Способ определения толщины спинного жира у свиней

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выведении новых типов и Пород свиней. Цель изобретения - повышение точности способа путем исключения зхо-импульсов, отраженных от промежуточных границ в жировом слое. Измерение то:лцины жира проводят в области грудных позвонков. Изме ряют промежуток времени At, между моментами приема .каждого последующего эхо-импульса и каждого предыдущего и определяют отношение их амплитуд и, / . На эталонш 1х образцах кишечной ткани измеряют коэффициент затухания с/ и скорость распространения С ульразвука. Толщину слоя жира определяют по времени распространения первого (предыдущего) из такой пары эхо-импульсов, для которых выполняются соотношения f ,6мкс , и,уи 7ехр(с(-С -At,), где Ub,/Ui- отношение амплитуд предыдущего и последукицего импульсов, f - наименьшее разрешаемое время измерительного устройства. 1 ил., 3 табл. i (Л

с

09) 01) СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СО!.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 5!! 4 A 01 К 29/00

ВСЕСЯ ