手术器械是解剖学实验操作中的必备物品。我们在进行解剖学实验时，根据解剖的位置和方法的不同，经常会用到不同的手术器械。常用的解剖学器械根据结构特点，分为多种类型和型号。正确掌握各种手术器械的结构特点和基本性能并能熟练灵活的运用是运动解剖学实验的基本要求和保证。

      常用的是一种可以装卸刀片的手术刀，由可装卸的刀片和刀柄两部分组成。刀片的末端刻有号码，常用型号为20-24号大刀片，适用于大创口切割，9-17号属于小刀片，适用于较小的切口或细微切割。刀柄根据长短及大小分型，其末端也刻有号码，一把刀柄可以安装几种不同型号的刀片。

通常情况下，刀柄通常与刀片分开存放和消毒。在使用时，根据实验需要选择合适的刀柄和刀片。装载刀片时，用持针钳夹持刀片前端背部，使刀片的缺口对准刀柄前部的刀楞，稍用力向后拉动即可装上。取下时，用持针钳夹持刀片尾端背部，稍用力提起刀片向前推即可卸下。需要注意的是，装卸刀片一定要用持针钳夹持安装，切不可徒手操作，以防割伤手指。手术刀主要用于切割和剥离组织，有时也用刀柄尾端钝性分离组织或用之牵开组织察看血管、神经或肌腱的深部情况。传递手术刀时，传递者应握住刀柄与刀片衔接处的背部，将刀柄尾端送至术者的手里，不可将刀刃指着术者传递，以免造成损伤。

      正确执刀方法有以下四种：

1.执弓式：拇指在刀柄下，食指和中指在刀柄上，是最常用的一种执刀方式。其特点是，动作范围广而灵活，用力部位涉及整个上肢，主要在腕部。适用于较长的皮肤切口及腹直肌前鞘的切开等。

2.执笔式：用力轻柔，为短距离精细操作时使用。其特点是，操作灵活准确，便于控制刀的动度，动作和力量主要在手指。适用于解剖血管、神经、腹膜切开和短小切口等。

3.抓（握）持式：全手握持刀柄，拇指与食指紧捏刀柄刻痕处。其特点是，控刀比较稳，切割范围较广，发力的主要部位是肩关节。适用于切割范围较广，使力较大的切开，如肌腱切开、较长的皮肤切口等。

4.反挑式：是执笔式的一种转换形式，指端用力使刀刃向上挑开，以防损伤深层组织。适用于血管、气管、空腔脏器及扩大皮肤切口等。

无论哪一种持刀法，都应以刀刃突出面与组织呈垂直方向，逐层切开组织，不要以刀尖部用力操作，执刀过高会手部控制不稳，执刀过低又要妨碍视线，故执刀的高低要适中。

根据其结构特点，手术剪有尖、钝、直、弯、长、短各型。解剖学实验中常用的是组织剪和线剪两种。组织剪薄而锐利，有直、弯、尖头及平头等不同类型，大小不一，主要用来解剖、剪断或分离剪开组织。通常浅部手术操作时用直剪，深部手术操作时用弯剪，分离或修剪组织时常用平头剪刀，特殊细致的组织常用尖剪刀。线剪多为直剪，用来剪断缝线、敷料等。线剪与组织剪的区别在于组织剪的刃锐薄，线剪的刃较钝厚。使用时不能用组织剪代替线剪，以免损坏刀刃，缩短剪刀的使用寿命。正确的执剪姿势为拇指和无名指分别扣入剪刀柄的两环，中指放在无名指的剪刀柄上，食指压在轴节处起稳定和导向作用。

      镊子在解剖学实验中常用于夹持和提起组织，以利于解剖及缝合。镊子有不同的长度，分为有齿镊和无齿镊两种：

1.有齿镊：又叫组织镊，镊的尖端有齿，齿又分为粗齿与细齿。粗齿镊用于夹持较硬的组织，如皮肤、皮下组织、筋膜等坚韧组织，损伤性较大；细齿镊用于精细手术，如肌腱缝合等，因尖端有钩齿、夹持牢固，但对组织有一定损伤作用。

2.无齿镊： 前端平，其尖端无钩齿，分尖头和平头两种。无齿镊对组织的损伤较轻，常用于夹持组织、血管、神经及脏器等。

      通常情况下，浅部操作时用短镊，深部操作时用长镊。正确持镊是用拇指对食指与中指，执两镊脚的中、上部，稳而适度地夹住组织。

      实验室各种手术器械在使用之前必须进行消毒。消毒时，锐利器械如手术刀、手术剪、镊子等不一定要高压或煮沸消毒，可直接放入药液中浸泡消毒。常用的消毒药浓度及浸泡时间如下（表3－1）。

表3－1  常用的消毒药浓度及浸泡时间

      注意事项：1.消毒药品的浓度必须合乎标准，并定期更换。 2.消毒之前，器械上的油污、血迹等必须擦干净，手术刀、手术剪等关节必须打开，否则影响消毒效果。 3.浸泡药液必须淹没器械，浸泡时间要足够。

生物显微镜是对细胞、组织进行观察和研究的重要仪器。生物显微镜按其性能可分为普通光学显微镜和精密度很高的电子显微镜。在解剖学中实验中，主要介绍普通光学显微镜。

1.成像：由外界入射的光线经反光镜反射向上，或由内光源发射的光线经聚光镜聚在标本上，使标本有足够的照明，由标本反射或折射的光线经物镜进入光轴与水平面倾斜45度角的棱镜，在目镜的视场光阑处，呈放大实像，此实像经目镜的接目透镜放大成虚像，所以人们看到的是虚像。

2.放大倍数：标本经显微镜的目镜与物镜放大后的总放大倍数是物镜与目镜放大倍数的乘积。

3.分辨率：对任何显微镜来说，分辨率是最重要的性能参数。光学显微镜的分辨率D与光波波长λ，物镜镜口角α和介质折射率n有关，其公式为：D=0.61λ/(n×sinα/2)，因此，光学显微镜中，λ越短、n和α越大，则D值越低，分辨率就越高。通常情况下，α最大值可达到140°，空气中N=1，最短的可见光的波长为450nm。由此，根据不同的α和λ，可以得到不同的分辨率来观察样本。最常用的普通光学显微镜的最大分辨率为0.2微米（也就是指区分两个质点的最小距离是0.2微米），最大放大倍数可达1000-1500倍，其他显微镜都是在此基础上发展起来的。

