Image J軟件在象牙鑒定中的應用

胡 紅 金 煜 周晶梅

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

長鼻目象科動物包括非洲象(Loxodonta africana)、亞洲象(Elephas maximus)及已滅絕的猛犸象(mammuthus primigenius)［1］上門齒的牙本質(dentine)中存在一些直徑約0.8～2.2 μm的微管(dentinal tubules)，由牙齒的內(nèi)部向其外表面呈輻射狀延展，形成特有的三維空間結構模式——施氏結構(Schreger pattern)(Bernhard Gottlob Schreger，1800)，在牙齒的橫截面上很容易觀察到這些微管所呈現(xiàn)出的線條狀影像(施氏線Schreger lines)［2］。施氏線向不同方向輻射從而形成夾角(施氏角Schreger angles)。研究證明，位于牙齒任意部位外側區(qū)域的外緣施氏角的度量值在已滅絕的猛犸象牙和現(xiàn)生象牙(非洲象和亞洲象)間有一定的差異，并可用于鑒別兩類象牙。當外緣施氏角的平均值小于100°時，可認定該標本為猛犸象牙;如果外緣施氏角的平均值大于115°，則可認定該標本為現(xiàn)生象牙;當平均值在100°～115°時則不能區(qū)分，需要引進其他技術手段加以認定［3－5］。此結論被公認為區(qū)分猛犸象牙和現(xiàn)生象牙的可靠鑒別依據(jù)，并一直沿用至今，但在具體應用時存在一定的局限性，尤其是操作過程中一些人為因素的干擾易使鑒定結果的準確性降低。Image J軟件是用Java語言開發(fā)的圖像處理和分析軟件，具備多種圖像處理和分析計算功能，可快速提取目標物外部輪廓［6］，筆者嘗試通過引進Image J軟件，用其定義施氏角的兩條邊、自動測量施氏角的度量值、計算單個樣本施氏角的平均值等，從而建立一種借助施氏結構的特征鑒別猛犸象牙和現(xiàn)生象牙的標準方法，以排除人為因素的干擾，提高鑒定結果的準確性。

1 材料與方法

1.1 樣本選取及制備

來自不同個體，直徑10～20 cm的猛犸象牙、現(xiàn)生象牙正橫截面樣本各20個，經(jīng)手工或機械打磨光滑使其施氏結構充分顯現(xiàn)，以降低對檢驗結果的影響。

1.2 施氏角的選取與度量

橫截面圖像掃描:用掃描儀將處理好的樣本橫截面圖像掃描并儲存至電腦，掃描分辨率應不低于600像素，以方便下一步操作并提高檢驗結果的準確性。

設定檢驗區(qū)域，確定待檢測施氏角:將樣本橫截面最外緣的環(huán)形區(qū)域(寬度約為其半徑的1/10)設定為檢驗區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)的所有施氏角均視為外緣施氏角。使用Photoshop軟件將橫截面進行20等分，并將檢驗區(qū)域內(nèi)與等分線重合的施氏線交點標記出來(如圖1所示)。每條平分線上隨機選取2個點，分別用來確定凸面角(convex angles開口朝向牙齒的外緣)和凹面角(concave angles開口朝向牙齒的內(nèi)部)，以保證所選不同類型施氏角在檢驗區(qū)域內(nèi)呈均勻分布(如圖2所示)。若等分線未與任何交點重合，則選取與等分線距離最近的2個交點加以標記。每個樣本經(jīng)標記的40個交點所確定的施氏角即為檢測對象。

圖1 檢驗區(qū)域設定及點的確定

圖2 待檢測施氏角的選取

施氏角的度量:施氏角的度量使用Image J軟件完成。過標記點沿兩條施氏線的延展方向向內(nèi)或向外分別引出射線(該射線應最大限度地與弧形施氏線重合)，構成待測施氏角的兩條邊，利用Image J軟件的角度測量功能即可方便地自動測得每個施氏角的度量值。

