Image J軟件在象牙鑒定中的應用

胡 紅 金 煜 周晶梅

(東北林業大學，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域的外緣施氏角的度量值在已滅絕的猛犸象牙和現生象牙(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生象牙;當平均值在100°～115°時則不能區分，需要引進其他技術手段加以認定［3－5］。此結論被公認為區分猛犸象牙和現生象牙的可靠鑒別依據，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、現生象牙正橫截面樣本各20個，經手工或機械打磨光滑使其施氏結構充分顯現，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。

設定檢驗區域，確定待檢測施氏角:將樣本橫截面最外緣的環形區域(寬度約為其半徑的1/10)設定為檢驗區域，此區域內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，并將檢驗區域內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開口朝向牙齒的內部)，以保證所選不同類型施氏角在檢驗區域內呈均勻分布(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。

數據處理: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個數據。設定每5°為一個統計區間，統計一定度量值的施氏角所出現的頻率，并做如下處理。①按施氏角的類型分為兩組，分別統計不同角度凸面角及凹面角出現的頻率，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分，按樣本類型統計角度及其出現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)。經比較，94.00°～106.73°為二者凹面角度量值的重疊區域，出現頻率為11.6%。而二者的平均值則無交叉重疊，在100°～115°的區間內，兩類象牙凹面角平均值出現的頻率為0(見表2)。

2.2 猛犸象牙與現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)。經比較，103.50°～112.35°為二者的重疊區域，出現頻率為13.5%。而二者的平均值則沒有重疊，在100°～115°的區間內，兩類象牙凹面角平均值出現的頻率為0(見表2)。

2.3 猛犸象牙與現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)。經比較，94.00°～112.35°為二者的重疊區域，出現頻率為20.8%。兩類樣本施氏角的平均值則沒有重疊，在100°～115°的區間內，兩類象牙施氏角平均值出現的頻率為0(見表2)。

表1 猛犸象牙與現生象牙不同類型施氏角平均值

表2 猛犸象牙與現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°出現的頻率為0，即兩類象牙施氏角的平均值在此區域內沒有交叉，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生象牙的鑒別是完全可行的。將此應用于相關的執法工作中，則可提高執法的準確性，提升執法效率，降低執法成本，檢測方法易于操作和推廣。

［1］ 金煜.中國象牙標記及國內貿易監控［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軟件在檢驗醫學圖像分析處理中的應用［J］.中華檢驗醫學雜志，2005，28(7):747－748.