（动物遗传育种与繁殖专业论文）超声预测猪活体肌肉脂肪含量的研究.pdf

中文捅要 中文摘要 本试验对不同经济类型猪肌内脂肪( h l 咖n 懈c u l a rf a t ，m f ) 含量的超声活体预测方法 及其影响因素进行了初步研究，通过建立回归方程，对与猪胴体肌内脂肪( c a r c 嬲sl o i n i n t r a 衄u u l 盯f a t ，c m f ) 含量有关的图像参数进行了优化筛选，并对回归模型进行了统计分 析，在超声预测猪活体m 含量的思路和方法方面进行了初步的探索。 试验选取瘦肉型( n - 2 5 ) 和脂肪型( n _ 5 3 ) 两种经济类型的猪分别用来建立猪活体m 伍 含量的预测模型。通过b 超诊断仪，采集活体猪左侧胸腰结合处4 张超声图像保存备用。然 后使用m a n ，a b6 5 软件，采用三种不同处理方法( 未处理、中值滤波处理、均衡化处理) 对超声图像进行去噪处理，并分别从三种处理后的超声图像中提取1 1 个候选图像参数用于回 归预测方程的建立。屠宰后，采集与超声扫描相同部位的眼肌肉样用来测定胴体肌内脂肪 c 蹦f 含量。以c 蹦f 为因变量，候选图像参数为自变量，采用s p s s 软件，进行多元线性逐 步回归分析。 试验结果如下： 1 、猪活体同部位b 超扫描图像灰度值的重复力为o 9 5 4 ，不同次扫描图像灰度的测量误差 小、精度高，图像灰度所需度量次数少，采集1 张b 超图像即可用于预测猪活体m l f 含量。 2 、瘦肉型猪经均衡化处理后建立的回归方程效果最好，其最优回归方程为： ) = - 1 1 2 5 + 0 0 1 2 p 4 y 为预测的肌内脂肪含量，p 4 为b 超图像中取样区域内灰度值在取样区灰度均值( 孑) 到灰度均值+ 5 ( 孑+ 5 ) 范围内的所有像素灰度值总和与取样区域内灰度均值( i ) 之比。方 程的r 、r 2 、r 2 校整值分别为：o 6 7 5 、0 4 5 6 、0 4 3 2 。 3 、脂肪型猪经中值滤波处理后建立的回归方程效果最好，得到的最优回归方程为： y = 6 4 0 5 0 0 1 2 p 4 p 4 与y 含义同上。方程的r 、r 2 、r 2 校整值分别为：o 3 9 2 、o 1 5 4 、0 1 3 7 。 关键词：猪超声肌内脂肪 a b s t r a c t a b s t r a c t p 赖，i o u ss t u d ya b o u tu l 妇s o u n dp 川i c th l 昀m u s c u l a r 盘t ( 聊f ) h a v eb e 曲p r o g r e s s e di l ll l l i s t e s t t h ec o n t e n to f “sr e s e a r c hi l l c l u d e df i l t i n go fi m a g ep 啪m e t e 鹉，锄dm es t a t i s t i c a la n a l ) ，s i so f m o d e l 。t h em e 锄o f u l 的s o u n dp r e d i c ti m fp e r c e n t a g eh a v eb e i n n d u c e di l ln 地d 。 k 觚p i g s ( n = 2 5 ) 舳do b e s ep i g s ( n = 5 3 ) w e 北璐e dt 0d e v e l 叩m o d e lt op 托d i c tl m fo f 1 0 n 西s s i m u sm u s c l ei nl i v ep i g s am i i l i i i m mo f f 0 u rl o n 百t i l d i i l a lr e a l - t i m eu l t r 懿伽n di l n a g e sw e r e c o l l e c t e da t l el 嬲t 曲s0 nl i v e 觚i m a l s n 鹏ed i 虢r e n tm e 吐k d s ( 啪骶a t c d ，m e d i 锄f i l t e r 锄d e q u a l i z a t i 彻p r o c e s s i n g ) w e r eu s e dt or e i n o v en o i s ei l lu l n 粥。