应用超声组织定征判断鲟鱼性腺成熟度

    邱实

    

    摘 要：为应用超声组织定征纹理分析方法判断鲟鱼性腺成熟度，首先对17尾雌性杂交鲟进行性腺成熟度检测鉴定，其中7尾成熟，5尾未熟，5尾过熟，再应用超声组织定征分析法对上述鲟鱼性腺成熟、未熟、过熟的超声检测图像分别进行灰度特征值计算，选取了角二阶距、相关度、熵、逆差距、对比度5个特征值，定量分析了鲟鱼三个性腺发育期的超声图像的区别，确定了超声组织定征纹理分析方法判断鲟鱼性腺成熟度的可行性。

    关键词：超声组织定征、鲟鱼性腺、角二阶距、相关度、熵、逆差距

    近年来，超声组织定征通常被应用到人体医学，通过不同的参数，区别不同程度的病变。一方面，B超图像是纹理图像，不同程度地反映了组织的结构，相同组织的不同状态会形成不同纹理，在图像上产生光点粗细和分布的差别，医生正是根据这种纹理来判断器官有无病变[1-2]；另一方面，由于肉眼的局限性，对纹理、灰度级等细小的变化分辨不出，不能最大程度区分图像的纹理信息，因此，可以通过对图像纹理的定量分析来进一步挖掘图像信息，为诊断观察提供量化依据。而国内将超声组织定征的方法应用到判断鲟鱼性腺成熟度上的研究较少，该方法可以显著性地描述鲟鱼性腺不同时段的纹理变化，为不同性腺发育期提供理论基础，以便快速及时地监测性腺发育情况，减少肉眼判断的失误率。

    1 材料和方法

    1.1 材料

    材料来源于2012-2013年云南阿穆尔鲟鱼集团有限公司适合繁殖年龄的雌性杂交鲟[达氏鳇（♀）×史氏鲟（♂）]17尾。

    1.2 仪器及分析软件

    徐州凯信便携式kx-2000 B超机，计算机，MATLAB软件，photoshop软件，Microsoft Excel 2007。

    1.3 取样方法

    用B超机对每条鱼的鱼腹侧面进行扫描，每一探头都有其超声发射面，以鱼皮肤黏液涂层为介质，在卵巢上的皮肤滑行。要求所有提取的图像都是在相同条件下得到的，探头尽量垂直于体壁并避免骨板的遮挡，在B超机上保存图片后，用自带软件将图像导入计算机内。用取卵器在鱼腹部采卵，观察卵的发育情况判断性腺成熟度。

    1.4 测量方法

    在计算机上打开B超图像，用photoshop截取需要测量的区域，取样框设置为1 cm×1 cm，64 pixel×64 pixel的图片，将图片输入到MATLAB软件后，转换成灰度图，计算灰阶特征值，选取5个特征值，分别是角二阶距（ASM）、相关度（COR）、熵（ENT）、逆差矩（IDM）、对比度（CON）。

    1.5 统计学分析

    所测数据用Excel进行统计和单因素方差分析，以P<0.05为显著性差异。

    2 结果

    2.1 性腺成熟度鉴定结果

    通过取卵器采卵的方法从17尾杂交鲟性腺检查中鉴定出7尾发育良好，适合繁殖，5尾发育未成熟，5尾发育过熟。

    2.2 纹理特征值的计算及分析结果

    对成熟、未熟、过熟三个发育阶段取得的图像在MATLAB中分别计算角二阶距，相关度，熵，逆差距，对比度，结果见表1。对结果进行方差分析，相关度、角二阶距、熵、对比度、逆差距在卵巢成熟、过熟、未熟三个阶段的图像的差异有显著意义（F>3.98，P<0.05），见表1。

    3 讨论

    3.1 性腺成熟度的纹理分析

    灰度共生矩阵法是根据图像中一个像素的位置，相邻像素之间的灰度差和距离，以及相邻像素对该像素的角度，从而推导出描述纹理特征的统计参数。角二阶距（ASM）是图像灰度分布均匀性的度量，图像呈现较粗的纹理。相关度（COR）是图像线性度的度量，用来衡量灰度共生矩阵的元素在行或列的方向相似程度。熵（ENT）是图像具有的信息量的度量，图像纹理越多，包含的信息量越大，熵值最大。逆差距（IDM）反映图像纹理的同质性，度量图像纹理局部变化的多少。对比度（CON）反映纹理的清晰程度，图像中纹理的沟纹越深（反差像素大），CON值越大。

    通过5个常用纹理参数可以看出卵巢图像有显著性差异，几种实相之间的声学特性已经改变，并反映在声像图的纹理特征上。从角二阶距值（表1）可看出，成熟时期数值最大，说明纹理粗糙，卵粒饱满，卵巢内的脂肪含量少。从相关度值（表1）可看出，成熟时期数值最大，这一时期卵粒开始在腹内融化，卵黄出现在腹腔。从熵值（表1）可看出，过熟时期数值最大，说明过熟时期卵巢的信息量比较大，不同介质的组织比较多，但是各时期的数据差别不是很大，说明熵值的意义不大。从逆差距值（表1）可看出，成熟时期的数值最大，说明同质性最多，可能與成熟阶段卵巢内卵粒游离，脂肪和卵巢组织减少有关。 从对比度（表1）可以看出，成熟性腺的数值最大，说明图像纹理的沟纹越深，对应卵粒之间脂肪含量较少，而过熟的卵巢数值最小，说明卵粒已经融化，卵巢卵粒和脂肪已经部分重叠。

    3.2 特征值的提取

    纹理是由灰度分布在空间位置上反复交替变化而形成的，因而在图像空间中相隔某距离的两像素会存在一定的灰度关系，这种关系被称为是图像中灰度的空间相关性，灰度共生矩阵法就是以此为基础来研究图像中两个像素灰度的联合分布的统计形式，并得出定量的图像特征。汪小毅等[3]基于纹理分析的脂肪肝B超图像识别准确率达到90.9%，大大提高了肉眼识别的准确性。在提取图像中，容易提取到其他的组织，这就需要探查部位的准确性。成熟鲟鱼性腺面积比较大，在繁殖阶段卵粒布满整个体腔，所以在提取图像过程中，一般不会提取到其他组织和器官，所以组织定征的纹理分析方法比较适用于监测鲟鱼的繁殖阶段。但是由于现存的计算方法较多，所需的特征值较多，本研究中只采用了常用灰阶共生矩阵的计算方法测量了5个特征值，是否还存在其他的特征值还有待进一步研究，如何减少特征参数实现B超图像的识别是以后研究的关键。从技术手法上，一般的图像采集都需要相当严格的条件，超声发射频率、超声仪器的设置等条件的随机性都严格限制了组织定征的应用

    参考文献：

    [1] 李鑫.超声组织定征的进展及其在临床方面的应用[J].中国医学影像技术，2002（11）：1203-1204.

    [2] 王志刚.超声组织定征的研究、应用进展[J].临床超声医学杂志，1997（03）：178-185.

    [3] 汪小毅，林江莉，李德玉，等.基于B超图像分析的脂肪肝辅助诊断方法研究[J].生物医学工程学杂志，2006，04：726-729.

    [4] 曹桂涛，施鹏飞，胡兵.纹理分析在肝脏超声图像组织定征中的应用[J].声学技术，2004（S2）：122-125.