显微镜的配置、评估与维修保养

杨捷，任晓敏，唐荣高， 李潘宇， 张殷雷

上海交通大学医学院 附属第九人民医院(上海， 200011)



显微镜的配置、评估与维修保养

杨捷，任晓敏，唐荣高， 李潘宇， 张殷雷

上海交通大学医学院 附属第九人民医院(上海， 200011)

该文介绍了医院用显微镜各基本组件性能指标、 质量分析与评估， 包括物镜、 目镜、 物镜转换器、 调集机构、 载物台、 聚光镜机构与图像处理装置。对主要附件的配置作了分析说明， 同时还介绍了显微镜的维修和保养工作经验与体会。

研究用显微镜； 仪器的配置； 评估

0　引言

医用光学仪器是各大医院必备的检测、 治疗用仪器。它分布在各临床科室， 并在科研、 教学实验室中得到广泛的应用。随着现代科学技术的发展， 医疗技术的不断进步， 对医用光学仪器的配置、 评估与维修、 保养成为医院设备管理部门、 临床科室注重的问题之一。本文以显微镜为例， 叙述我院对该类设备的配置、 评估、 维修与保养工作。

研究用显微镜通常是指高级生物显微镜， 它配备高档的物镜， 精密机械结构， 各种附件， 并带有CCD摄像装置和计算机， 所以说它是一类融光、 机、 电、 计算机于一体的多用途光学仪器。

1　研究用显微镜基本组件的分析、 评估

1.1物镜

物镜是研究用显微镜最基本的， 也是最重要的组件。物镜的质量好坏决定了显微镜最重要的性能： 成像清晰度。研究显微镜中采用的多数是平场和平场复消色差物镜。

物镜的质量评估：

(1) 清晰度。用0.01 mm标准小标尺检测， 视场里清晰范围要大于70%。

(2) 视场内无明显色差、 场曲和像散[1]。

(3) 物镜的分辨率 δ=0.5λ/NA， 其中： λ—光线波长， NA—物镜的数值孔径(类似于照相机的相对口径)。显然， 数值孔径越大， 分别率越高。如40 X传统物镜的N A为0.65， 如图1(a )； 而最新的40 X物镜的N A可达0.95， 见图1(b)。这样， 同样40 X物镜， 可分辨最小距离从0.42 μm提高到0.3 μm。

进一步提高NA可采用浸液的方法.。传统的100 X物镜， 为了提高分辨率都采用油浸， NA可达1.3 左右。现在低倍物镜为了提高分辨率， 往往也采用油浸， 如图1(c)， 60 X物镜采用油浸后， NA达到1.4， 这样60 X物镜也可达到100 X物镜的分辨率。

图1　物镜Fig.1　Objective lense

(4) 机械筒长， 指物镜定位面到目镜定位面之间的距离。一般为160 mm， 它标志在物镜镜筒上， 如图1(a)。新型的显微镜中， 物镜设计成筒长为无穷远， 用 表示， 见图1(c)。现代显微镜的物镜品种非常繁多， 约有300多种， 为了减少物镜品种， 为了方便地在显微镜物镜和目镜之间增加各种棱镜型附件， 将物镜筒长设计成无穷远， 这样可将物镜品种可减少到200多种， 同时也降低了对显微镜安装的要求。用户要注意的是即使物镜螺纹相同， 但筒长为160 mm的物镜和筒长为无穷远的物镜是不能通用的。

1.2目镜

研究用显微镜目镜通常采用平场目镜， 大多是目镜本身消除场曲和像散。它和平场或平场复消色差物镜一起使用。为了使用方便， 目镜视场也由传统的 18 mm逐步增加到20 mm， 22 mm， 现在已经达到26.5 mm。图2示出10 X目镜， 视场为20 mm。右边的眼镜符号表示该目镜为高眼点目镜， 即目镜出瞳较远， 适合带眼镜的使用者。

图2　目镜Fig.2　eyepieve

1.3物镜转换器

物镜转换器是研究用显微镜主要结构之一， 其精度直接影响到成像质量。评估主要是其定位和齐焦精度。

定位精度 是指无论哪个倍率物镜， 转到定位位置时， 应保证物镜和目镜同轴， 这样对不同倍率的物镜， 视场中心位置基本不变。

齐焦精度指 物镜转到定位位置时， 当低倍物镜调焦清晰后， 转换到高倍物镜时， 仍应看到物体轮廓， 稍加微调后， 即可得到清晰的图像。

此外， 还要求转动舒服、 平稳。

现代的物镜转换器朝多孔发展， 有原来4孔， 5孔， 到现在7孔转换器， 如图3。

图3　物镜转换器Fig.3　Objectivelense converter

现在也有的厂家采用电动方式转动转换器， 为用户提供了方便。但操作不当， 也会发生碰撞。

1.4调焦机构

调焦机构也是研究用显微镜关键组件， 它的评估有三个指标：

(1) 微调机构调焦时， 对10 X物镜， 在景深范围内， 像平面中心的位移不大于0.08 mm.

