圖片彩色處理在醫學電鏡實驗教學和臨床科研中的應用*

王 輝 張向紅 陳艷雯 王立言△

（山東大學，1 高等醫學研究院，2 基礎醫學院實驗中心電鏡室，濟南 250012）

透射電子顯微鏡具有極高的分辨本領和放大倍數，可以揭示物質內部的超微結構，在高校的教學科研中已凸顯出越來越重要的作用[1]。本校醫學院電鏡室自20世紀80年代起承擔本科生、研究生的《醫學超微結構》選修課程，在教學過程中不但要對教材中的基礎原理、基本結構加以講解，同時還需要借助大量的電鏡圖片來幫助學生更加深入理解形態結構。電子顯微鏡一般只能拍攝黑白照片，結構特征不明顯，學生學習理解比較困難，因此為了更加清晰展示結構，調動學生學習的積極性，對超微照片進行適當的圖像處理十分必要。現主要介紹利用Photoshop軟件，對透射電鏡圖片進行著色，經過色彩渲染，將黑白照片轉變成彩色照片，突出超微照片的不同結構，增加其中的可辨信息，增強圖片的立體感，從而調動了教學課堂的活躍氛圍，提高了學生學習積極性，在教學和科研方面均收到了較好的效果。

1 傳統醫學電鏡教學中存在的問題

1.1 學生借助電鏡黑白圖片理解超微結構，理解力不深

醫學電鏡教學的內容比較抽象，有些問題和知識點無法用語言來進行表達，需要長期的知識經驗積累才能更好地理解超微結構。醫學電鏡昂貴，數量少，觀察樣品種類復雜，同時承擔著生物科研觀察任務工作，這些因素造成醫學電鏡觀察方面的教學只能采用講解和示范的方法來進行。大多數醫學超微結構的內容還是要借助大量的電鏡圖片在理論課堂進行講解。學生通過對一些黑白圖片的認識，來盡量對教材中描述的超微結構進行理解。這個思維過程變得比較抽象，需要學生思路清晰，具有豐富的想象力才行。很多的醫學超微結構，學生很難通過幾張圖片進行理解和想象。這種傳統的教學方法，增加了學生學習和思考的難度，最終導致學生對課程內容理解不深。

1.2 學生學習積極性不高

在課堂上，教師只是利用電鏡拍攝的黑白照片進行單純講解，學生理解起來比較困難，導致課堂的活躍程度不高，學生在課堂教學中沒有積極性，不能很好參與課堂互動。教師對課堂的教學情況把握不足，沒有很好調動課堂氛圍，學生對課堂內容無法清晰理解。甚至有些學生失去了在課堂上的學習興趣，把主要精力放在自學上，但是自學課本上拍攝的電鏡圖片與實際樣本拍出來的圖片有一定的差距，給學生理解醫學超微結構帶來難度，進而導致學生的學習積極性大大降低。

2 用Photoshop處理透射電鏡圖片在醫學電鏡實驗教學中的應用

圖1（見封三）為小鼠腎透射電鏡圖，圖片采集于Talos F200C 場發射透射電鏡，放大倍數×15 000。圖1A足細胞、足突、基底膜、毛細血管內皮細胞窗孔結構清晰，使用Photoshop軟件分別渲染了藍色、青色、黃色、紅色，效果見圖1B，這種無損結構的色彩渲染后使細胞結構變得具有一定的美感。此種渲染方法的操作步驟即將黑白顯示的電鏡圖片復制到Photoshop軟件里新建圖層，用鋼筆工具（或套索工具）建立錨點后右鍵“建立選區”，然后設置羽化半徑，使用Control+J快捷鍵摳圖新建圖層，選擇圖像→模式→RGB顏色，通過圖像→調整→色相/飽和度→勾選著色→調3三個滑塊后點擊確定，以上此種步驟操作下來就能使一張黑白圖片具有不同的色彩和美感。圖2（見封三）為小鼠腎細胞透射電鏡圖，圖2A細胞核、線粒體結構清晰，經Photoshop分別渲染了藍色、綠色，效果見圖2B。學生通過不同色彩渲染后的圖片能夠很快掌握細胞核、線粒體的結構形態。圖3為李斯特氏菌透射電鏡圖，圖3A細胞壁、細胞質、核質體結構清晰，經Photoshop分別渲染了棕色、黃色、綠色，效果見圖3B。學生能夠很好的掌握細菌的形態結構。這種渲染圖片根據醫學電鏡實驗教學大綱在主要器官、四大組織和細胞的亞顯微結構（細胞骨架、核糖體、內質網、高爾基復合體、內體、溶酶體、過氧化物酶體、線粒體、中心體、細胞核等）中均已建立[3]，每張黑白圖片后面都附上經Photoshop無損結構處理后的彩色圖片，彩色圖片對需要重點講解的內容進行上色，更加突出所要展示辨析的內容。學生普遍反映能夠很好地理解細胞、組織等的典型特征和對比差異，主動學習的積極性增強，同時教師在課堂上講解起來也相對輕松。每種亞顯微結構界定了不同的色彩，如線粒體綠色顯示、細胞核藍色顯示，達到即容易區分不同結構又使結構的渲染具有統一性，這已成為本室的教學特色，有效地提高了醫學電鏡實驗教學的質量，提高了學生學習的積極性。在期末考核環節，有相當分量的考題考察學生對超微結構圖片辨認[4]。通過對期末考試試卷和成績的分析，顯示學生的成績有明顯提升，更加證實了將彩色處理的透射電鏡圖片用于醫學電鏡實驗教學有助于提高教學質量。

圖1 小鼠腎透射電鏡圖像，×15 000，標尺=1 μm。

圖2 小鼠腎細胞透射電鏡圖像，×10 000，標尺=2 μm。

圖3 李斯特氏菌透射電鏡圖像，×25 000，標尺=500 nm。

3 用Photoshop處理透射電鏡圖片在臨床方面的應用

黑白的透射電鏡圖片經Photoshop色彩渲染后能更好展示超微病理結構，臨床學生通過了解細胞超微結構的異常改變從而更好地進行疾病的診斷及發病機制的研究，從細胞和亞細胞水平去理解疾病的發生、來源和發展過程，進而提高了醫學電鏡技術在疾病病因、病情發展、分型及鑒別診斷中的重要性，加強了該門課程的實際應用價值。

圖片彩色處理技術是現代計算機技術高度發展與實驗教學內容結合的產物。人眼對彩色的分辨能力遠遠高于對黑白灰度的分辨能力[5-6]。將透射電鏡拍攝的黑白照片Photoshop無損結構色彩渲染后應用在醫學電鏡實驗教學中，學生能夠很好理解和掌握醫學超微結構，有利于激發學生的學習興趣，確實有效提高醫學電鏡實驗課的教學效果和教學質量。在臨床方面，將黑白照片彩色處理，加深了臨床學生對電鏡技術在病理診斷和臨床應用方面的印象，同時也能為醫學科研深入研究奠定扎實的理論和操作基礎[7]。這種教學方法已成為本校醫學電鏡室實驗教學的特色，科學、可行，值得推廣。為進一步提高教學質量，今后還需要在電鏡圖片后期處理方面進行更多的探索工作，比如近年來發展迅速的電鏡三維重構技術。但是在進行這方面工作的時候，必須保證實驗結果的真實性和可靠性，以實事求是的科學態度，對待每個實驗結果圖片[8]。在保證科學性的基礎上賦予一定的藝術內涵，學生容易理解，積極主動學習，進而達到提高教學質量的效果。