Image J软件在象牙鉴定中的应用

胡 红 金 煜 周晶梅

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

长鼻目象科动物包括非洲象(Loxodonta africana)、亚洲象(Elephas maximus)及已灭绝的猛犸象(mammuthus primigenius)［1］上门齿的牙本质(dentine)中存在一些直径约0.8～2.2 μm的微管(dentinal tubules)，由牙齿的内部向其外表面呈辐射状延展，形成特有的三维空间结构模式——施氏结构(Schreger pattern)(Bernhard Gottlob Schreger，1800)，在牙齿的横截面上很容易观察到这些微管所呈现出的线条状影像(施氏线Schreger lines)［2］。施氏线向不同方向辐射从而形成夹角(施氏角Schreger angles)。研究证明，位于牙齿任意部位外侧区域的外缘施氏角的度量值在已灭绝的猛犸象牙和现生象牙(非洲象和亚洲象)间有一定的差异，并可用于鉴别两类象牙。当外缘施氏角的平均值小于100°时，可认定该标本为猛犸象牙;如果外缘施氏角的平均值大于115°，则可认定该标本为现生象牙;当平均值在100°～115°时则不能区分，需要引进其他技术手段加以认定［3－5］。此结论被公认为区分猛犸象牙和现生象牙的可靠鉴别依据，并一直沿用至今，但在具体应用时存在一定的局限性，尤其是操作过程中一些人为因素的干扰易使鉴定结果的准确性降低。Image J软件是用Java语言开发的图像处理和分析软件，具备多种图像处理和分析计算功能，可快速提取目标物外部轮廓［6］，笔者尝试通过引进Image J软件，用其定义施氏角的两条边、自动测量施氏角的度量值、计算单个样本施氏角的平均值等，从而建立一种借助施氏结构的特征鉴别猛犸象牙和现生象牙的标准方法，以排除人为因素的干扰，提高鉴定结果的准确性。

1 材料与方法

1.1 样本选取及制备

来自不同个体，直径10～20 cm的猛犸象牙、现生象牙正横截面样本各20个，经手工或机械打磨光滑使其施氏结构充分显现，以降低对检验结果的影响。

1.2 施氏角的选取与度量

横截面图像扫描:用扫描仪将处理好的样本横截面图像扫描并储存至电脑，扫描分辨率应不低于600像素，以方便下一步操作并提高检验结果的准确性。

设定检验区域，确定待检测施氏角:将样本横截面最外缘的环形区域(宽度约为其半径的1/10)设定为检验区域，此区域内的所有施氏角均视为外缘施氏角。使用Photoshop软件将横截面进行20等分，并将检验区域内与等分线重合的施氏线交点标记出来(如图1所示)。每条平分线上随机选取2个点，分别用来确定凸面角(convex angles开口朝向牙齿的外缘)和凹面角(concave angles开口朝向牙齿的内部)，以保证所选不同类型施氏角在检验区域内呈均匀分布(如图2所示)。若等分线未与任何交点重合，则选取与等分线距离最近的2个交点加以标记。每个样本经标记的40个交点所确定的施氏角即为检测对象。

图1 检验区域设定及点的确定

图2 待检测施氏角的选取

施氏角的度量:施氏角的度量使用Image J软件完成。过标记点沿两条施氏线的延展方向向内或向外分别引出射线(该射线应最大限度地与弧形施氏线重合)，构成待测施氏角的两条边，利用Image J软件的角度测量功能即可方便地自动测得每个施氏角的度量值。

数据处理:每个样本选取20个凹面角、20个凸面角，全部40个样本共测得1 600个数据。设定每5°为一个统计区间，统计一定度量值的施氏角所出现的频率，并做如下处理。①按施氏角的类型分为两组，分别统计不同角度凸面角及凹面角出现的频率，并比较其在两类样本间的变化情况。②对施氏角的类型不加区分，按样本类型统计角度及其出现频率在两类样本间的变化情况。

2 结果与分析

2.1 猛犸象牙与现生象牙凹面角的比较

测得猛犸象牙400个凹面角的度量值为51.82°～106.73°，20个样本的平均值为73.19°～87.45°;现生象牙400个凹面角的度量值为94.00°～143.27°，20个样本的平均值为115.59°～118.68°(见表1)。经比较，94.00°～106.73°为二者凹面角度量值的重叠区域，出现频率为11.6%。而二者的平均值则无交叉重叠，在100°～115°的区间内，两类象牙凹面角平均值出现的频率为0(见表2)。

2.2 猛犸象牙与现生象牙凸面角的比较

测得猛犸象牙400个凸面角的度量值为71.23°～112.35°，20个样本的平均值为83.90°～99.25°;现生象牙400个凸面角的度量值为103.50°～152.44°，20个样本的平均值为122.21°～137.49°(见表1)。经比较，103.50°～112.35°为二者的重叠区域，出现频率为13.5%。而二者的平均值则没有重叠，在100°～115°的区间内，两类象牙凹面角平均值出现的频率为0(见表2)。

2.3 猛犸象牙与现生象牙施氏角的综合比较

按样本的类型对所测全部施氏角进行综合统计，测得猛犸象牙施氏角度量值为51.82°～112.35，20个样本的平均值为79.26°～97.23°(见表1);现生象牙施氏角的度量值为94.00°～152.44°，20个样本的平均值为 116.49°～131.39°(见表1)。经比较，94.00°～112.35°为二者的重叠区域，出现频率为20.8%。两类样本施氏角的平均值则没有重叠，在100°～115°的区间内，两类象牙施氏角平均值出现的频率为0(见表2)。

表1 猛犸象牙与现生象牙不同类型施氏角平均值

表2 猛犸象牙与现生象牙各类型施氏角度量值频率

3 结论

Image J软件是一款操作简单，计算准确的软件，将其引入猛犸象牙与现生象牙的鉴别中可降低人为因素给检验结果造成的影响，提高鉴定结果的准确性，又可减少全手工操作所需的时间，提高工作效率。本研究对猛犸象牙、现生象牙各20个样本横截面共计1 600个施氏角度量值进行了检测分析。结果显示，全部猛犸象牙样本施氏角的平均值均小于100°，全部现生象牙样本施氏角的平均值均大于115°，40个样本施氏角的平均值在100°～115°出现的频率为0，即两类象牙施氏角的平均值在此区域内没有交叉，与前人的研究结果相吻合，表明此软件应用于猛犸象牙与现生象牙的鉴别是完全可行的。将此应用于相关的执法工作中，则可提高执法的准确性，提升执法效率，降低执法成本，检测方法易于操作和推广。

［1］ 金煜.中国象牙标记及国内贸易监控［M］.哈尔滨:哈尔滨地图出版社，2005.

［2］ Brown G，Moule A W.The structural characteristics of elephant ivory［J］.The Australianemmologist，1977，13(1):13－17.

［3］ Espinoza E O，Mann M J，LeMay J P.A method for differentiating modern from ancient proboscidean ivory in worked objects［J］.Current Research In The Pleistocene，1990，7:81－83.

［4］ Espinoza E O，Mann M J.Identification guide for ivory and ivory substitutes［M］.2nd ed.Baltimore:WWF，1991.

［5］ Espinoza E O，Mann M J.The History and significance of the Schreger pattern in proboscidean ivory characterization ［J］.Journal of the American Institute for Conservation，1993，32(3):241－248.

［6］ 王银改.ImageJ软件在检验医学图像分析处理中的应用［J］.中华检验医学杂志，2005，28(7):747－748.