顯微鏡的配置、評估與維修保養(yǎng)

楊捷，任曉敏，唐榮高， 李潘宇， 張殷雷

上海交通大學醫(yī)學院 附屬第九人民醫(yī)院(上海， 200011)

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顯微鏡的配置、評估與維修保養(yǎng)

楊捷，任曉敏，唐榮高， 李潘宇， 張殷雷

上海交通大學醫(yī)學院 附屬第九人民醫(yī)院(上海， 200011)

該文介紹了醫(yī)院用顯微鏡各基本組件性能指標、 質量分析與評估， 包括物鏡、 目鏡、 物鏡轉換器、 調集機構、 載物臺、 聚光鏡機構與圖像處理裝置。對主要附件的配置作了分析說明， 同時還介紹了顯微鏡的維修和保養(yǎng)工作經驗與體會。

研究用顯微鏡； 儀器的配置； 評估

0　引言

醫(yī)用光學儀器是各大醫(yī)院必備的檢測、 治療用儀器。它分布在各臨床科室， 并在科研、 教學實驗室中得到廣泛的應用。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展， 醫(yī)療技術的不斷進步， 對醫(yī)用光學儀器的配置、 評估與維修、 保養(yǎng)成為醫(yī)院設備管理部門、 臨床科室注重的問題之一。本文以顯微鏡為例， 敘述我院對該類設備的配置、 評估、 維修與保養(yǎng)工作。

研究用顯微鏡通常是指高級生物顯微鏡， 它配備高檔的物鏡， 精密機械結構， 各種附件， 并帶有CCD攝像裝置和計算機， 所以說它是一類融光、 機、 電、 計算機于一體的多用途光學儀器。

1　研究用顯微鏡基本組件的分析、 評估

1.1物鏡

物鏡是研究用顯微鏡最基本的， 也是最重要的組件。物鏡的質量好壞決定了顯微鏡最重要的性能： 成像清晰度。研究顯微鏡中采用的多數是平場和平場復消色差物鏡。

物鏡的質量評估：

(1) 清晰度。用0.01 mm標準小標尺檢測， 視場里清晰范圍要大于70%。

(2) 視場內無明顯色差、 場曲和像散[1]。

(3) 物鏡的分辨率 δ=0.5λ/NA， 其中： λ—光線波長， NA—物鏡的數值孔徑(類似于照相機的相對口徑)。顯然， 數值孔徑越大， 分別率越高。如40 X傳統(tǒng)物鏡的N A為0.65， 如圖1(a )； 而最新的40 X物鏡的N A可達0.95， 見圖1(b)。這樣， 同樣40 X物鏡， 可分辨最小距離從0.42 μm提高到0.3 μm。

進一步提高NA可采用浸液的方法.。傳統(tǒng)的100 X物鏡， 為了提高分辨率都采用油浸， NA可達1.3 左右?，F(xiàn)在低倍物鏡為了提高分辨率， 往往也采用油浸， 如圖1(c)， 60 X物鏡采用油浸后， NA達到1.4， 這樣60 X物鏡也可達到100 X物鏡的分辨率。

圖1　物鏡Fig.1　Objective lense

(4) 機械筒長， 指物鏡定位面到目鏡定位面之間的距離。一般為160 mm， 它標志在物鏡鏡筒上， 如圖1(a)。新型的顯微鏡中， 物鏡設計成筒長為無窮遠， 用 表示， 見圖1(c)。現(xiàn)代顯微鏡的物鏡品種非常繁多， 約有300多種， 為了減少物鏡品種， 為了方便地在顯微鏡物鏡和目鏡之間增加各種棱鏡型附件， 將物鏡筒長設計成無窮遠， 這樣可將物鏡品種可減少到200多種， 同時也降低了對顯微鏡安裝的要求。用戶要注意的是即使物鏡螺紋相同， 但筒長為160 mm的物鏡和筒長為無窮遠的物鏡是不能通用的。

