Utilizando ultrassom em peixes para identificação sexual não invasiva e avaliação da maturidade gonadal

A tecnologia de imagem por ultrassom, como uma ferramenta não invasiva, em tempo real e altamente precisa, tem sido amplamente aplicada na identificação do sexo de peixes e na avaliação da maturidade gonadal, substituindo gradualmente métodos invasivos tradicionais, como observação anatômica, medição do índice gonadossomático (IGG) e detecção dos níveis hormonais. Ao fornecer imagens em tempo real da morfologia gonadal e informações hemodinâmicas, essa tecnologia oferece evidências científicas para a segregação sexual não destrutiva e o momento ideal de reprodução na aquicultura. A proporção sexual e a maturidade gonadal dos peixes impactam diretamente a estrutura populacional, a eficiência reprodutiva e os benefícios econômicos, particularmente na conservação de peixes selvagens e no desenvolvimento sustentável da aquicultura. Este artigo explora os princípios, as aplicações e o progresso da pesquisa da tecnologia de ultrassom nos principais países produtores de peixes (por exemplo, China, Noruega, Japão e Estados Unidos), juntamente com seus desafios e direções futuras.

Princípios de imagem de ultrassom e características de imagem

A ultrassonografia gera imagens por meio da reflexão de ondas sonoras de alta frequência em tecidos de peixes, com diferenças na impedância acústica formando padrões de eco distintos para identificar tipos de gônadas e estágios de maturidade:

• Ovário feminino: Ovários maduros apresentam ecos granulares, com áreas de baixo eco intercaladas com pontos de alta reflexão. Nos estágios finais de maturidade (III-IV), folículos grandes, altamente ecogênicos e com limites bem definidos são visíveis.

• Testículo masculino: Os testículos apresentam ecos uniformes e finos. Nos estágios maduros (III-IV), áreas suaves de alta reflexão são comuns, enquanto os estágios iniciais (I-II) apresentam ecos mais fracos, dificultando a diferenciação com os ovários.

• Hemodinâmica: O ultrassom Doppler colorido pode detectar ainda mais alterações no fluxo sanguíneo nas gônadas, fornecendo dados adicionais para avaliação da maturidade.

A tecnologia de ultrassom alcançou resultados significativos em várias espécies de peixes, com os seguintes casos notáveis:

• Pomfret de prata: A ultrassonografia apresenta forte correlação com o GSI e os níveis hormonais. Ao definir os limiares de eco F3 (maturidade feminina) e M3/M4 (maturidade masculina), indivíduos maduros podem ser identificados rapidamente, reduzindo a frequência de manuseio.

• Tilápia do Nilo: A ultrassonografia atinge uma precisão de identificação sexual de 95%, superando a triagem visual manual (87%). No entanto, a obtenção de imagens de testículos em indivíduos com menos de 400 g continua desafiadora, exigindo frequência de sondagem otimizada.

• Salmão do Atlântico:O ultrassom é usado para monitorar a maturidade das gônadas em peixes machos selvagens e de criação, reduzindo significativamente sacrifícios desnecessários e oferecendo escalabilidade.

• Esturjão chinês:A combinação de imagens de ultrassom com medições de hormônios sexuais permite a classificação de sexo e maturidade em indivíduos de 10 a 17 anos, demonstrando seu potencial na proteção de espécies ameaçadas de extinção.

• Truta arco-íris com sexo invertido: O ultrassom avalia efetivamente a estrutura gonadal em indivíduos com sexo invertido, auxiliando no cultivo de populações de um único sexo.

Progresso da pesquisa nos principais países produtores de peixes

Os principais países produtores de peixes fizeram contribuições significativas para a tecnologia de ultrassom, adaptando-a às necessidades locais e promovendo sua industrialização:

• China: Como maior produtor mundial de aquicultura, a China tem feito avanços na pesquisa de ultrassom para espécies como o esturjão chinês, a carpa e a tilápia. Instituições de pesquisa desenvolveram dispositivos de ultrassom portáteis e de baixo custo para peixes de pequeno e médio porte, integrando algoritmos de IA para aumentar a eficiência da análise de imagens. Por exemplo, a Academia Chinesa de Ciências Pesqueiras desenvolveu um sistema automatizado de classificação da maturidade das gônadas baseado em ultrassom, melhorando a precisão da segregação sexual em fazendas.

