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1、利用Visual Basi6.0建立神经细胞突触图形测量软件系统 （华东师范大学生命科学学院）指导教师： 摘 要：为探讨利用计算机软件对细胞生物学实验进行定量分析和检测的途径，本文采用计算机技术和数字形态学方法，设计了一个神经细胞突触图形测量软件系统，能够实现对神经细胞突触二维图像的定量分析，包括对各个神经细胞突触长度、数量的测量和记录,对各组细胞突触平均长度方差的计算，以及组与组之间均数比较的t检验统计等。它比起传统的手动测量更加简单快捷，测量效率显著提高，结果准确、完备，能够大大节省使用者的测量和计算时间，提高工作效率,并且可以使细胞的显微、亚显微形态学研究从定性走向定量，弥补了传统测量技
2、术不能够定量检测神经细胞突触的缺陷，在实际应用中体现了良好的操作性能。同时，该系统具有良好的可移植性能，可以再次开发作为一种生物统计学检测工具进行使用。Abstract: To explore the computer software solution for quantitative analysis and examine in biology experiments, a image measure system for neuron in neural cells was built by methods of computer science and numeral morphol
3、ogy, which can quantitatively analyzes plane image of neuron in neural cells, including the length and quantity measure for each neuron, the data recording, the calculating for each cell groups, and t-examine between two independent samples. Compared to traditional measure methods, the new measure s
4、ystem is more simple and speedy. It can outstandingly enhances measure efficiency, obtain data precisely and completely, extremely save users time, help enhancing work efficiency, and advances research of micro- morphology and inferior micro- morphology from qualitative analysis to quantitative anal
5、ysis. It compensates the shortcoming of traditional measure techniques for not be able to quantitatively measure neuron of neural cells, and shows well controllable capacities in practices. Meanwhile, the system has good transplantable capacity, and can be further developed as a measure tool for bio
6、-statistics research.关键词：神经细胞；突触；测量当前越来越多的计算机软件被应用到生物学实验的各个方面，从实验的前期数据模拟，到实验中的实时数据检测，再到实验结果的分析计算，生物学计算软件的开发与运用给生物学实验带来了前所未有的高效和突破。本软件的制作正是本着这一目的，希望在探索如何更好利用计算机软件对生物学实验进行定量分析和检测的同时，建立更有效的神经细胞突触实验检测系统。1、软件设计前的现状分析1.1现阶段计算机软件在生物学实验中的应用计算机科学的发展给生物学的研究提供了很大的便利。在过去的十多年中，生命科学在计算机软件的帮助下取得了惊人的技术方面的进展，尤其是基因组测
7、序和蛋白质鉴定，产生了大量的遗传和生化数据，生物学家们使用了计算机软件来归类、组织和处理这些大量数据；同时，分子生物学家们广泛使用计算机数据库来获得有关蛋白和核酸方面的结构信息；遗传学家使用专门性的软件来分析DNA芯片杂交图，等等。可以说，在今天这个时代，计算机在生物领域正起着不可或缺的作用。因此，探索和开发适用于生物学实验的计算机软件具有着非常实用的价值以及广阔的发展前景。1.2传统神经细胞生物实验检测的状况神经细胞是一种高度分化的细胞，形态上有胞体和胞突之分。神经突起的生长情况反映了神经细胞的生长特征。自1956年，Nakai成功开创了神经细胞离体培养方法以来，人们利用体外培养的神经细胞进
8、行了大量的研究，如建立神经细胞损伤模型并探讨其发生的机理，在此基础上筛选保护神经细胞的药物等。在这些研究中，经常都要把神经细胞突起的生长状态作为一个观察的指标。传统的神经细胞检测方法是在显微镜下面拍照，利用照片上记录的神经细胞的外型特征进行分析和统计。但是，每一个神经细胞上突触的数量、长度和粗细等特性，却很难用这种方式作出准确的表达。如今在生命科学研究中涉及到的大量二维细胞图像的分析问题，包括如何处理、精确表达细胞图像中的有用信息，已经成为众多学者共同致力的焦点。结合计算机技术的图像处理方法，可以使细胞的显微、亚显微形态学研究从定性走向定量。1.3软件需求分析要采用计算机技术客观精确地用数据表