1.2目鏡

研究用顯微鏡目鏡通常采用平場目鏡， 大多是目鏡本身消除場曲和像散。它和平場或平場復消色差物鏡一起使用。為了使用方便， 目鏡視場也由傳統(tǒng)的 18 mm逐步增加到20 mm， 22 mm， 現(xiàn)在已經達到26.5 mm。圖2示出10 X目鏡， 視場為20 mm。右邊的眼鏡符號表示該目鏡為高眼點目鏡， 即目鏡出瞳較遠， 適合帶眼鏡的使用者。

圖2　目鏡Fig.2　eyepieve

1.3物鏡轉換器

物鏡轉換器是研究用顯微鏡主要結構之一， 其精度直接影響到成像質量。評估主要是其定位和齊焦精度。

定位精度 是指無論哪個倍率物鏡， 轉到定位位置時， 應保證物鏡和目鏡同軸， 這樣對不同倍率的物鏡， 視場中心位置基本不變。

齊焦精度指 物鏡轉到定位位置時， 當低倍物鏡調焦清晰后， 轉換到高倍物鏡時， 仍應看到物體輪廓， 稍加微調后， 即可得到清晰的圖像。

此外， 還要求轉動舒服、 平穩(wěn)。

現(xiàn)代的物鏡轉換器朝多孔發(fā)展， 有原來4孔， 5孔， 到現(xiàn)在7孔轉換器， 如圖3。

圖3　物鏡轉換器Fig.3　Objectivelense converter

現(xiàn)在也有的廠家采用電動方式轉動轉換器， 為用戶提供了方便。但操作不當， 也會發(fā)生碰撞。

1.4調焦機構

調焦機構也是研究用顯微鏡關鍵組件， 它的評估有三個指標：

(1) 微調機構調焦時， 對10 X物鏡， 在景深范圍內， 像平面中心的位移不大于0.08 mm.

(2) 微動調焦機構的空程應不大于0.002 mm.

(3) 粗、 微動和聚光鏡滑板移動時， 平行度偏差不大于20分。

1.5載物臺

載物臺是供操作時安放被測物的平臺。研究用顯微鏡一般采用十字方向可移動的載物臺。對它的評估是： 載物臺縱、 橫向移動應舒服， 沒有卡滯現(xiàn)象。標本夾能舒適、 牢固夾住標本。

對特殊使用場合， 如用作偏光測量時， 在載物臺上應加上可旋轉的工作臺。

另一種特殊應用場合， 須采用生物工作臺， 又稱顯微操作系統(tǒng)， 見圖4。這是一種用于體外受精(IVF)， 遺傳工程和電生理學方面非常重要的儀器設備。它帶有懸掛式操縱柄的小型顯微操作器， 其的特點是操作起來非常簡單、 舒適。采用遠程驅動方式， 確保顯微操作手能夠無遲后、 無阻礙地、 平穩(wěn)運動。該系統(tǒng)極適合于顯微注射與細胞切割等工作， 在細胞學， 胚胎學、 基因工程和遺傳學方面有著廣泛的應用。

圖4　顯微操作系統(tǒng)Fig.4　Micro operation system

1.6聚光鏡機構

為了使物體有足夠的照明， 需要安裝聚光鏡系統(tǒng)。聚光鏡的數值孔徑應與物鏡的數值孔徑匹配。物鏡變換時， 聚光鏡的口徑也應作相應的改變， 以達到最佳的成像質量。為此評估聚光鏡機構質量， 是要求聚光鏡升降舒適， 無卡住現(xiàn)象。孔徑光欄能任意開啟大小， 轉動舒服。能很方便地調整， 達到柯勒照明的條件。

1.7圖像處理裝置

早期的研究用顯微鏡采用數碼相機， 替代傳統(tǒng)的照相機。這樣用不著沖冼相片， 而且可將照片存放到計算機里， 便于歸檔保存， 隨時調用， 病員資料管理和各部門共享。

