王 輝 張向紅 陳艷雯 王立言△

（山東大學(xué)，1 高等醫(yī)學(xué)研究院，2 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心電鏡室，濟(jì)南 250012）

透射電子顯微鏡具有極高的分辨本領(lǐng)和放大倍數(shù)，可以揭示物質(zhì)內(nèi)部的超微結(jié)構(gòu)，在高校的教學(xué)科研中已凸顯出越來越重要的作用[1]。本校醫(yī)學(xué)院電鏡室自20世紀(jì)80年代起承擔(dān)本科生、研究生的《醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)》選修課程，在教學(xué)過程中不但要對教材中的基礎(chǔ)原理、基本結(jié)構(gòu)加以講解，同時(shí)還需要借助大量的電鏡圖片來幫助學(xué)生更加深入理解形態(tài)結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡一般只能拍攝黑白照片，結(jié)構(gòu)特征不明顯，學(xué)生學(xué)習(xí)理解比較困難，因此為了更加清晰展示結(jié)構(gòu)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對超微照片進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D像處理十分必要。現(xiàn)主要介紹利用Photoshop軟件，對透射電鏡圖片進(jìn)行著色，經(jīng)過色彩渲染，將黑白照片轉(zhuǎn)變成彩色照片，突出超微照片的不同結(jié)構(gòu)，增加其中的可辨信息，增強(qiáng)圖片的立體感，從而調(diào)動(dòng)了教學(xué)課堂的活躍氛圍，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)和科研方面均收到了較好的效果。

1 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)電鏡教學(xué)中存在的問題

1.1 學(xué)生借助電鏡黑白圖片理解超微結(jié)構(gòu)，理解力不深

醫(yī)學(xué)電鏡教學(xué)的內(nèi)容比較抽象，有些問題和知識點(diǎn)無法用語言來進(jìn)行表達(dá)，需要長期的知識經(jīng)驗(yàn)積累才能更好地理解超微結(jié)構(gòu)。醫(yī)學(xué)電鏡昂貴，數(shù)量少，觀察樣品種類復(fù)雜，同時(shí)承擔(dān)著生物科研觀察任務(wù)工作，這些因素造成醫(yī)學(xué)電鏡觀察方面的教學(xué)只能采用講解和示范的方法來進(jìn)行。大多數(shù)醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)的內(nèi)容還是要借助大量的電鏡圖片在理論課堂進(jìn)行講解。學(xué)生通過對一些黑白圖片的認(rèn)識，來盡量對教材中描述的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行理解。這個(gè)思維過程變得比較抽象，需要學(xué)生思路清晰，具有豐富的想象力才行。很多的醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)，學(xué)生很難通過幾張圖片進(jìn)行理解和想象。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的難度，最終導(dǎo)致學(xué)生對課程內(nèi)容理解不深。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

在課堂上，教師只是利用電鏡拍攝的黑白照片進(jìn)行單純講解，學(xué)生理解起來比較困難，導(dǎo)致課堂的活躍程度不高，學(xué)生在課堂教學(xué)中沒有積極性，不能很好參與課堂互動(dòng)。教師對課堂的教學(xué)情況把握不足，沒有很好調(diào)動(dòng)課堂氛圍，學(xué)生對課堂內(nèi)容無法清晰理解。甚至有些學(xué)生失去了在課堂上的學(xué)習(xí)興趣，把主要精力放在自學(xué)上，但是自學(xué)課本上拍攝的電鏡圖片與實(shí)際樣本拍出來的圖片有一定的差距，給學(xué)生理解醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)帶來難度，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大降低。

