体视学

2016-02-05 10:16:36
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体视学“Stereology”这一词是在1961年由汉斯·伊莱亚斯(Hans·Elias)在德国的费尔德贝格(Feldberg)召集的只有十几个人参加的一个非正式国际会议上创造的。这是一个新概念,甚至在最近的字典里仍然找不到这一个词。

  什么是体视学?

  自“stereology”一词于1961年问世以来,在国内外不同场合不同应用领域,其定义常常不一,直接影响了人们对体视学学科的准确理解和了解。中国体视学学会组织了跨材料、生物医学、图像分析、计算机断层成像(CT)和仿真与虚拟现实等多领域逾百名专家就此进行了国内外首次相关学术大讨论,并对如下问题获得了共识:体视学一词(英文为 stereology,stereo- + -logy)的核心含义为“研究三维结构的科学”;由投影数据重建三维CT图像的学科分支属于体视学学科范畴;体视学研究的重点是三维结构表征的方法学研究。

  “这是一门介于形态学与数学之间的新学科。简单地说,就是借助计算机及数据处理系统和显微镜及显做成像系统,将二维平面经过成像及计算机分析处理得到三维形态,以准确地对物体进行定量及形态结构分析。”——唐勇,国际体视学会副主席。

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任天堂3DS使用自动体视学来显示3D图形

  体视学“Stereology”这一词是在1961年由汉斯·伊莱亚斯(Hans·Elias)在德国的费尔德贝格(Feldberg)召集的只有十几个人参加的一个非正式国际会议上创造的。这是一个新概念,甚至在最近的字典里仍然找不到这一个词。这次会议的目的主要是交换有关细胞组织或材料组织等的“截面的立体诠释”的观点。虽然与会者只是少数的生物学家和数学家,但是,会议的内容很快就引起了长期从事组织分析工作和关注这类工作的材料科学、冶金学、矿物学工作者的注意。两年后,即1963年,在维也纳正式成立了国际体视学学会。之后,差不多每四年就召开一次学术会议,至今已召开过11次会议。这样,世界上已经有一支横跨好几个学科的、从事体视学研究和应用的庞大队伍了。

  体视学术语

  基本术语

  目前国外已很重视体视学的研究方法,发表了一些论文,国内也开始做这方面的工作,因此有必要将体视学的一些基本术语介绍给读者,供参阅文献时或自己进行研究时应用。

  体视学语言目前已是一种通用的术语,现将常用的介绍如下:

  结构(structure):在一个确定的组织模式中,由许多相互依赖的部分所组成的某物体称为结构。一个结构至少有二个组分构成,体视学的目的即弄清楚各组分之间相互关联程度、相对大小等。

  组分(component):在结构中能被截然分开而且能被辨认的部分。

  相(phase):所有在本质上相同的组分的集合称为相。例如一个细胞的所有线粒体构成了此细胞的线粒体相。

  粒子(particle):假如组分是由许多离散的并且能够作为单元独立存在的要素所组成,则将这些要素称为粒子,粒子可以表现为各种形状。

  凸面体(convex solid):连接此实体内任何两点的线段,必需全部落于此实体内,换句话说,即此实体上切下的一个切片只能形成一个截面。

  包容空间(containing space):指包含被研究的组分的空间。当然,被研究的组分常与其他不被研究的组分并存。

  密度(density):单位体积、单位面积或单位长度内的量。

  体积密度(volume density):在单位包容空间内,某相的体积。

  表面积密度(surface density):单位包容空间内所含有某相的表面积。

  长度密度(length density):单位包容空间内某相的长度。

  数密度(numerical density):单位包容空间内某相的数目。

  截面(profile):任何结构的切片上的图像。

  测量值

  体视学的测量值往往是相对测量值,以两个彼此相关联的测量值的比率来表达,其中一个测量值与组分有关,另一个测量值与包容空间相关,后者也称为“参考系统”。体视学原理可确定在切片上测得的这些比率与空间结构内相应的比率之间的精确关系。

  符号

  上述性质反映在体视学符号中,而这些符号目前已普遍被使用,在有些文献中已不再作解释了。常用的符号如下:

  P测试点数

  P1单位测试线长上的交点数

  Pa单位测试面积上的点数

  Pv单位测试体积上的点数

  L测试线长

  L1单位测试线长上的截距

  La单位测试面积上线的单元长

  Lv单位测试体积上线的单元长

  A测试面积

  S表面积

  Aa单位测试面积上被测物的面积

  Sv单位测试体积内被测物的表面积

  V体积

  Vv单位测试体积内被测物的体积

  N被测物数目

  N1 单位测试线长上与被测物相交的数

  NA单位测试线长上与被测物的数

  Nv单位测试体积内被测物的数

  举例

  用测试网格的体视学方法,杨光等,1987年曾对腹腔神经节 小强荧光细胞进行超微结构的定量分析,测量了线粒体、溶酶体、粗面内质网、颗粒小泡的Vv、Sv、Na、Nv等参数,得出了标准小强荧光细胞的计量值。此处的Vv即单位体积细胞质内某种细胞器的体积,据体视学原理,Vv等于切片上被测的某种细胞器所占的面积的均数a与细胞质的面积的均数A之比,如用图像分析仪即可得出此二者的面积,而用测试格a等于落在此细胞器上的测试格的交点总数∑Pi,A等于落在细胞质上的测试格交点总数∑Pc。

  Vv=ā/A=∑Pi/∑Pc

  测试格的交点数有各种规格,如果有20条横测试线与20条纵测试线组成的测试网格,则有400个交点,利用交点所落部位进行推算。