生物顯微鏡質(zhì)量控制研究*

邵玉波 孟祥峰 劉艷珍 張 超 苑富強(qiáng)*

生物顯微鏡質(zhì)量控制研究*

邵玉波①孟祥峰①劉艷珍①張 超①苑富強(qiáng)①*

目的：為加強(qiáng)對生物顯微鏡的質(zhì)量控制與監(jiān)督提供技術(shù)支持和參考。方法：以國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008生物顯微鏡為基礎(chǔ)，闡述物鏡、目鏡和聚光鏡等光學(xué)部件的主要質(zhì)量控制參數(shù)及意義，探討其參數(shù)參與質(zhì)量控制的必要性和重要性，對現(xiàn)階段存在的主要問題進(jìn)行分析，并對下一步的質(zhì)量控制工作提出對策。結(jié)果：生物顯微鏡的物鏡和聚光鏡的數(shù)值孔徑以及物鏡和目鏡的齊焦距離偏差等光學(xué)參數(shù)直接影響著顯微鏡的成像質(zhì)量。結(jié)論：三大光學(xué)部件的主要質(zhì)量控制參數(shù)對控制生物顯微鏡的質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用，應(yīng)考慮將其納入質(zhì)量控制的范疇。

生物顯微鏡；物鏡；目鏡；聚光鏡；光學(xué)部件；質(zhì)量控制

[First-author’s address] National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 100050, China.

生物顯微鏡是用于放大檢測微小物體的精密光學(xué)儀器，其突破人類的視覺極限，使之延伸到肉眼無法看清的細(xì)微結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。生物顯微鏡根據(jù)其預(yù)期用途的不同可分為普及顯微鏡、實(shí)驗(yàn)室顯微鏡和研究用顯微鏡。生物顯微鏡的主體部分均由物鏡、目鏡和聚光鏡三大光學(xué)系統(tǒng)組成。生物顯微鏡產(chǎn)品質(zhì)量的高低，主要取決于光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量，其中任何光學(xué)部件出現(xiàn)質(zhì)量問題都會直接影響顯微鏡的成像效果。目前，我國對生物顯微鏡產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制主要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008生物顯微鏡，此標(biāo)準(zhǔn)對各部件的性能參數(shù)提出了相應(yīng)要求，并對生物顯微鏡整體的性能指標(biāo)進(jìn)行了考量[1]。目前，對顯微鏡的質(zhì)量控制僅依據(jù)生物顯微鏡整體的性能指標(biāo)，而未對各部件的性能參數(shù)做為強(qiáng)制要求。因此，生物顯微鏡整體的質(zhì)量狀態(tài)能否代表其各個部件的質(zhì)量狀態(tài)，是否需要執(zhí)行部件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其質(zhì)量加以控制是目前醫(yī)療器械檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和監(jiān)管部門所面臨的共同課題。本研究以國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 2985-2008)為出發(fā)點(diǎn)，分析其與各光學(xué)部件標(biāo)準(zhǔn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，理解分析各光學(xué)部件的主要質(zhì)量控制參數(shù)及意義，提出生物顯微鏡質(zhì)量控制工作方略，為生物顯微鏡的質(zhì)量監(jiān)督提供技術(shù)支撐[2-3]。

1 對國家標(biāo)準(zhǔn)“生物顯微鏡”的解析

1.1 GB/T 2985-2008基本參數(shù)要求

國家標(biāo)準(zhǔn)“GB/T 2985-2008生物顯微鏡”中先后引用了9個與顯微鏡部件相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容[4-12]。GB/T 2985-2008中第3部分“分類及基本參數(shù)”中對顯微鏡部件的一些重要性能參數(shù)提出了相應(yīng)的要求，但這些要求未被列入到標(biāo)準(zhǔn)的第4部分“要求”中，這些要求并非是對生物顯微產(chǎn)品的檢測要求，而是用來約束生產(chǎn)商在生產(chǎn)光學(xué)部件時需滿足的要求(見表1)。

1.2 GB/T 2985-2008標(biāo)準(zhǔn)檢測要求

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008的“4要求”主要是對生物顯微鏡整體的質(zhì)量要求，其與各部件標(biāo)準(zhǔn)既有交叉又有不同，表2中主要列出了交叉部分內(nèi)容所對應(yīng)的條款(見表2)。

