计算机断层扫描（CT）对猪胴体组成评估的研究进展

邵勇维克，任志强，孙昌辉，张 衡，杨公社，庞卫军*

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西 杨凌 712100）

随着猪育种技术的不断发展，对猪的活体进行选择是目前猪育种所采用的主要方法之一。目前人们对猪的活体选择主要借助于精准性仪器进行活体评估，超声波技术评估猪活体背膘厚、眼肌深度及眼肌面积是目前许多国家所采用的胴体选择技术。猪活体选择所采用的超声波仪器主要为：A超、B超和CT，三种仪器能在无任何损伤和刺激的情况下对猪的活体进行测定, 其中A超和B超由于工作原理的不同，测量结果存在差异[1]；A超仅能测定胴体组织厚度，B超能同时测定背膘厚度与眼肌面积[2]。此外，用A超和B超对猪活体测量时，由于测量部位、操作技术、猪的站立姿势等方面的差异，往往导致测定结果和真实值差异较大[3-4]。CT是集X射线、γ射线、超声波于一体，具有扫描时间快，能全身性扫描，获取图像清晰等特点。通过对CT断层扫描图片进行图片密度性着色及三维建模，可获取胴体肌肉、骨骼、皮肤和脂肪的比重参数，其测量值与实体测量值具有较高的相关性[5-8]。因此，CT用于猪的胴体组成成分评估应用具有较好的前景。

鉴于超声波技术对猪活体选择的应用，文章结合我们的前期试验总结及国内外研究进展，从CT断层扫描前期处理、猪胴体组织结构及CT断层扫描图片相结合的角度阐述CT对猪胴体准确性评估的方法及注意事项，为将来CT新育种技术的实施及应用提供参考依据。

1 猪的麻醉处理

根据我们总结的前期麻醉经验，猪在麻醉前进行称重、编号及饥饿处理（断料不断水），饥饿处理24 h后，实行全身性麻醉。采取耳缘静脉注射麻醉，主要有以下三种麻醉方案：1）丙泊酚（1mL/kg）；2）苏泰（0.1mL/kg）；3）配伍麻药（3%戊巴比妥钠2.5 g/L+速眠新Ⅱ 0.11 mL/kg）。三种麻醉方案各有优缺点，其中前两种方案麻醉效果好，比较安全，不易造成猪的麻醉死亡，但麻醉药价格较高；第三种麻醉方案费用较低，但麻药降解速度较快，麻醉保持时间较短，同时容易中途清醒，产生麻醉性肌肉颤抖，影响CT扫描进程；同时该方案给药剂量因猪的品种和体重不同要及时调整，把握不准容易造成麻醉性死亡。结合以上麻醉试验效果，猪的全身性麻醉推荐前两种麻醉方案。

2 计算机断层扫描（CT）

猪的胴体计算机断层扫描主要采用Brivo CT 385 Series 16层螺旋CT，扫描采用无间隙扫描模式，扫描参数设置为：电压140 kV，电流300 mA，扫描层厚/层距均为0.625 mm，螺距0.562，扫描时间2 s。猪进入麻醉状态后，调整猪体姿势，脊柱正中线与CT标准红线重合（图1D）。扫描采用四段式扫描：颈段，胸段，腰段和臀部扫描。由于猪体各段密度不同，要想获得清晰可靠的断层扫描图片，扫描时要根据猪体部位进行扫描参数调节。三维重建系统采用CT (Brivo CT 385 Series) 内的容积重建系统对扫描后的猪肌肉、骨骼、皮肤、脂肪和内脏进行三维建模，获得猪活体三维模型。由于采用Brivo CT 385 Series 16层螺旋CT的高度与内容量受限，造成繁琐的四段式扫描，影响扫描进程；经济条件较好的种猪育种公司，测定生长育肥猪体组成，建议选择Brivo CT 385 Series 64或Brivo CT 385 Series 128层螺旋CT，大容量的CT可以一次性完成对猪活体的整体扫描，对扫描图片的获取及三维建模较简易快捷。

图1 CT扫描操作

3 屠宰与胴体测定

CT扫描后，对猪进行自由饮水、运动4 h后屠宰，以免麻药及其他应激因素造成屠宰胴体产酸过多，影响后期测量胴体背膘厚度与眼肌深度的数值。屠宰后，去除头，蹄，尾和内脏（保留板油和肾脏），称取胴体重量，置于排酸架上，4 ℃冷藏放置12 h后进行胴体各组成成分分割。称取胴体各组成成分：皮、脂肪、骨骼和肌肉的重量，统计胴体各组成成分重量及所占比例。电子游标卡尺测量第11～12肋背膘的厚度和眼肌的深度。取第11～12肋处的背最长肌，置于干冰中保存，用于后续的实体粗脂肪含量评估。

4 胴体组成成分评估

4.1 断层扫描图分割

CT对猪活体的断层扫图片描包括内脏成分，要想得到准确性的胴体成分，还必须对CT断层扫描图片进行内脏去除处理（图3）。因此将来用CT评估猪的活体组成成分，还必须开发CT图像切割系统，整合到CT仪器系统，与CT仪器系统相融合，以便得到胴体组成成分所占的比例。