(2) 微动调焦机构的空程应不大于0.002 mm.

(3) 粗、 微动和聚光镜滑板移动时， 平行度偏差不大于20分。

1.5载物台

载物台是供操作时安放被测物的平台。研究用显微镜一般采用十字方向可移动的载物台。对它的评估是： 载物台纵、 横向移动应舒服， 没有卡滞现象。标本夹能舒适、 牢固夹住标本。

对特殊使用场合， 如用作偏光测量时， 在载物台上应加上可旋转的工作台。

另一种特殊应用场合， 须采用生物工作台， 又称显微操作系统， 见图4。这是一种用于体外受精(IVF)， 遗传工程和电生理学方面非常重要的仪器设备。它带有悬挂式操纵柄的小型显微操作器， 其的特点是操作起来非常简单、 舒适。采用远程驱动方式， 确保显微操作手能够无迟后、 无阻碍地、 平稳运动。该系统极适合于显微注射与细胞切割等工作， 在细胞学， 胚胎学、 基因工程和遗传学方面有着广泛的应用。

图4　显微操作系统Fig.4　Micro operation system

1.6聚光镜机构

为了使物体有足够的照明， 需要安装聚光镜系统。聚光镜的数值孔径应与物镜的数值孔径匹配。物镜变换时， 聚光镜的口径也应作相应的改变， 以达到最佳的成像质量。为此评估聚光镜机构质量， 是要求聚光镜升降舒适， 无卡住现象。孔径光栏能任意开启大小， 转动舒服。能很方便地调整， 达到柯勒照明的条件。

1.7图像处理装置

早期的研究用显微镜采用数码相机， 替代传统的照相机。这样用不着冲冼相片， 而且可将照片存放到计算机里， 便于归档保存， 随时调用， 病员资料管理和各部门共享。

现在更多采用冷CCD摄像头， 在计算机屏幕上看到高质量， 实时、 动态的图象， 如活体标本。分别率可达到1 250万象素以上。动态图象采集速度在1 360×1 024全幅时可达每秒15帧。为了方便用户， 也出现了许多图象处理和分析软件。

对图象处理装置的评估， 即要求屏幕上图象清晰， 色彩真实(接近目镜视视情况)。

2　研究用显微镜的配置

研究用显微镜， 因为它配置了高级的物镜， 大视场目镜等等， 所以它是高级生物显微镜。同时， 由于它配置各种各样的附件， 如暗场、 荧光、 相衬、 偏光、 诺马斯基微分干涉(DIC)、 霍夫曼调制相衬等等， 大大扩展了显微镜的功能， 因此配置这些附件的显微镜， 又称为万能研究用显微镜。

显微镜最主要的质量指标是要求成像清晰， 分别率高。但即使物镜质量很高， 对某些标本， 如透明的细胞， 观察效果仍不好， 因为细胞和周围介质的颜色一样， 成像的对比度极低， 就不能分辨出细胞的形状。好象白天看不到天空中星星一样。为此， 发明了相衬显微镜， 它利用细胞的折射率和周围介质不同的特性， 用干涉的原理， 识别出细胞的轮廓。上列这些附件， 都是根据标本各自特点， 设法提高成像对比度， 而设计出各种各样显微镜， 如： 暗场显微镜， 它利用强光照射到微粒上产生散射的原理， 设计了暗场聚光镜和暗场物镜， 使光束不直接射入物镜， 则视场呈黑暗， 通过目镜就能看到明场显微镜所看不到的微粒。

荧光显微镜是一种对能发荧光的物质， 或经荧光色素染色后能发荧光的物质进行观察的显微镜。它以紫外光或蓝紫单色光激发标本的荧光。因紫外光不可见， 故标本发出的荧光与背景反差很大。荧光显微镜的对比度约为普通显微镜的100倍。因此可观察到普通显微镜看不到的结构和细节， 同时呈现标本彩色的图像， 易于鉴别， 减轻眼睛的疲劳， 所以得到了广泛的应用。