4.样品要求：普通光学显微镜是利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化来观察的，因而对其样品有较高的要求。观察样品通常要经过固定剂固定、包埋剂包埋后，切成厚度为5微米的薄片，经染色后才能观察，对于活细胞或未经染色的细胞不能进行观察。

光学显微镜的组成主要分三个部分 ：机械与支架装置、光学放大系统和照明系统。机械与支架装置主要是保证光学系统的灵活、准确调控。光学放大系统由两组玻璃透镜组成，即目镜和物镜。照明系统包括光源、折光镜和聚光镜，有时也会另加各种滤光片以控制光的波长范围。

1.机械与支架装置

（1）镜座：是显微镜的底座，其作用是支撑整个显微镜。

（2）镜臂：是移动显微镜的把手，它支撑和固定镜筒、载物台及调焦装置。直筒显微镜的镜臂与镜座连接处有活动关节，可按需要将镜臂调节到适当倾斜度。

（3）镜筒：是显微镜上方的空心圆筒，上端套接目镜，下端与物镜转换器连接。

（4）物镜转换器：连接于镜筒的下端，其上有3-4个圆孔，可安装不同倍数的物镜，使用时可以据需要转动转换器来更换观察用的物镜。

（5）载物台：固定在镜臂上，呈方形或圆形，中央有通光孔，台面上装有推进器，可推动和固定标本。

（6）调焦装置：安装在镜臂的两侧，与镜筒或载物台连接。包括粗动调焦手轮和微动调焦手轮，转动调焦手轮可使镜筒或载物台上下移动，以调节焦距，使标本与物镜的距离等于物镜的工作距离。

2.光学放大系统

（1）目镜：装在镜筒的上端，其作用是把物镜放大的实像进一步的放大。

（2）物镜：装在物镜转换器上，其作用是对标本进行第一次的放大。物镜分为干燥物镜（介质是空气）和油浸物镜（介质是油），上面通常会标有放大倍数、数值孔径、工作距离等参数。

3.照明系统

（1）聚光器：又称集光器，由聚光镜和可变光阑组成。聚光镜由一片或者数片透镜组成，其作用相当于凸透镜，有聚光的作用。可变光阑又称光圈，由十几片金属薄片组成，中心部呈圆孔，其作用是调节光的强度，使聚光镜的数值孔径和物镜的数值孔径相一致。

（2）反光镜：装在聚光器下方的镜座上，可向任意方向转动，有平、凹两面，作用是使光源发出的光或自然光射向聚光镜。

1.实验时，要把显微镜放在座前桌面上稍偏左的位置，距离桌沿 6～7 cm左右。

2.打开光源开关，调节光强到合适大小。

3.转动物镜转换器，使低倍镜头正对载物台上的通光孔。先把镜头调节至距载物台1～2cm左右处，然后用左眼注视目镜内，接着调节聚光器的高度，把孔径光阑调至最大，使光线通过聚光器入射到镜筒内，这时视野内呈明亮的状态。

4.将所要观察的玻片放在载物台上，使玻片中被观察的部分位于通光孔的正中央，然后用标本夹夹好载玻片。

5.先用低倍镜观察（物镜10X、目镜10 X）。观察之前，先转动粗动调焦手轮，使载物台上升，物镜逐渐接近玻片。需要注意，不能使物镜触及玻片，以防镜头将玻片压碎。然后，左眼注视目镜内，同时右眼不要闭合（要养成睁开双眼用显微镜进行观察的习惯，以便在观察的同时能用右眼看着绘图），并转动粗动调焦手轮，使载物台慢慢下降，不久即可看到玻片中标本的放大物像。

6.如果在视野内看到的物像不符合实验要求（物像偏离视野），可慢慢调节载物台移动手柄。调节时应注意玻片移动的方向与视野中看到的物像移动的方向正好相反。如果物像不太清晰，可以调节微动调焦手轮，直至物像清晰为止。

7.如果进一步使用高倍物镜观察，应在转换高倍物镜之前，把物像中需要放大观察的部分移至视野中央。一般具有正常功能的显微镜，低倍物镜和高倍物镜基本齐焦，在用低倍物镜观察清晰时，换高倍物镜应可以见到物像，但物像不一定很清晰，可以转动微动调焦手轮进行调节。

8.在转换高倍物镜并且看清物像之后，可以根据需要调节孔径光阑的大小或聚光器的高低，使光线符合要求。一般将低倍物镜换成高倍物镜观察时，视野要稍变暗一些，所以需要调节光线强弱。

9.观察完毕，应先将物镜镜头从通光孔处移开，然后将孔径光阑调至最大，再将载物台缓缓落下，并检查零件有无损伤，特别要注意检查物镜是否沾水沾油，如沾了水或油要用镜头纸擦净，检查处理完毕后即可装箱。

（四） 维护与保养
1.必须熟练掌握并严格执行使用规程。

2.取送显微镜时一定要一手握住弯臂，另一手托住底座。显微镜不能倾斜，以免目镜从镜筒上端滑出。取送显微镜时要轻拿轻放。

3.凡是显微镜的光学部分，只能用特殊的擦镜头纸擦拭，不能乱用他物擦拭，更不能用手指触摸透镜，以免汗液玷污透镜。
4.保持显微镜的干燥、清洁，避免灰尘、水及化学试剂的玷污。
5.转换物镜镜头时，不要搬动物镜镜头，只能转动转换器。
6.切勿随意转动调焦手轮。使用微动调焦旋钮时，用力要轻，转动要慢，转不动时不要硬转。
7.不得任意拆卸显微镜上的零件，严禁随意拆卸物镜镜头，以免损伤转换器螺口，或螺口松动后使低高倍物镜转换时不齐焦。
8.使用高倍物镜时，勿用粗动调焦手轮调节焦距，以免移动距离过大，损伤物镜和玻片。

9.用毕送还前，必须检查物镜镜头上是否沾有水或试剂，如有则要擦拭干净，并且要把载物台擦拭干净，然后将显微镜放入箱内，并注意锁箱。

      组织切片机一般分为石蜡切片机、冰冻切片机和火棉胶切片机等几种。现以LEICA RM2135型切片机和LEICACM1900为例，分别介绍石蜡切片机和冰冻切片机的一般结构及其使用方法。

1、轮转式切片机的构成

      石蜡切片机通常是指轮转式切片机。其构成包括：E型持刀架、持刀架前后移动调节轮、持刀架左右移动手柄、持刀器角度设定和清除锁定装置、刀锋夹杆随意调节装置、切片刀防护杆、标准标本固定夹、标本修剪器水平调节装置、粗标本推进手轮、细标本推进手轮、切片厚度调节旋钮、切片厚度指示、手轮锁定装置、手臂托、切片机底座等部件。

1.先将包好的组织蜡块粘着在木托或金属托上，然后将蜡块托用标本固定夹固定；

2.将待用的切片刀固定在持刀器上并锁定，用粗标本推进调节摇轮调整蜡块与切片刀的距离；

3.旋转切片厚度调节旋钮设定切片厚度，一般为5-10µm，切片厚度指示即可显示相应的厚度；

4.转动标本推进手轮，每转动一周，标本固定台就向切片刀侧移动相应厚度的距离，同时还垂直下降上升往返一次，于是得到一张相应厚度的组织切片；

5.如手轮连续转动，就可获得一条连续的蜡带。

6.取下一段蜡带，置于通过表面胶化处理的载玻片上，再通过展片器展片和烤片后，展平的蜡带经烤片干燥并牢固地附着于载玻片后，即可取进行染色。

      制作石蜡切片标本的主要过程如下：

（1）取材与固定：大鼠断头处死，迅速摘取1.0×1.0×0.2厘米的大鼠心、肝、肾、股四头肌等小长条组织块，放入固定液中直接固定24h，4℃冰箱保存。

（2）冲洗：固定以后，须在自来水下流水冲洗10分钟。

（3）脱水：材料需要切成薄片以石蜡包埋。为使石蜡能透入材料内部，必须除去其内部的水分。这种除去材料内部水分的操作过程，称为脱水。脱水通常用梯度酒精，必须渐进，不能急骤，否则会引起材料不均匀的收缩。脱水时常用70%、80%、90%、95%、100%各级酒精。每级10-30分钟。

（4）透明：此时材料内部浸满酒精，石蜡仍难渗入，必须用既能与酒精混合又能溶解石蜡的媒浸剂浸渍，常用二甲苯。每次20-30分钟，进行2次，时间不能长，久浸会使材料变脆，造成切片困难。

（5）浸蜡：指石蜡浸入材料内部的操作过程。将溶解的石蜡倒入浸蜡杯内，将透明好的组织块放入，中间换二次石蜡，每次20-30分钟，注意温箱温度调到与石蜡熔点相同，如温度过高，包埋物变得硬脆而不易切片。

（6）包埋：将材料包埋在石蜡中以便切片。将熔化的石蜡倒入包埋器中，用热镊子把材料迅速移入包埋器中，并摆好位置，切记观察面向下摆放。之后，将包埋器移入水面，缓慢浸入水中。等石蜡完全凝结以后，从水中取出，并注明包埋块的名称、组别和日期等。

（7）切片：将材料连同周围的石蜡用解剖刀修切成梯形，四周离组织1-2毫米，前端离材料宜近。用少许石蜡将蜡块固定在木块上，然后将木块固定在切片机上，并调节切片刀固定器或材料固定器，使切片刀与蜡块*近。调节切片厚度为7-10微米，进行切片，并将切片用毛笔移在铺有黑纸的盘中。

（8）展片与贴片：将切好的蜡带，放入温度为40-50℃的水浴锅内，依*蜡的溶化与水面的张力，展平组织切片。取一小滴蛋白甘油（或多聚赖氨酸或直接用经过硅烷化处理过的载玻片）涂在载玻片上，用小拇指外侧把它涂成薄层，涂抹面积要超过蜡带所占面积，涂抹得越薄、越均匀越好。用解剖针把蜡带拖置载玻片上，注意摆放位置，玻片45-50℃烘干。

（9）脱腊：把玻片放入盛有二甲苯的染缸中溶去石蜡（3分钟），再经第二缸（3分钟）。

（10）下水：经100 %→95 %→90 %→80 %→70 %各级酒精后入蒸馏水。

（11）染色：用H.E染色法，操作步骤如下：入苏木精染液10分钟，至细胞核为紫红色，再用自来水流水洗至细胞核为鲜亮的蓝色。若过染，可用盐酸酒精分色。

（12）脱水：经70%→80%→90%→95%各级酒精，每级1～5分钟。复染：入伊红染液（用酒精配制）30秒至1分钟，再用95%的酒精分色，时间酌定。伊红主要染细胞质，着色浓淡应与苏木精染细胞核的浓淡相配合，如细胞质染得浓，细胞核也应浓染，要求对比明显。反之如细胞核染得浅，细胞质也应淡染。染色好的切片应该是细胞核被苏木精染成鲜明的蓝色，细胞质被伊红染成桃红色，红蓝相映色彩鲜明，对比明显。

（13）透明：入二甲苯中3分钟至透明。

（14）封片：滴加一小滴加拿大树脂并用盖玻片小心封片，自然风干。

（15）实验观察与拍照：切片制作完成后可直接在光学显微镜下观察各器官的组织结构并拍照。

      冰冻切片机是形态学教学和科研必备的设备之一。由于冰冻切片制片时，组织不需要经过充分脱水处理，且制片时间短，对组织样本中的酶类物质保存较好，目前，在酶组织化学和临床活检中被广泛引用。现以LEICA CM1900 冰冻切片机为例介绍冰冻切片机的一般结构及其使用。

