医学全息影像技术范文

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篇1

方法：实验用4血管阻断模型，用Morris水迷宫测定大鼠学习记忆能力，并用电镜观察鼠脑海马神经元的超微结构变化。

结果：模型大鼠表现明显的学习记忆障碍，逃避潜伏期显著延长；在原平台象限跨越平台次数未明显高于其余3个象限；海马神经元超微结构发生明显改变，神经元损害严重。电针及尼莫通组能显著缩短定位航行试验的逃避潜伏期；在原平台象限跨越平台次数显著多于其余3个象限，与假手术组比无显著差异；海马神经元超微结构变化相对较轻，神经元受损程度明显轻于模型组。

［主题词］　电针；海马／超微结构；学习／针灸效应；记忆／针灸效应；脑缺血／针灸疗法

EffectsofElectroacupunctureonLearningandMemoryAbilityandUltrastruct

uresofHippocampusNeuronsinRatsofWholeCerebralIschemiaWangLi，

LaiXinsheng，LeiWeiwei（GuangzhouUniversityofTCM，Guangdong5104

07，China）［Abstract］　Purpose

Toobserveeffectsofelectroacupuncture（EA）

onlearningandmemoryabilityandneuronsofhip

pocampusintheratofvasculardementia（VD）．Methods

Infourvesselsocclusion（4vo）modelrats，

Morriswatermazetestswereusedforbehaviouralstudy．

Ultrastructuralchangesofneuronsinhippocampuswereobservedwithtransmi

ssionelectronmicroscope．Results

Themodelanimalsneededmoreescapetime（latency）

thanthecontrolanimalsinplacenavigationtest，

andtheydidnotswimmoretimesinplatformquadrantthanintheothersinspatia

lprobetest．Theultra

structureofneuronsinhippocampuswerealteredobviouslyanddamagedsevere

ly．IntheEAgroupandNimotongroup，

thelatencieswerenotdifferentfromcontrolgroupratsinplacenavigationte

standinthespatialprobetest，

thetwogroupsratsswammoretimesinplatformquadrantthaninotherthreequad

rants．Comparedwiththemodelgroup，

thedamageoftheneuronsofhippocampusintheEAandNimotongroupswasobvious

lyslight．Conclusion

EAcanimprovelearningandmemoryabilityinVDmodelrats，

anditcanalsoimprovemarkedlyultrastracturalalterationofneuronsinbrai

n，inhibitingthedemageofneurons．

［Keywords］　Electroacupuncture；Hippocampus／ultrastr；

Learning／acupeff；Memory／acupeff；CerebralIschemia／acupther

血管性痴呆（VascularDementia，VD）是指各种脑血管疾病引起的脑功能障碍而产生的获得性智能损害综合征。学习记忆能力的下降，通常是痴呆的早期表现。目前较为普遍的观点认为，主要是由于多梗塞后对某些中枢结构的损害以及影响了中枢之间的联系而导致痴呆。针灸疗法对VD的智能及社会活动能力康复有积极作用，能明显提高患者的学习记忆能力，但有关机理方面的动物实验研究尚缺乏［1］。为探索针刺治疗VD的疗效和可能机制，我们采用4血管阻断（4Vesselocclusion，4VO）全脑缺血法，建立近似人类学习记忆障碍的大鼠模型，用水迷宫定量测量治疗与非治疗组之间学习记忆能力的差异，并观察鼠脑海马神经元超微结构的变化，为针灸临床防治VD提供实验室依据。

1　材料

1.1　动物及分组成年健康雄性SD大鼠50只，体重200～250g，由广州中医药大学实验动物研究中心提供。模型制作存活大鼠按体重随机分为假手术组、电针组、尼膜通组各10只，模型组11只。

1.2　仪器SDQ30双极射频电凝器（上海手术器械厂），Morris水迷宫，JEM1200EX电子显微镜（日本），D860电针仪（上海）。

1.3　药品尼莫通，由德国拜耳公司提供，批号：CAGFT3。

2　方法

2.1　模型制作方法模型组、电针组、尼膜通组动物按4血管阻断（4Vesselocclusion，4VO）方法制作模型。用10％水合氯醛（0.3ml／100g体重）腹腔麻醉大鼠，背侧颈正中切口，暴露双侧第一颈椎横突翼小孔，用直径0.5mm电凝针插入双侧翼小孔烧灼双侧椎动脉，造成永久性闭塞。24h后腹侧颈正中切口，分离双侧椎动脉，用微动脉夹可逆性夹闭颈总动脉5min，共夹闭3次，每次间隔1h，常规饲养、观察。假手术组手术程序同上，仅暴露4条血管，不发生脑缺血，常规饲养。

2.2　治疗方法术后7天，刀口完全愈合，饮食正常，无肢体残疾，开始给予治疗。

（1）电针组：用28号1寸毫针，于模型大鼠头部“百会”穴斜刺0.5寸、“大椎”穴直刺0.5寸［2］（取穴参照林文注等编著的《实验针灸学》），连接电针仪，施以连续波，频率150Hz，强度以大鼠安静耐受为度（约2.0mA），于每天电针1次，留针20min，连续治疗10天。

（2）尼莫通组：大鼠给予尼莫通12mg／kg（将10片共300mg尼莫通先用少量的吐温80混悬，再加蒸馏水至500ml，即为0.6mg／ml的尼莫通混悬液），按20ml／kg体重灌胃，每日1次，连续10天。

（3）假手术组和模型组未予任何治疗。

2.3　检测方法（1）Morris水迷宫［2］行为学检测水迷宫由直径130cm、高50cm水池组成，水深30cm，水温26±1℃。在水池壁标明4个入水点，由此将水池等份为4个象限，任一象限正中放置一个直径12cm、高29cm无色透明的平台，没于水下1cm，水面覆盖塑料泡沫，于术后第18天开始水迷宫试验。程序包括①定位航行试验（placetest），历时6天，每天上下午各4次，将大鼠从四个入水点面向池壁放入水中，记录2min内寻找平台的时间（逃避潜伏期，escapelatency）；②空间探索试验（spatialprobetest）：定位航行试验结束后撤除平台，然后将鼠任选一入水点放入水中，测其2min内跨原平台及其余3个象限相应平台位置的次数和大鼠在水迷宫外环停留时间。

（2）海马神经元超微结构检测随机取各组大鼠5只，6％水合氯醛（0.3ml／100g体重）大鼠腹腔注射麻醉，暴露心脏，先以生理盐水100ml经主动脉冲洗，继灌注由4％多聚甲醛与1％戊二醛组成的磷酸缓冲液（PH值7.4）约200ml，再持续滴注40min，取脑，分离并留取海马，常规电镜制样，Epon812包埋，超薄切片，透射电镜观察。

3　结果

3.1　行为学检测结果测试时大鼠饮食正常，体重恢复到原有水平，无肢体残疾。

（1）定位航行试验4组大鼠在历时6天训练中寻找平台的平均潜伏期变化见表1。

表1　各组大鼠平均逃避潜伏期

从表1可以看到，假手术组、电针组、尼莫通组平均逃避潜伏期明显短于模型组，这表明模型组大鼠学习获取能力较差。将4组大鼠平均潜伏期进行组间单因素方差分析，差异有非常显著性意义（P＜0.01），并作组间两两比较，结果显示电针组大鼠平均潜伏期明显短于模型组（P＜0.01），而假手术组和尼莫通组与电针组之间的差异无显著性意义（P＞0.05），这表明电针能够改善模型大鼠的学习巩固和再现能力。

（2）空间探索试验撤除平台，四组大鼠2min内跨越原平台及其余3个象限相应平台位置次数。

假手术组大鼠在原平台象限跨相应平台次数为6.30次，其余右侧、对侧、左侧3个象限跨相应平台次数分别为0.90，1.10，2.30；电针组大鼠在原平台象限跨相应平台次数为5.40次，其余右侧、对侧、左侧3个象限跨相应平台次数分别为1.00，0.7，1.50；尼莫通组大鼠在原平台象限跨相应平台次数为5.30次，其余右侧、对侧、左侧3个象限跨相应 平台次数分别为1.30，0.60，1.70，3组大鼠在原平台象限跨相应平台次数明显多于其余3个象限（P＜0.01）。模型组在原平台象限跨越相应平台次数为2.67次，另外3个象限分别为2.44，3.00，1.89，4个象限无显著差异（P＞0.05）。将4组大鼠在原平台象限跨越相应平台次数作两两比较，电针组明显多于模型组（P＜0.01），与尼莫通组和假手术组相比，差异无显著意义（P＞0.05）。在水迷宫外环逗留时间假手术组平均为40.3秒，电针组为40.4秒，尼莫通组为47.5秒，模型组为75.8秒，模型组逗留时间比其它3组明显延长（P＜0.05）。

3.2　海马神经元超微结构变化假手术组神经元的细胞核（N）呈卵圆形，两层膜（）结构清晰、光滑，核周间隙均匀，核内染色质（Ch）均匀分布；胞浆内细胞器丰富，结构完整，可见高尔基氏器（Go）分布，结构呈扁平囊泡平行排列；线粒体（Mi）呈圆形、椭圆形，内嵴清晰可见，基质均匀；粗面内质网（RER）集核周平行排列或散在分布；见少量脂褐素（Lic）；大量糖原颗粒（Gl）存在于胞浆中。参见图1。

模型组神经元固缩或肿胀，细胞轮廓模糊，核膜（）内陷，锯齿样变，核周间隙扩张或消失；染色质（Ch）凝集成块状或溶解；核周围细胞器减少、崩解、消失，胞浆高尔基体（Go）肿胀呈泡状；线粒体（Mi）肿胀、嵴断裂，部分线粒体内嵴溶解消失，透明成空泡；粗面内质网（RER）扩张，表面核糖体脱落，出现大量脂褐素（Lic）沉积；局部有水肿空白区域（）。参见图2。

针刺组与尼莫通组神经细胞组织异常改变明显改善。针刺组核膜完整（），染色质（Ch）均匀，胞浆内细胞器丰富；仅偶见内质网（RER）肿胀，有少量线粒体（Mi）空泡样变化尚未恢复正常，脂褐素（Lic）较多。神经元的损伤虽未完全恢复如假手术组，但较模型组明显减轻，多数神经细胞未见不可逆性损害。尼莫通组仍有部分核膜内陷（），少量染色质（Ch）凝集，核周部分内质网（RER）及高尔基氏体（Go）肿胀，线粒体（Mi）虽未见空泡样变化，嵴断裂仍存在，可见针刺组对神经元的改善作用优于尼莫通组。参见图3与图4。

图1假手术组×12K图2模型组×12K图3电针组×12K图4尼莫通组×12K

4　讨论

本实验采取被广泛应用的4血管阻断法（4VO），引起全脑缺血，其中再灌注损伤和人类因脑血管疾病引起学习记忆能力障碍有很大的相似性。实验结果表明，缺血再灌注损伤后，模型组动物出现明显记忆障碍。而电针组检测其学习记忆行为结果显示，能缩短模型大鼠逃避至平台的潜伏期，并能增加在原平台象限的跨越次数，说明电针能改善全脑缺血大鼠的学习记忆成绩。通过电镜下对海马神经元超微结构的观察，结果显示，电针组比模型组神经元的超微结构变化得到了明显的改善，电针具有保护缺血大鼠脑神经细胞损害的趋势。

百会和大椎均为督脉穴位，百会为“三阳五会”，大椎为“诸阳之会”，督脉与脑密切相关，督脉通于脑，病变在脑，首取督脉。电针2穴，能疏通经络、调节平衡、醒脑开窍、益智复聪。学习记忆属于脑的高级神经活动，而神经元是神经系统功能活动的基本单位。本实验表明针刺疗法对神经系统具有特殊的调节作用，能拮抗神经元的进一步损害，电针明显改善痴呆大鼠的学习记忆能力，与其对脑组织神经元的保护作用密切相关。

尼莫通是目前为止发现的选择性扩张脑血管作用最强的钙通道阻滞剂，进入脑组织后能高度特异性地和海马、皮质的神经元以及大脑内参与学习和记忆区域的钙通道受体结合，相互调节钙离子流入神经细胞，从而影响神经元电学性质及神经介质的平衡，选择性抑制去极化时产生的钙离子过量流入，同时扩张脑血管，增加脑血液的供应，防止缺血状态下对脑细胞带来的损伤，使其保持正常的生理功能，是近年来常用于治疗VD的西药。本动物实验表明，电针和尼莫通对痴呆大鼠记忆障碍及神经元超微结构显著改善作用，显示出针刺治疗VD的潜力，也向我们提示针刺对神经元的保护作用是否与调节脑缺血状态下细胞内钙离子有关。因此，可以设想针刺对VD的治疗可能是具有多系统、多水平、多层次、多靶点的特色，其有关机理需待进一步深入研究。

5　参考文献

篇2

The investion and clinical application on the XE-2100 automated hematology analyzer detecting reticulocytes and related parameters

FENG Yong-qing,REN Geng-pu,PENG Yue-zhong.Department of Laboratory,the Second Hospital of Liaocheng,Shandong 252601,China

【Abstract】 Objective The reticulocytes in different conditions and its related parameters were evaluted by the XE-2100 automated hematology analyzer,so we can understand the precision of instrumental analysis and the reference range of healthy adults,but also the reticulocyte change in the anemia condition.Methods We selected ten normal human fresh blood samples to make replicate test,and invested each parameters average of 200 healthy adults and 116 anemia specimens in order to study the change of the HLR and IRF with different causes.Results The Cv of the RET replicate test is 3.4%,and the RET range of normal humen being is between 0.58%and 1.88%.The normal HLR mean is 0.32%;but each HLR value of the anemia with different causes including hemolytic anemia,acute hemorrhage,chronic anemia、leukemia and aplastic anemia is 4.13%,1.73%,0.76%,0.34%,0.30%separately.The change of the MSCV value is unnormal,and it is about 23%in anemia specimens,but 7.2%in healthy samples.Conclusion The precision and accuracy of the instrumental analysis is.

【Key words】 XE-2100 automatic hematology analyzer; Reticulocytes; Surley; Parameter

网织红细胞是晚幼红细胞脱核后到完全成熟之间的过渡细胞,是反应骨髓造血功能的重要指标,对贫血疾病的诊断、鉴别诊断、疗效观察和预后评估具有重要的临床价值[1]。它可以分为低荧光强度网织红细胞(low fluo rescent reticulocyte,LFR)、中荧光强度网织红细胞(middle fluo rescent reticulocyte,MFR)和高荧光强度网织红细胞(high fluo rescent reticulocyte,HFR)三部分,因此网织红细胞的检测越来越受到广泛的重视。但是由于传统检测手段的不准确性,以及检测参数的单一和不确定性,检测网织红细胞的医学应用受到很大的限制。但是XE-2100血液分析仪可以克服以上的传统缺陷,它在分析检测网织红细胞时,主要测定网织红细胞的几项指标:网织红细胞百分比(RET%),网织红细胞绝对值RET%,未成熟网织红细胞指数IRF,低荧光强度网织红细胞LFR%,中荧光强度网织红细胞MFR%和高荧光强度网织红细胞HFR%。我们对以上几个参数做了有关的调查,同时对HLR和MSCV的临床应用做了初步的探讨。现将结果报告如下。

1 仪器和方法

1.1 仪器和试剂 XE-2100血液分析仪。为日本Sysmex公司生产,测定前仪器按使用的要求做相关的检测和校准,仪器的操作均按照操作手册进行,测定试剂均为原装配套。

1.2 方法 ①选取10份新鲜的正常人标本,确认无溶血、黄疸和乳浊,充分混和后连续测定20次做重复性试验,观察仪器的精密度(s和CV%);②在健康成人体检者中随机选取200份标本(Hb:120 g/L~170 g/L),经测定后统计各个参数的正常平均水平(x)和参考范围;③调查116份贫血标本(Hb

