基于圖像復原的CCD顯微測量技術在醫學教學及科研中的應用

文/高媛媛，湖南省長沙醫學院

1 引言

在醫學相關學科的教學教學及科研中，經常會用到顯微測量，比如對細胞的計數及形態的分析，通過對細胞的數量及形態的觀察和分析，可以判斷疾病的病因、研究醫療方案、也可以觀測醫療效果。目前，醫學上對細胞的分析，特別是用于教學的分析，一般是通過人工去辨識細胞顯微圖像，然后做出判斷，或通過采用顯微測微尺進行測量和計算，測量結果主觀性比較大，誤差也比較大[3]。另外，把數字圖像處理與顯微測量相結合，針對不是很清晰的圖像，把圖像復原引入顯微測量技術，可以提高其測量的精度。在應用方面，同時結合醫學院校豐富的醫學資源，可將該技術應用在醫學科研及教學等相關領域。

2 基于圖像復原的CCD顯微測量技術及測量系統

CCD顯微測量技術，就是指綜合運用顯微光學成像技術，圖像處理分析技術，模式識別技術等的基礎上，對肉眼無法識別的微型物體進行放大、成像，以及圖像的傳輸、顯示、保存、處理和測量等過程[2]。

基于圖像復原的CCD顯微測量技術，在CCD顯微測量技術的基礎之上，針對于圖像處理這一過程，加入圖像復原，對因測量系統和成像系統存在的某些缺陷、光學系統的散焦及外界噪聲的干擾等導致圖像邊緣模糊的圖像，進行恢復，消除模糊，然后再進行圖像分析及測量。

CCD顯微測量系統主要包括：光源、顯微鏡、CCD攝像頭、圖像采集卡、計算機處理系統。操作過程，把樣品放于顯微鏡載物臺上，調節顯微鏡，使其成像放大，然后用CCD攝像機采集顯微圖像，用圖像采集卡將其數字化，最后利用計算機圖像處理方法進行處理，然后分析。

3 CCD顯微測量技術在醫學教學中的應用

在醫學相關的教學中，特別是實驗教學中，常常用到顯微測量，比如：比如對細胞的計數及形態的分析，通過對細胞的數量及形態的觀察和分析，可以判斷疾病的病因、研究醫療方案、也可以觀測醫療效果。目前，醫學上對細胞的分析，特別是用于教學的分析，一般是通過人工去辨識細胞顯微圖像，然后做出判斷，或通過采用顯微測微尺進行測量和計算，測量時由于不同目鏡、物鏡組合的放大倍數不相同，目鏡測微尺每格實際表示的長度也不一樣，因此目鏡測微尺測量微生物大小時須先用置于鏡臺上的鏡臺測微尺校正，以求出在一定放大倍數，過程比較繁瑣而且讀數由人的肉眼觀察所得，主觀性比較大，誤差也比較大。

把CCD顯微測量系統應用到細胞測量的教學中，該系統可將生物涂片經顯微鏡放大后的信息圖片直接投影到教學屏幕上，方便學生觀察、討論、分析；也有利于老師對學生的指導。在學生用傳統方法實現對細胞的計數及面積、體積相關測量后，老師可以通過這個系統對學生的結果進行檢測指導，以提高學生的實驗的精確性，同時也提高了教學效率。

4 基于圖像復原的CCD顯微測量技術在教學及科研中的應用

基于數字圖像處理的顯微測量技術雖然在國內外很多領域都得到了不同程度的發展，但在CCD顯微測量中針對于圖像處理這一過程，特別是針對于不是很清晰的圖像，傳統的方法大多采用圖像增強。圖像增強是使圖像變清晰，使其更適合人和計算機分析過程，有時并不能真實反映原始圖像。這種方法對原本邊緣很清晰的圖像有很好的分析、測量效果。但是對于因測量系統、成像系統存在的某些缺陷、光學系統的散焦以及及外界噪聲的干擾等而導致圖像邊緣模糊的圖像，就會存在測量誤差。基于圖像復原的CCD顯微測量技術突破傳統的CCD顯微測量方法，把圖像處理技術引入顯微測量領域，尤其是圖像復原的使用，實現了模糊圖像高精度的測量[2]。

在教學中，引入CCD顯微測量技術，可以大大提高教學效率，使實驗結果更加直觀。但是獲得的圖片有時也會因為系統的問題，或外界的噪聲，導致圖像模糊。以前針對這種圖片，往往是棄之不用。其結果是就教師而言，無法評估實驗結果；就學生而言，或重新實驗，浪費資源、浪費時間。引入圖像復原技術之后，我們可以針對這類圖像進行復原，然后再進行分析。

在科研上，該系統可利用計算機以及各種軟件進行圖像處理，有效地避免人眼讀數等主觀因素造成的誤差，減少了重復測量的誤差和儀器本身形成的誤差。通過選擇合適的CCD鏡頭，該技術可以對不同尺寸大小的測量件或各種細胞、微生物等實現測量。另外，CCD顯微測量技術由于測量系統本身的特性，便于實現測量過程的自動化程度，能在一定程度上實現測量手段的非接觸、高精度、快速及自動化。本文利用該系統，實現了陶瓷牙孔隙度的測量。陶瓷牙瓷面光潔，不易附著菌，在口腔環境中具有良好的生物相容性和穩定的物理化學性能，而且對于金屬烤瓷冠而言，無需金屬結構，不透金屬色，加工工藝相對簡單，是前牙較為理想的修復體。ISO(國際標準化組織)對其質量有一系列的質量檢測標準體系。其中空隙度的要求是，大于30μm的空隙不應多于16個，其中直徑在40-150 μm的空隙不應多于6個并不應有大于150μm的空隙。本文對其空隙度進行了測量，測量過程如圖2所示。

5 小結

顯微測量用探針掃描技術、相移干涉顯微技術、原子力顯微技術可以達到良好的測量效果。但這些儀器比較昂貴，普遍適用性常常受到限制，尤其是在教學中。通過對圖像復原、分析可以實現在普通光學顯微鏡下樣品的顯微成像、分析及測量。把CCD顯微測量技術和基于圖像復原的顯微測量技術引入教學和科研，可以大大提高教學效率和科研效率。