1、冰冻切片机的构成

      Leica CM1900 冰冻切片机（图3-12）主要有制冷系统和切片系统构成。制冷系统包括恒冷箱和样品冷却系统；切片系统包括切片机和一次性不锈钢刀片。恒冷箱冷却系统的温度范围为0 ~ -35℃±3K；自动除霜为9分钟/1次/24小时。样品冷却系统的温度范围为-10 ~ -50℃±2K；手动除霜为10分钟。切片厚度为0-60μm 。切片厚度在0～60μm 范围内调整，能适应对各种组织的冷冻切片。该机不但可以在面板上精确设置箱温， 而且专门设有标本头温控装置。除标本的冷冻、固定在机内操作外，大部分操作可在机外进行，大大方便了技术人员。主要用于酶组织化学、免疫组织化学、原位杂交、原位PCR、原位RT-PCR时的生物组织样品的制片以及常规组织样品的制片。

1. 切片前先安装好刀片，调整切片厚度及切片角度，确认标本组织类型，根据不同组织类型调整好最佳切片温度。

2. 取新鲜活体标本，不经任何试剂处理，切成2.0cm ×2.0cm ×0.2cm 大小的组织块放到组织托上，涂敷包埋剂后即放到冷台上冷冻，待包埋剂稍凝后(以组织块不流动为宜) ，迅速固定到冷冻头上急冻。

3. 待组织块冻好后用快进键将其移近刀口，利用按钮修片，修好后即可放下防卷板切片，根据各种组织的软硬度来掌握切片速度，软组织切片速度较慢，较硬的组织切片速度快。

4. 防卷板的调节。

5. 将切好的切片附贴在载玻片上， 固定、染色、脱水、封固。冰冻切片制作完成。

      冰冻切片是指将组织在冷冻状态下直接用切片机切片。它实际上是以水为包埋剂，将组织进行冰冻至坚硬后切片的。在冰冻切片前组织不经过任何化学药品处理或加热过程，大大缩短了制片时间。同时，由于此法不需要经过脱水、透明和浸蜡等步骤，因而较适合于脂肪、神经组织和一些组织化学的制片，并作为快速切片的方法应用在临床诊断。冰冻切片技术与石蜡切片技术大体过程基本一致。下面先简单介绍一下液氮速冻切片法的主要步骤：

（1）取材：应尽可能快地采取新鲜的材料，防止组织发生死后变化。

（2）骤冷：为了较好地保存细胞内的酶活性或尽快制成切片标本的需要，一般在取材后就要立刻对组织块进行骤冷，使组织温度骤降，缩短降温的时间，减少冰晶的形成。

      液氮骤冷切片法是实验室最常用的骤冷切片方法。具体做法是将组织块平放于软塑瓶盖或特制小盒内（直径约2cm），如组织块小可适量加OCT包埋剂浸没组织，然后将特制小盒缓缓平放入盛有液氮的小杯内，当盒底部接触液氮时 即开始气化沸腾，此时小盒保持原位切勿浸入液氮中，大约10-20s组织即迅速冰结成块。在制成冻块后，即可置入恒冷箱切片机冰冻切片。若需要保存，应快速以铝箔或塑料薄膜封包，立即置入-80℃冰箱贮存备用。

（3）切片：恒温冰冻切片机为较理想的冰冻切片机，其基本结构是将切片机置于低温密闭室内，故切片时不受外界温度和环境影响，可连续切薄片至5-10μm。切片时，低温室内温度以-15℃～-20℃为宜，温度过低组织易破碎，抗卷板的位置及角度要适当，载玻片附贴组织切片，切勿上下移动。

（4）染色：切好的冰冻切片，室温下自然晾干1～2h后，入4° C丙酮固定10min，待干燥后便可根据需要进行不同染料染色或用锡纸包好封存于-20℃冰箱。

      另外，也可以用其它的方法进行冰冻切片，如二氧化碳法、氯乙烷法和半导体法冰冻切片等。

（一）显微图像分析系统简介

      在形态特征上，组织与细胞的有形成分主要有膜结构（包括质膜、线粒体膜、内质网膜、高尔基复合体膜、核膜等）、颗粒结构（包括线粒体、溶酶体、微体、分泌颗粒等）、纤维结构（包括微管、微丝）。这些点状、线状和面状的组织与细胞形态结构的定量问题一直困绕着显微形态学的发展，少数显微形态计量分析也仅限于二维结构水平，很难客观反映细胞本来的三维结构。

      细胞形态立体计量学可将显微镜下所观察到不同形态的结构进行三维数字化重建，定量地反映出细胞立体结构的特征。目前，随着计算机图形、图像分析技术的飞速发展，国内外已有许多技术公司开发出不同功能的自动显微图像分析系统。使显微形态学研究进入了一个客观、精确、可量化地反映形态结构变化的阶段。

显微图像分析系统主要用客观而精确的数字来表达存在于标本中的各种信息，可称谓数学形态学。它已经成为一种公认的形态学领域的科学研究工具，并且逐渐展现出巨大的潜力。显微图像中包含着极其丰富的内容，图像测量将会随着信息科学和人工智能的发展而日益显示其重要作用。现代图像测量是光学、电子学、计算机技术等相互渗透的跨学科的结果，涉及广泛的学科领域，运动解剖学只是其中一个分支。不同的自动显微图像分析系统其图像分析的参数也不尽相同（分为定性分析和定量分析）。较常用的有细胞和组织的几何形态分析，如细胞的面积、周长、长短轴、直径、形态因子和核浆比等；

      灰度值参数是分析待测物质颜色深浅的表达程度。目前，灰度值参数的测量可以定性和半定量测量；密度参数常用于分析待测物质的阳性表达率、酶标记、原位杂交分析等，密度参数测量有面积密度（面积百分比）和数量密度（数量百分比）的测量。荧光定量分析是经荧光免疫组织化学特殊染色后，测定细胞的DNA、RNA和蛋白质等的相对含量。细胞或组织经荧光标记后，可以半定量分析钙离子、溶酶体和DNA等的含量。由于标记方法的不同，还可作多个荧光标记的分析测量。