表1和表2顯示，涉及到的顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)是一個非常龐大的體系，而GB/T 2985-2008中第4章的內(nèi)容雖然對整體和部件的性能都有體現(xiàn)，但未被考量的項(xiàng)目對顯微鏡性能的影響還需做進(jìn)一步的討論。

表1 GB/T 2985-2008標(biāo)準(zhǔn)基本參數(shù)要求

表2 GB/T 2985與各部件標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)關(guān)系

2 部件主要質(zhì)量控制指標(biāo)及意義

標(biāo)準(zhǔn)中，在未被強(qiáng)制要求的部件性能中，有許多參數(shù)對整體性能有著極其重要的影響，因此標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008將生物顯微鏡整體的性能體現(xiàn)在其中。但就目前各個檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量控制情況，這些指標(biāo)并未納入質(zhì)量控制范疇。本研究將以物鏡、目鏡和聚光鏡的典型指標(biāo)為例，論證這些指標(biāo)在顯微系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用，為是否將部件指標(biāo)納入質(zhì)量控制范疇提供指導(dǎo)。

2.1 物鏡的數(shù)值孔徑

物鏡安裝在鏡筒下端靠近被檢物體，其作用是將被檢物體做第一次放大。物鏡質(zhì)量的優(yōu)劣主要是由物鏡的數(shù)值孔徑(NA)、分辨率、放大率和齊焦距離等光學(xué)參數(shù)決定。數(shù)值孔徑用NA表示，其等于物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射率(η)和孔徑角(u)半數(shù)的正玄之乘積，即公式1：

數(shù)值孔徑是用來表征物鏡對光線收集能力的大小，物鏡對物體上各點(diǎn)的光線收集的越多，成像質(zhì)量就越好。分辨率是指能夠分辨的兩物體之間的最小距離，通常用公式2表示：

式中：λ為使用的波長；NA為物鏡的數(shù)值孔徑。

公式(2)顯示，數(shù)值孔徑NA值越大，分辨率越高，表明顯微鏡的分辨能力越強(qiáng)。然而在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008中，對物鏡的放大率進(jìn)行了考量，并未對物鏡數(shù)值孔徑這一重要參數(shù)做任何要求，僅對數(shù)值孔徑值在不同范圍的物鏡的成像清晰范圍進(jìn)行了考量，那么，在數(shù)值孔徑準(zhǔn)確性未知的情況下，去考量物鏡的成像清晰范圍，其結(jié)果的說服力有待商榷。而數(shù)值孔徑與物鏡的其他技術(shù)參數(shù)有著密切的關(guān)系，幾乎決定和影響著其他各項(xiàng)參數(shù)。數(shù)值孔徑直接決定了物鏡的分辨率，并與物鏡的放大率成正比，與焦深成反比，視場寬度與工作距離也會隨NA值的增大而相應(yīng)地變小?？梢?，數(shù)值孔徑作為物鏡的主要質(zhì)量控制參數(shù)是衡量顯微鏡成像質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，因此應(yīng)考慮將物鏡的數(shù)值孔徑納入質(zhì)量控制范圍[13]。

2.2 物鏡的齊焦距離偏差

生物顯微鏡可通過轉(zhuǎn)換不同倍率的物鏡以達(dá)到預(yù)期的觀察效果。目前，市場上各生產(chǎn)企業(yè)的顯微鏡只能配用自己生產(chǎn)的物鏡，彼此之間的物鏡不兼容。生產(chǎn)企業(yè)在申報(bào)注冊時注冊單元中往往不止是一臺配備完整的顯微鏡，有時會附有一些不同倍率的物鏡，而在注冊檢驗(yàn)時標(biāo)準(zhǔn)只要求對顯微鏡整體的指標(biāo)進(jìn)行檢測，這時就會給檢驗(yàn)帶來很多困擾。如標(biāo)準(zhǔn)中的“4.3物鏡齊焦”要求在使用物鏡轉(zhuǎn)換器換用不同倍率的物鏡時，各物鏡要齊焦，這一條款考量的是各物鏡與轉(zhuǎn)換器之間的機(jī)械配合情況。在實(shí)際檢測工作中，對于附有多個物鏡部件的生物顯微鏡，即便物鏡倍率相同，也應(yīng)對每個物鏡進(jìn)行此條款的檢測，以驗(yàn)證整體質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。然而，若對同一倍率的物鏡逐一進(jìn)行此條的檢測，將會極大增加檢測工作量，進(jìn)而產(chǎn)生龐大的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。如按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2609-2007中“5.5物鏡齊焦距離”的要求對每個物鏡的齊焦距離進(jìn)行檢測，如果都符合要求，在檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008中的4.3條時相同倍率的物鏡則可選擇一個有代表性的進(jìn)行檢測，如此既對物鏡的質(zhì)量進(jìn)行了控制，又解決了檢測工作數(shù)據(jù)量大的難題。

