體視學

“這是一門介於形態學與數學之間的新學科。簡單地說，就是藉助計算機及數據處理系統和顯微鏡及顯做成像系統，將二維平面經過成像及計算機分析處理得到三維形態，以準確地對物體進行定量及形態結構分析。”—— 唐勇，國際體視學會副主席。

體視學“Stereology”這一詞是在1961年由 漢斯·伊萊亞斯（Hans·Elias)在德國的費爾德貝格（Feldberg）召集的只有十幾個人參加的一個非正式國際會議上創造的。這是一個新概念，甚至在最近的字典里仍然找不到這一個詞。這次會議的目的主要是交換有關細胞組織或材料組織等的“截面的立體詮釋”的觀點。雖然與會者只是少數的生物學家和數學家，但是，會議的內容很快就引起了長期從事組織分析工作和關注這類工作的材料科學、冶金學、礦物學工作者的注意。兩年後，即1963年，在維也納正式成立了 國際體視學學會。之後，差不多每四年就召開一次學術會議，至今已召開過11次會議。這樣，世界上已經有一支橫跨好幾個學科的、從事體視學研究和應用的龐大隊伍了。

研究空間組織總是在其截面圖象或是在其投影圖象上進行的，前者是不透明的材料的截面的光學顯微鏡圖像，後者包括透明物體的薄片光學顯微鏡圖像、薄膜電子顯微鏡圖像、斷口的投影圖像等。通常通過觀察分析這些圖像來推斷空間組織的真實情況。很容易想象這個過程的困難性。例如，在截面上看到某種組織的斷面輪廓是一個圓，我們不能斷定空間中的組織究竟是球、是圓柱還是橢圓；又例如，空間球形組織在截面上的斷面雖然是一個圓，但是，有一點是清楚的：在絕大多數情況下，斷面圓的直徑小於真實球的直徑。我們很難簡單地判定空間球的直徑有多大。對於投影圖像，由於空間組織被切片（或薄膜）梁斷面截短以及切片（或薄膜）中組織在投影方向的互相重疊等原因，問題會更為複雜化。由於對這些問題缺乏認識，有一些人，甚至有一些教科書中往往因為對截面（或投影圖象）的錯誤解釋而使得所表達的空間組織不符合實際情況。

很明顯，我們無法只依靠對任何一個物體的單一截面所得的斷面輪廓來對這個物體空間形狀做出任何有價值的判斷。但是，如果對這個物體作相當多的隨機截面（包括二維的截面和一維的截線），我們可以依靠在這些截面上所得的信息作出對這個物體空間無限多個連續截面，就可能得出比較全面和正確的判斷，根據這些資料還有可能作出三維圖形。這就是所謂“三維重建”的問題。同樣，我們也無法依靠物體的單個投影圖來對物體的空間形狀做出任何有價值的判斷。如果依據這個物體在很多方向的投影圖，則可能作出有一定價值的判斷。由此可見，體視學理論是建立在統計基礎上的。一個基本的問題是：若以某種方式切割物體時，物體由於切割所獲得的某種斷面輪廓出現的概率是多少？這是貫穿整個體視學的基本問題。所以，體視學是建立在統計數學、幾何概率、瞿弦和曲面理論、微分幾何等學科的基礎上的。

體視學的任務就是用嚴格的數學方法，根據從比實際組織維數小的截面（投影圖）所獲的信息，定量地描述實際組織。實際上，體視學工作分兩大類：一類是體視學基礎理論的研究，從事這部分工作的大都是各種類型的數學工作者；另一類則是利用這些理論去尋求解決顯微組織形貌的描述和測量的方法的研究，從事這部分工作的大都是生物學工作者、材料科學工作者及礦物學工作者等。事實上，相當一部分科學工作者同時從事這兩方面的工作。不消說，從事體視學基礎理論研究工作的人應該熟知體視學的研究方法和基礎理論，而對於從事體視學實際應用工作的人也應該了解體視學的研究方法和基礎理論。只有這樣，才能夠在研究和描述組織中選擇適當參數和開拓新的更合理的參數。