偏光显微镜是利用光的偏振特性， 对具有双折射特性的物质进行鉴定的仪器。如， 它能清晰得观察到齿、 骨、 头发、 指甲、 卵巢、 活细胞的晶体内含物、 神经纤维、 动物肌肉和植物纤维等结构细节。能区别正常细胞和肿瘤细胞等[2]。

还有许多附件， 这里不一一例举。这些附件可以单独构成一种显微镜， 但也往往作为研究用显微镜的附件， 也即研究用显微镜具有高级生物显微镜功能外， 还有暗场、 荧光、 相衬、 偏光显微镜甚至、 诺马斯基微分干涉(DIC)、 霍夫曼调制相衬等等的功能。这样就大大扩展了研究用显微镜的使用范围。因此， 现代医院许多科室， 如病理科、 检验科、 组织工程、 口腔病理、 口腔外科、 口腔材料等实验室都购买了带有各种附件的研究用显微镜。但从仪器的使用率来看， 病理科和检验科大量使用透射光、 明场观察， 即中档生物显微镜。其它实验室都配置了研究用显微镜， 但往往一个科室， 对某台研究用显微镜， 只作为一种专用的仪器， 如作为荧光显微镜用， 而其它附件很少使用。这是因为医院里测试的工作量非常大； 而各附件变换时很费时， 并需要作相应调整， 对使用的水平要求很高。

另一方面， 由于这些附件技术难度较高， 价格昂贵， 因此对每台研究用显微镜， 不一定都要配备所有的附件。另外， 怎样发挥特别像诺马斯基微分干涉、 霍夫曼调制相衬等很少使用的现有附件的作用， 也应是科研单位、 医院设备科和临床共同研究的课题。

3　维修与保养模式

由于医用光学仪器的特殊性， 它容易受温度、 湿度、 振动和检测试剂沾污等影响而损坏。所以很多医用光学仪器维修、 保养工作由医院设备科、 具有光学仪器专业技术的三方公司和原生产厂家共同合作来完成[3-4]。以下以笔者就职的上海某三甲医院为例， 维保具体步骤如下。

首先由三方公司、 医院设备科和临床共同制定医用光学仪器维修、 保养计划。根据此计划， 三方科技人员一起深入临床科室参加预防性维修、 保养工作。在工作中医院设备部门从中也学到医用光学仪器的专业知识， 做到了在急修工作中能正确报修， 使三方公司能及时派出光、 机或电， 不同的维修人员到现场， 保证临床治疗和科研工作顺利进行。同时， 设备部门也及时向三方公司反馈临床科室的意见， 使三方公司能随时改进工作。在与三方公司近几年合作， 进行预防性维修、 保养工作以来， 我院除检验科更换70年代生产的Olympus显微镜物镜、 目镜外， 在手术室、 眼科、 病理科， 口腔病理、 口腔外科、 组织工程等科室， 没有更换过昂贵的光学零部件。此外， 医院设备管理人员也积极参加三方公司组织的学术讨论会， 不断提高自身的业务水平。

同时， 在急修工作中， 医院设备管理部门坚持原生产厂家和三方公司在质量和价格方面比较的原则， 在保证维修质量的前提下， 大大节约了医院的维修成本。

近几年来， 医院坚持这种维修、 保养模式， 与三方公司合作， 对使用十年以上的荧光、 偏光、 倒置和研究用显微镜上损坏的的电路板进行了修复， 对手术显微镜损坏部件进行设计、 加工修复， 延长了仪器使用的寿命， 实现进口仪器配件国产化， 为医院节省了大量资金， 也为振兴民族工业跨出了第一步。

参考文章

[1] GB/T 2985-2008生物显微镜技术条件[S].

[2] 虞启琏．医用光学仪器[M]．天津：天津科学出版社 ， 1982．

[3] 李斌，张力方．医疗设备维修服务环节管理策略与实践[J]．中国医疗设备，2010，25 (6)：4-6.

[4] 张力方. 医院自助与购买服务相结合维修模式的探讨[J].中国医疗设备，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

杨捷，E-mail:engineyang@sohu.com

R197.39

A

1674-1242(2016)01-0056-04

2015-05-28)