姗di m a g e sb ym a l l 蛆s o f h a 坞 孤d1 lc 觚d i d a t ei l n a g ep a r 锄e t e r sw e c o l l e c t e dt 0d e v c l o pm o d e l a n e rs l a u g l l t e r ；as l i c e 缸帆 m el 勰tr i bl o i i li i l t e r f a c ew 舔u s e dt 0d e t e r m i l l ec a r c 鸽sl o i i li n 也m m s c u l a rf a tp e r c e n t a g e ( c i m f ) b yu 8 协gc i m f 弱d e p d e n tv 撕a b l e ，l lc 觚d i d a t ei i i l a g ep a 删m e t e r s 舶ma l e1 弱tr i ba tl o i l l i 蛐s c l ea r e ai l ll i v e 锄i m a l 勰i n d 印e i l d 既t 谢a b l e s ，“sm o d e lc d u c 锄l i l l e a rr c g r e s s i 锄a l y s i s t o g e m e r 谢ms p ss t h er 嚣u l t ss h o w e dt 1 1 a t ： 1 1 1 1 eg r a yv a l u eo f b u l t r a s o u n di m a g eh 嬲9 0 0 dq “蚵谢mh 诎p r e c i s i o n 锄dm l e m e 嬲u r e m te n d r ，w h i l et l l er 印e t i t i o nw 嬲0 9 5 4 o n eu l 傲略0 u n di m a g ec 锄b eu s c dt op r e d i c t n 讧f i n1 i v e 外i n e 2 1 1 1 eb e s te 任to f 哪s s i e q u a t i c o u l dg e ti nl e a np i g sa 盘e rm n o v i l l gn o i b y e q u a l i 韵t i o np c e s s i n g ，t h eo p t i m u m 豫目孵s s i o ne q 豫t i o nw 觞 y = 一1 1 2 5 + o 0 1 2 p 4 n er ，彤锄da d j u s t e dr 2w 勰o 6 7 5 ，0 4 5 6 锄d0 4 3 2r c s p e c t i v e l y ( y 啪st l i ep f e d i c d v e l u eo f m o d e l ，p 4 啊鹏s 如tg 豫yv a l u ei n 工2t 0 x 2 + 50 ns p c c i a la 他ao f b - u l 嘲o u n di l i l a g e ， 2 w 鹊舢g e 伊a y v a l u e ) 3 t h eb 铭te 丘to f r 键z - e s s i 叩e q u a t i c o u l dg e ti n1 锄p i g sa r c rf e l n o v i i l gn o i s eb ym e d i a n e l t e r t h eq 硝删城r e g r e s s i o ne q l 壤d o nw 弱 y = 6 4 0 5 - 0 0 1 2 p 4 1 1 1 er ，r 2 觚da d j 似e dr 2 麟o 3 9 2 ，0 1 5 4a n do 1 3 7 咒s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：s w i n eu l t r a s o u n di m f l i 英文缩写览表 英文缩写一览表 i i l 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：腐通负 签字日期：触。g 年5 月3 1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：局道颌导师签名：丑j 么雾 签字日期：知d 8 年5 月3 d 日 签字日期：沙弓年厂月珥日 文献综述 第1 章文献综述 1 1 肌肉的结构特征与肌内脂肪的定义 猪肌肉主要是指骨骼肌，每一块完整的骨骼肌均被一层称为肌外膜的结缔组织包围，肌 外膜通常厚实而坚韧，同时也是肌间脂肪堆积的部位。每隔一段不规则的距离，有一层较薄 的结缔组织膜，称作肌束膜，插入肌肉内部，将肌纤维分成小束，称作肌束。肌束之间的这 层结缔组织含有血管和神经。肌束的大小决定肌肉的品质，通常负责大的肢体运动的力量型 肌肉的肌束比较大，纹理比较粗糙；而负责小的精细动作的肌肉肌束则比较小，纹理也较为 细致。在肌束之间有脂肪贮积，称为肌内脂肪。从肌束膜再延伸出很薄的结缔组织膜，包围 每一个肌细胞( 肌纤维) ，称作肌内膜。肌内膜与肌细胞膜紧贴在一起，有时很难分开。肌纤 维之间的结缔组织层一般很少含有大量脂肪细胞。一般可以认为该层不含脂肪或脂肪含量 很少。中华人民共和国农业行业标准 i ； ( n y 厂r8 2 1 2 0 0 4 ) 在猪肌肉品质测 。 定技术规范中将肌内脂肪( i n 眦n u s c u l a r f a t ，i m f ) 定义为肌肉内的脂肪含量。 即包括了肌肉组织结构中的肌束间和肌 纤维间贮积的脂肪，本论文中的聊f 都 j _j 以此定义为准。 