生物显微镜质量控制研究*

邵玉波 孟祥峰 刘艳珍 张 超 苑富强*

生物显微镜质量控制研究*

邵玉波①孟祥峰①刘艳珍①张 超①苑富强①*

目的：为加强对生物显微镜的质量控制与监督提供技术支持和参考。方法：以国家标准GB/T 2985-2008生物显微镜为基础，阐述物镜、目镜和聚光镜等光学部件的主要质量控制参数及意义，探讨其参数参与质量控制的必要性和重要性，对现阶段存在的主要问题进行分析，并对下一步的质量控制工作提出对策。结果：生物显微镜的物镜和聚光镜的数值孔径以及物镜和目镜的齐焦距离偏差等光学参数直接影响着显微镜的成像质量。结论：三大光学部件的主要质量控制参数对控制生物显微镜的质量发挥着重要的作用，应考虑将其纳入质量控制的范畴。

生物显微镜；物镜；目镜；聚光镜；光学部件；质量控制

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

生物显微镜是用于放大检测微小物体的精密光学仪器，其突破人类的视觉极限，使之延伸到肉眼无法看清的细微结构，被广泛应用于生物学和医学领域。生物显微镜根据其预期用途的不同可分为普及显微镜、实验室显微镜和研究用显微镜。生物显微镜的主体部分均由物镜、目镜和聚光镜三大光学系统组成。生物显微镜产品质量的高低，主要取决于光学系统的质量，其中任何光学部件出现质量问题都会直接影响显微镜的成像效果。目前，我国对生物显微镜产品质量进行控制主要依据国家标准GB/T 2985-2008生物显微镜，此标准对各部件的性能参数提出了相应要求，并对生物显微镜整体的性能指标进行了考量[1]。目前，对显微镜的质量控制仅依据生物显微镜整体的性能指标，而未对各部件的性能参数做为强制要求。因此，生物显微镜整体的质量状态能否代表其各个部件的质量状态，是否需要执行部件的相关标准对其质量加以控制是目前医疗器械检验机构和监管部门所面临的共同课题。本研究以国家标准(GB/T 2985-2008)为出发点，分析其与各光学部件标准之间的内在联系，理解分析各光学部件的主要质量控制参数及意义，提出生物显微镜质量控制工作方略，为生物显微镜的质量监督提供技术支撑[2-3]。

1 对国家标准“生物显微镜”的解析

1.1 GB/T 2985-2008基本参数要求

国家标准“GB/T 2985-2008生物显微镜”中先后引用了9个与显微镜部件相关的标准内容[4-12]。GB/T 2985-2008中第3部分“分类及基本参数”中对显微镜部件的一些重要性能参数提出了相应的要求，但这些要求未被列入到标准的第4部分“要求”中，这些要求并非是对生物显微产品的检测要求，而是用来约束生产商在生产光学部件时需满足的要求(见表1)。

1.2 GB/T 2985-2008标准检测要求

标准GB/T 2985-2008的“4要求”主要是对生物显微镜整体的质量要求，其与各部件标准既有交叉又有不同，表2中主要列出了交叉部分内容所对应的条款(见表2)。

表1和表2显示，涉及到的显微镜标准是一个非常庞大的体系，而GB/T 2985-2008中第4章的内容虽然对整体和部件的性能都有体现，但未被考量的项目对显微镜性能的影响还需做进一步的讨论。

表1 GB/T 2985-2008标准基本参数要求

表2 GB/T 2985与各部件标准的相关关系

2 部件主要质量控制指标及意义

标准中，在未被强制要求的部件性能中，有许多参数对整体性能有着极其重要的影响，因此标准GB/T 2985-2008将生物显微镜整体的性能体现在其中。但就目前各个检验机构的质量控制情况，这些指标并未纳入质量控制范畴。本研究将以物镜、目镜和聚光镜的典型指标为例，论证这些指标在显微系统中的关键作用，为是否将部件指标纳入质量控制范畴提供指导。

2.1 物镜的数值孔径

物镜安装在镜筒下端靠近被检物体，其作用是将被检物体做第一次放大。物镜质量的优劣主要是由物镜的数值孔径(NA)、分辨率、放大率和齐焦距离等光学参数决定。数值孔径用NA表示，其等于物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率(η)和孔径角(u)半数的正玄之乘积，即公式1：

