数字摄像头和生物显微镜对显微图像定量分析的影响

陈锦龙 李精秀 蓝永洪

1.海南医学院病原生物学教研室，海南海口571199；2.海南医学院形态学实验室，海南海口571199

数字摄像头和生物显微镜对显微图像定量分析的影响

陈锦龙1李精秀2蓝永洪2

1.海南医学院病原生物学教研室，海南海口571199；2.海南医学院形态学实验室，海南海口571199

目的探讨数字摄像头和生物显微镜对显微图像定量分析的影响情况。方法以物镜测微尺为研究标定，将不同数字摄像头安装同一生物显微镜（不同摄像头组）和同一数字摄像头安装不同生物显微镜（不同显微镜组）后对测微尺进行摄像，应用图像分析软件分别测试不同测微尺图像每微米所代表的像素值，并对测试结果进行分析比较。结果CX31显微镜下DPIXEL200、DP520DC、MD20、YM310和DP26所摄取的测微尺图像每微米所代表的像素值分别为（2.398±0.011）、（5.217±0.019）、（4.770±0.012）、（4.764±0.020）和（4.437±0.023），差异有高度统计学意义（P＜0.01）；而CX31、CX41、B204TR和BK-FL4显微镜下DPIXEL200摄取的测微尺图像每微米所代表的像素值分别为（2.398±0.011）、（2.400±0.009）、（2.409±0.013）和（2.395±0.012），差异无统计学意义（P＞0.05）。结论数字摄像头对显微图像定量分析影响明显，而生物显微镜则影响不明显。

显微图像定量分析；数字摄像头；生物显微镜

显微图像定量分析是指用量化的方法以数字表达形式对显微图像中各种结构信息的定量描述及在此基础上对显微图像所作的定量分析、推理、判断和概括[1-2]。显微图像定量分析主要立足在显微图像上，显微图像的摄取方式直接关系到显微图像定量分析的结果，而显微图像的摄取必须依赖连接计算机的数码显微镜，组织切片或细胞涂片经生物显微镜放大后，由数字摄像头中的CCD图像传感器采集下来，通过图像采集卡转化为数字信号输入计算机，这就是所要定量分析的显微图像[3-4]。因此同一显微镜上的不同摄像头，或者不同显微镜上的同一摄像头所采集的显微图像有可能存在差异，而这种差异是否影响显微图像定量分析结果。同时显微图像的结构特点可通过结构参数值的大小体现出来，显微图像定量分析的结构参数包括几何学参数（平面结构和三维结构参数），光度学参数（灰度、吸光度和色度学参数等）以及在几何学参数或光密度参数基础上测算出的特化参数（阳性单位、DNA指数和细胞增生指数等）[5-6]，其中光度学参数容易受到成像和染色条件等其它因素的影响，而几何学参数基本不受影响[7-8]。本研究以物镜测微尺为研究标定，分别在不同数字摄像头和生物显微镜的成像条件下进行摄像，获取物镜测微尺的显微图像，采用图像分析软件测试每微米所代表的像素值，并对测试结果进行分析比较，探讨数字摄像头和生物显微镜对显微图像定量分析的影响，为定量分析提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验仪器及软件

数字摄像头（DPIXEL200和DP520DC，广州市泰柯计算机有限公司；MD20，广州市明美光电技术有限公司；YM310，山东易创电子有限公司；DP26，日本Olympus公司）；生物显微镜（CX31和CX41，日本Olympus公司；B204TR和BK-FL4，重庆奥特光学仪器有限责任公司）；显微镜摄像接口（U-TV0.5XC-3，U-TV 0.63XC，日本Olympus公司；TV1XC，广州市明美光电技术有限公司）；物镜测微尺（日本Olympus公司）；图像分析软件（Image-Pro Plus 6.0，美国Media Cybernetics公司）。

1.2 研究方法

以物镜测微尺为研究标定，分别在不同数字摄像头和不同生物显微镜下摄取测微尺图像。①不同数字摄像头组：将数字摄像头（DPIXEL200、DP520DC、 MD20、YM310和DP26）通过显微镜摄像接口安装在生物显微镜（CX31）上，逐一安装驱动软件，摄取测微尺的图像；②不同生物显微镜组：将数字摄像头（DPIXEL200）通过显微镜摄像接口安装在生物显微镜（CX31、CX41、B204TR和BK-FL4）上，摄取测微尺的图像。上述图像均取4个高倍镜（40×10）视野，保存于计算机内，采用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件分别测试不同显微图像中每微米所代表的像素值。

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0统计学软件进行数据分析，计量资料数据用均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，多重比较方法（SNK法）比较不同组间的测试结果，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同数字摄像头对显微图像定量分析的影响

CX31显微镜下DPIXEL200、DP520DC、MD20、YM310和DP26摄取的测微尺图像（图1）；测试结果显示，DPIXEL200、DP520DC、MD20、YM310和DP26所摄取的测微尺图像每微米所代表的像素值分别为（2.398±0.011）、（5.217±0.019）、（4.770±0.012）、（4.764± 0.020）和（4.437±0.023）（图2）。统计学分析显示，不同数字摄像头摄取的测微尺图像每微米所代表的像素值比较，差异有高度统计学意义（F=15729.14，P=0.001）。