图1 1 肌肉的组织结构( s c h w o e r ，1 9 9 4 ) 1 2i m f 含量对猪肉质的影响 f i 9 1 - 1t h e8 仃u c 眦o f m u 8 c l e 随着科技的发展和人们生活水平的提高，世界猪育种的若干方面在发生着变化，育种的 重点已由原来的降低背膘厚、提高生长速度，转变为提高瘦肉组织的生长效率、提高繁殖性 能、改良肉质、提高抗逆性、产品的一致性和降低单位产品的生产成本【2 】。经国内外育种专 家多年的努力，猪的瘦肉率逐渐提高，目前瘦肉型猪瘦肉率平均6 0 以上，有的高达7 8 。 但随着猪瘦肉率的提高，猪肉品质却变差。英国2 0 年来膘厚下降了3 3 ，胴体中肥肉比例 降低了3 5 ，但m f 含量也下降了2 7 ；丹麦1 9 7 8 1 9 9 2 年四个品种i m f 含量下降了一倍， 长白、大白猪仅为1 左右【3 j 。 蹦f 是沉积在肌肉组织内的脂肪，其中含有较多的磷酸甘油三酯、胆固醇及胆固醇酯， 少数为鞘类脂物，以总脂类为基础，沉积在猪肌肉组织中的这种脂类比例高达2 0 2 5 ，没有 任何一个其它脂肪组织能与之相比【4 】。目前关于蹦f 含量在肉质中所起到的作用还存在争论， 如r ) 吼i l l 等认为i m f 含量对肉的嫩度和剪切力没有影响【5 1 ，但目前大多数研究普遍认为它对 肌肉性能有重要影响，其含量是猪肉品质的重要性状之一，与肉品的风味、多汁性、嫩度密 曲南大学硕上学位沦文 切相关【6 】op a t r i c i a 等( 1 9 8 5 ) 【7 1 对丹麦商品猪肉质研究指出，肉的风味多汁性随i m f 含量的 增加而持续改善。e i k e l e n b o o m 研究发现猪肉i m f 含量在o 7 _ 4 5 变化时，i m f 和适口性间 的相关性也相应的在o 1 1 o 3 4 的范围内变化i 引。此外，国内外的许多研究也认为i m f 含量水 平对嫩度、剪切力、风味和香味有明显的影响9 t1 0 1 1 1 2 1 。i m f 含量越低，肌肉的嫩度、多汁 性、香味及总体被人接受程度就越低，风味就差。含量过高又使肌肉偏肥、胴体脂肪增加。 跏f 是各种脂肪酸、甘油酯的复杂混合物，其含量与肌肉的多汁性和风味有关。随着i m f 含 量的增高，肌束易于分离和咀嚼，肉的嫩度和风味得以改善f 1 3 】。张艺研究发现适量的i m f 含 量，使得香猪肌纤维结构较为松散，吸附更多的水分，改善肌肉的保水力；肌纤维与结缔组 织呈交叉状态，能疏松结缔组织，降低其纤维成分的物理强度，使得肌肉肌纤维束容易分离， 肌肉变得柔软细嫩，适口性强，易于被咀嚼【1 4 】。 此外，i m f 中的各种脂肪酸含量尤其是单元不饱和脂肪酸和多元不饱和脂肪酸的含量和比 例对人有保健作用。如伽3 脂肪酸对消费者的心血管健康有利。 目前虽然关于i m f 含量在肉质中所起到的作用还存在争论，但普遍认为猪i m f 含量的下降 是造成肉品质量下降的主要原因。研究表明，在保证瘦肉率的前提下，提高i m f 含量，改善猪 肉品质是可行的【1 5 】。 我国地方猪肉质被普遍认为优于引入品种，这与地方品种猪的i m f 含量有直接关系，中国 地方猪种的i m f 含量高于引进品种猪，普遍认为，蹦f 含量丰富是中国猪肉口感好的内在因素 之一。地方品种猪i m f 含量都在3 以上，高者达6 刁，而引入品种猪i m f 含量一般低于3 【1 6 】。 在猪种选育与生产实践中，多数学者认为，i m f 含量保持2 3 是必要的，因为蹦f 含量能增 加猪肉的口感，特别有利改善嫩度和多汁性17 1 。也有研究认为，蹦f 含量可接受的程度在 2 o 4 0 【1 8 1 。国内研究认为一般肉用型猪i m f 含量在3 0 _ 4 o 为理想值，2 0 2 9 为较理 想值，对于个别中国地方猪种，蹦f 含量超过4 o 也属于理想范卧1 9 】。 正是基于蹦f 含量对肉质具有重要的影响，目前国外发达的养猪国家已把提高m 含 量例为新世纪猪育种的重要选择性状。我国早在上世纪八十年代，许振英先生就指出，今后 猪的育种方向是降低皮下脂肪和肾周脂肪含量，提高i m f 含量。陈润生( 2 0 0 2 ) 建议现阶段 以i m f 和肌肉嫩度这两项能突出反映中国地方猪种质特性的性状作为首选指标1 9 】。 1 3 超声用于家畜育种的原理 1 3 1 超声用于猪活体测量的原理 目前用于家畜体成分活体测量的方法有很多，如机械和光学探针、电磁扫描、电子阻抗、 x 光计算机断层成像和核磁共振技术等。有些正处于研究阶段，某些已应用于活体测量中， 超声波就是其中一种。 超声波是机械的压力波，超声仪发射的是人耳听觉以外的高频声波( 1 6 0 0 0 h z 以上) 。常 用于动物活体估测的超声波频率在1 5 m h z 之间，尤以3 o 3 5 m h z 使用最为普遍。而加n i i l 2 文献综述 ( 1 9 9 5 ) 【2 0 】和w i l s ( 1 9 9 4 ) 【2 l 】则分别认为超声用于组织影像或者活体动物的估计频率范围 在1 1 0 m h 【z 和2 2 0 m h z 之间为宜，选用高频时，显示清楚，但范围较窄，选用低频时，显 示清晰度中等，但范围较宽。因此，测定背膘宜选用2 m h z ，测定眼肌面积宜选用l m h z 。 