数值孔径是用来表征物镜对光线收集能力的大小，物镜对物体上各点的光线收集的越多，成像质量就越好。分辨率是指能够分辨的两物体之间的最小距离，通常用公式2表示：

式中：λ为使用的波长；NA为物镜的数值孔径。

公式(2)显示，数值孔径NA值越大，分辨率越高，表明显微镜的分辨能力越强。然而在标准GB/T 2985-2008中，对物镜的放大率进行了考量，并未对物镜数值孔径这一重要参数做任何要求，仅对数值孔径值在不同范围的物镜的成像清晰范围进行了考量，那么，在数值孔径准确性未知的情况下，去考量物镜的成像清晰范围，其结果的说服力有待商榷。而数值孔径与物镜的其他技术参数有着密切的关系，几乎决定和影响着其他各项参数。数值孔径直接决定了物镜的分辨率，并与物镜的放大率成正比，与焦深成反比，视场宽度与工作距离也会随NA值的增大而相应地变小。可见，数值孔径作为物镜的主要质量控制参数是衡量显微镜成像质量优劣的重要指标，因此应考虑将物镜的数值孔径纳入质量控制范围[13]。

2.2 物镜的齐焦距离偏差

生物显微镜可通过转换不同倍率的物镜以达到预期的观察效果。目前，市场上各生产企业的显微镜只能配用自己生产的物镜，彼此之间的物镜不兼容。生产企业在申报注册时注册单元中往往不止是一台配备完整的显微镜，有时会附有一些不同倍率的物镜，而在注册检验时标准只要求对显微镜整体的指标进行检测，这时就会给检验带来很多困扰。如标准中的“4.3物镜齐焦”要求在使用物镜转换器换用不同倍率的物镜时，各物镜要齐焦，这一条款考量的是各物镜与转换器之间的机械配合情况。在实际检测工作中，对于附有多个物镜部件的生物显微镜，即便物镜倍率相同，也应对每个物镜进行此条款的检测，以验证整体质量是否符合标准要求。然而，若对同一倍率的物镜逐一进行此条的检测，将会极大增加检测工作量，进而产生庞大的检验数据。如按照标准GB/T 2609-2007中“5.5物镜齐焦距离”的要求对每个物镜的齐焦距离进行检测，如果都符合要求，在检测标准GB/T 2985-2008中的4.3条时相同倍率的物镜则可选择一个有代表性的进行检测，如此既对物镜的质量进行了控制，又解决了检测工作数据量大的难题。

物镜作为生物显微镜的主要光学部件，有着其重要的地位与作用，而决定物镜性能优劣的重要参数直接影响着显微镜整体的质量。因此，在对生物显微镜质量进行控制的同时应考虑增加物镜部件的质量控制[14]。

2.3 目镜的齐焦距离偏差

显微镜目镜是将物镜放大的中间像进行二次放大，使放大后的虚像成像在人眼的明视距离处。目镜的作用相当于放大镜，只是起放大作用，不会提高显微镜的分辨率，对于物镜不能分辨出的细微结构，即便经过高倍目镜的再放大，也仍然不能看清楚。放大率和齐焦距离是目镜的重要质量控制参数，在GB/T 2985-2008中，不仅对目镜的放大率进行了考量，同时还对双目显微镜左右两大系统的放大率差进行了控制。然而，对于双目显微镜而言，两只目镜的焦距应该相同或相对焦距误差应在可接受的范围内，才会使观测者的两眼能同时看到清晰而倍率相同的像。倘若两只目镜的相对焦距误差极大，依靠人眼的机能调节来改善观测图像的质量，不仅会引起视觉疲劳，还会影响观察效果。因此，不仅应对显微镜目镜的放大率进行控制，同时还应将目镜的齐焦距离偏差纳入质量控制的范围内。