2 结果

2.1 仪器测定 RET为全自动分析过程,但有手动进样和自动进样两个方式。为了保证各个条件的一致,我们采用自动进样的方式。仪器测定各个参数的精密度见表1。

2.4 MSCV MSCV为红细胞在网织红细胞分析过程中的体积改变,其理论值应比平均红细胞体积(MCV)大。调查过程发现:MSCV

3 讨论

XE-2100型全自动血液分析仪的检验操作包括血液的吸取、分配、2种试剂的加入、温浴以及进入分类池测定等过程。这与MAXM型号的机外人工预先处理后再进行测定的方式相比较,显然减少了许多人为的影响因素。曾调查MAXM型号的RET的重复性测定:s为0.09,CV为6.5%,XE-2100型全自动血液分析仪与之相比较,精密度明显提高。RET的正常成人参考范围一般在0.5%~1.5%之间,但有资料显示其最高值至2.5%[2]。本调查结果的RET的正常成人的范围(x±1.97 s)为0.58%~1.88%,处于以上两者之间。同是以上的资料显示MRV的参考范围96~108 fl,略低于本文调查的结果98~122.4 fl(x±1.97 s)。其差异是属于抽样的误差或者是不同仪器分析的结果有待进一步的探讨,但建立各实验室的参考范围似有必要。IRF为不成熟的网织红细胞数与网织红细胞总数的比值,IRF的值越大表示不成熟的网织红细胞的数量越多。RET、MRV和IRF三者总体上呈现正相关。

XE-2100型全自动血液分析仪采用流式激光细胞术原理测量网织红细胞胞浆内的RNA含量,并根据细胞内RNA与试剂中的荧光染料结合后发出的荧光强度,将网织红细胞分为低荧光网织红细胞(LFR)、中荧光网织红细胞(MFR)、高荧光网织红细胞(HFR),并计算出未成熟网织红细胞比率(IRF),以反应网织红细胞的成熟程度,仪器显示出的网织红细胞散点图可反应网织红细胞的成熟阶段,RNA含量越高,网织红细胞(Ret)越幼稚,幼稚的网织红细胞显示最强的荧光,更能反应骨位红系造血水平。LRF由于胞浆内RNA含量较少,其荧光强度较弱,为接近成熟的网织红细胞;HRF其胞浆中残留的RNA物质较多,显示最强的荧光,为较幼稚的网织红细胞;MFR跟则介于两者之间。红细胞生成正常时,MFR、HFR的水平较低,在造血受到刺激时,大量较为幼稚的网织红细胞从骨髓释放认外周血,使MFR、HFR的水平显著增高,因此,MFR、HFR更能反应红细胞生成的开始[3]。IRF为HFR和MFR之和,可总体反应MFR、HFR水平,由于其水平与骨髓增生状态相关,可以在铁代谢指标与细胞变化不典型的情况下,提供骨髓增生状态的信息,辅助鉴别贫血的类型[4]。有资料报道LFR、MFR、HFR三者在网织红细胞中的百分含量分别是86.1%、11.3%和2.6%[5]。本文调查结果认为,XE-2100型全自动血液分析仪检测出的HLR似应包括以上的MFR和HFR,因为两项的临床意义基本相同。本文调查200份正常人标本HLR平均值为0.32%,116份贫血标本HLR的平均值为1.97%,其结果反映了贫血时血液中成熟度较低的网织红细胞的含量明显增高。除了骨髓造血机能受抑制的贫血外,大多数情况下的贫血,由于机体的造血机能受到刺激,使较多的不成熟的网织红细胞从骨髓释放入外周血,此现象同时反映了红细胞生成速度的加快。因此,有文献认为此种变化比RET的变化有更重要的意义。

从表3可见,不同原因引起的贫血、贫血的不同时间里的外周血中的HLR的值相差很大,总体来看以溶血性贫血的结果最高,从高到低依次为溶血性贫血、急性失血、慢性贫血、白血病和再生障碍性贫血。溶血性贫血时最高可达8.79%,白血病治疗时可低至0.06%。急性失血之初可高达5.47%,2 d后可降至0.38%;调查中还显示HLR随着血红蛋白的升高而下降。白血病和再生障碍性贫血的HLR则接近于正常人的参考范围。有资料分析了LFR、MFR和HFR3个参数在不同的贫血情况下的差异,本文调查分析的HLR结果与之相接近。HLR与IRF的值增大均表示不成熟的网织红细胞增多,因此两者有一定的相关(r=0.701 2)。

MSCV为正常红细胞在网织红细胞分析过程中的体积改变。正常的红细胞呈双凹盘状形态,仪器在分析网织红细胞时,为了更加准确的检测细胞中的网状物(RNA),使用了既使红细胞膨胀增大成球型,又不至于胀破的低渗液体-透明剂。因此正常的情况下,MSCV的值应该比MCV值大。当出现MSCV的值比MCV值小或接近时,表明已有部分的红细胞胀破而在液体的压力下呈现皱缩。调查中显示贫血的标本比非贫血的标本较多出现该现象,表明贫血标本中多有红细胞膜结构功能异常的情况。因此,MSCV参数与MCV结合起来观察,似可以初步了解、区别贫血的不同病因,即贫血仅仅是单纯的失血引起,还是属于或伴有红细胞膜的结构功能的异常,使红细胞破坏增多所致。该参数的应用价值有待进一步的研究探讨。

参考文献

[1] 张大莲,孔繁林,等.网络红细胞参数在贫血疾病诊断中的临床价值.现代检验医学杂志,2008,23(4):10-12.

