應用超聲組織定征判斷鱘魚性腺成熟度

邱實

摘 要：為應用超聲組織定征紋理分析方法判斷鱘魚性腺成熟度，首先對17尾雌性雜交鱘進行性腺成熟度檢測鑒定，其中7尾成熟，5尾未熟，5尾過熟，再應用超聲組織定征分析法對上述鱘魚性腺成熟、未熟、過熟的超聲檢測圖像分別進行灰度特征值計算，選取了角二階距、相關度、熵、逆差距、對比度5個特征值，定量分析了鱘魚三個性腺發育期的超聲圖像的區別，確定了超聲組織定征紋理分析方法判斷鱘魚性腺成熟度的可行性。

關鍵詞：超聲組織定征、鱘魚性腺、角二階距、相關度、熵、逆差距

近年來，超聲組織定征通常被應用到人體醫學，通過不同的參數，區別不同程度的病變。一方面，B超圖像是紋理圖像，不同程度地反映了組織的結構，相同組織的不同狀態會形成不同紋理，在圖像上產生光點粗細和分布的差別，醫生正是根據這種紋理來判斷器官有無病變[1-2]；另一方面，由于肉眼的局限性，對紋理、灰度級等細小的變化分辨不出，不能最大程度區分圖像的紋理信息，因此，可以通過對圖像紋理的定量分析來進一步挖掘圖像信息，為診斷觀察提供量化依據。而國內將超聲組織定征的方法應用到判斷鱘魚性腺成熟度上的研究較少，該方法可以顯著性地描述鱘魚性腺不同時段的紋理變化，為不同性腺發育期提供理論基礎，以便快速及時地監測性腺發育情況，減少肉眼判斷的失誤率。

1 材料和方法

1.1 材料

材料來源于2012-2013年云南阿穆爾鱘魚集團有限公司適合繁殖年齡的雌性雜交鱘[達氏鰉（♀）×史氏鱘（♂）]17尾。

1.2 儀器及分析軟件

徐州凱信便攜式kx-2000 B超機，計算機，MATLAB軟件，photoshop軟件，Microsoft Excel 2007。

1.3 取樣方法

用B超機對每條魚的魚腹側面進行掃描，每一探頭都有其超聲發射面，以魚皮膚黏液涂層為介質，在卵巢上的皮膚滑行。要求所有提取的圖像都是在相同條件下得到的，探頭盡量垂直于體壁并避免骨板的遮擋，在B超機上保存圖片后，用自帶軟件將圖像導入計算機內。用取卵器在魚腹部采卵，觀察卵的發育情況判斷性腺成熟度。

1.4 測量方法

在計算機上打開B超圖像，用photoshop截取需要測量的區域，取樣框設置為1 cm×1 cm，64 pixel×64 pixel的圖片，將圖片輸入到MATLAB軟件后，轉換成灰度圖，計算灰階特征值，選取5個特征值，分別是角二階距（ASM）、相關度（COR）、熵（ENT）、逆差矩（IDM）、對比度（CON）。

1.5 統計學分析

所測數據用Excel進行統計和單因素方差分析，以P<0.05為顯著性差異。

2 結果

2.1 性腺成熟度鑒定結果

通過取卵器采卵的方法從17尾雜交鱘性腺檢查中鑒定出7尾發育良好，適合繁殖，5尾發育未成熟，5尾發育過熟。

2.2 紋理特征值的計算及分析結果

對成熟、未熟、過熟三個發育階段取得的圖像在MATLAB中分別計算角二階距，相關度，熵，逆差距，對比度，結果見表1。對結果進行方差分析，相關度、角二階距、熵、對比度、逆差距在卵巢成熟、過熟、未熟三個階段的圖像的差異有顯著意義（F>3.98，P<0.05），見表1。

3 討論

3.1 性腺成熟度的紋理分析

灰度共生矩陣法是根據圖像中一個像素的位置，相鄰像素之間的灰度差和距離，以及相鄰像素對該像素的角度，從而推導出描述紋理特征的統計參數。角二階距（ASM）是圖像灰度分布均勻性的度量，圖像呈現較粗的紋理。相關度（COR）是圖像線性度的度量，用來衡量灰度共生矩陣的元素在行或列的方向相似程度。熵（ENT）是圖像具有的信息量的度量，圖像紋理越多，包含的信息量越大，熵值最大。逆差距（IDM）反映圖像紋理的同質性，度量圖像紋理局部變化的多少。對比度（CON）反映紋理的清晰程度，圖像中紋理的溝紋越深（反差像素大），CON值越大。

通過5個常用紋理參數可以看出卵巢圖像有顯著性差異，幾種實相之間的聲學特性已經改變，并反映在聲像圖的紋理特征上。從角二階距值（表1）可看出，成熟時期數值最大，說明紋理粗糙，卵粒飽滿，卵巢內的脂肪含量少。從相關度值（表1）可看出，成熟時期數值最大，這一時期卵粒開始在腹內融化，卵黃出現在腹腔。從熵值（表1）可看出，過熟時期數值最大，說明過熟時期卵巢的信息量比較大，不同介質的組織比較多，但是各時期的數據差別不是很大，說明熵值的意義不大。從逆差距值（表1）可看出，成熟時期的數值最大，說明同質性最多，可能與成熟階段卵巢內卵粒游離，脂肪和卵巢組織減少有關。 從對比度（表1）可以看出，成熟性腺的數值最大，說明圖像紋理的溝紋越深，對應卵粒之間脂肪含量較少，而過熟的卵巢數值最小，說明卵粒已經融化，卵巢卵粒和脂肪已經部分重疊。

3.2 特征值的提取

紋理是由灰度分布在空間位置上反復交替變化而形成的，因而在圖像空間中相隔某距離的兩像素會存在一定的灰度關系，這種關系被稱為是圖像中灰度的空間相關性，灰度共生矩陣法就是以此為基礎來研究圖像中兩個像素灰度的聯合分布的統計形式，并得出定量的圖像特征。汪小毅等[3]基于紋理分析的脂肪肝B超圖像識別準確率達到90.9%，大大提高了肉眼識別的準確性。在提取圖像中，容易提取到其他的組織，這就需要探查部位的準確性。成熟鱘魚性腺面積比較大，在繁殖階段卵粒布滿整個體腔，所以在提取圖像過程中，一般不會提取到其他組織和器官，所以組織定征的紋理分析方法比較適用于監測鱘魚的繁殖階段。但是由于現存的計算方法較多，所需的特征值較多，本研究中只采用了常用灰階共生矩陣的計算方法測量了5個特征值，是否還存在其他的特征值還有待進一步研究，如何減少特征參數實現B超圖像的識別是以后研究的關鍵。從技術手法上，一般的圖像采集都需要相當嚴格的條件，超聲發射頻率、超聲儀器的設置等條件的隨機性都嚴格限制了組織定征的應用

參考文獻：

[1] 李鑫.超聲組織定征的進展及其在臨床方面的應用[J].中國醫學影像技術，2002（11）：1203-1204.

[2] 王志剛.超聲組織定征的研究、應用進展[J].臨床超聲醫學雜志，1997（03）：178-185.

[3] 汪小毅，林江莉，李德玉，等.基于B超圖像分析的脂肪肝輔助診斷方法研究[J].生物醫學工程學雜志，2006，04：726-729.

[4] 曹桂濤，施鵬飛，胡兵.紋理分析在肝臟超聲圖像組織定征中的應用[J].聲學技術，2004（S2）：122-125.endprint