显微镜下的医学图像
潘琳
对于医学来说，摄影是不可或缺的工具之一。摄影术发明之后，医学领域开始逐渐将摄影为己所用。1864年，第一部显微摄影图集《延髓灰质和梯形结构》诞生；而19世纪的临床医学则对摄影的记录性质建立起紧密的依赖，1870年代巴黎和伦敦的医院里对患者的拍摄已经成为习惯，将病者的肖像、患处和医学标本拍摄归档是实证主义者在科学的名义下运用图像的新形式。随着科技的发展，当下，包括X光、CT（电子计算机断层扫描）、MRI（核磁共振成像）、PET（正电子发射型计算机断层显像）、心电图、脑电图、超声（B超、彩色多普勒超声、心脏彩超、三维彩超）、内窥镜（胃肠镜、膀胱镜、腹腔镜、支气管镜、宫腔镜）等技术在医学科学领域也得到了广泛应用，它们直观、准确、及时地记录了人机体各系统的变化。我的工作领域所运用的摄影技术是医学显微摄影技术，它利用显微镜放大来观察和记录人体脏器、组织、血液、体液细胞的生理和病理改变，观察肉眼直接看不到的细胞信息。在用显微镜观察前，需要把机体组织制成几微米厚的切片标本，采用各种技术方法染色，再通过显微镜放大几十倍、几百倍到上千倍来进行观察诊断和研究。显微摄影图像是病理医师每日的诊断报告，也是生物医学研究中记录疾病发生、发展过程的原始研究资料。
显微摄影需要特定的器材和设备。17世纪，荷兰人列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）在自制的显微镜下首次看到了软木细胞。从此，一个崭新的世界在懵懂的人类眼前打开了。可以说没有显微镜，就不会有生命科学的快速发展。光学显微镜按光路来源的不同分为正置显微镜和倒置显微镜。显微镜的主要性能体现在放大倍率和分辨率两个方面。光学系统主要有目镜、物镜、聚光器等。物镜是光学显微镜的关键部件，成像质量与分辨率都由物镜决定，物镜的数值孔径大的分辨率高。物镜的种类按色差和场曲校正程度分为校对红蓝色差和黄绿球差的消色物差镜（Ach），校对红蓝色差和球差的半复消色物差镜（FL）和校正红绿蓝色差和红蓝球差的复消色物差镜（Apo）。对场曲进行校正的物镜被称为平场物镜（Plan）。物镜有三个主要参数：数值孔径N·A值、放大率和盖片厚度。目镜主要有两个作用，一是将物镜送来的初级放大影像再作第二次放大，二是矫正物镜成像中的相差、色差和照度。显微镜的聚光器有明视野聚光器、暗视野聚光器和特殊用途聚光器（如 偏振光、相位差等）。现代显微镜主要有七种观察方式：（1）明场（BF），主要用于观察常规病理组织学改变（HE染色、特殊染色）；（2）利用丁道尔效应的暗场（DF），主要用于观察微粒外观（细菌记数）；（3）相差（PH）技术，利用光程差和亮度差的转变，非常适合观察薄的、未染色的活细胞（细胞培养、膜片钳等）；（4）偏光（PO），利用光的偏振特性，主要用于观察双折射物质（晶体、胶原）；（5）微分干涉（DIC），可以在样品表面形成细微的立体明暗差异，主要用于观察活细胞的精细结构（细胞培养、显微操作等）；（6）浮雕相衬（RC），适合观察精、卵细胞等，主要用于显微注射等；（7）荧光（FL），显微镜的应用越来越广泛，不但非常适合观察抗原、抗体反应（如免疫组化、原位杂交等），还可以利用各种荧光标记物做大分子的示踪及动态观察。
生成显微摄影的图像，需要在显微镜上安装专用的连接镜头，再接上CCD摄录镜头的摄影装置，准备好要观察的病理切片标本，选择所需要的视野和放大倍率，调清楚图像，手动或自动曝光再把图像传送到计算机，通过软件在显示器上表现图像，把瞬间的影像保存到计算机中，成为储存器上的静态图像文件。其他摄影原理与普通照相机类似。