（二）显微图像分析系统(image analysis system)的构成

      显微图像分析系统是由光学显微镜、摄像机（或照相机、图像扫描器）、图像处理机（计算机）和显微图像分析软件等组成。组织切片的制备质量、光学显微镜产品的质量和摄像机（或照相机、图像扫描器）的分辨率与质量是关系显微图像质量的重要环节。组织切片一般厚度为5-7μm，光学显微镜的物镜一般配有平场消色差镜头，摄像机（或照相机、图像扫描器）的分辨率应在500万像素以上，显微图像分析软件应具有形态立体计量学所需要的参数设计和灰度值、光密度值、平均光密度值以及积分光密度值等参数。

（三）显微图像分析系统常用的形态学测量指标与方法

1．灰度(grey level)  指图像各种颜色的深浅程度。目前的图像分析仪可将灰度分成为256级，如免疫组织化学标本的显微图像上反应产物的染色深浅即可用灰度来表示，能将一张标本上不同染色深度区分成为256级，这是肉眼所不及的。因此，某些实验的结果，如果用光学显微镜作一般的观察，似乎实验组与对照组无明显差异，而用显微图像分析系统经统计学分析，则可反映出其差异程度，这说明仅仅用显微镜观察是不够的。

      由于免疫反应产物在细胞内不一定是均匀分布的，在同一个细胞中就可产生各种灰度，这种情况如何进行比较？有两类方法可供选用：一种是测每个细胞的平均灰度，另一种方法是在反应产物不均匀的细胞中可用每一种灰度所占的百分率来表示；例如要观察1000个细胞，在这些细胞中各种灰度所占的百分率可测出，并作出曲线，或用其他统计学方法处理，进行比较。

      有些显微图像分析系统中带有光密度计组件，光密度计能将扫描器视频信号变换成对应数值，然后数值化，就能用绝对光密度单位来校正。因此，光密度计把被测物的积分光密度作为主要输出，所谓积分光密度即各个单独探测的像素密度分布的总和。因为容易得到被测物的面积，也就很容易求出平均密度。光密度在组织化学反应的定量领域内极为有用。灰度是一种相对值，而光密度是绝对值。在文献中光密度常用OD(optical density)表示。

2．长度  形状不规则的线形组织结构，一般方法很难计算出其长度，如组织中的毛细血管，神经纤维、细胞超微结构中的各种膜性结构等，以往常用排列稀疏或稠密等词描述，显微图像分析系统则可测出各种图像的周界线长度。

3．面积  无论是在光镜或电镜下观察的标本，都要涉及有关标本中某些结构的面积问题。即使是极不规则的结构，用显微图像分析系统也能算出其面积。在一定的放大倍数下，可以测出每2μm中含多少像素，因此画出待测结构的轮廓，在所勾画的范围内含多少像素是立即可显示出来的，这样，很快可算出面积的数值。

（四）显微图像分析系统的工作程序

1．标本成像  慢慢移动标本，使需要被观察的部位能在显微镜上得到适当放大的图像。

2．图像获取  鼠标点击打开显微图像分析系统的功能，以进行图像采集与获取。

3．检测  在图像分析过程中设法从图像中，确定并且分离出需要分析的指标相。“相”是图像中要测量的部分的总称。在检测过程中要使用图像框(image frame)和测量框(measurement frame)。检测只在图像框内进行，框的大小按需要而定，测量框在图像之内，是进行测量的部位。两个框之间的部分称为保险区。图像中每个被测物都有其特有的特征计算点（feature count point， FCP），FCP在被测物的最底点，被测物的FCP均在测量框内，可计数或作其他测量，被测物的FCP不在测量框内，则不计在内，在测其他区域时再计算，有的被测可能被测量框截断，那么测量框外的那部分被测物应该位于保险区，即保险区要大于被测物，才能观察FCP是否在测量框内而决定取舍。这样当换到相邻的区域进行测量时，不会使某图形重复测量，可避免测量误差。放置标本的显微镜载物台的移动方式，可由计算机控制，用编制好的程序，使载物台按一定方式移动，也可以人工操作。图中可以看出每个部位都将通过测量框，不会遗漏。

4．阴影校正  校正图像细节直到正确无误并达到能被测量的要求。所谓阴影是指肉眼看来是均匀的视场内存在着不均匀的电子反应，这使得灰度相同的图像成分由于在视场中所处位置不同而显示出不同的灰度，这种影响必须校正才能使图像得到准确测量。阴影有三个主要的来源：图像源的不均匀光照、穿过透镜时光路发生变化引起的透镜阴影和显像管本身的图像灵敏度差异引起的扫描阴影。任何图像分析在具体运用中都有这些阴影存在，前二者可通过安装精密图像分析仪来控制，后者可通过对显像管的质量严格筛选来减少影响。阴影可贮存起来，并且在每次扫描时同步地从图像信号中去掉。

      总之，经过以上各测量步骤后，可以用图像分析仪对图像进行测量以取得所需的参数，如灰度、面积、长度、个数等。原始的参数可由计算机转化成容易理解的数值，例如面积可由某图形所占像素数转化为平方微米，使观察者容易理解。

      关节角度测量仪(double armed universal goniometer)， 又称双*式关节测角器。是测量关节运动幅度的专用仪器。它由固定臂、活动臂、角度刻度盘等组成。活动臂的尖端部指向角度刻度盘上某一角度，即为关节运动幅度的角度值。

1．先确定适当的骨性标志，然后将关节角度测量仪的两臂拉开，使活动臂的箭头指向角度刻度盘(量角器)上180^o的位置，此时两臂即连成一直线；将测量仪置于最适当的测量部位，使关节角度测量仪的枢轴自然地落入关节运动轴的位置中。

2．0^o开始位置一般为0^o。  在大多数关节运动幅度的测量中，当关节处于0^o开始位置时，关节角度测量仪的活动臂的箭头恰好指向角度刻度盘(量角器)上的0^o位置。但是在某些关节(如踝关节)活动度的测量中，关节处于0^o开始位置时，关节角度测量仪活动臂的箭头则指向角度刻度盘上90^o的位置，此时，应将90^o读作0^o，而将关节运动幅度按实际测得的角度计算出来。

3. 测量姿势   测量关节运动幅度时，被测者应取最合适的身体姿势，以保证测量数据的正确。测量姿势可以分为立位、坐位、仰卧位、俯卧位等，根据测量部位不同可选用不同的测量姿势。例如，测量下肢的关节运动幅度，身体姿势可取坐位、仰卧位或俯卧位。