[2] 李艳,夏红,梅四青.新编临床检验双向实用手册.湖北科学技术出版社,2004:74-75.

篇3

1 3D技术起源及原理

人眼产生3D视觉的秘密――偏光原理：

人眼在看任何物体时，由于两只眼睛在空间有一定间距约为5cm，即存在两个视角。这样形成左右两眼所看的图像不完全一样，称为视差。这种细微的视差通过视网膜传递到大脑里，就能显示出物体的前后远近，产生强烈的立体感。这是1839年，英国科学家温斯特发现的一个奇妙的现象，至今为止几乎任何3D影像技术都是基于这个原理开发的。

2 3D技术发展状况

2.1 3D成像技术种类

3D成像技术有很多种，分为不闪式3D技术、互补色技术、时分法技术、光栅式技术、普式技术、全息式技术等。而其中以时分法为当今所广泛应用，而不闪式技术和互补色技术也有着较为广泛的应用。为了方便说明我们用互补色技术解释立体电影的形成（光的三原色原理――红、绿、兰）

⑴互补色技术是目前比较多电影院采用的技术，依据人眼的成像原理，以两台摄影机模拟人眼左右眼所成的像。再在放映过程中使用两台放映机它将不同视角上的成像用不同的颜色印刻在同一副画面下，互补色3D眼镜采用的技术也就是色分法，色分法会将两个不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中。如果在这样的情况下，我们直接利用肉眼去观看红蓝、红绿等多种模式类的电影，就会出现模糊的重影图像。这样我们就无法观看到红蓝、红绿等多种模式类的电影的立体效果。再让用户通过红蓝立体镜片来观看到立体效果。由于技术成熟而且眼镜造价相对低廉，所以广为当今的电影院所接受。

⑵时分法即是（快门法）通过提高屏幕刷新率把图像按帧一分为二，形成左右眼连续交错显示的两组画面，通过快门式3D眼镜的配合，使得这两组画面分别进入左右双眼，最终在大脑中合成3D立体图像。计算机可以用显卡将普通2D影像生成3D效果，成为未来用户接触3D视觉的主流设备。它也包括红蓝色分法，但这只是为了让不具备硬件条件的用户也能体验3D视觉的次级方案，它主要是利用快门原理的时分法技术。

时分法3D视觉体验的质量取决于镜片液晶的偏转频率。要获得理想的视觉效果，显示器至少需要120Hz的刷新率，分配到每只眼睛上的图像刷新率是60Hz。这样视网膜影像残留效应，人就很难感觉出来，图像就不觉闪烁。

⑶不闪式3D 电视方式。不闪式3D使用特殊薄膜分离左右影像来体现3D影像。把分离左侧影像和右侧影像的特殊薄膜贴在3D电视表面和眼镜上，通过电视分离左右影像后同时送往眼镜，经眼镜的过滤，把分离左右影像送到各个眼睛，大脑再把这两个影像合成高清晰3D影像。因为不闪式3D能够体现1秒钟240张3D合成影像，没有重叠画面和拖拉现象，所以不闪式3D也被称作世界唯一的240赫兹3D电视。

2.2 裸眼3D显示技术

目前3D立体显示技术，大部分要依赖特制的眼镜，长时间的观看会有恶心眩晕等感觉。舒适度大大降低。由以下这两种技术（视差障壁；柱状透镜技术）的基础上改良而成的裸眼3D显示技术能较好解决这些问题，代表3D立体显示技术发展前沿。

⑴视差障壁技术。在显示器和眼睛之间设置一个栅栏式的挡板，就可以改变奇、偶列图像的光线走向，使之分别送达左、右眼，形成立体视觉效果。这种方法的双眼视图也是位于屏幕上的奇列和偶列分区，实施是用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹宽几十微米。通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。通过一系列的缝隙来观看奇、偶列图像，这样的装置使左、右眼能分别看到对应的图像，形成立体视觉效果。

缺陷：由于视差障壁，亮度会降低，分辨率也降低，导致清晰度将降低。

⑵柱状透镜技术。在显示器前面板镶上一块柱透镜板（透镜板由细长的半圆柱透镜紧密排列构成）组成裸眼立体显示的光学系统，像素的光线通过柱透镜的折射，把视差图像投射到人的左、右眼，经视觉中枢的立体融合获得立体感。

优点：亮度不受到影响，3D显示效果更好。

缺点：相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线

为了克服上述不足，还有一些改进版的新技术：

⑶MLD技术―微位相差板法。使用微位相差板改变光的偏极态来分离左、右眼视图。也是使用视差图像来实现立体场景，两幅图像分别显示在奇列分区和偶列分区。

优点：观看3D影像时，不会产生眩晕、头疼及眼睛疲劳；分辨率高；可兼容文字等二维影像和3D影像；可视角度大。

⑷指向光源技术。这种裸眼立体显示器在LCD像素后面使用线光源提供背光照明，密集的线光源照明使奇、偶列像素的图像传输路径产生分离，分离后的视差图像能分别到达对应的眼睛.全部像素被分为奇、偶列交错的两个显示单元。用来显示具有视差的立体对图像。