超声作为种活体测量技术，其原理是超声仪发射的超声波在活体内传播时，遇到声阻值不 同的组织交晃处时会产生界面反射，产生一个较强的反射波，即回声，根据同声的强弱、分 布即可推断不同组织在物体内的位置和大小，从而测量出其长度、周长、面积等信息。由于 猪的皮肤、脂肪、肌肉、骨骼、内脏、子宫壁、胎膜等不同组织间声阻值具有较大差异，能 产生可识别的界面反射，这为超声波应用于猪的活体探测提供了基础。根据图像信息成像方 式分类，超声仪器主要分为a 型、b 型、m 型。动物育种上常用的是a 型、b 型超声仪，但 随着技术的进步，b 型应用日益广泛。b 超的关键部件就是我们所说的超声探头( 传感器) 。 其内部有一组超声换能器，它由一组具有压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶体具有特殊 的性质，就是在晶体特定方向上加上电压，晶体会发生形变，反过来当晶体发生形变时，对 应方向上就会产生超声波，实现了电信号与超声波的转换。b 超成像的基本原理是：向活体 发射一组超声波，按一定的方向进行扫描，根据监测其回声的延迟时间、强弱就可以判断脏 器的距离及性质，组织的一个断层面上的超声回波信息以二维分布形式显示出来，图像由光 点组成( 或叫像素) ，组织内的散射、反射回波信息以灰度调制方式显示，每个像素的亮度由 回声振幅决定，回声返回的时间决定了每个像素在屏幕上的位置。屏幕上显示的图像的灰度 区别了组织的差异，密度低的组织呈白色，中等密度的呈灰色像素。光点随探头的移动或晶 片的交替轮换而移动扫查，由于扫查连续，可以由点、线而扫描出脏器的解剖切面，它是二 维空间显示，又称二维超声。目前比较典型的超声传感胺收的方式有两种，一种是脉冲回声， 一种是穿越传导。超声波在各种介质中的速度各不相同而又恒定不变( 见表1 1 ) ，可以利用 波运行的时间求通过特定介质的距离。 d = v t ，2 其中：速度v 恒定，时间t 是脉冲波发出到接受到网声的时间 如果知道声速和频率，波长是能够被准确计算出来的，由于声波在特定的组织中传播， 速度是不变的，所以改变声波的频率就会改变波长，也正是这个原因，会影响超声图像的分 辨力和图像的品质【2 3 - 2 4 】，只有当超声波的波长比我门所感兴趣的最小目标的半径还要小时， 目标才能被超声所测量。此外影响超声图像质量的因素还有超声频率和物质的声阻值，波在 物质中传播时其振幅会减弱，可以理解为能量的改变，主要的原因是被吸收、分散和散射等， 波的衰减高度依赖于波的频率，高频率的波衰减要比低频率的波强很多。 正是由于超声具有上述的特点，我们便能迅速、直接的获得猪活体的某些胴体性状指标 和肉质性状的数据。此外超声波设备便于携带、操作简单，并具有减少对猪的应激的特点。 因此，超声成为目前改良猪肉品质的新技术之一，在提高猪的胴体瘦肉率和评定胴体价值方 面与传统方法相比具有明显的优势。 3 西南大学硕上学位论文 表1 1 超声传播速度( m s ) 【2 2 】 t a b l e l lv e l o c 时o f u l 仃a s o n i c ( 1 i 以) 传播介质速度 空气 水 皮肤 脂肪 肌肉 软组织平均 骨 1 3 2 超声图像的特点与常用处理方法 从理论意义上来说，由于超声图像在采集和转换( 如成像、复制、扫描、传输及显示) 过程中会产生一些不规则的随机噪声，使超声图像本身具有斑点噪声、信噪比低、图像清晰 度差等缺点，影响图像的质量，使得超声图像的分析与处理就变得困难。为抑制噪声改善图 像质量，必须对超声图像进行去噪处理。尽管去除超声图像同有的放射斑点所取得的进步很 小，但我们仍然可以做一些常规的图像增强来去除超声图像的噪声。目前常用的方法有以下 几种： ( 1 ) 图像增强处理技术图像增强处理技术一直是图像处理领域中一种非常重要的基 本处理技术。通过采取适当的增强处理可以将原本模糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处 理成清晰的、富含大量有用信息的可使用图像。对b 超图像进行对比度的增强，即将原始图 像密集的灰度分布变得比较疏散，从而增大图像的对比度。 ( 2 ) 图像边缘检测 较强的边缘变化有利于人类视觉对图像的识别，而且数字图像的 边缘检测是图像分割、目标区域的识别、区域形状提取等图像分析领域的十分重要的基础， 因此，需对超声图像进行边缘增强处理。由于成像物理机制约束，在超声图像中存在着巨大 的噪声，在边缘提取时往往得到很多虚假的边缘或是虽然存在灰度变化但并不是我们感兴趣 的边缘，这些虚假的边缘对后续图像处理与识别造成了困难。寻找一种对噪声不敏感、定位 精确、不漏真边缘又不引入假边缘的检测方法一直是图像处理工作者努力的目标。 ( 3 ) 伪彩色处理 由于超声仪得到的是灰度图像，而人眼对灰度分辨率有限( o 2 0 个 灰阶级) ，但对于彩色人眼可分辨出上千种彩色的色调和强度。伪彩色处理是指将黑白色( 灰 度级) 图像转化为彩色图像，伪彩色处理是一种彩色映射过程，利用这种技术可识别灰度差 较小的像素，增强观察者对超声图像信息的检测能力。 ( 4 ) 纹理分析超声图像中的颗粒状纹理主要由两类不同的情况引起：一类是超声图 4 如 如 加 加 父 ：2 m 怕 挎 弱 文献综述 像本身的斑纹，这种斑纹是从组织反射回来的超声波相互干涉和散射引起的噪声，这种噪声 对临床诊断是无用的；另一类则与被查物体自身的组织结构有关，它随被查组织结构变化而 变化，在临床诊断上属于有用信息，对这类信息的纹理分析有助于相关组织的定性与分类。 由于相同的组织在同样的成像条件下每次都会产生相同的图像纹理模式，正常的和有病变的 器官图像组织颗粒分布应有所不同，考虑到这一点，对超声图像进行纹理分析，从而判别图 像的信息。 1 4 超声在家畜育种中的运用 1 4 1 超声在家畜育种中的早期运用 过去通过感官判断估计胴体质量的方法不能切实反映肉品成分的真实特性，应用的许多 体成分估测方法都有消耗大量人力、时间和财力的弱点。超声波技术在肉畜生产中的应用为 准确度量活体指标估测胴体组成提供了可靠方法。三十多年来，由于超声波技术的应用使肉 畜生产发生了惊人的变化，许多发达国家都已开始实施以超声波测量结果为基础的胴体性状 遗传改良计划，这样育种者和商品生产者都可以得到种畜胴体性状的遗传信息。在资金允许 范围内实施的活体测量技术可以摒弃胴体性状测量中的不足，应用于活体测量的超声波技术 可以真实地反映胴体指标。此外，利用超声波测量记录活畜特定解剖参照部位的数据，同有 关测量值相结合即可准确地描述体成分，预测家畜个体胴体性状的遗传差异，这样就可以进 行胴体性状的预期差异估计。 早在2 0 世纪5 0 年代中期超声被作为一种图像检测手段用于家畜产业中瞄2 6 2 7 2 8 2 9 1 。 在1 9 5 6 到1 9 5 7 年间，超声仪便已经用于测量牛和猪活体的皮下脂肪，由于超声技术具有无 损、刺激性小的特点，故可用于活体动物肌肉和脂肪组织的定量研究3 0 1 。随后超声技术在2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代早期得到了显著的发展。目前，猪的育种中a 型机一般用来估计给出 的解剖部位的脂肪和肌肉厚度，由于它能降低猪在测定时的应激，从而取代了手术式探尺的 测定，但在较深的组织的测定上有其不足。b 型机可以测定不同密度的各种特异性组织，现 在用来估计背膘厚度、背最长肌的肌肉厚度、肌肉面积和肌肉周长等。由于它能非常精确地 实时给出动物组织图像，称为实时超声( r 1 t i m eu l 缸舔伽n dm h i n e ) ，实时超声波技术为 传统猪的选育工作提供了一种新的方法，它允许在猪活体上进行无损测定，而且花费较小。 目前其测量精度较高，所需时间仅为1 2 s 。现已广泛应用于家畜的遗传改良，常用来测定活 体的背膘厚、眼肌深度和眼肌面积。 、i l s 【3 1 1 和g 他s h 锄【3 2 1 利用b 超测定猪活体的背膘厚，取得了很好的效果。国内邓立新 等3 3 1 采用加拿大a m i 9 0 0 兽用b 超仪，利用其直观的b 超影像对猪的眼肌面积和背膘厚度 同时进行活体测定时进行了比较详细的介绍。檀俊秩【3 4 】研究表明，福州黑猪早期选择时，以 超声波活体测膘，结合体重及体长等指标，可收到良好效果。楼平儿等【3 5 】用超声测定不同年 龄阶段的加系大约克夏猪活体超声背膘厚，认为活体猪7 5k g 阶段的背膘厚测定结果具有最 5 两南大学硕f ：学位论文 高的遗传力和组内相关系数，因而具有最高的准确性和重复性，故此阶段的测定结果是最为 准确的选种依据。就目前的技术条件来看，超声预测活体的脂肪厚度要比预测眼肌面积的准 确性高得多【3 6 3 7 1 。表1 2 ，1 3 分别总结国外部分采用超声预测活体牛与猪的胴体性状的研究 结果。 表1 2 超声预测牛活体膘厚及眼肌面积的准确性【3 6 】 t i l b l e l 2as u m m a i yo f a c c u r a c y i b o u tu l 臼。a s o u n dp r e d i c t b a c k f a t 锄dl o n 西s s i i n u sm u s c l ea r e ai i ll i v eb e e fc a t t l e l n v e s t i g a t o r 锄dy e 甜 i n s 仃u m 即t a 一伽 m e 鹊u r 啪曲t l o c a t i 伽a c 叫r a c y h 啪d a 柚dk u m 砸吲i 【i 1 9 8 05 m t o8 t h i u b f a to 8 5 t o o 9 7 l m ao 8 3 t o o 9 2 h 锄d ae t ，1 9 8 5 k 删ob m o d e 1 2r i bf 砒 s c a l i n i n g s c o p e s t o u 仃e r 鲫dc r o s s 1 9 8 5m 洳i c a 2 l od x r 柚dp a r f i s h 1 9 8 7 s m i me ta j 1 9 8 8t e c h n i c a r e2 1 0d x u a r 姗1 pf a t 1 2 t h r i b f a t l m a a t t e