4. 0^o开始位置   解剖位置是测量所有关节运动幅度的0^o开始位置。

（1）解剖位置：以身体直立，两眼平视前方，上肢下垂于躯干两侧，肘部伸直，手掌向前，下肢伸直，两足并拢，足尖向前为基准。包括中间位置和全伸直位。中间位置为一个0^o解剖位置。在此位置中，关节如同处于静止状态的钟摆，能在同一平面上向两个不同的方向运动。例如，肩关节可从0^o解剖位置起始，进行屈或伸的运动。

      在人体各部位的关节运动中，0^o开始位置为中间位置的有：肩关节作屈伸运动或外展与内收运动时；腕关节作屈伸运动或外展与内收运动时；掌指关节作屈伸运动或外展与内收运动时；髋关节作屈伸运动或外展与内收运动时；踝关节作跖屈与背屈运动时；跖趾关节作屈伸运动时；脊柱颈段作屈伸运动或侧屈运动时；脊柱胸段和脊柱腰段作屈伸运动或侧屈运动时。全伸直位为关节仅能循一个方向运动的0^o解剖位置。例如肘关节，在全伸直位中仅能作屈肘运动。

      在人体的关节活动中，0^o开始位置为全伸直位的关节有：肘关节、指间关节、膝关节、趾间关节等。

（2）特殊中间位置：为测量髋部和肩部的旋内和旋外活动以及测量前臂的旋前和旋后活动的各种0^o开始位置。如进行前臂旋前运动的测量，0^o开始位置为：上臂内收，屈肘成90^o，肘部紧*体侧，手掌朝向内侧。这就是一个特殊中间位置。

（3）关节运动：在主动运动时，不须借助外力，仅由被测者本身的肌肉运动所完成的动作。在被动运动时，所测关节周围的肌肉无主动收缩能力，全赖外力才能活动的关节动作。关节运动轴是以身体某部位的关节在运动(屈伸或外展内收等)时，所围绕的关节轴线。

5. 正确测量关节运动幅度的注意事项

（1）应注意被测者正常肢体与异常肢体关节活动的差别，必须采用正常肢体关节活动度作为标准数据。

（2）应注意不同体质条件和不同年龄组的个体间正常关节运动幅度会有一定范围的变异。所以，关节运动幅度(例如脊柱活动度)的比较研究，应在体质条件相似和同一年龄组的个体中进行。

（3）应检查关节周围软组织结构有无异常情况，例如关节无力、关节紧窄或关节挛缩等，这些异常情况会影响正确测量关节运动幅度。如软组织有病变，应在表格中记载，并说明病变发生的时间。

（4）测量时，操作要轻柔，以便提高关节运动幅度测量的精确性。

（5）在可以现察到骨性标志的部位，应以骨性标志为依据，结合使用关节角度测量仪测量，这是最正确、最方便的方法。

（6）某些不能用关节角度测量仪测量的关节，其运动幅度需用卷尺测量，而有些关节运动幅度则可考虑采用估计的方法．

1．肩关节：测量肩关节运动幅度的0^o开始位置是中间位置，即解剖位置。测量肩关节的旋内、旋外活动需一特殊中间位置。测量肩关节的伸与屈运动所用的是臂躯干角，即由肱骨外侧面中线与躯干腋中线所组成的角。

（1）肩部屈(或伸)运动幅度的测量）：

      定位：身体姿势取立姿或坐姿。肘部伸直，前臂放松。0^o开始位置以肩关节处于解剖位置。

      测量：用关节角度测量仪测量肩部的屈（或伸）运动。角度测量仪的固定臂置于躯干的腋中线，角度测量仪的活动臂沿着肱骨外侧面的中线。

（2）肩部外展(或内收)运动幅度的测量

       定位：身体姿势取立姿或坐姿。肘部伸直，前臂放松。0^o开始位置以肩关节处于解剖位置。

       测量：用关节角度测量仪测量肩部的外展（或内收）运动。角度测量仪的固定臂置于身体的外侧缘并与躯体的正中矢状面平行，角度测量仪的活动臂沿着肱骨后面（或肱骨前面，在内收运动时）的中线。