2.4 聚光镜的数值孔径

聚光镜装在载物台的下方，其作用是将光源射出的光线汇聚成光锥照射在被检物体上，形成适宜的光锥角度，增强照明度以得到最好的照明效果。数值孔径(NA)值是聚光镜的主要参数，与显微镜的分辨率密切相关。如果聚光镜的数值孔径低于物镜的数值孔径，物镜的部分数值孔径则不起作用，从而不能达到其最高分辨力；如果聚光镜的数值孔径大于物镜的数值孔径，反而会由于照明光束过宽，使物像的清晰度下降，达不到规定的分辨能力。因此，为了充分利用物镜的数值孔径，提高其分辨能力，聚光镜的数值孔径应与所用物镜的数值孔径相匹配，应等于或稍大于物镜的数值孔径，以确保聚光镜发来的光束能充满物镜的孔径角，可进行更精细的观察，提高图像的分辨率。聚光镜对显微镜成像性能有较大影响，但在日常使用及质量监管中往往处于被忽视的地位。在标准GB/T 2985-2008中，只对聚光镜的密封性及光照均匀性等指标进行了考量，并未对影响光学性能的数值孔径进行要求。鉴于聚光镜在生物显微镜成像过程中的重要作用，应考虑将其纳入质量控制的范围内[15]。

3 结论

在显微镜三大光学部件标准中涉及了大量的光学检测装置，并对各自的精度做了相应的要求，但目前市场上并无成熟的检测装置出售，加工精度能达到标准要求的制造商较为罕见，而各检测机构之间的检测能力和研究水平差距相对悬殊，各自研发出的检测设备无法统一，设备的溯源乃是一大难题。检测设备的缺乏不仅给检测机构的质量监督工作带来困扰，还给企业的自检造成了阻碍。上述诸多问题是造成显微镜部件迟迟未参与质量控制的重要因素。然而，三大光学部件的主要质量控制参数对控制生物显微镜的质量发挥着重要的作用，应考虑将其纳入质量控制的范畴。实现这一目标需要：①质量控制机构配合检验技术的发展，逐步拓展技术指标的指控要求，以便对生物显微镜的生产质量进行更全面的控制；②检测机构需集中力量共同承担研发一套高质、高效的检测装置的重任，以突破技术限制，实现对生物显微镜的质量做到有效监督，同时也可为企业自检工作提供保障。物镜、目镜和聚光镜是决定生物显微镜产品质量优劣的主要组成部分，对其质量实施有效控制尤为重要。

[1]中国国家标准化管理委员会.GB/T 2985-2008生物显微镜[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-07-28.

[2]胡文华，顾达聪，王晓民，等.生物显微镜部分附件的应用与调试[J].中国医学教育技术，2004，18(2)：116-117.

[3]周志军.生物显微镜的原理与使用技巧[J].生物学通报，2001，35(9)：39-40.

[4]中国国家标准化管理委员会.GB/T 2609-2006，显微镜物镜[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2006-05-08.

[5]中国国家标准化管理委员会.GB/T 9246-2008，显微镜目镜[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-06-20.

[6]中国国家标准化管理委员会.GB/T 9247-2008，显微镜 聚光镜[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-06-20.

[7]中国国家标准化管理委员会.GB/T 22055.1-2008，显微镜物镜螺纹[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-06-20.

[8]中国国家标准化管理委员会.GB/T 22056-2008，显微镜物镜和目镜的标志[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-06-20.

[9]中国国家标准化管理委员会.GB/T 22057.1-2008，显微镜相对机械参考平面的成像距离[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-06-20.

[10]中国国家标准化管理委员会.GB/T 22057.2-2008，显微镜相对机械参考平面的成像距离[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-06-20.

[11]国家机械工业局.JB/T 8230.7-1999，显微镜载物台装置压簧和移动尺用孔的尺寸和位置[S].国家机械工业局，1999-08-06.

[12]国家机械工业局，JB/T 8230.8-1999，显微镜可拆卸之聚光镜及滤色片连接尺寸[S].国家机械工业局1999-08-06.

[13]李庸辉，张国莲，苏猛.显微镜物镜放大率的检测[J].医疗装备，2014，27(3)：9-11.

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[15]申萍香，刘玉江，周灵贵.生物显微镜照明系统的改进和探索[J].数理医药学杂志，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- ),硕士，工程师。中国食品药品检定研究院，从事有源医疗器械检验以及实验室综合业务管理工作。

1672-8270(2015)01-0013-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.004

2014-10-14

国家科技支撑计划(2012BAI22B04)“有源医疗器械质量评价与安全”①中国食品药品检定研究院 北京 100050

*通讯作者：fuqiangyuan@nicpbp.org.cn