图1 不同数字摄像头摄取的测微尺图像

图2 不同数字摄像头组每微米所代表的像素值

2.2 不同生物显微镜对显微图像定量分析的影响

CX31、CX41、B204TR和BK-FL4生物显微镜下DPIXEL200摄取的测微尺图像（图3）；测试结果显示，CX31、CX41、B204TR和BK-FL4生物显微镜下DPIXEL200摄取的测微尺图像每微米所代表的像素值分别为（2.398±0.011）、（2.400±0.009）、（2.409±0.013）和（2.395±0.012）（图4）。统计学分析显示，不同生物显微镜下DPIXEL200摄取的测微尺图像每微米所代表的像素值比较，差异无统计学意义（F=1.033，P＞0.05）。

3 讨论

形态测试主要体现在对细胞或组织结构特征进行量化分析，以及根据细胞或组织的结构特点，建立定量描述组织结构和细胞形态的概念、参数和测试方法[9-10]。显微图像定量分析首先要有研究目标，如细胞涂片、组织切片等标本，然后需要摄取显微图像的仪器设备，包含数字摄像头、生物显微镜和计算机，最后就是图像分析软件[11-12]，此过程有很多因素可以影响测试结果，如细胞涂片、组织切片的染色浓度和时间、不同规格的数字摄像头和生物显微镜以及摄像软件的成像条件等[13]，在日常的定量学研究过程中，经常被强调要在同一个数字摄像头及生物显微镜下摄取细胞图像，才能保证所摄取的显微图像具有可比性，但是有些研究需要不同地域的研究机构联合开展，这时数字摄像头和生物显微镜就不能确保都是同一品牌和型号，这样摄取的显微图像会不会影响研究结果，导致结果出现偏差。为了探讨数字摄像头和生物显微镜对显微图像定量分析的影响，本研究以物镜测微尺为研究标定，将不同数字摄像头安装同一生物显微镜和同一数字摄像头安装不同生物显微镜后对测微尺进行摄像，应用图像分析软件分别测试不同测微尺图像每微米所代表的像素值，并对测试结果进行分析，结果显示，同一生物显微镜下不同数字摄像头所摄取的测微尺图像中每微米所代表的像素值差异有高度统计学意义（P＜0.01），而不同生物显微镜下DPIXEL200所摄取的测微尺图像中每微米所代表的像素值差异没有统计学意义（P＞0.05），即不同数字摄像头所摄取的显微图像每像素所代表的长度是不一致的，而同一数字摄像头在不同生物显微镜下摄取的显微图像每像素所代表的长度是一致的，说明不同数字摄像头对显微图像定量分析有明显影响，而不同生物显微镜则没有影响，因为数字摄像头是显微成像的主要工具，关系到图像的质量高低，而生物显微镜只是将显微图像映射到数字摄像头，并不参与显微图像的成像，因此不会影响图像的质量。因此在显微图像定量分析时，如采用不同数字摄像头进行显微图像的采集，就需要分别摄取不同数字摄像头物镜测微尺的显微图像，然后在图像分析软件中进行标定，最后才能进行定量测试，否则容易造成测试结果不准确，而同一数字摄像头在任何生物显微镜下所摄取的显微图像，只需标定一次即可进行定量测试。因此研究人员在摄取显微图像进行显微图像定量分析时，要考虑数字摄像头的差异所产生的影响，而对于不同生物显微镜带来的差异则可忽略。

图3 不同生物显微镜下DPIXEL200摄取的测微尺图像

图4 不同生物显微镜组DPIXEL200每微米所代表的像素值

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Effect of digital video camera and biom icroscope on quantitative analysis ofm icroscopic image

CHEN Jinlong1LIJingxiu2LAN Yonghong2
1.Department of Pathogenic biology,Hainan Medical University,Hainan Province,Haikou 571199,China;2.Morphological Laboratory,Hainan Medical University,Hainan Province,Haikou 571199,China

Objective To explore the effect of digital video camera and biomicroscope on quantitative analysis ofmicroscopic image.M ethods The images of objectivemicrometer in different digital video camera(different camera group) and the same digital camera to install different biologicalmicroscope(different biomicroscope group).The representative pixels of permicrometerwere tested by image analysis software,and the test results of two groups were compared and analyzed.Results The pixels representing per micrometer of DPIXEL200,DP520DC,MD20,YM310,DP26 on CX31 microscope were(2.398±0.011),(5.217±0.019),(4.770±0.012),(4.764±0.020),(4.437±0.023)respectively,the differences were high statistically significant(P＜0.01).The pixels representing per micrometer of DPIXEL200 on CX31, CX41,B204TR,BK-FL4 microscope were(2.398±0.011),(2.400±0.009),(2.409±0.013),(2.395±0.012)respectively, and there was no statistically significant difference(P＞0.05).Conclusion Digital video camera has significant influence on quantitative analysis ofmicroscopic image,and biomicroscope has not obvious effect.

Quantitative analysis ofmicroscopic image;Digital video camera;Biomicroscope

Q334

C

1673-7210（2014）01（b）-0160-03

2013-11-22本文编辑：任念）

陈锦龙（1981-），男，硕士研究生，主要从事病原生物学研究工作。

蓝永洪（1978-），男，硕士研究生，高级实验师；研究方向：定量病理学。