物鏡作為生物顯微鏡的主要光學(xué)部件，有著其重要的地位與作用，而決定物鏡性能優(yōu)劣的重要參數(shù)直接影響著顯微鏡整體的質(zhì)量。因此，在對生物顯微鏡質(zhì)量進(jìn)行控制的同時應(yīng)考慮增加物鏡部件的質(zhì)量控制[14]。

2.3 目鏡的齊焦距離偏差

顯微鏡目鏡是將物鏡放大的中間像進(jìn)行二次放大，使放大后的虛像成像在人眼的明視距離處。目鏡的作用相當(dāng)于放大鏡，只是起放大作用，不會提高顯微鏡的分辨率，對于物鏡不能分辨出的細(xì)微結(jié)構(gòu)，即便經(jīng)過高倍目鏡的再放大，也仍然不能看清楚。放大率和齊焦距離是目鏡的重要質(zhì)量控制參數(shù)，在GB/T 2985-2008中，不僅對目鏡的放大率進(jìn)行了考量，同時還對雙目顯微鏡左右兩大系統(tǒng)的放大率差進(jìn)行了控制。然而，對于雙目顯微鏡而言，兩只目鏡的焦距應(yīng)該相同或相對焦距誤差應(yīng)在可接受的范圍內(nèi)，才會使觀測者的兩眼能同時看到清晰而倍率相同的像。倘若兩只目鏡的相對焦距誤差極大，依靠人眼的機(jī)能調(diào)節(jié)來改善觀測圖像的質(zhì)量，不僅會引起視覺疲勞，還會影響觀察效果。因此，不僅應(yīng)對顯微鏡目鏡的放大率進(jìn)行控制，同時還應(yīng)將目鏡的齊焦距離偏差納入質(zhì)量控制的范圍內(nèi)。

2.4 聚光鏡的數(shù)值孔徑

聚光鏡裝在載物臺的下方，其作用是將光源射出的光線匯聚成光錐照射在被檢物體上，形成適宜的光錐角度，增強(qiáng)照明度以得到最好的照明效果。數(shù)值孔徑(NA)值是聚光鏡的主要參數(shù)，與顯微鏡的分辨率密切相關(guān)。如果聚光鏡的數(shù)值孔徑低于物鏡的數(shù)值孔徑，物鏡的部分?jǐn)?shù)值孔徑則不起作用，從而不能達(dá)到其最高分辨力；如果聚光鏡的數(shù)值孔徑大于物鏡的數(shù)值孔徑，反而會由于照明光束過寬，使物像的清晰度下降，達(dá)不到規(guī)定的分辨能力。因此，為了充分利用物鏡的數(shù)值孔徑，提高其分辨能力，聚光鏡的數(shù)值孔徑應(yīng)與所用物鏡的數(shù)值孔徑相匹配，應(yīng)等于或稍大于物鏡的數(shù)值孔徑，以確保聚光鏡發(fā)來的光束能充滿物鏡的孔徑角，可進(jìn)行更精細(xì)的觀察，提高圖像的分辨率。聚光鏡對顯微鏡成像性能有較大影響，但在日常使用及質(zhì)量監(jiān)管中往往處于被忽視的地位。在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2985-2008中，只對聚光鏡的密封性及光照均勻性等指標(biāo)進(jìn)行了考量，并未對影響光學(xué)性能的數(shù)值孔徑進(jìn)行要求。鑒于聚光鏡在生物顯微鏡成像過程中的重要作用，應(yīng)考慮將其納入質(zhì)量控制的范圍內(nèi)[15]。

