計算機斷層掃描（CT）對豬胴體組成評估的研究進展

邵勇維克，任志強，孫昌輝，張 衡，楊公社，龐衛軍*

（西北農林科技大學動物科技學院，陜西 楊凌 712100）

隨著豬育種技術的不斷發展，對豬的活體進行選擇是目前豬育種所采用的主要方法之一。目前人們對豬的活體選擇主要借助于精準性儀器進行活體評估，超聲波技術評估豬活體背膘厚、眼肌深度及眼肌面積是目前許多國家所采用的胴體選擇技術。豬活體選擇所采用的超聲波儀器主要為：A超、B超和CT，三種儀器能在無任何損傷和刺激的情況下對豬的活體進行測定, 其中A超和B超由于工作原理的不同，測量結果存在差異[1]；A超僅能測定胴體組織厚度，B超能同時測定背膘厚度與眼肌面積[2]。此外，用A超和B超對豬活體測量時，由于測量部位、操作技術、豬的站立姿勢等方面的差異，往往導致測定結果和真實值差異較大[3-4]。CT是集X射線、γ射線、超聲波于一體，具有掃描時間快，能全身性掃描，獲取圖像清晰等特點。通過對CT斷層掃描圖片進行圖片密度性著色及三維建模，可獲取胴體肌肉、骨骼、皮膚和脂肪的比重參數，其測量值與實體測量值具有較高的相關性[5-8]。因此，CT用于豬的胴體組成成分評估應用具有較好的前景。

鑒于超聲波技術對豬活體選擇的應用，文章結合我們的前期試驗總結及國內外研究進展，從CT斷層掃描前期處理、豬胴體組織結構及CT斷層掃描圖片相結合的角度闡述CT對豬胴體準確性評估的方法及注意事項，為將來CT新育種技術的實施及應用提供參考依據。

1 豬的麻醉處理

根據我們總結的前期麻醉經驗，豬在麻醉前進行稱重、編號及饑餓處理（斷料不斷水），饑餓處理24 h后，實行全身性麻醉。采取耳緣靜脈注射麻醉，主要有以下三種麻醉方案：1）丙泊酚（1mL/kg）；2）蘇泰（0.1mL/kg）；3）配伍麻藥（3%戊巴比妥鈉2.5 g/L+速眠新Ⅱ 0.11 mL/kg）。三種麻醉方案各有優缺點，其中前兩種方案麻醉效果好，比較安全，不易造成豬的麻醉死亡，但麻醉藥價格較高；第三種麻醉方案費用較低，但麻藥降解速度較快，麻醉保持時間較短，同時容易中途清醒，產生麻醉性肌肉顫抖，影響CT掃描進程；同時該方案給藥劑量因豬的品種和體重不同要及時調整，把握不準容易造成麻醉性死亡。結合以上麻醉試驗效果，豬的全身性麻醉推薦前兩種麻醉方案。

2 計算機斷層掃描（CT）

豬的胴體計算機斷層掃描主要采用Brivo CT 385 Series 16層螺旋CT，掃描采用無間隙掃描模式，掃描參數設置為：電壓140 kV，電流300 mA，掃描層厚/層距均為0.625 mm，螺距0.562，掃描時間2 s。豬進入麻醉狀態后，調整豬體姿勢，脊柱正中線與CT標準紅線重合（圖1D）。掃描采用四段式掃描：頸段，胸段，腰段和臀部掃描。由于豬體各段密度不同，要想獲得清晰可靠的斷層掃描圖片，掃描時要根據豬體部位進行掃描參數調節。三維重建系統采用CT (Brivo CT 385 Series) 內的容積重建系統對掃描后的豬肌肉、骨骼、皮膚、脂肪和內臟進行三維建模，獲得豬活體三維模型。由于采用Brivo CT 385 Series 16層螺旋CT的高度與內容量受限，造成繁瑣的四段式掃描，影響掃描進程；經濟條件較好的種豬育種公司，測定生長育肥豬體組成，建議選擇Brivo CT 385 Series 64或Brivo CT 385 Series 128層螺旋CT，大容量的CT可以一次性完成對豬活體的整體掃描，對掃描圖片的獲取及三維建模較簡易快捷。

圖1 CT掃描操作

3 屠宰與胴體測定

CT掃描后，對豬進行自由飲水、運動4 h后屠宰，以免麻藥及其他應激因素造成屠宰胴體產酸過多，影響后期測量胴體背膘厚度與眼肌深度的數值。屠宰后，去除頭，蹄，尾和內臟（保留板油和腎臟），稱取胴體重量，置于排酸架上，4 ℃冷藏放置12 h后進行胴體各組成成分分割。稱取胴體各組成成分：皮、脂肪、骨骼和肌肉的重量，統計胴體各組成成分重量及所占比例。電子游標卡尺測量第11～12肋背膘的厚度和眼肌的深度。取第11～12肋處的背最長肌，置于干冰中保存，用于后續的實體粗脂肪含量評估。

4 胴體組成成分評估

4.1 斷層掃描圖分割

CT對豬活體的斷層掃圖片描包括內臟成分，要想得到準確性的胴體成分，還必須對CT斷層掃描圖片進行內臟去除處理（圖3）。因此將來用CT評估豬的活體組成成分，還必須開發CT圖像切割系統，整合到CT儀器系統，與CT儀器系統相融合，以便得到胴體組成成分所占的比例。