4.2 断层扫描图密度性着色

猪体的表皮、骨骼、肌肉、结缔组织和脂肪的组成组织结构不同，其密度相差较大。CT是根据猪体不同组织对X射线吸收与透过率的不同，传出的射线输入接受系统，计算机根据接受的数据进行整合处理后，获取CT重建图像。目前，CT用在评估家畜活体的研究主要集中在欧洲，欧盟在2008年颁布CT可以取代猪胴体的解剖以评估胴体品质。CT在将来用于猪活体的选择，可以通过密度性着色获取猪体组成成分值，来评估猪体组成成分，但评估值与实际胴体分割测定值存在一定的差异。Vester-Christensen等[5]对CT获取图片进行密度性着色（图4 D），根据识别器获取CT图片的颜色的数值建立回归拟合曲线评估猪胴体组成成分，其得出的数值高于实体测量值。主要由于对CT 图片进行密度性着色时，猪体中肌腱、筋膜、骨膜和结缔组织的密度与猪体其他组成成分相似，因此介于两种组织之间的组织的密度性着色较难区分界限（图4 A和4 B），导致不同猪体组成成分的密度性着色存在误差。对介于中间密度的组织：肌腱、筋膜、骨膜和结缔组织等，统一归类于PVE组织，得出的猪体组成成分值与实际屠宰测定值相近。

图2 胴体4 ℃排酸

图3 CT 断层扫描图片内脏去除处理

4.3 断层扫描图HU值设置

图4 CT图片密度性着色（图4 C和4 D引自Vester-Christensen等）

图5 断层扫描图HU设置（引自Olsen等）

CT对猪胴体组成成分值的评估准确性受多重因素的影响。扫描参数设置、猪胴体不同部位及CT图片个体素的设置对最终的评估结果造成一定的影响。CT通过对扫描对象的三维图像获取数据，通过叠加特定厚度的切片来获得3D图像。该CT图片具有多个体素，每个体素与亨斯菲尔德单位（Hounsfield unit，HU）值相关联，该值是在HU尺度上作为对应物体中的平均衰减而获得。Olsen等[6]根据胴体组织对CT图片像素进行了光谱设置分析，对不同物质的光谱定义为：水的光谱值为0 HU，空气的光谱值为-1 000 HU，脂肪的光谱值约为-68 HU，肌肉的光谱值约为+60 HU，骨骼的光谱值高于+650 HU。通过对不同物质的光谱设置，胴体的皮肤组织、脂肪组织、肌肉组织、骨骼和PVE组织能够达到精准区分，从而得到的CT评估值与实际胴体分割值较相近。为此，在对猪的活体进行断层扫描时，要先对CT扫描的不同材料的HU值进行设置，从而获取精准的密度着色图。

图6 CT断层和横侧扫描各部位图片

图7 CT对猪胴体三维建模图

4.4 CT对猪胴体组成成分三维建模

目前，CT对胴体组成成分的三维建模主要依赖于CT内部的三维建模系统，CT三维建模以CT断层扫描图片的密度调节参数为基础。根据不同组织的HU值设定CT断层扫描图，在CT断层扫描图的基础上进行胴体三维建模[9-10]。Clelland等[11]和Anderson等[12]对猪的胴体扫描图进行三维建模获取不同组织的重量，根据不同组织的每个体素HU值的不同，对胴体的各部组织进行建立组织体积模型，最终通过不同组织的体积乘以其密度得出其组织的重量。

4.5 背最长肌的肌内脂肪（IMF）评估

实体测量猪背最长肌IMF含量，多采用索式提取法进行提取测量。CT评估背最长肌IMF含量，主要通过图片密度调节后着色评估。根据计算机断层扫描各部位图片像素参数值的不同，通过读取不同部位扫描图片的像素值得出肌内粗脂肪的含量。Font-i-Furnols等[12]研究表明，中间密度组织对CT评估IMF的结果造成很大的影响，主要由于中间密度组织：肌腱、筋膜、骨膜和结缔组织等进行密度着色时，很难和其他胴体组织进行区分着色。Fulladosa等[13]通过调节电压来获取不同HU值的CT扫描图片，进行HU平均之后建立线性拟合，能够得出较好的IMF结果。通过对计算机断层扫描胴体图片进行密度性着色，由于肌肉的密度处于中等密度（黄色着色区域），运用Bridge 23调节系统，调节图片中肌肉的密度参数，保持脂肪和软组织的密度参数（绿色着色区域），获取密度调节图，运用图像颜色识别器，读取图片绿色数值，得出数值 ：P原图- P低密度处理图，建立粗脂肪线性拟合回归曲线。

5 总结与展望

CT评估猪的活体组成具有简单、高效、快捷及加速动物遗传改良进程等方面的作用。目前，CT在猪胴体选择上的应用主要集中在欧洲地区，由于CT评估猪的活体组成的图像以及线性拟合曲线的建立还存在较多的问题，导致CT技术尚未实质性应用到猪遗传改良中，因此进一步探究CT活体成像像素调节及建立可靠的拟合曲线模型具有重要意义。

图8 CT断层扫描图片密度调节