优点：分辨率、透光率较高，能沿用现有的设计架构，3D显示效果出色

缺点：技术产品还不成熟。

2.3 全息影像技术

人类之所以能感受到立体感是由于人的两眼视差。根据这个原理，可以将3D显示技术分为两种：一种是利用人眼的视差特性产生立体感；另一种则是在空间显示真实的3D立体影像，如基于全息影像技术的立体成像。全息影像是真正的三维立体影像，用户不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同的角度裸眼观看影像。全息显示技术的问世给真正的立体三维电视带来了希望之光。全息电视与立体电视相比，其优越之处不仅仅在于立体三维图像更接近于物体自身，而且还要从人眼对物体深度感在生理上的心理暗示来加以考虑。

⑴3D全息影像技术简介。全息技术最早是应用在照相上的。它实际上是利用了光的干涉原理。把物体特有的光波资讯记录在感光材料上，经过显影定影处理後，得到一张全息图。这张全息图上面是没有图像的。要想看到图像，就是要使光波重现。重现的图像与原物一模一样，如同透过窗口观看外面的景物一样。移动眼睛可以看到物体的不同侧面。观看前后不同距离的景物时，效果更加出色，与看话剧演出没什么两样。

世界上最酷的透明玻璃电视―CLARO推出了一款以前从未见过的显示器――透明玻璃电视，名为“Holoscreen”。它不同于现在的任何一款电视，是全息技术与视觉审美的无瑕结合的产物。它可以接受所有输入格式。从电视、DVD、录影、个人计算机到笔记本，都能使用。可称得上是显示技术的大革命。

⑵3D全息影像技术产品。全息投影3D全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至进口的MP全息投影膜上，让你看到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的3D全息立体影像，是近期非常流行的技术。可实现的全息投影从技术上分为三种。1）空气投影；2）激光束投影；3）日本公司研制了一种利用激光束来投射实体的全息影像投射方法。

以360全息成像为例，是由透明材料制成的四面锥体。当观众的视线透过椎体的一个面时，通过表面镜射和反射，能够从椎体内的空间里看到自由飘浮的影像。

2010年上海世博会中，多个国家馆就采用了全息投影技术，其亦幻亦真的感觉，带给人全新的视觉体验。可以把远处的人或物以三维形式投影在空气之中。《阿凡达》视觉团队把这一技术应用在湖南卫视2012跨年演唱会的舞台上，不必借助3D眼镜、IMAX屏幕，如幻似真的奇幻场面就呈现在舞台现场。全息投影技术本质上是通过空气或其它特殊的介质形成立体的影像，突破了传统的声、光、电等介质的局限性，成像色彩鲜艳，对比度、清晰度都非常高，强烈的空间感和透视感是这种技术最具魅力之处。全息投影有望超越当前的各种3D技术，成为终极立体显示解决方案。

3 3D技术发展前景

篇4

汉代《西京杂记》一书,称咸阳宫府库中,秦始皇广收宝物,内中有一件方镜,宽四尺,高五尺九寸,能映出物体的倒影,“以手掩心而照之,则知病之所在,见肠胃五脏,历然无碍”。据说此全息透影方镜在项羽攻破咸阳后被带走,后来就下落不明了。

唐人笔记《原化记》《摭异记》分别记载,唐德宗贞元年间,在江苏吴县太湖与吴淞江接口处,一渔民网得一面镜子,“照形悉见其筋骨脏腑”;约30年后,在南京秦淮河下网的渔人也捞上一面古镜,照人“历历尽见五脏六腑,血脉索动”。这两件全息透影古镜,当时都因渔人的惊骇而又坠入水中。

明代《古奇器录》一书亦载,唐道士叶法菩有一铁镜,“每有疾病,以镜照之,尽见脏腑中所滞之物,后以药疗之,竟至痊瘥”。

以当时人类的科学技术水平,是断然制造不出这样的全息透影器具的,所以有人提出这样那样的解释。不过,这些记载究竟是实有其物,还是出自人的幻想,在这一前提无法断定的情况下,进行任何解释都意义不大。

亭记全息传真

近日读清人笔记《竹叶亭杂记》,书中一则涉及的似乎是另一项高新科技――全息摄影,且可信度甚高,顿时生出浓厚兴趣。为给兴趣相投者提供完整资料,先全文照录如下:“汪司马官同知时,车行堤上,忽风雨雷电大作,避大柳树下。及霁,下车欲溲,回首猛见车窗内坐一人挥扇,童子侍。揭帘视之,则现影车窗玻璃中,由是不散。家以为异,取而供之。历二十余年,家中儿童作弓矢戏,适破之。玻璃不全,而影不散。余通家张石卿侍读亮基,持以示余。平视之,一残缺玻璃片耳。向阳斜视之,一仙坐其中,仪容甚伟,面微红,双眸炯炯,白须甚长,发上著红色道冠,衣紫,伸右臂执羽扇,俨然镜中人也。所侍童子衣缺其半。平视之,仍一无所见。达摩像见于面壁之石,盖九年精气所积。此则雷雨片时,虽有仙灵避劫者,何精气数千年不散,亦可异也。”

《竹叶亭杂记》的作者姚元之,安徽桐城人,生于1776年,卒于1852年,在嘉庆、道光两朝,历官近40年,先后任职于翰林院、礼部、兵部、刑部、户部、都察院等京衙,做过乡试、会试的主考官和朝考的阅卷官,还出任过河南、浙江两省的学政。姚氏经历丰富,学识渊博,却不轻于撰述,留传下来的只有其后人依据遗稿编辑的这本《竹叶亭杂记》。严肃、审慎的写作态度使这部书具有较高的史料价值,具体到这则记载,作者不是得自传闻,而是从与其关系极为密切、不是世交即是姻亲的翰林侍读张亮基处,亲自目睹和查验了实物;所叙来龙去脉,也交代得极为清楚,可以说是了无疑问。