3 結(jié)論

在顯微鏡三大光學(xué)部件標(biāo)準(zhǔn)中涉及了大量的光學(xué)檢測裝置，并對各自的精度做了相應(yīng)的要求，但目前市場上并無成熟的檢測裝置出售，加工精度能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的制造商較為罕見，而各檢測機(jī)構(gòu)之間的檢測能力和研究水平差距相對懸殊，各自研發(fā)出的檢測設(shè)備無法統(tǒng)一，設(shè)備的溯源乃是一大難題。檢測設(shè)備的缺乏不僅給檢測機(jī)構(gòu)的質(zhì)量監(jiān)督工作帶來困擾，還給企業(yè)的自檢造成了阻礙。上述諸多問題是造成顯微鏡部件遲遲未參與質(zhì)量控制的重要因素。然而，三大光學(xué)部件的主要質(zhì)量控制參數(shù)對控制生物顯微鏡的質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用，應(yīng)考慮將其納入質(zhì)量控制的范疇。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要：①質(zhì)量控制機(jī)構(gòu)配合檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，逐步拓展技術(shù)指標(biāo)的指控要求，以便對生物顯微鏡的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行更全面的控制；②檢測機(jī)構(gòu)需集中力量共同承擔(dān)研發(fā)一套高質(zhì)、高效的檢測裝置的重任，以突破技術(shù)限制，實(shí)現(xiàn)對生物顯微鏡的質(zhì)量做到有效監(jiān)督，同時也可為企業(yè)自檢工作提供保障。物鏡、目鏡和聚光鏡是決定生物顯微鏡產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的主要組成部分，對其質(zhì)量實(shí)施有效控制尤為重要。

[1]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 2985-2008生物顯微鏡[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-07-28.

[2]胡文華，顧達(dá)聰，王曉民，等.生物顯微鏡部分附件的應(yīng)用與調(diào)試[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2004，18(2)：116-117.

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[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 2609-2006，顯微鏡物鏡[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2006-05-08.

[5]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 9246-2008，顯微鏡目鏡[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-06-20.

[6]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 9247-2008，顯微鏡 聚光鏡[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-06-20.

[7]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 22055.1-2008，顯微鏡物鏡螺紋[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-06-20.

[8]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 22056-2008，顯微鏡物鏡和目鏡的標(biāo)志[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-06-20.

[9]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 22057.1-2008，顯微鏡相對機(jī)械參考平面的成像距離[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-06-20.

[10]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 22057.2-2008，顯微鏡相對機(jī)械參考平面的成像距離[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008-06-20.

[11]國家機(jī)械工業(yè)局.JB/T 8230.7-1999，顯微鏡載物臺裝置壓簧和移動尺用孔的尺寸和位置[S].國家機(jī)械工業(yè)局，1999-08-06.

[12]國家機(jī)械工業(yè)局，JB/T 8230.8-1999，顯微鏡可拆卸之聚光鏡及濾色片連接尺寸[S].國家機(jī)械工業(yè)局1999-08-06.

[13]李庸輝，張國蓮，蘇猛.顯微鏡物鏡放大率的檢測[J].醫(yī)療裝備，2014，27(3)：9-11.

[14]蘭維永，劉會秋，沙磊.生物顯微鏡校準(zhǔn)方法探討[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2012，39(12)：61-62.

[15]申萍香，劉玉江，周靈貴.生物顯微鏡照明系統(tǒng)的改進(jìn)和探索[J].數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2012(25)1：92-93.

Quality control research of biological microscope

SHAO Yu-bo, MENG Xiang-feng, LIU Yan-zhen, et al// China Medical Equipment,2015,12(1):13-16.

Objective: To provide technical supports and references for the quality control of biological microscope. Methods: It described the main quality control parameters of objectives, eyepieces and condensers on the base of GB/T 2985-2008 biological microscope standard, and discussed the importance and necessity of these parameters, at the same time, analyzed the existing problems, and putted forward some suggestions for the next step quality control works. Results: The optical parameters of objective lens numerical aperture, condenser numerical aperture, lens and eyepiece focal distance error directly affected the imaging quality of the microscope. Conclusion: The major quality parameters of three large optical components played an important role in quality control of biological microscope, considerations should be given to include them in the category of quality control.

Biological microscope; Objectives; Oculars; Condensers; Optical components; Quality control

邵玉波,女,(1977- ),碩士，工程師。中國食品藥品檢定研究院，從事有源醫(yī)療器械檢驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室綜合業(yè)務(wù)管理工作。

1672-8270(2015)01-0013-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.004

2014-10-14

國家科技支撐計(jì)劃(2012BAI22B04)“有源醫(yī)療器械質(zhì)量評價與安全”①中國食品藥品檢定研究院 北京 100050

*通訊作者：fuqiangyuan@nicpbp.org.cn