現(xiàn)在更多采用冷CCD攝像頭， 在計算機屏幕上看到高質量， 實時、 動態(tài)的圖象， 如活體標本。分別率可達到1 250萬象素以上。動態(tài)圖象采集速度在1 360×1 024全幅時可達每秒15幀。為了方便用戶， 也出現(xiàn)了許多圖象處理和分析軟件。

對圖象處理裝置的評估， 即要求屏幕上圖象清晰， 色彩真實(接近目鏡視視情況)。

2　研究用顯微鏡的配置

研究用顯微鏡， 因為它配置了高級的物鏡， 大視場目鏡等等， 所以它是高級生物顯微鏡。同時， 由于它配置各種各樣的附件， 如暗場、 熒光、 相襯、 偏光、 諾馬斯基微分干涉(DIC)、 霍夫曼調制相襯等等， 大大擴展了顯微鏡的功能， 因此配置這些附件的顯微鏡， 又稱為萬能研究用顯微鏡。

顯微鏡最主要的質量指標是要求成像清晰， 分別率高。但即使物鏡質量很高， 對某些標本， 如透明的細胞， 觀察效果仍不好， 因為細胞和周圍介質的顏色一樣， 成像的對比度極低， 就不能分辨出細胞的形狀。好象白天看不到天空中星星一樣。為此， 發(fā)明了相襯顯微鏡， 它利用細胞的折射率和周圍介質不同的特性， 用干涉的原理， 識別出細胞的輪廓。上列這些附件， 都是根據標本各自特點， 設法提高成像對比度， 而設計出各種各樣顯微鏡， 如： 暗場顯微鏡， 它利用強光照射到微粒上產生散射的原理， 設計了暗場聚光鏡和暗場物鏡， 使光束不直接射入物鏡， 則視場呈黑暗， 通過目鏡就能看到明場顯微鏡所看不到的微粒。

熒光顯微鏡是一種對能發(fā)熒光的物質， 或經熒光色素染色后能發(fā)熒光的物質進行觀察的顯微鏡。它以紫外光或藍紫單色光激發(fā)標本的熒光。因紫外光不可見， 故標本發(fā)出的熒光與背景反差很大。熒光顯微鏡的對比度約為普通顯微鏡的100倍。因此可觀察到普通顯微鏡看不到的結構和細節(jié)， 同時呈現(xiàn)標本彩色的圖像， 易于鑒別， 減輕眼睛的疲勞， 所以得到了廣泛的應用。

偏光顯微鏡是利用光的偏振特性， 對具有雙折射特性的物質進行鑒定的儀器。如， 它能清晰得觀察到齒、 骨、 頭發(fā)、 指甲、 卵巢、 活細胞的晶體內含物、 神經纖維、 動物肌肉和植物纖維等結構細節(jié)。能區(qū)別正常細胞和腫瘤細胞等[2]。

還有許多附件， 這里不一一例舉。這些附件可以單獨構成一種顯微鏡， 但也往往作為研究用顯微鏡的附件， 也即研究用顯微鏡具有高級生物顯微鏡功能外， 還有暗場、 熒光、 相襯、 偏光顯微鏡甚至、 諾馬斯基微分干涉(DIC)、 霍夫曼調制相襯等等的功能。這樣就大大擴展了研究用顯微鏡的使用范圍。因此， 現(xiàn)代醫(yī)院許多科室， 如病理科、 檢驗科、 組織工程、 口腔病理、 口腔外科、 口腔材料等實驗室都購買了帶有各種附件的研究用顯微鏡。但從儀器的使用率來看， 病理科和檢驗科大量使用透射光、 明場觀察， 即中檔生物顯微鏡。其它實驗室都配置了研究用顯微鏡， 但往往一個科室， 對某臺研究用顯微鏡， 只作為一種專用的儀器， 如作為熒光顯微鏡用， 而其它附件很少使用。這是因為醫(yī)院里測試的工作量非常大； 而各附件變換時很費時， 并需要作相應調整， 對使用的水平要求很高。