• Noruega: A Noruega aplica extensivamente o ultrassom na criação de salmão e bacalhau do Atlântico, com foco na relação entre o fluxo sanguíneo gonadal e a maturidade. O Instituto Norueguês de Pesquisa Marinha desenvolveu sondas de alta frequência que capturam imagens nítidas de testículos em peixes menores, superando as limitações de resolução e sendo adequadas à aquicultura comercial em larga escala.

• Japão: O Japão desenvolveu aplicações avançadas de ultrassom em espécies de alto valor, como a truta arco-íris e o bonito, particularmente para reversão sexual e monitoramento do desenvolvimento das gônadas. Instituições de pesquisa japonesas combinaram ultrassom com marcadores genéticos para desenvolver modelos não invasivos de identificação sexual, aumentando a eficiência da produção de sementes.

• Estados Unidos: Os EUA promovem o uso de ultrassom na criação de bagres e salmões, especialmente em fazendas de pequena escala. Projetos apoiados pelo USDA têm se concentrado na miniaturização de dispositivos de ultrassom para reduzir custos, tornando-os acessíveis a pequenos produtores. Além disso, equipes de pesquisa americanas desenvolveram ferramentas de análise de imagens de ultrassom baseadas em aprendizado de máquina para melhorar a objetividade.

Vantagens e desafios técnicos

A tecnologia de ultrassom para peixes oferece as seguintes vantagens:

• Não invasivo: Evita ferimentos em peixes causados ​​pela dissecação tradicional, adequado para conservação de espécies ameaçadas de extinção.

• Capacidade em tempo real: Permite varredura rápida dentro ou fora da água, ideal para operações de aquicultura em larga escala.

• Alta precisão: Alcança mais de 90% de precisão na identificação do sexo, superando os métodos visuais tradicionais.

No entanto, ainda existem desafios:

• Limitação de tamanho de peixe:A obtenção de imagens de testículos em peixes pequenos (<200 g) é difícil, exigindo sondas de frequência mais alta e equipamentos mais sensíveis.

• Custo do equipamento: Máquinas de ultrassom de última geração e sistemas Doppler coloridos são caros, limitando sua adoção por pequenos agricultores.

• Experiência do Operador:A interpretação de imagens depende da experiência, necessitando de ferramentas de análise automatizadas para reduzir as barreiras de habilidade.

Direções futuras

Para promover ainda maisultrassom de peixestecnologia em aquicultura, são recomendadas as seguintes etapas:

1. Melhorar a resolução da imagem: Desenvolver sondas de ultra-alta frequência para melhorar a geração de imagens de testículos em peixes pequenos.

2. Reduza os custos do equipamento: Criar dispositivos de ultrassom portáteis e acessíveis para alcançar pequenos e médios agricultores.

3. Padronização e Automação: Estabelecer protocolos padronizados de análise de imagem e integrar IA e aprendizado de máquina para reduzir a dependência da experiência do operador.

4. Colaboração Internacional: Fortalecer a cooperação entre China, Noruega, Japão, EUA e outros para compartilhar dados e tecnologias, promovendo a aquicultura global sustentável.

A tecnologia de ultrassom em peixes, com sua natureza não invasiva, capacidade em tempo real e alta precisão, é uma ferramenta ideal para identificação do sexo e avaliação da maturidade gonadal. Pesquisas contínuas realizadas por grandes países produtores de peixes têm impulsionado avanços tecnológicos, particularmente na conservação de espécies ameaçadas de extinção e na otimização da aquicultura comercial. Por meio de futuras inovações em resolução, redução de custos e automação, a tecnologia de ultrassom está pronta para uma adoção mais ampla na aquicultura global, promovendo a sustentabilidade e os benefícios econômicos.