图片彩色处理在医学电镜实验教学和临床科研中的应用*

王 辉 张向红 陈艳雯 王立言△

（山东大学，1 高等医学研究院，2 基础医学院实验中心电镜室，济南 250012）

透射电子显微镜具有极高的分辨本领和放大倍数，可以揭示物质内部的超微结构，在高校的教学科研中已凸显出越来越重要的作用[1]。本校医学院电镜室自20世纪80年代起承担本科生、研究生的《医学超微结构》选修课程，在教学过程中不但要对教材中的基础原理、基本结构加以讲解，同时还需要借助大量的电镜图片来帮助学生更加深入理解形态结构。电子显微镜一般只能拍摄黑白照片，结构特征不明显，学生学习理解比较困难，因此为了更加清晰展示结构，调动学生学习的积极性，对超微照片进行适当的图像处理十分必要。现主要介绍利用Photoshop软件，对透射电镜图片进行着色，经过色彩渲染，将黑白照片转变成彩色照片，突出超微照片的不同结构，增加其中的可辨信息，增强图片的立体感，从而调动了教学课堂的活跃氛围，提高了学生学习积极性，在教学和科研方面均收到了较好的效果。

1 传统医学电镜教学中存在的问题

1.1 学生借助电镜黑白图片理解超微结构，理解力不深

医学电镜教学的内容比较抽象，有些问题和知识点无法用语言来进行表达，需要长期的知识经验积累才能更好地理解超微结构。医学电镜昂贵，数量少，观察样品种类复杂，同时承担着生物科研观察任务工作，这些因素造成医学电镜观察方面的教学只能采用讲解和示范的方法来进行。大多数医学超微结构的内容还是要借助大量的电镜图片在理论课堂进行讲解。学生通过对一些黑白图片的认识，来尽量对教材中描述的超微结构进行理解。这个思维过程变得比较抽象，需要学生思路清晰，具有丰富的想象力才行。很多的医学超微结构，学生很难通过几张图片进行理解和想象。这种传统的教学方法，增加了学生学习和思考的难度，最终导致学生对课程内容理解不深。

1.2 学生学习积极性不高

在课堂上，教师只是利用电镜拍摄的黑白照片进行单纯讲解，学生理解起来比较困难，导致课堂的活跃程度不高，学生在课堂教学中没有积极性，不能很好参与课堂互动。教师对课堂的教学情况把握不足，没有很好调动课堂氛围，学生对课堂内容无法清晰理解。甚至有些学生失去了在课堂上的学习兴趣，把主要精力放在自学上，但是自学课本上拍摄的电镜图片与实际样本拍出来的图片有一定的差距，给学生理解医学超微结构带来难度，进而导致学生的学习积极性大大降低。

2 用Photoshop处理透射电镜图片在医学电镜实验教学中的应用

图1（见封三）为小鼠肾透射电镜图，图片采集于Talos F200C 场发射透射电镜，放大倍数×15 000。图1A足细胞、足突、基底膜、毛细血管内皮细胞窗孔结构清晰，使用Photoshop软件分别渲染了蓝色、青色、黄色、红色，效果见图1B，这种无损结构的色彩渲染后使细胞结构变得具有一定的美感。此种渲染方法的操作步骤即将黑白显示的电镜图片复制到Photoshop软件里新建图层，用钢笔工具（或套索工具）建立锚点后右键“建立选区”，然后设置羽化半径，使用Control+J快捷键抠图新建图层，选择图像→模式→RGB颜色，通过图像→调整→色相/饱和度→勾选着色→调3三个滑块后点击确定，以上此种步骤操作下来就能使一张黑白图片具有不同的色彩和美感。图2（见封三）为小鼠肾细胞透射电镜图，图2A细胞核、线粒体结构清晰，经Photoshop分别渲染了蓝色、绿色，效果见图2B。学生通过不同色彩渲染后的图片能够很快掌握细胞核、线粒体的结构形态。图3为李斯特氏菌透射电镜图，图3A细胞壁、细胞质、核质体结构清晰，经Photoshop分别渲染了棕色、黄色、绿色，效果见图3B。学生能够很好的掌握细菌的形态结构。这种渲染图片根据医学电镜实验教学大纲在主要器官、四大组织和细胞的亚显微结构（细胞骨架、核糖体、内质网、高尔基复合体、内体、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体、中心体、细胞核等）中均已建立[3]，每张黑白图片后面都附上经Photoshop无损结构处理后的彩色图片，彩色图片对需要重点讲解的内容进行上色，更加突出所要展示辨析的内容。学生普遍反映能够很好地理解细胞、组织等的典型特征和对比差异，主动学习的积极性增强，同时教师在课堂上讲解起来也相对轻松。每种亚显微结构界定了不同的色彩，如线粒体绿色显示、细胞核蓝色显示，达到即容易区分不同结构又使结构的渲染具有统一性，这已成为本室的教学特色，有效地提高了医学电镜实验教学的质量，提高了学生学习的积极性。在期末考核环节，有相当分量的考题考察学生对超微结构图片辨认[4]。通过对期末考试试卷和成绩的分析，显示学生的成绩有明显提升，更加证实了将彩色处理的透射电镜图片用于医学电镜实验教学有助于提高教学质量。

图1 小鼠肾透射电镜图像，×15 000，标尺=1 μm。

图2 小鼠肾细胞透射电镜图像，×10 000，标尺=2 μm。

图3 李斯特氏菌透射电镜图像，×25 000，标尺=500 nm。

3 用Photoshop处理透射电镜图片在临床方面的应用

黑白的透射电镜图片经Photoshop色彩渲染后能更好展示超微病理结构，临床学生通过了解细胞超微结构的异常改变从而更好地进行疾病的诊断及发病机制的研究，从细胞和亚细胞水平去理解疾病的发生、来源和发展过程，进而提高了医学电镜技术在疾病病因、病情发展、分型及鉴别诊断中的重要性，加强了该门课程的实际应用价值。

图片彩色处理技术是现代计算机技术高度发展与实验教学内容结合的产物。人眼对彩色的分辨能力远远高于对黑白灰度的分辨能力[5-6]。将透射电镜拍摄的黑白照片Photoshop无损结构色彩渲染后应用在医学电镜实验教学中，学生能够很好理解和掌握医学超微结构，有利于激发学生的学习兴趣，确实有效提高医学电镜实验课的教学效果和教学质量。在临床方面，将黑白照片彩色处理，加深了临床学生对电镜技术在病理诊断和临床应用方面的印象，同时也能为医学科研深入研究奠定扎实的理论和操作基础[7]。这种教学方法已成为本校医学电镜室实验教学的特色，科学、可行，值得推广。为进一步提高教学质量，今后还需要在电镜图片后期处理方面进行更多的探索工作，比如近年来发展迅速的电镜三维重构技术。但是在进行这方面工作的时候，必须保证实验结果的真实性和可靠性，以实事求是的科学态度，对待每个实验结果图片[8]。在保证科学性的基础上赋予一定的艺术内涵，学生容易理解，积极主动学习，进而达到提高教学质量的效果。