然而,“全息照片”是当代高科技的产物,那个时候怎么会有“全息传真”呢?我们知道,一般照片只能看到物件一个角度的影像,但全息照片则能提供多个角度的立体影像。其形成原理是利用光学的衍射原理,在全息照片的底片上纪录单一频率的光束照射到物体上反射出来的衍射波纹。观看全息照片时,需要用与纪录影像时相同频率的光波照射到全息底片上,方能产生物品的影像。因其构成的特殊性,“全息影像”(实际上就是纪录衍射波纹的底片)有个特性:如果将底片打碎,利用底片的任何一个碎片都能还原出该物品的整体影像。由于这一特性与全息论认为的“机体的每一个局部都是整体的缩影,贮存着整个物象的全部信息”的意思一致,因此该理论被冠以“全息照片”二字。

篇5

虚拟现实前沿技术由于具有良好的交互性、沉浸性、概念性、直观性和形象性，在科普教育中得到广泛的应用。有人认为它是下一代的计算机平台，有人认为它是颠覆传统产业或推动传统企业转型升级的不可逆转的力量；另一些人则认为这是连接传统产业深刻变革的必由之路，虚拟现实产业已进入世界最先进的智能数字技术的行列。随着计算机图形技术的发展以及显卡GPU算力的逐年提升，更多的虚拟现实设备以及产品被开发出来用于替代老旧的科普设备和技术。三维影像替代了二维的图片、互动式的虚拟体验替代了鼠标交互、三维立体电影替代了传统影片。越来越多的虚拟现实设备被运用在科普场馆和科普博物馆中，以更加生动地体验方式和三维交互模式也使科普活动变得生动而具有质感。作为虚拟现实技术中的当家设备，虚拟现实头盔是目前市面上体验效果最好的，但在青少年的科普活动中使用头盔体验科普活动存在一些问题，比如头盔太重、头盔的固定器太大、头盔的封闭式空间沉浸感很强等，但有一定的幽闭性，会惊吓到小朋友。为克服这些问题，本文探究混合现实技术和全息投影技术在青少年科普活动中的使用体验。

1虚拟现实前沿技术

随着技术的进步和社会的发展，新媒体的发展将进入新的时代，以虚拟现实为核心的艺术表现形式也将随之发展。虚拟现实（VirtualReality，简称VR）是一种使用计算机图形技术生成虚拟情景，为用户提供视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官模拟技术，通过一整套的影像和体感设备，使人们作为参与者，自然地与虚拟世界进行人机交互。总之，虚拟现实是一种实现计算机可视化和交互复杂数据的方法。与传统的人机界面和平面化的操作系统相比，虚拟现实在技术思想上有质的飞跃，虚拟现实中的“现实”是指在物理意义上或功能意义上真实存在于世界上的任何事物或场景，它可以是现实存在，也可以是虚拟仿真出来的，“虚拟”是指计算机生成的，因此，“虚拟现实”是指虚拟现实前沿技术在青少年科普教育中的创新与实践查雁南（广州工程技术职业学院计算机仿真研发中心广州510999）人们通过使用各种特殊的设备“投射”自己，操作和控制环境以达到特定目的的一种特殊的计算机生成环境。其中，混合现实技术和全息投影技术是虚拟现实技术中的前沿科技。

1.1混合现实技术

混合现实（MixedReality，简称MR）技术不仅可让用户看到真实世界，还可将虚拟场景或物体和现实世界叠加在一起。它是将真实环境和虚拟情景混合而成的一套系统，由于一部分的情景由现实构成，这样大大减少了机器的算力开销。虚拟对象提供的信息往往是用户无法通过其感官直接感受到的深层次信息，用户可用虚拟物体提供的信息来提高对现实世界的认识，简言之混合现实就是将现实环境叠加虚拟场景所形成的复合视觉系统。一个完整的混合现实系统由一套紧密连接的相关硬件和软件组成。光学透视式是混合现实中常见的一种方式，这种透镜对设备生成的图像进行反射，并和眼睛透视进来的现实环境叠加在一起，在现实环境中生成虚拟情境。通常混合现实系统会有一整套灵活的稳定系统，就目前市面上量产的顶级XR设备来说，比如微软的HoloLens以及Ximmerse的RhinoX都是使用的视觉定位系统，通过摄像头对现实场景的实时拍摄进行智能算法运算进行空间定位，其中RhinoX还有配套的定位实体设备，能更好地进行虚拟场景的空间定位。在本文研究所使用的就是这款国产的顶级MR设备RhinoX，而其轻量化的一体机设计，开放的虚实混合显示模式，能让6-12岁的小朋友轻松佩戴和体验，既体验了内容又能看清周围的环境，不会有惊吓和摔倒的情况发生。（参见图1）图1Ximmerse的RhinoX