n u a t i o n 1 2 血r i b 缸 o 6 3 o 8 6 o 5 3 0 7 8 0 8 7 0 5 4 o 8 l u ao 2 0 t 0 0 4 3 t u m 仃1 9 8 9 融n i c 雠2 1 0d x1 2 血r i bf a to 8 lt 00 9 4 p e 玎yc ta l ，1 9 9 0 u ao 7 1t 0 0 9 4 t l i f i i 托2 1 0d x1 2 血砌b 钡 l l 订a 1 2 m l u b 触 l 】m a s m i t l ie ta 1 1 9 9 0t & h n i c a r e2 1 0d x 1 2 血r i bf 砒 o 8 7 o 7 8 o 9 6 o 9 0 o 8 2 注：u d a = 1 0 n g i 豁i m 璐m u l c 蝴； 6 文献综述 表1 3 超声预测猪活体膘厚及眼肌面积的准确性【3 6 】 t a b l e l - 3a 鲫m 脚d ro f c u 嫩ya b 0 1 l tu l 仃鹊o u n dp 同i c t b a c k f a ta n dl o n 百s s i m sm u s c l e 撇i l ll i v es w i l l e 注：同表1 2 1 4 2 超声预测家畜活体i m f 含量 超声预测活体家畜的m 伍含量的研究最近几年才逐渐开展起来，研究报道主要来自国 7 曲南大学硕士学位论文 外，国内相关研究很少。目前这方面的研究主要集中在牛上。h 鸽s e n 等( 2 0 0 1 ) 【3 8 】采用了 a 1 0 k a5 0 0 va n dc l a s s i cs c 锄盯2 0 0 两种超声仪，预测阉牛活体的m f 含量，并认为这两种仪 器都可以用来准确的预测牛活体的i m f 含量，此外k r i 髓e ( 1 9 9 6 ) f 3 9 】也做了类似研究。此外 f i e l d 等研究认为实际的胴体肉质等级与预测的牛活体的i m f 含量的相关性为o 4 9 【删：p e r l d n s 等( 1 9 9 7 ) j 发现超声预测的牛活体i m f 含量与实际的肉质品质等级间的相关系数为0 6 9 ； d i l l c k e t t 和l ( 1 e i n ( 1 9 9 7 ) 【4 2 】等研究发现7 5 的牛的胴体品质等级可通过采用超声预测牛活 体i m f 含量的方法来实现；许多的研究h 3 4 5 删结果认为超声预测的牛活体的i m f 含量和 实际的大理石纹的相关性的大小范围在0 3 5 o 8 7 间。目前，尽管用超声来预测牛活体m 仃 含量的方法还有待进一步的完善，将这一方法直接进行牛的选育工作还需要进一步的研究， 但不可否认它是一种很易采用和接受的且具有很大潜力的方法h 7 一引。 实时超声波预测猪活体的i m f 含量的研究报道主要来至国外，其方法也大都借鉴预测牛 活体蹦f 含量的方法。超声波用于猪蹦f 含量的选择计划，最初是1 9 9 8 年在美国爱荷华州 立大学的贝尔斯兰蒂纪念种猪场开始的，他们通过采用实时超声仪采集杜洛克猪的超声图像 来估测i m f 含量，以此为依据进行选择，经过3 个世代的选择后，共屠宰2 1 7 头对照系和 1 8 2 头选择系，结果表明选择系猪比对照系猪的m 伍含量要高，分别为3 9 4 和3 4 0 ( p 0 0 1 ) ，选择系该性状的平均估计育种值( e s t i i 】q a t e db 佗e d i l l gv a l u e ，e b v ) 比对照系高 0 8 3 【删，取得了较好的效果。此后，这方面的研究才逐步发展起来。n e w c o m 等的研究 结果表明：运用实时超声估测活体猪i m f 含量是可行的。r a g l 锄d 5 1 】的研究结果表明，用实 时超声波扫描技术对活猪的i m f 含量进行客观测定是可行的，使我们能够识别具有丰富i m f 含量的种猪，把猪第1 0 肋背膘测定值和性别作为自变量加入到i m f 含量预测方程，可提高 预测的准确性。r e v e n e r 等【5 2 】认为在目前的技术条件下，通过超声扫描周岁家畜，从而来预 测家畜的蹦f 含量是可行的。总的来说，采用超声技术对猪的m f 含量进行活体评估这一 方法已经被人们普遍接受和认同，配合其他的遗传改良技术与方法，超声技术可以对种猪的 i m f 含量进行选择，从而加快该性状的改良速度。目前，在美国实时超声波已经、而且将是 继续加快其猪遗传改良的最重要的丁具。 以超声预测猪活体m f 含量为例，主要包括以下几个过程： 1 ) 扫描前准备 在扫描前用铁栏限位使之自然站立，然后确定部位，去毛清除毛渣， 最后是涂抹耦合剂。通常有三个部位可供选择( 见图1 2 ) ，这几个部位经验丰富的操作人员 可以通过手触摸来确定。 2 ) 扫描及图像的采集一般来说，超声扫描的部位不同则探头也不同，扫描猪活体所 用的探头因该与猪背弧面吻合，扫描时探头与特定的扫描部位的猪背弧面紧密接触，可根据 图像清晰程度( 超声图像层次分明，眼肌面积边缘清晰) 少许用力，但不可用力过大。 