获得一张合格的显微摄影照片，要满足以下几个条件：（1）制作优质标本片，确保组织形态良好，组织的固定是关键；（2）制片质量与染色方法的稳定性好；（3）选择性能优良、干净的载玻片和盖玻片；（4）使用高性能的物镜（最好用复消色差的平场物镜）和聚光器；（5）调试好柯勒（Kohler）照明；（6）拍摄时应准确地聚焦和选择合理的曝光时间。一张优质的显微摄影照片结果应该表现为细胞结构层次清楚，对比度好，色彩自然真实，组织细胞反应定位清楚，明确清晰地显示病变部位。
我所从事的基础医学研究工作，实验病理学专业的主要研究对象是疾病的动物模型和细胞模型。我每天在显微镜下观察生命现象，聆听细胞诉说着每一场与疾病的不屈抗争，因为，“一切疾病现象都是基于细胞的损伤”。每一个小小的细胞，都内含巨大的世界。我用显微摄影记录下生命抗击疾病的微观战争：起初细胞们为了适应环境的改变出现了肥大、增生、萎缩和化生，当他们无力再适应时便坏死、凋亡。所有的疾病都起源于细胞的微小变化，这一切细胞改变的现象，都是在显微镜下观察到的。
基础医学研究，需要采用规范的实验技术方法来验证研究课题所提出的科学问题，实验技术本身就是一个如齿轮般环环相扣的精细过程，是枯燥乏味、艰苦寂寞的，任何一个细节稍不注意就会带来不小的麻烦，失败和挫折是必然的历程；这也像艺术，只有不惧怕枯燥和失败，坚持孤独，才能获得“原始积累”，继而自由地探索科学世界。对于我来说，科研沿途还能额外收获一些奇妙的风景—显微镜下的艺术。
显微镜科学承载着人类探索微观世界的使命，它就像一艘神奇的宇宙飞船，把我们带到离我们身体最近、却又是离我们最远的微观世界里，记录着生命抗击疾病的战争。在这艘神奇宇宙飞船的航行中，我还看到了窗外群星的美丽。记录这种美，就是我开展医学显微艺术摄影的初衷。多年前平常的一天，我在偏振光显微镜下观察骨组织切片，看见骨密质哈弗系统同心圆状的排列，在那一瞬间，也许是福至心灵，这原本写实的骨组织病理图像，在我眼前突然变了，色彩在我眼前变幻、转动，越看越像星光的轨迹，此刻我重新定睛去看同一张片子，色彩之丰富，画面之绚丽，竟然与平常完全不一样了，眼前的病理图像已化为抽象的油画。就这样，全新的世界在我眼前打开，面对着视网膜毛细血管网结构，我仿佛在寂静的深山里，遇见一株百岁的春樱静静绽放；腹水脱落细胞经过CD20免疫组化标記后，仿佛风吹一夜滿关山的梅花。我就这样踏上了医学显微艺术摄影创作之路。经过不断的反复实验探索，我发现除了偶然巧遇可获美图之外，还要将实验技术方法与显微镜摄影技术巧妙组合应用：从组织的取材部位、细胞功能、结构筛选，到标本制备技术方法的选择，都是进一步获取不同风格、不同意境的技术手段，有时也可以带来意想不到的奇妙效果。有一次，我用Movat染色技术显示了动脉粥样硬化斑块内细胞外基质、蛋白聚糖、胶原、血管壁弹力纤维等多种成分，这原本只是用于研究动脉粥样硬化血管病变的技术，但因其色彩丰富艳丽，我便将这种技术应用了骨组织。它不但能充分展示出骨组织的病变，而且视觉冲击力出乎意料—软骨基质看起来就像早春二月的草地，万物复苏，草色如烟，鹅黄嫩绿交织，而软骨细胞团就像草地上小童的脚印。得到这样一张巧妙的图片需要非常扎实的病理技术积累。
因此，对我而言，由显微摄影得来的图像既是我工作和研究的对象，也能成为我艺术表达的渠道，真是幸事。生命科学与艺术原本是完全不同的领域，今天却在显微镜下相遇。我希望以科学工作者为的身份，通过显微摄影帮助读者了解显微镜下细胞世界的同时，与他们分享生命的艺术之美，激发人们对科学与艺术的热情和对生命的无上崇敬。