數(shù)據(jù)處理:每個樣本選取20個凹面角、20個凸面角，全部40個樣本共測得1 600個數(shù)據(jù)。設定每5°為一個統(tǒng)計區(qū)間，統(tǒng)計一定度量值的施氏角所出現(xiàn)的頻率，并做如下處理。①按施氏角的類型分為兩組，分別統(tǒng)計不同角度凸面角及凹面角出現(xiàn)的頻率，并比較其在兩類樣本間的變化情況。②對施氏角的類型不加區(qū)分，按樣本類型統(tǒng)計角度及其出現(xiàn)頻率在兩類樣本間的變化情況。

2 結果與分析

2.1 猛犸象牙與現(xiàn)生象牙凹面角的比較

測得猛犸象牙400個凹面角的度量值為51.82°～106.73°，20個樣本的平均值為73.19°～87.45°;現(xiàn)生象牙400個凹面角的度量值為94.00°～143.27°，20個樣本的平均值為115.59°～118.68°(見表1)。經(jīng)比較，94.00°～106.73°為二者凹面角度量值的重疊區(qū)域，出現(xiàn)頻率為11.6%。而二者的平均值則無交叉重疊，在100°～115°的區(qū)間內(nèi)，兩類象牙凹面角平均值出現(xiàn)的頻率為0(見表2)。

2.2 猛犸象牙與現(xiàn)生象牙凸面角的比較

測得猛犸象牙400個凸面角的度量值為71.23°～112.35°，20個樣本的平均值為83.90°～99.25°;現(xiàn)生象牙400個凸面角的度量值為103.50°～152.44°，20個樣本的平均值為122.21°～137.49°(見表1)。經(jīng)比較，103.50°～112.35°為二者的重疊區(qū)域，出現(xiàn)頻率為13.5%。而二者的平均值則沒有重疊，在100°～115°的區(qū)間內(nèi)，兩類象牙凹面角平均值出現(xiàn)的頻率為0(見表2)。

2.3 猛犸象牙與現(xiàn)生象牙施氏角的綜合比較

按樣本的類型對所測全部施氏角進行綜合統(tǒng)計，測得猛犸象牙施氏角度量值為51.82°～112.35，20個樣本的平均值為79.26°～97.23°(見表1);現(xiàn)生象牙施氏角的度量值為94.00°～152.44°，20個樣本的平均值為 116.49°～131.39°(見表1)。經(jīng)比較，94.00°～112.35°為二者的重疊區(qū)域，出現(xiàn)頻率為20.8%。兩類樣本施氏角的平均值則沒有重疊，在100°～115°的區(qū)間內(nèi)，兩類象牙施氏角平均值出現(xiàn)的頻率為0(見表2)。

表1 猛犸象牙與現(xiàn)生象牙不同類型施氏角平均值

表2 猛犸象牙與現(xiàn)生象牙各類型施氏角度量值頻率

3 結論

Image J軟件是一款操作簡單，計算準確的軟件，將其引入猛犸象牙與現(xiàn)生象牙的鑒別中可降低人為因素給檢驗結果造成的影響，提高鑒定結果的準確性，又可減少全手工操作所需的時間，提高工作效率。本研究對猛犸象牙、現(xiàn)生象牙各20個樣本橫截面共計1 600個施氏角度量值進行了檢測分析。結果顯示，全部猛犸象牙樣本施氏角的平均值均小于100°，全部現(xiàn)生象牙樣本施氏角的平均值均大于115°，40個樣本施氏角的平均值在100°～115°出現(xiàn)的頻率為0，即兩類象牙施氏角的平均值在此區(qū)域內(nèi)沒有交叉，與前人的研究結果相吻合，表明此軟件應用于猛犸象牙與現(xiàn)生象牙的鑒別是完全可行的。將此應用于相關的執(zhí)法工作中，則可提高執(zhí)法的準確性，提升執(zhí)法效率，降低執(zhí)法成本，檢測方法易于操作和推廣。

［1］ 金煜.中國象牙標記及國內(nèi)貿(mào)易監(jiān)控［M］.哈爾濱:哈爾濱地圖出版社，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］ 王銀改.ImageJ軟件在檢驗醫(yī)學圖像分析處理中的應用［J］.中華檢驗醫(yī)學雜志，2005，28(7):747－748.