2 用Photoshop處理透射電鏡圖片在醫(yī)學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

圖1（見封三）為小鼠腎透射電鏡圖，圖片采集于Talos F200C 場發(fā)射透射電鏡，放大倍數(shù)×15 000。圖1A足細(xì)胞、足突、基底膜、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞窗孔結(jié)構(gòu)清晰，使用Photoshop軟件分別渲染了藍(lán)色、青色、黃色、紅色，效果見圖1B，這種無損結(jié)構(gòu)的色彩渲染后使細(xì)胞結(jié)構(gòu)變得具有一定的美感。此種渲染方法的操作步驟即將黑白顯示的電鏡圖片復(fù)制到Photoshop軟件里新建圖層，用鋼筆工具（或套索工具）建立錨點(diǎn)后右鍵“建立選區(qū)”，然后設(shè)置羽化半徑，使用Control+J快捷鍵摳圖新建圖層，選擇圖像→模式→RGB顏色，通過圖像→調(diào)整→色相/飽和度→勾選著色→調(diào)3三個(gè)滑塊后點(diǎn)擊確定，以上此種步驟操作下來就能使一張黑白圖片具有不同的色彩和美感。圖2（見封三）為小鼠腎細(xì)胞透射電鏡圖，圖2A細(xì)胞核、線粒體結(jié)構(gòu)清晰，經(jīng)Photoshop分別渲染了藍(lán)色、綠色，效果見圖2B。學(xué)生通過不同色彩渲染后的圖片能夠很快掌握細(xì)胞核、線粒體的結(jié)構(gòu)形態(tài)。圖3為李斯特氏菌透射電鏡圖，圖3A細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)體結(jié)構(gòu)清晰，經(jīng)Photoshop分別渲染了棕色、黃色、綠色，效果見圖3B。學(xué)生能夠很好的掌握細(xì)菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)。這種渲染圖片根據(jù)醫(yī)學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱在主要器官、四大組織和細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)（細(xì)胞骨架、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、內(nèi)體、溶酶體、過氧化物酶體、線粒體、中心體、細(xì)胞核等）中均已建立[3]，每張黑白圖片后面都附上經(jīng)Photoshop無損結(jié)構(gòu)處理后的彩色圖片，彩色圖片對需要重點(diǎn)講解的內(nèi)容進(jìn)行上色，更加突出所要展示辨析的內(nèi)容。學(xué)生普遍反映能夠很好地理解細(xì)胞、組織等的典型特征和對比差異，主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性增強(qiáng)，同時(shí)教師在課堂上講解起來也相對輕松。每種亞顯微結(jié)構(gòu)界定了不同的色彩，如線粒體綠色顯示、細(xì)胞核藍(lán)色顯示，達(dá)到即容易區(qū)分不同結(jié)構(gòu)又使結(jié)構(gòu)的渲染具有統(tǒng)一性，這已成為本室的教學(xué)特色，有效地提高了醫(yī)學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在期末考核環(huán)節(jié)，有相當(dāng)分量的考題考察學(xué)生對超微結(jié)構(gòu)圖片辨認(rèn)[4]。通過對期末考試試卷和成績的分析，顯示學(xué)生的成績有明顯提升，更加證實(shí)了將彩色處理的透射電鏡圖片用于醫(yī)學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于提高教學(xué)質(zhì)量。

圖1 小鼠腎透射電鏡圖像，×15 000，標(biāo)尺=1 μm。

圖2 小鼠腎細(xì)胞透射電鏡圖像，×10 000，標(biāo)尺=2 μm。

圖3 李斯特氏菌透射電鏡圖像，×25 000，標(biāo)尺=500 nm。

3 用Photoshop處理透射電鏡圖片在臨床方面的應(yīng)用

黑白的透射電鏡圖片經(jīng)Photoshop色彩渲染后能更好展示超微病理結(jié)構(gòu)，臨床學(xué)生通過了解細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的異常改變從而更好地進(jìn)行疾病的診斷及發(fā)病機(jī)制的研究，從細(xì)胞和亞細(xì)胞水平去理解疾病的發(fā)生、來源和發(fā)展過程，進(jìn)而提高了醫(yī)學(xué)電鏡技術(shù)在疾病病因、病情發(fā)展、分型及鑒別診斷中的重要性，加強(qiáng)了該門課程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖片彩色處理技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容結(jié)合的產(chǎn)物。人眼對彩色的分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對黑白灰度的分辨能力[5-6]。將透射電鏡拍攝的黑白照片Photoshop無損結(jié)構(gòu)色彩渲染后應(yīng)用在醫(yī)學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生能夠很好理解和掌握醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，確實(shí)有效提高醫(yī)學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。在臨床方面，將黑白照片彩色處理，加深了臨床學(xué)生對電鏡技術(shù)在病理診斷和臨床應(yīng)用方面的印象，同時(shí)也能為醫(yī)學(xué)科研深入研究奠定扎實(shí)的理論和操作基礎(chǔ)[7]。這種教學(xué)方法已成為本校醫(yī)學(xué)電鏡室實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特色，科學(xué)、可行，值得推廣。為進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，今后還需要在電鏡圖片后期處理方面進(jìn)行更多的探索工作，比如近年來發(fā)展迅速的電鏡三維重構(gòu)技術(shù)。但是在進(jìn)行這方面工作的時(shí)候，必須保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，以實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，對待每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖片[8]。在保證科學(xué)性的基礎(chǔ)上賦予一定的藝術(shù)內(nèi)涵，學(xué)生容易理解，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，進(jìn)而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的效果。