另一方面， 由于這些附件技術難度較高， 價格昂貴， 因此對每臺研究用顯微鏡， 不一定都要配備所有的附件。另外， 怎樣發(fā)揮特別像諾馬斯基微分干涉、 霍夫曼調制相襯等很少使用的現(xiàn)有附件的作用， 也應是科研單位、 醫(yī)院設備科和臨床共同研究的課題。

3　維修與保養(yǎng)模式

由于醫(yī)用光學儀器的特殊性， 它容易受溫度、 濕度、 振動和檢測試劑沾污等影響而損壞。所以很多醫(yī)用光學儀器維修、 保養(yǎng)工作由醫(yī)院設備科、 具有光學儀器專業(yè)技術的三方公司和原生產廠家共同合作來完成[3-4]。以下以筆者就職的上海某三甲醫(yī)院為例， 維保具體步驟如下。

首先由三方公司、 醫(yī)院設備科和臨床共同制定醫(yī)用光學儀器維修、 保養(yǎng)計劃。根據此計劃， 三方科技人員一起深入臨床科室參加預防性維修、 保養(yǎng)工作。在工作中醫(yī)院設備部門從中也學到醫(yī)用光學儀器的專業(yè)知識， 做到了在急修工作中能正確報修， 使三方公司能及時派出光、 機或電， 不同的維修人員到現(xiàn)場， 保證臨床治療和科研工作順利進行。同時， 設備部門也及時向三方公司反饋臨床科室的意見， 使三方公司能隨時改進工作。在與三方公司近幾年合作， 進行預防性維修、 保養(yǎng)工作以來， 我院除檢驗科更換70年代生產的Olympus顯微鏡物鏡、 目鏡外， 在手術室、 眼科、 病理科， 口腔病理、 口腔外科、 組織工程等科室， 沒有更換過昂貴的光學零部件。此外， 醫(yī)院設備管理人員也積極參加三方公司組織的學術討論會， 不斷提高自身的業(yè)務水平。

同時， 在急修工作中， 醫(yī)院設備管理部門堅持原生產廠家和三方公司在質量和價格方面比較的原則， 在保證維修質量的前提下， 大大節(jié)約了醫(yī)院的維修成本。

近幾年來， 醫(yī)院堅持這種維修、 保養(yǎng)模式， 與三方公司合作， 對使用十年以上的熒光、 偏光、 倒置和研究用顯微鏡上損壞的的電路板進行了修復， 對手術顯微鏡損壞部件進行設計、 加工修復， 延長了儀器使用的壽命， 實現(xiàn)進口儀器配件國產化， 為醫(yī)院節(jié)省了大量資金， 也為振興民族工業(yè)跨出了第一步。

參考文章

[1] GB/T 2985-2008生物顯微鏡技術條件[S].

[2] 虞啟璉．醫(yī)用光學儀器[M]．天津：天津科學出版社 ， 1982．

[3] 李斌，張力方．醫(yī)療設備維修服務環(huán)節(jié)管理策略與實踐[J]．中國醫(yī)療設備，2010，25 (6)：4-6.

[4] 張力方. 醫(yī)院自助與購買服務相結合維修模式的探討[J].中國醫(yī)療設備，2010，25(6)：4-6．

Configuration, Evaluation and Maintenance of Medical Microscope

YANG Jie， REN Xiaomin,TANG Ronggao, LI Panyu, ZHANG Yinlei

Ninth People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine(Shanghai，200011)

This paper introduced the performance, quality analysis and evaluation of each basic module of microscope used in hospital, including lens, eyepiece, nosepiece and assemble mechanism, loading table, condenser mirror device and image processing device. The configuration of the main accessories was analyzed, and the experience of the maintenance of the microscope was also introduced.

research microscope, instrument configuration, evaluation

10.3969/j.issn.1674-1242.2015.04.016

楊捷，E-mail:engineyang@sohu.com

R197.39

A

1674-1242(2016)01-0056-04

2015-05-28)