4.2 斷層掃描圖密度性著色

豬體的表皮、骨骼、肌肉、結締組織和脂肪的組成組織結構不同，其密度相差較大。CT是根據豬體不同組織對X射線吸收與透過率的不同，傳出的射線輸入接受系統，計算機根據接受的數據進行整合處理后，獲取CT重建圖像。目前，CT用在評估家畜活體的研究主要集中在歐洲，歐盟在2008年頒布CT可以取代豬胴體的解剖以評估胴體品質。CT在將來用于豬活體的選擇，可以通過密度性著色獲取豬體組成成分值，來評估豬體組成成分，但評估值與實際胴體分割測定值存在一定的差異。Vester-Christensen等[5]對CT獲取圖片進行密度性著色（圖4 D），根據識別器獲取CT圖片的顏色的數值建立回歸擬合曲線評估豬胴體組成成分，其得出的數值高于實體測量值。主要由于對CT 圖片進行密度性著色時，豬體中肌腱、筋膜、骨膜和結締組織的密度與豬體其他組成成分相似，因此介于兩種組織之間的組織的密度性著色較難區分界限（圖4 A和4 B），導致不同豬體組成成分的密度性著色存在誤差。對介于中間密度的組織：肌腱、筋膜、骨膜和結締組織等，統一歸類于PVE組織，得出的豬體組成成分值與實際屠宰測定值相近。

圖2 胴體4 ℃排酸

圖3 CT 斷層掃描圖片內臟去除處理

4.3 斷層掃描圖HU值設置

圖4 CT圖片密度性著色（圖4 C和4 D引自Vester-Christensen等）

圖5 斷層掃描圖HU設置（引自Olsen等）

CT對豬胴體組成成分值的評估準確性受多重因素的影響。掃描參數設置、豬胴體不同部位及CT圖片個體素的設置對最終的評估結果造成一定的影響。CT通過對掃描對象的三維圖像獲取數據，通過疊加特定厚度的切片來獲得3D圖像。該CT圖片具有多個體素，每個體素與亨斯菲爾德單位（Hounsfield unit，HU）值相關聯，該值是在HU尺度上作為對應物體中的平均衰減而獲得。Olsen等[6]根據胴體組織對CT圖片像素進行了光譜設置分析，對不同物質的光譜定義為：水的光譜值為0 HU，空氣的光譜值為-1 000 HU，脂肪的光譜值約為-68 HU，肌肉的光譜值約為+60 HU，骨骼的光譜值高于+650 HU。通過對不同物質的光譜設置，胴體的皮膚組織、脂肪組織、肌肉組織、骨骼和PVE組織能夠達到精準區分，從而得到的CT評估值與實際胴體分割值較相近。為此，在對豬的活體進行斷層掃描時，要先對CT掃描的不同材料的HU值進行設置，從而獲取精準的密度著色圖。

圖6 CT斷層和橫側掃描各部位圖片

圖7 CT對豬胴體三維建模圖

4.4 CT對豬胴體組成成分三維建模

目前，CT對胴體組成成分的三維建模主要依賴于CT內部的三維建模系統，CT三維建模以CT斷層掃描圖片的密度調節參數為基礎。根據不同組織的HU值設定CT斷層掃描圖，在CT斷層掃描圖的基礎上進行胴體三維建模[9-10]。Clelland等[11]和Anderson等[12]對豬的胴體掃描圖進行三維建模獲取不同組織的重量，根據不同組織的每個體素HU值的不同，對胴體的各部組織進行建立組織體積模型，最終通過不同組織的體積乘以其密度得出其組織的重量。

4.5 背最長肌的肌內脂肪（IMF）評估

實體測量豬背最長肌IMF含量，多采用索式提取法進行提取測量。CT評估背最長肌IMF含量，主要通過圖片密度調節后著色評估。根據計算機斷層掃描各部位圖片像素參數值的不同，通過讀取不同部位掃描圖片的像素值得出肌內粗脂肪的含量。Font-i-Furnols等[12]研究表明，中間密度組織對CT評估IMF的結果造成很大的影響，主要由于中間密度組織：肌腱、筋膜、骨膜和結締組織等進行密度著色時，很難和其他胴體組織進行區分著色。Fulladosa等[13]通過調節電壓來獲取不同HU值的CT掃描圖片，進行HU平均之后建立線性擬合，能夠得出較好的IMF結果。通過對計算機斷層掃描胴體圖片進行密度性著色，由于肌肉的密度處于中等密度（黃色著色區域），運用Bridge 23調節系統，調節圖片中肌肉的密度參數，保持脂肪和軟組織的密度參數（綠色著色區域），獲取密度調節圖，運用圖像顏色識別器，讀取圖片綠色數值，得出數值 ：P原圖- P低密度處理圖，建立粗脂肪線性擬合回歸曲線。

5 總結與展望

CT評估豬的活體組成具有簡單、高效、快捷及加速動物遺傳改良進程等方面的作用。目前，CT在豬胴體選擇上的應用主要集中在歐洲地區，由于CT評估豬的活體組成的圖像以及線性擬合曲線的建立還存在較多的問題，導致CT技術尚未實質性應用到豬遺傳改良中，因此進一步探究CT活體成像像素調節及建立可靠的擬合曲線模型具有重要意義。

圖8 CT斷層掃描圖片密度調節