种“高精度”与“高通量”之间的固有矛盾，成为制约IACS进一步发展的关键瓶颈。

二、NEVACS的创新设计

针对上述挑战，NEVACS通过引入类脑计算与事件相机，在系统架构、数据获取与处理方式上进行了全面创新。

首先，NEVACS使用事件相机捕捉细胞在微流控通道内的动态过程。这种相机不同于传统的帧式相机，它以事件驱动的方式记录像素级亮度变化，从而实现了高时间分辨率（可达1微秒）和低数据冗余的图像捕捉。这种技术不仅有效减少了数据传输和存储负担，还能够捕获细胞在流动过程中的连续动态特征。

其次，NEVACS采用脉冲神经网络进行实时数据处理。这种网络模拟大脑神经元的工作方式，具备异步、稀疏计算的特性，能够高效地处理事件相机生成的稀疏数据流。在硬件层面，NEVACS依托于神经形态芯片（HP201），该芯片采用多核心分布式架构，支持并行计算与异步任务执行，大幅提升了数据处理的速度与能效。

此外，NEVACS的微流控系统设计也体现出显著的简约性与高效性。其通道结构简单易于制造，仅需10%的传统流速便可稳定运行，大幅降低了系统在实际操作中的成本与技术门槛。

三、应用实例：病态红细胞的精准分类

在实际应用中，NEVACS展现了其在细胞形态学分类与疾病诊断领域的显著优势。以红细胞形态分类为例，健康的红细胞通常呈双凹圆盘状，而患有遗传性球形红细胞增多症等疾病的红细胞则表现为球形。这两者在二维图像中的某些角度下可能表现出高度相似性，传统的单帧图像分选器在识别时易出现误判。

NEVACS通过捕捉细胞在微流控通道中的连续旋转过程，获取多角度的细胞形态信息，从而实现更为准确的分类。据实验数据统计，NEVACS在检测红细胞与球形红细胞的混合样本时，分类误差仅为0.99%，而传统单帧分选器的误差高达19.93%。这一显著的性能提升不仅验证了NEVACS在形态学分类上的优势，也为血液疾病的早期诊断提供了更为可靠的技术支持。

四、多通道成像与应用扩展

除了在单一通道的细胞分类中表现出色外，NEVACS还支持多通道成像，能够同时进行荧光和明场图像采集。这种能力在细胞活性检测和复杂混合样本分析中尤为关键。例如，在混合样本中，NEVACS能够基于荧光标记快速区分活细胞和死亡细胞，同时结合明场图像进一步区分细胞与其他微粒。实验数据显示，NEVACS在这种双通道条件下，活细胞的分选纯度高达95.74%，显著优于传统分选器的87.23%。

更重要的是，NEVACS采用的视场分割（FOV-Splitting）技术，使得单个传感器即可实现多通道成像，避免了多传感器同步带来的系统延迟与稳定性问题。这一设计不仅简化了系统架构，还显著降低了计算负担，提升了系统的实时性与鲁棒性。

五、技术优势与未来展望

NEVACS的成功应用标志着细胞分选技术从二维静态图像向三维动态视频的关键跃迁。与传统IACS相比，NEVACS具备以下显著优势：

高维度信息获取：捕捉细胞在微流控通道内的三维动态特征。

高效低延迟计算：基于神经形态芯片实现实时数据分析与分类。

系统架构简洁：采用低成本、易制造的微流控系统与单传感器多通道成像。

高能效比：脉冲神经网络与事件相机的结合，大幅降低系统功耗。

未来，NEVACS有望在精准医学、药物研发、环境监测等多个领域发挥重要作用。随着事件相机与神经形态芯片技术的进一步发展，NEVACS在图像分辨率、数据吞吐量及应用场景上的表现将更加出色。此外，通过集成更多功能模块（如实时3D重建、细胞活性检测等），NEVACS有望成为一个通用的高通量细胞分析平台。

六、结语

NEVACS的出现不仅突破了传统IACS在三维信息捕获和实时数据处理方面的技术瓶颈，也为未来生物医学研究和临床诊断提供了一种高效、经济且易于操作的工具。作为一种融合类脑计算、事件相机与微流控技术的跨学科创新系统，NEVACS展现了细胞分选技术的广阔前景，并为进一步推动该领域的发展奠定了坚实的基础。（文/周芳）