9、达神经细胞图像中的有用信息，准确定量地分析神经细胞突起地数量、长度、粗细等生长特征，便于在各实验组之间进行数据比较和差异显著性分析，就必须开发一种软件系统分析这些信息，最终建立一种较合理准确的用于神经细胞图像分析的可操作性程序，使细胞形态学研究从定性走向定量。为此选择了微软公司开发的Microsoft Visual Basic（简称VB）作为软件开发工具，它提供了开发Microsoft Windows应用程序最迅速、最简捷的方法。该软件的功能应该包括：功能名称功能描述文件控制功能能够打开和关闭从显微镜下拍摄到的图像文件图像控制功能能够对图像文件作放大、缩小、标记和绘画等操作计量长度功能能够精确
10、测量图像中各个突触的长度信息数据记录功能能够对测量到的数据进行记录数据统计功能能够对记录的数据进行统计，包括方差计算和t检验分析等数据输出功能能够对最终结果进行数据输出（表1）通过实现以上六个功能实现对细胞形态特征的定量分析。2、开发步骤2.1 VB的开发环境介绍VB在一个公共环境里集成了许多不同的功能，例如，设计、编辑、编译和调试。当第一次启动VB时可以见到集成开发环境的界面，如图1所示。VB集成开发环境（IDE）由以下元素组成：元素名称元素介绍菜单条显示所使用的VB命令上下文菜单包括经常执行的操作的快捷键工具栏提供对于常用命令的快速访问工具箱用于在设计时在窗体中放置控件工程管理器窗口列出当
11、前工程中的窗体和模块属性窗口列出对选定窗体和控件的属性设置值对象浏览器列出工程中有效的对象窗体设计器作为自定义窗口用来设计应用程序的界面代码编辑器窗口输入应用程序代码的编辑器（表2）（图1）了解了VB的开发环境之后就可以开始软件的开发。2.2软件基本框架构思在正式设计软件窗体和编写代码之前，有必要对该软件作一个基本的框架架构。经过前面的软件需求分析，已经形成了大体的思路。图2为本软件的工作流程图。软件从外部获取关于神经细胞的图像信息（该信息的获取是通过显微镜观察拍摄的途径），然后在主窗体中进行长度测量和数据记录。其间各个组的数据都临时存放在相应独立的记录数组中。在测量过程中可以随时进入分组数据
12、统计和t检验界面进行数据保存、均值计算、方差分析以及两独立样本均数比较的t检验等操作。软件的内部流程图见图4。此外，根据设计好的流程，大体设计软件的界面，参见图3、图5、图6。（图2.工作流程图）（图3 主窗口界面）（图4 内部流程图）（图5 各组统计界面）（图6 t检验界面）2.3各项功能开发过程2.3.1文件控制功能对神经细胞形态作出检测之前,需要获得该细胞的图像信息。神经细胞的图像信息一般通过显微镜观察时，使用附带照相机进行拍摄，然后储存为图像文件保存下来，其格式为bmp、jpg、gif等。首先应使软件具有打开，关闭这些图像文件的功能。在VB中CommonDialog控件提供了诸如打开和
13、保存文件等操作的一组标准对话框，在程序中使用CommonDialog控件的方法是将其添加到窗体上并设置属性。此外需要一个PictureBox控件作为图像容器，接受并显示通过CommonDialog控件打开的图片文件。在程序开始设计时，添加一个名为dlgCommonDialog的CommonDialog控件和一个名为Picture2的PictureBox控件。当点击“文件”“打开”时,过程如下：Private Sub mnuFileOpen_Click() On Error GoTo CancelError Dim sFile As String With dlgCommonDialog .Di
14、alogTitle = 打开 .CancelError = True .Filter = Pictures(*.bmp;*.jpg;*.gif)|*.bmp;*.jpg;*.gif|所有文件 (*.*)|*.* On Error GoTo CancelError .ShowOpen If Len(.FileName) = 0 Then Exit Sub End If sFile = .FileName End With Picture2.Picture = LoadPicture(sFile)CancelError: Exit SubEnd Sub（中间其他控件提取数据的过程已经省略）2.3.
15、2图像控制功能通过文件控制，图像文件初步显示在Picture2中。但是，由于图片尺寸是未知的，必须通过设计一系列功能，以对图片的正常显示作出控制。比如，当图片尺寸大于现有PictureBox控件尺寸时，多出PictureBox的部分在不作设置的情况下会被自动截掉，因此必须动态设置PictureBox控件的尺寸来保持图像的完整性，以及添加滚动条，便于用户浏览。另外，还应该设计图片的放大缩小功能，便于用户查看全图或是查看部分详细情况。要实现上述功能，必须添加一个新的PictureBox控件来包含已有的Picture2，设计中添加了一个名为Picture1的PictureBox控件，并将原有的Picture2放在Picture1容器中。在Picture1中，设置了横向（HScroll1）和纵向（VScroll1）的滚动条。图像移动浏览控制代码如下： If (Picture2.Height Picture1.Height) Then VScroll1.Visible = True Else: VScrol