1.2全息投影技术

目前全息投影技术在教育和科普行业应用广泛，全息投影技术又称虚拟成像技术，它利用干涉和衍射原理清晰地呈现出物体的真实三维图像。随着数字全息成像技术和图形算法的快速发展，最新的全息投影技术能让全息影像与特定空间产生的三维虚拟图像交互，形成令人印象深刻的效果。全息投影技术不仅产生了三维浮动虚拟场景，而且能与浮动虚拟场景进行交互；同时，创造出穿越时空的视觉感受，展现出独特的艺术形式，从视觉效果上讲，全息投影技术就是3D裸眼技术的最终表达形式。加拿大南部大学的研究人员成功地开发了全息投影技术。其主要原理是将所需的图像投射到一个类似镜子的高速旋转装置上，当装置以某个特定的速度高速旋转时，就能产生清晰的全息影像，这也称为全景摄影或虚拟现实。其原理是基于静态图像的特殊虚拟现实技术，通俗地说，就是使用全景相机拍摄一幅完整的全景图像，然后使用专用的播放器进行播发，用户只需用鼠标控制视角和方向，可以是左、右、近、远，可以使观看者身临其境。也有人将倒置的菱形体镜面放在平面显示器上形成简单的三维图形，这两种形式都是比较初级的全息投影影像。目前市面上技术成熟的全息投影产品目前只有位于美国布鲁克林的LookingGlassFactory公司，该公司于2018年推出全球首款桌面全息显示开发套件，2019年开始出货全球首款8K全息显示器，并于2020年推出了个人全息显示器“LookingGlassPortrait”。该显示器也是目前市面上比较成熟全息显示系统，有7.9英寸、15.6英寸、32英寸三种尺寸供选择，显示器能显示非常立体的三维场景。三维可视角度58度，缺点就是价格昂贵，显示屏幕较厚重，不便携带。

2虚拟现实前沿技术在青少年科普教育中的创新与实践

2.1混合现实技术在青少年科普教育中的创新与实践

MR全息技术有别于虚拟现实VR技术，MR与VR相比的主要优势是：存在感、灵活性、安全性。与VR技术无法与现实互动的是，MR是融合在现实环境中，可轻松实现人与人以及周边环境的交互和沟通，而VR则是将使用者割裂在一个独立空间当中，无法实现与环境和他人的联动。因此，区别于VR游艺设备，MR全息博物馆在互动体验上天然适合于科普教育。既有观赏又能互动，通过设置内容互动环节，让体验者在自身的体验和发现中学会认知，寓教于乐意义重大。博物馆作为人类认知文明的重要场所，其展示模式多种、多样。传统的博物馆展示模式大多是物品陈列式，所有的展品都静态的摆放在展台中，多年都不会移动，再辅以有限的文字说明，这样的展示方式往往会令参观者感觉索然无味，也很难看清楚展品的各种细节特征。而借助混合现实（MR）的实体虚拟化技术的交互式展示能更好地进行展品展示。“MR全息博物馆”将成为科普教育的一个新方式和发展方向，为大众带来前所未有的交互式体验，大大提高虚拟现实在智慧教育领域的成熟度，其创新的三维立体空间体感操作手柄，可帮助青少年沉浸在虚拟3D世界中进行有空间深度的情景学习探究及实验。研究表明，这种立体视觉所呈现的内容能更好地帮助青少年提高学习兴趣。2.1.1MR博物馆-海洋遨游通过MR全息技术，体验者能够全方位、多角度地感受到立体、逼真的场景，充分呈现出大自然的神奇，混合现实事物本身的表现力和感染力，激发体验者接受新事物的积极性。在MR全息技术打造的世界里，通过一个小小的头显就能够瞬间穿越到海底世界、恐龙时代、热带丛林……海豚、鱼群、还有稀奇的水母、恐龙等，这些生活中无法靠近的生物统统尽在眼前、触手可得。与此同时，体验者也同样可在现实场景中进行互动交流，突破时间和空间的壁垒；（参见图3）2.1.2MR博物馆-侏罗纪全息投影让小朋友们零距离的接触恐龙，在丛林中穿梭回到侏罗纪时代，通过手柄交互让他们亲自孵出各种恐龙蛋，和孵化出来的小恐龙们进行亲切的肢体互动，通过多感官、多通道感受、体验和操作，体验多姿、多彩的侏罗纪时代。（参见图4）

2.2全息投影技术在青少年科普教育中的创新与实践

全息显示系统是三维裸眼显示系统的高级呈现方式，该设备不需佩戴任何外置的视觉设备，比如三维立体眼镜、透镜、多通道幕布等就可直接肉眼观看到立体的三维效果（参见图5），无任何视觉眩晕、图像模糊、图像重叠等问题，并支持多人、多视角观看，不同视角观看的视觉效果跟真实观看该物体的视觉效果一致。该设备还支持搭配微软的Kinect体感系统一起使用，通过手势和虚拟的三维物体进行三维深度交互，这种具有三维深度的体验模式会比传统的二维显示器的体验更加真实、生动，具有更多的趣味性。在实际的青少年科普体验活动中该设备特别受小朋友们的喜爱，并一次性可由多个小朋友一起观看，互动效果非常好。

3结语

虚拟现实技术是当今信息科技飞速发展的产物，其前沿技术的发展解决传统VR技术在青少年科普中使用的各种问题，渐渐在青少年科普教育中占更加重要的地位，虚拟现实前沿技术不仅可帮助青少年激发学习兴趣、拓展创新思维，虚拟现实技术还架起了传统教育向现代教育发展的桥梁，多样化的教学方式，充分发挥虚拟现实前沿技术的实用性，促进青少年全面的接触、认识虚拟现实技术，能更好地对青少年进行科普教育。

参考文献

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