2．肘关节：测量肘关节运动幅度的0^o开始位置是全伸直位，即解剖位置。肘关节伸直时，若超过0^o开始位置的，称为过伸。

      定位：身体姿势取立姿或坐姿。上臂处于解剖学位置，前臂处于旋前的中间位置。0^o开始位置以肘部处于解剖位置。

     测量：用关节角度测量仪测量肘部由伸至屈的运动幅度。角度测量仪的固定臂沿着肱骨外侧面的中线，角度测量仪的活动臂沿着前臂背面的中线。

3．腕关节：测量腕关节运动幅度的0^o开始位置是中间位置，即解剖位置。测量腕部屈伸活动时，手指应放松。屈腕或伸腕运动幅度的测量如下：

      定位：身体姿势取坐姿。屈肘，前臂处于旋前位，手指放松。0^o开始位置以腕部处于解剖位置。

      测量：用关节角度测量仪测量屈腕（或伸腕）运动。固定臂沿着前臂背侧面（腹侧面，在伸腕运动时）的中线，活动臂沿着第三掌骨背侧面（掌侧面，在伸腕运动时）的中线上。

4．髋关节：测量髋关节屈伸运动幅度的0^o开始位置是一个中间位置。测量髋关节活动度时，必须注意区别真正的髋关节运动与骨盆运动。

（1）髋关节屈（或伸）运动幅度的测量

      定位：身体姿势取仰卧（或俯卧，在伸运动幅度的测量时）。一侧髋关节和膝关节保持完全弯曲背部*床面。0^o开始位置以髋关节取解剖位置。

      测量：用关节角度测量仪测量髋关节的屈（或伸）运动。固定臂与躯干的长轴平行，活动臂置于股部外侧面的中线上。   

（2）髋关节外展（或内收）幅度的测量

      定位：身体姿势取仰卧。下肢与髂前上棘连线垂直。0^o开始位置以髋关节处于解剖位置。

      测量：用关节角度测量仪测量髋关节的外展运动。固定臂与髂前上棘连线平行，活动臂置于股部前面的中线上。

5．膝关节：测量膝关节运动幅度的0^o开始位置是全伸直位，即膝关节的解剖位置。膝关节伸直时，超过0^o开始位置，称为过伸。应注意外展或内收有无过度运动现象。

定位：身体姿势取仰卧。0^o开始位置以膝关节处于解剖位置。   

测量：用关节角度测量仪测量膝关节由伸至屈的运动幅度。固定臂与股骨外侧髁至大转子的连线平行，活动臂与排骨小头至外踝的连线平行。

6．足关节：测量足关节活动度的0^o开始位置是中间位置，即解剖位置。足关节的活动度难以用关节角度测量仪准确测量，因为足关节的任何运动都是由许多关节的同步活动综合组成的。而且，足的骨性隆起往往影响关节角度测量仪的放置，一些微小但又重要的足关节活动更不易测量。富有经验的测量者对某些足关节运动幅度的估计，可以确认为测量数据，这是一种可选用的实际方法。必须仔细区别踝关节、距跟关节和跗骨间关节的运动。

（1）足背屈（或足跖屈）幅度的测量

定位：身体姿势取仰卧。足跟部伸越床沿，膝部伸直。0^o开始位置以踝关节处于解剖位置。

测量：用关节角度测量仪测量足的背屈（或足的跖屈）运动。固定臂与腓骨小头至外踝的连线平行，活动臂置于第五跖骨小头和足跟部外侧缘的连线上。

 

      分析人体运动只有从描述人体运动的外部形态入手，才能明确动作的姿势及其变化过程，才能说明在一瞬间关节的运动方向和运动幅度，以便从解剖学角度或生物力学角度分析人体运动中各关节肌肉之间的关系，提高运动技术水平。

      为了准确地记录人体运动时外部形态的变化，常需拍摄运动技术图片。

       平面定点定机摄影（像）测量方法是摄影测量方法中最为简单易行的一种测量方法。该方法一般适用于在一定范围内活动的动作（或运动周期）。需要诊断的技术动作以平面运动为主，如竞走、跑等的一个单步运动，跳远踏跳、投掷运动器械出手前后等。所需设备不多（一台摄影（像）机即可），不影响人体运动，可以在正式比赛中（比赛和训练现场周围有较大的空闲场地）应用。

立体摄像测量方法：采用两台或多台摄像机，从不同角度对同一研究对象进行同步拍摄，然后把两台或多台摄像机所拍摄的平面录像进行数字化并把像的二维坐标转换成实际空间的三维坐标，计算有关的运动学参数。

      录像拍摄系统从拍摄上可分为常速和高速。常速数码摄像机的价格较低，同时可以采用拆分像素和减少图像解像力的方法，可将常速下拍摄的25帧/秒提高到50帧/秒或100帧/秒。因此，国内较多的学校和科研单位多采用常速摄像机。

      为了能从运动技术图片上求出所需要的数据，拍摄时应放置参照体和比例尺。参照体可以采用装有固定底座的标杆，在标杆上按等长涂以黑白相间的颜色。拍摄前把它放在取景范围之内，拍摄时同运动员的动作一起记录下来。如果拍摄的路程较长，镜头又是跟随运动员转动的，应多设置几个参照体，以便在每张图片上都能看到。比例尺是录像拍摄时一个重要的标定工具，它提供了运动员实际尺寸与所摄画面尺寸的比例关系，是后继的数据处理不可缺少的系数指标。在平面摄像中，比例尺通常可选择水平或垂直放置，并使之处于拍摄面取景范围的中分线上，两端标志点之间的距离一般定为1米。在拍摄过程中，若摄像机的拍摄参数发生变化或移动机位进行下一定点的拍摄，则必须重拍比例尺。比例尺只是用以计算图像缩小倍数的，可以用上述作参照体的标杆代替。图像缩小倍数等于比例尺实长与图片上尺长的比值。

（1）取镜位置

      镜头的视线应与人体的运动轨迹相垂直，一般拍摄运动的矢状面。镜头的高度应与所要研究的重点部位等高，这样拍摄的关节角度等才能与实际情况相符。例如，分析跑的一个单步时，摄影者应站在跑道旁，垂直地对着运动的矢状面拍摄；分析跳跃的踏跳动作时，摄影者应站在踏跳点的正侧方垂直地对着运动的矢状面拍摄，以利于分析关节、肌肉的各参数变化。也就是说摄影时，镜头所对的位置是由分析运动的具体任务来决定的。

（2）拍摄距离

      摄影镜头的种类很多，常用的有普通镜头、长焦距镜头和广角镜头。在大多数比赛场合记录人体动作时，用普通镜头拍摄较为方便。用这种镜头拍摄的距离，一般为6～8米，可以根据取景范围作适当的变化，以能摄下所要分析的动作为准。用长焦距镜头拍摄体育动作时，可以在30米以外的距离进行，如场地条件允许，应争取使用。广角镜头与长焦距镜头正好相反，它的焦距短，视角广，成像小。可以拍摄出比普通镜头角度更广的景物。对这种镜头，分析技术动作时一般都不采用。

（3）取景范围

      根据项目特征和技术分析的要求确定拍摄范围。一般在摄影机固定的情况下，取景范围应稍大一些，摄像机尽可能远离运动平面，通常拍摄距离应为拍摄范围的5～6倍。但是，随着取景范围的增大，成像就会相应地缩小，不利于观察和计算。因此，要根据实验的实际情况确定拍摄范围,以达到最佳效果。

（4）注意事项

      把摄影机拿在手中拍摄，会因手部颤动而造成较大的误差。为了减小误差，可以把摄像机固定在三角架上，并按要求确定摄影机的摄距（拍摄距离）、机高、取景范围、焦距等。如能把摄影机安置于可以转动的支架上，让镜头跟随运动员转动拍摄更好。

