三维测体技术

 

　　将生物结构的形状，三维显示并测量出来的方法。生物结构，小至分子，大至整体，无不是三维的。因此，它们的三维重建、显示和测量在生物学和医学的研究中，一直为人们所追求。而其真实性和精确度，则取决于技术发展水平。综述目前情况,有下列一些方法:①三维重建连续切片法；②立体摄影测量法；③显微全息术；④立体学方法；⑤计算机断层扫描(CT)。至于利用结晶学的X射线衍射技术求分子构型的方法,已成为一门专门学科。
　　三维重建连续切片法 　从生物组织的连续切片中获取三维信息。这是解剖学家、胚胎学家最早采用的。发展至今,经历了3个阶段。第一阶段为实体模型，即将每一片组织，用投影绘画等方法，刻划到玻璃(或塑料)板上，再将这些有组织图形的平板一一叠加，浸入和玻璃（或塑料）折射率相同的溶液中，即可见到一三维构形。第二阶段则是利用电影技术，将每片组织依次摄入胶片，在影片放映时，空间的三维重建，即由观察者视觉的暂留现象和时间上的连续性所补偿，使观察者可“见到”被观察物体的三维形状。为解决各个切片间准确定位的问题，1966年有人发明了双物镜头显微镜。将连续的两片组织片放在二个镜头的视野内,利用前一片做基准,调整下一片方位的方法，依次轮流从两个目镜处摄片，从而达到整个组织块正确定位的目的。第三阶段即是利用计算机显示和测量。将组织切片的平面影像依次输入计算机，即可在荧光屏上得到立体图形的显示。也可让计算机画出一个立体图形或者投影出某一侧面，或标出某一断面的形状，而且还可作定量的测量。这种方法的困难之点，仍是在送入计算机时，每两连续切片的定位问题。故有人采用组织块上打孔的方法定位。
　　立体摄影测量法 　一个物体的一对立体照片是从稍微不同的两个方向拍摄下来的，它所记录到的深度就和人的“双眼-大脑”系统看出的深度立体感类似。利用此原理拍摄的一对立体照片,不论是显微的、亚显微的、活器官X光片或是整体的，都可以在立体镜下,观测到三维立体构形。这种立体图的物理性质可用几何关系来描述，两张照片上的相应点的位置差，就代表这一点的客观深度。因此，测出两图相应点的位置差，即可计算该点在空间深度轴上的坐标。现在，这种方法在生物、医学各个层次上广泛应用。
　　显微全息术 　全息成像不仅记录了物体每点反射光的强度(光波的振幅)，而且记录了光波的相位。因此可以说记录了物体每点上光反射的全部信息。它是一个有深度的、和物体外形完全一样的光的凝结体。它的成像分两步进行，首先要拍出一张物光和参考光的干涉底版，然后再用参考光照射在此底版上，使物像再现。1949年D.加博尔提出全息的想法时，就是为了改进显微镜。60年代有了理想单色光源──激光，并实现了激光全息。从而使显微全息技术进入实用阶段。显微全息术具有一些普通光学显微镜所欠缺的优点：例如，视野的景深扩大了；不必一定要近距离操作；完全不存在像在离轴方向上的畸度；可以定出在深度上运动的物体的位置；可在同一底版上多次曝光，记录多个全息像等。有人将全息版所再现的立体图形成像于立体摄影绘图仪上进行测量，三维方向都可达7纳米的程度（见生物全息术）。
　　立体学方法 　通过研究物体的二维切片来解释它的三维组成的学说。因此它是一种外推法，即从二维结构推测出三维结构。同时它是基于统计性质的，利用严格的数学公式，而这些公式又都是从随机取样这个角度推导得到的，因此，虽然它不能勾画空间形态结构具体的面貌，亦即不能知道该物体的组成部分在“空间分布”的具体细节，但是却可以估算一个样品内各个组成的多少、大小、体积、表面积以及其他特征。在细胞学的形态定量上是一个有力的工具。它的一整套数学的计算方法在有了计算机的70年代就发展为许多生物医学图像的专用计算机，例如：Quantimet映象分析仪,Magiscan图像分析仪等；使生物组织形态有了更确切的定量描述方法，形成了一门新的学科即形态定量学。
　　计算机断层扫描(CT) 　它是由两种技术综合的产物。首先从理论上澳大利亚数学家 J.拉登 1917年所提的理论解，证明了二维或三维物体能够由它所有投影面的无穷个集合唯一地重建。其次，电子计算技术的发展，使实时记录 X射线从各个角度穿过身体组织后所吸收的光密度并图像显示成为可能。目前，正在实现由二维平面图像综合成三维构形旋转显示的目标。CT方法不仅限于X射线所得投影,电子显微像、超声波扫描、同位素造影等，均可由计算机将其图形综合并用图像显示或磁带记录。