要攻克的首要难题是解决视场与分辨率之间相互制约的固有矛盾。

“以传统显微镜为例，当我们想要看得清的时候，观测范围势必很小；当我们想要大视野范围时，又要牺牲掉分辨率。”范静涛告诉记者，导致这种矛盾出现的原因是，现有成像仪器是在“物面和像面均为平面”的前提下进行设计的。实际上，平面物体的理想光学成像是曲面的，且视场越大，像面弯曲程度越高。为了配合平面成像传感器，校正像面弯曲会使得周边变“虚”。

团队另辟蹊径自行设计了适应像面弯曲的宽视场物镜系统，提高了光学信息的获取能力。这一独创设计正是RUSH仪器能兼顾“看得宽”与“分得清”的关键。另一方面，通过像感器矩阵实现并行的数据采集、传输、存储与重建，再融合计算照明，使得视场、分辨率、帧率、数据通量综合指标均处于国际领先地位。

“曲面像感器阵列”是一个由多个像感器组成的矩阵，每个像感器对应视场中的不同区块，拍摄曲面中间像中近似平面的一小部分，最终拼接成一个整体显示出来。因其形似，而被团队成员亲切地称为“红烧肉”。

“一代仪器是由35个像感器组成的阵列，二代仪器升级为28个像感器阵列。”范静涛介绍。

2017年诞生的第一代RUSH，视场大小为1厘米×1.2厘米、分辨率为800纳米，每帧图像达到1.69亿像素，也就是说一帧图像可以铺满24个4k电视。目前，第二代RUSH已实现了1平方厘米的视场、近400纳米的分辨率，拍下的每帧图像有3.36亿像素。

3 超高数据通量 相当于一秒钟可下载7部3G大小的电影

RUSH不仅看得宽、分得清，而且还拍得快，是国际上数据通量最高的介观光学显微仪器。“第二代RUSH的数据通量超过了100亿像素/秒，是世界上排名第二的双光子随机扫描显微镜的980多倍。”范静涛告诉记者。100亿像素/秒大概是什么概念？“相当于一秒钟可以下载7部3G大小的高清电影。”

如此惊人的数据通量如何“存得下”？该仪器还有一套专门的数据计算和存储设备集群，单独占用了一个房间。该集群分两侧排列，一侧是计算单元，通过实时计算确定需要保留的数据，并将其储存至另一侧的存储单元，供研究人员随时察看研究。记者了解到，该集群目前可存储11000TB图像信息。

作为目前国际上首次实现小鼠全脑皮层范围神经活动高分辨率成像的仪器，RUSH已经完成许多创新性实验，在生命科学、医学等领域发挥了重要作用。

比如，借助RUSH实现清醒小鼠在气流刺激胡须下的全脑结构和功能成像，研究大脑功能信号和脑血管舒张是否存在关系；多尺度观察小鼠脑部免疫细胞的迁移过程，帮助医学家等研究人体的免疫保护机理；深入探究癫痫病理发生机制；结合人工智能实现脑胶质瘤病理切片原发灶/转移灶高通量瞬拍与分析；打造基于高通量成像的药物筛选平台，加速药物研制；利用RUSH开展神经网络机制研究，为人工智能跨越发展提供新途径……