8 文献综述 3 ) 图像的预处理超声图像由于其成像技术的特点，不可避免的存在噪声，声波之间 的干扰形成的斑点是超声图像受 噪声影响的主要表现，它是由于 声束在不均匀微细组织的散射所 引起的干涉作用造成的，在图像 中表现为颗粒状，并不反映实际 的组织结构，但却影响了图像的 细节分辨能力。这不利于图像的 定量分析，因此需对图像中的散 斑噪声进行抑制。 最后一肋一 第l o 肋骨 第5 肋骨 图1 2 猪活体超声图像采集部位( 引自刘敬顺，2 0 0 3 ) f i g1 - 2l o c a t i o no fu l 鼢o u n di m a g e sc 0 1 1 e c t e di nl i v cs w i l l e 4 ) 图像处理在进行猪活体超声预测肌内脂肪( i 1 1 t r 2 衄u s c u l a rf a tp r e d i c t i o nb y u l n 粥o u n d ，u s i m f ) 含量时，其难度要比牛更大，其中很重要的原因是因为猪的m i f 含量 和牛相比要少得多，因而图像细节就显得很重要。要提高预测的准确性，图像处理是很关键 的一步，对图像进行分析处理通常的思路是建立在对超声图像的灰度级的概率分布和该图像 所反映的组织特性的分析的基础之上。 5 ) 数据分析通过对超声图像的分析处理后，通过相关软件对从超声图像中提取的图 像参数进行相应方差与回归分析，通过多元相关，采用逐步同归方法建立相关回归模型。 1 5 超声用于家畜育种存在的问题与展望 虽然超声己被认为是一种有效的方法并运用于家畜的育种中，但不可否认的是仍有一些 不足，特别是在准确性和精确性上有待进一步提高。超声预测的准确性依赖于被测的家畜种 类、组织特异性、超声仪器和操作人员的熟练程度。此外还有其误差的两个主要来源：图像 的采集和图像的翻译解释【5 3 1 。 首先对家畜活体超声图像的解读存在主观性，加之扫描技术上，受脂肪和肌肉的深度、 性别、年龄、胴体组织特征的变化以及猪活体随意的移动造成探头的不准确的随机位移等方 面影响，这些都对精确获取相同部位的图像有影响；其次超声图像反映的仅仅是几个横切面 的信息，如何能让它反映三维整体信息还值得研究。以上这些原因，使所获得的图像本身不 是很完美，其提供的信息价值的准确性有待提高。此外有几个与超声波设备相关的决定因素， 在实践中也应考虑，包括设备的便携性，设备对收集数据时所处恶劣环境的承受能力以及设 备的保养与维修等。超声波测量必须在日常管理实践中有可行性，设备的成本也应在生产者 所能支付的范围之内。在肉畜业中如果应用超声技术进行活体测量并用于遗传改良计划，就 需要制定出超声活体测量数据的解释和收集规范，不同畜种有不同的超声波测量数据收集规 范，该规范应详细描述超声波传感器的位置和得到某一数据所需的测量次数。同时消除测量 9 两南大学硕上学位论文 记录上的环境和饲养管理方面的干扰信息，还需要规定一定的年龄和体重范围。对成像和数 据所制订的解释标准也应在不同畜种间有所区别，编写出准确解释所测定肌肉、脂肪厚度和 某断面面积的说明书。最后实施测量过程中应防止疾病的传播，进行活体测量的技术人员必 须阻止疾病从一个畜群传入另一畜群。某些情况下应备有不同家畜所使用探头的消毒剂等。 目前提高超声预测的准确性和精确性是超声能否用于预测猪活体i m f 含量的关键，但不 可否认的是超声预测猪活体i m f 含量具有非常大的潜力，而且也是未来猪育种的重要技术手 段。目前，在美国实时超声波已成为加快其猪遗传改良的最重要的工具。美国全国种猪改良 协会( n s i f ) 颁布了一个针对超声波技术员的认证标准，用于评价技术员在使用实时超声波 进行种猪活体评估时，收集和解读扫描图像方面的能力是否达标。通过提高超声图像的捕获 能力和可解释性以及改进软件和硬件，将有助于提高预测的准确度和精确性【矧。就目前来看 通过对图像后处理组织参数获取和专用软件开发来提高预测的准确性和精确性是可行的。随 着超声仪的不断改进以及图像处理理论和技术的不断完善与提高，超声技术将能准确的预测 猪活体i m f 含量。 总的来看，超声技术正如国外许多研究认为的那样，超声将在预测猪的机体组成及其含 量上扮演重要角色。超声在动物医学上的运用在国内外已较普遍，并取得了不小的成果。而 在育种方面的运用大都在研究探讨层面，还未大规模的运用于生产实践。随着超声研究的不 断深入，技术与相关标准的不断发展与完善，特别是随着活体预测i m f 含量的准确性和精确性 的不断提高，超声在猪育种中应用效果将越来越明显。 i o 引言 第2 章引言 2 1 研究的目的与意义 猪肉品质日益成为广大消费者和育种工作者选择和追求的目标，但传统的肉质评定方法 不能对种猪的肉质性状进行活体评定，这使得对肉质的遗传改良工作成为育种工作的重大难 题。本研究着手探索、解决对猪肉品质影响较大的i m f 含量的活体评定问题，为超声用于猪 肉品质的遗传改良提供必要的依据。 采用b 超扫描技术、计算机图像处理技术和统计分析技术，根据不同组织扫描获取的图 像参数以及c i m f 含量，建立回归模型，探索建立m f 含量的活体预测方法。 