      录像解析实质上就是将记录在录像带上的图像信息采集下来，即通过计算机将感兴趣的运动节点数字化并进行采集分析的过程。目前国内外开发比较成功的运动录像解析系统有美国的PEAK系统、德国的SIMI系统和中国的爱捷(EDIAS)系统。PEAK系统采用的是小容量(1M)图像板动态图像实时采集的方法，SIMI系统和EDIAS系统都采用大容量图像存储器动态实时采集的方法(最大容量均是64M)，一次最多可连续采集10秒钟以上的连续图像(常速、PAL制录像信号)。由于运动分析一般是对某一动作的特定环节进行分析(如跳远的踏跳过程等等)，所以10秒钟的连续图像可以满足绝大部分运动项目的分析和解析，也可以满足大部分运动项目的立体分析和多机解析。

1．图像解析

（1）将拍摄在录像带上的图像转换为计算机可读的数字化图像文件。目前常用的摄像机都可以直接与电脑相连，利用相应的图像采集卡就能将拍摄的图像转化为数字化图像文件，并解析获得图形尺寸与实际尺寸之间的比例系数。

（2）将转化完成的图像文件导入到专门的运动解析软件中，利用鼠标移动来确定人体各关节点在图像上的坐标，并把它贮存在计算机中。图像解析的主要工作是确定人体运动的外部形态，这个工作是通过确定人体关节点坐标的方式完成的。人体的运动是各环节绕关节中心进行转动而表现出各种姿态的。我们可根据相关的解剖学知识在图像上近似的标出关节的转动中心，以确定环节的长度与方位，同时将人体各主要关节点相连就能得到人体运动的线图，俗称棍图。在此基础上，解析软件可以根据内置的人体模型（可选）计算人体的一些运动参数。

（3）将人体各关节点的像空间坐标转换为真实空间中的坐标（像空间坐标乘以比例系数），并建立原始数据文件。在上一步的基础上，由解析软件计算出人体各关节点在真实空间的坐标，并将此数据序列保存或导出，作为进一步分析计算的原始数据。

2．数据处理与分析

      由于在确定同一关节点的过程中，前后图片之间会有一定的误差（表现为连续曲线上的“毛刺”），因此需要对原始数据进行平滑处理，然后再进行分析。对平滑处理后的原始数据进行数学运算分析，得到另外一些不能直接测定的变量。如利用上述经过平滑的坐标数据去计算点的速度、加速度等。

完成影像解析后，解析系统就会自动产生所有人体运动关节点（或器械）的原始坐标数据。一般来讲，人体运动分析系统可产生一系列人体运动学序列参量，如人体各关节点的坐标、位移、速度；人体各环节纵轴与垂直轴或水平轴的夹角、角速度；人体各关节的角度、角速度；其它派生各种运动学数据。

      多机同步可以是同类多个仪器的同步，也可以是多种不同设备的同步测量。以同一时间标准和时序(时间顺序)进行时间标记，使各机所测材料具有统一的时间标准、时序和时时(每一瞬时)对应关系，即在测量过程的每一瞬间，各机所测材料均具有同时关系，多机同步测量可在量与质两方面提高所测材料的学术和使用价值。多机同步测量方法与单机测量方法相比，其优点是所测参数多，能更全面地反应受试者的状况和属性，并可以多视角地审视受试者的技术特征。

如运动中生物力学分析（SIMI Motion）、肌电分析、心肺功能分析等不同的运动分析系统、不同的软件分析系统在其工作流程中保持同时关系，就可实现跳高时摄像与肌电的同步测量分析。

      国家体育总局科研所早在90年代已开发《跳水运动技术测量分析系统》，主要功能有双人跳水动作比较分析和单人跳水技术动作测量分析两大类。其中，双人跳水动作比较分析可以对两位运动员的动作进行动态对比，将技术好的运动员和技术差的运动员进行比较，找出问题的原因，通过视觉反馈训练来纠正动作；还可以进行双人动作配对研究、寻找最佳搭档等。单人跳水技术动作测量分析则是根据不同的动作和测量分析要求，运用平面定点、平面扫描、三维DLT拍摄等复杂的分析和测量技术，在同一个屏幕上对动作的每一个环节进行细致的比较，同时，系统也会给出一系列相关数据，以此来进一步提高动作的准确度。虽然传统的分析系统已经能够完成动作比较和技术测量（测量轨迹、角度、参数等），但中国跳水队已经不再满足于采用的这套技术测量分析系统进行动作比较和技术测量，而是大胆地向组织训练、统计测量结果、高难技术攻关、比赛成绩预测，特别是个性化诊断(主要适用于高水平的运动员)、单项跟踪、赛后分析等高端方向发展。通过数据，我们可以精确地统计出任何一名运动员的任何一项参数；通过曲线，可以生动、精确地测量出运动员运动的轨迹、角度等信息。

      有专家通过爱捷运动分析系统对武术前扫腿900°和前扫腿540°进行对比研究发现，前扫腿900°和前扫腿540°右腿扫转速度相差不大，前扫腿900°完成情况主要受平衡因素影响。因此，在原技术基础上提出了利用左腿以膝关节为力点的快速左前旋技术来提高平衡能力的设想，以实现在前扫腿900°平衡技术上的突破。通过验证、分析发现此技术对提高前扫腿900°平衡能力非常有效。

      有学者运用爱捷运动分析系统对十运会比赛中进入决赛A组的中国优秀划艇运动员和2005年德国杜伊斯堡世界杯中成绩最优秀的国外划艇运动员就比赛中的运动动作技术进行了测量分析。

      在500m的比赛中，将摄像机固定在途中的295m处和后程425m处，采用二维定点定焦的方法拍摄运动员在10m间的至少一个完整的正侧面动作周期（拍摄频率为25帧/秒，解析时将帧拆分成2场，解析频率就变为50帧/秒，精度为0.02s。），以赛道前进方向上的两相邻浮球间的距离（各艇的航线上）作为定标点（10m）。用绘声绘影从摄像机上采集要分析的片段并转化为AVI文件，将转化成的AVI文件在分析软件上进行处理，最后根据处理的数据进行分析讨论，研究运动员在艇速、桨频、角度、时间、位移等数据上的差异，对国内外优秀单人、双人划艇途中划桨技术进行了对比，所取得数据为提高划艇运动训练水平提供了帮助。同样也有学者用此方法对双人皮艇运动进行了研究。