在醫學上將體視學知識與組織切片標本觀察聯繫起來，將是一種可以獲取更多信息的研究手段，圖像分析還可用於三維重建，用連續切片可重建立體的原形，在複雜的 神經組織的研究中很適用。我們在顯微鏡下觀察到的是平面圖像，而這些平面圖像是從立體結構中切下來的，單憑平面圖像不能反映組織的真實結構，例如圓形可以從球形、圓柱形、橢圓形物體中切下。

目前國外已很重視體視學的研究方法，發表了一些論文，國內也開始做這方面的工作，因此有必要將體視學的一些基本術語介紹給讀者，供參閱文獻時或自己進行研究時應用。

體視學語言目前已是一種通用的術語，現將常用的介紹如下：

結構（structure）：在一個確定的組織模式中，由許多相互依賴的部分所組成的某物體稱為結構。一個結構至少有二個組分構成，體視學的目的即弄清楚各組分之間相互關聯程度、相對大小等。

組分（component）：在結構中能被截然分開而且能被辨認的部分。

相（phase）：所有在本質上相同的組分的集合稱為相。例如一個細胞的所有線粒體構成了此細胞的線粒體相。

粒子（particle）：假如組分是由許多離散的並且能夠作為單元獨立存在的要素所組成，則將這些要素稱為粒子，粒子可以表現為各種形狀。

凸面體（convex solid）：連接此實體內任何兩點的線段，必需全部落於此實體內，換句話說，即此實體上切下的一個切片只能形成一個截面。

包容空間（containing space）：指包含被研究的組分的空間。當然，被研究的組分常與其他不被研究的組分並存。

密度（density）：單位體積、單位面積或單位長度內的量。

體積密度（volume density）：在單位包容空間內，某相的體積。

表面積密度（surface density）：單位包容空間內所含有某相的表面積。

長度密度（length density）：單位包容空間內某相的長度。

數密度(numerical density)：單位包容空間內某相的數目。

截面（profile）：任何結構的切片上的圖像。

體視學的測量值往往是 相對測量值，以兩個彼此相關聯的測量值的 比率來表達，其中一個測量值與組分有關，另一個測量值與 包容空間相關，後者也稱為“參考系統”。體視學原理可確定在切片上測得的這些比率與空間結構內相應的比率之間的精確關係。

上述性質反映在體視學符號中，而這些符號目前已普遍被使用，在有些文獻中已不再作解釋了。常用的符號如下：

P測試點數

P1單位測試線長上的交點數

Pa單位測試面積上的點數

Pv單位測試體積上的點數

L測試線長

L1單位測試線長上的截距

La單位測試面積上線的單元長

Lv單位測試體積上線的單元長

A測試面積

S表面積

Aa單位測試面積上被測物的面積

Sv單位測試體積內被測物的表面積

V體積

Vv單位測試體積內被測物的體積

N被測物數目

N1 單位測試線長上與被測物相交的數

NA單位測試線長上與被測物的數

Nv單位測試體積內被測物的數

用測試網格的體視學方法，楊光等，1987年曾對腹腔神經節　小強熒光細胞進行超微結構的定量分析，測量了線粒體、溶酶體、粗面內質網、顆粒小泡的Vv、Sv、Na、Nv等參數，得出了標準小強熒光細胞的計量值。此處的Vv即單位體積細胞質內某種細胞器的體積，據體視學原理，Vv等於切片上被測的某種細胞器所佔的面積的均數a與細胞質的面積的均數A之比，如用圖像分析儀即可得出此二者的面積，而用測試格a等於落在此細胞器上的測試格的交點總數∑Pi，A等於落在細胞質上的測試格交點總數∑Pc。

Vv=ā/A=∑Pi/∑Pc

測試格的交點數有各種規格，如果有20條橫測試線與20條縱測試線組成的測試網格，則有400個交點，利用交點所落部位進行推算。

體視學是一門新興的應用學科，已日漸廣泛應用於生物醫學、材料科學、圖像科學、冶金學、建築學、工業、農業等領域，尤其是生物醫學領域。