采用猪i m f 含量的b 超活体预测方法可对传统测定方法进行革新，降低选育成本。传统 的育种工作中，在进行猪i m f 含量的选育过程中，需进行同胞和后裔测定，所用个体必须全 部屠宰，其成本过高，耗时过长。此外资料收集时需要和屠宰场等密切合作，有可能产生误 差或因畜号的变换使整个记录报废，且难以校正。 运用b 超对猪活体i m f 含量进行预测时，有望直接对猪活体进行选择，这不但能带来巨 大的经济效益，还可帮助制订出遗传改良计划，加快该性状的遗传改良速度。 2 2 主要研究内容 主要的研究内容包括以下几个方面： ( 一) 确定b 超图像适宜采集张数的测定试验 ( 二) 不同处理方法对图像参数的影响 ( 三) b 超图像参数与c i m f 含量的相关分析 ( 四) 回归模型的建立与效果评价 材料与方法 第3 章材料与方法 3 1 试验材料 试验动物从农业部种猪性能测定中心( 重庆) 选取，按经济类型分为瘦肉型猪和脂肪型 猪，其中瘦肉型2 5 头，屠宰体重为1 0 0 士2 k g ；脂肪型5 3 头，屠宰体重为9 0 士2 k g 。 3 2 主要仪器 a q u i l av e t 兽用b 超诊断仪( 荷兰) ，3 5 m h z 线阵探头，马鞍型护架 冰箱( b c d 2 1 0 g c ，山东青岛海尔股份有限公司) 电子天平( e s j l 2 0 4 型，辽宁沈阳龙腾电子有限公司) s o t cs y s t 锄脂肪测定仪( 瑞典t a t o r 公司) 冷冻干燥机( 美国l a b c o 公司，7 7 5 3 0 加1 ) 3 3 方法 3 3 1 超声图像的采集 超声图像的采集在屠宰前一天进行。在称取结束重的同时，用铁栏限位使之自然站立。 采用a q u i l a 、，r e t 兽用b 超诊断仪于左侧胸腰椎结合处的背部眼肌及脂肪区域进行扫描。超声 仪的设置为：b m 0 d e ，3 5 m h z 线阵探头，探测深度为2 0 啪，同时4 焦点聚焦，增益在b 超图像采集过程中保持不便，可以调节亮度和对比度( 仪器设置在整个超声图像采集过程中 保持不变) 。 ( 1 ) 首先用手触摸，确定部位，即胸腰结合处( 最后一肋) ； ( 2 ) 以最后一肋与背中线垂直线为中心，距背中线5 锄处为起点，宽约5 锄，长约1 5 锄 的范围，剃毛、清除该部位毛渣、污物； ( 3 ) 然后在剃毛处涂抹耦合剂或植物油，在探头上也需涂上耦合剂，将马鞍型护架装在 探头上，护架上涂抹耦合剂或植物油； ( 4 ) 将装有护架的探头与猪背弧面紧密接触，并根据图像清晰程度少许用力，但不可用 力过大； ( 5 ) 注意b 超探头与猪背弧面的角度，以获取眼肌的正横轴面的切面影像，从每头猪上 采集该部位的4 张图像，当影像清晰，层次分明时保存图像，用于处理。 为减少人为误差，在整个过程中图像的采集和处理均由一人操作完成。 3 3 2 肉样的采集 宰前处理与屠宰条件按中华人民共和国农业行业标准( n y 厂r8 2 5 2 0 0 4 ) 执行。在猪停止 呼吸l h 内，采集胸腰椎结合处背最长肌( 与超声图像采集部位相同) ，放入样品袋贴上标签， 1 3 两南大学硕i ：学位论文 送往实验室检测。 3 3 3 肉样i m f 含量的测定 3 3 3 1 冻干肉样的制备 1 ) 选取4 5 9 左右剔除外周筋膜后的肉样，绞成肉糜称重( m i ) 。 2 ) 采用冷冻干燥机对肉糜进行冷冻干燥去水，干燥去水结束后称重( m 2 ) 。 3 3 3 2 冻干肉样的脂肪含量的测定采用瑞典1 k a t o r 公司生产的s o t e o cs y s t 锄脂肪测定 仪，参照张丽英的方法，略有改动。具体方法如下： 1 ) 打开恒温加热装置开关，控制工作温度为7 5 2 ) 称取2 9 左右的样品，准确至o 0 0 0 2 9 ( m 3 ) ，放入滤纸筒内烘干，每个样品重复测量3 次 3 ) 用套筒夹将6 个滤纸套简装入浸提冷凝管内，当确信套筒已被磁铁吸牢后取下套桶夹 4 ) 称量浸提杯质量( m 4 ) ，然后加入5 0 m l 无水石油醚。用杯托将6 个浸提杯放在加热板 上，再将冷凝管提升机构扳下，使浸提杯与冷凝管连接好 5 ) 事先接通浸提冷凝管的冷却水。将滤纸筒置于“沸腾”位置。冷凝管应有良好的冷凝作 用 6 ) 无水石油醚沸腾1 5 m i n 后，将滤纸筒提升到“冲洗”位置，冲洗4 5 m i i l 7 ) 冲洗结束后，关闭冷凝管旋塞阀，回收石油醚 8 ) 松开冷凝管提升机构，取下浸提杯，并放入烘箱烘干 9 ) 在干燥器中冷却浸提杯，然后用分析天平称重( m 5 ) 3 3 3 3 鲜样中i m f 含量的换算 1 ) 鲜样中水分的百分含量( ) 计算公式为： w l ( ) = ( m l - m 2 ) m l 1 0 0 2 ) 冻千肉样中的脂肪的质量分数( ) 计算公式为： w 2 ( ) = ( m 5 - m 4 ) m 3 1 0 0 3 ) 将冻干肉样中的脂肪含量换算成鲜肉中的脂肪含量( ) w ( ) = ( 1 - w 1 ) w 2 式中：m 卜一鲜肉样品重，单位，克( g ) m 2 一一鲜肉样冷冻干燥去水后重，单位，克( g ) m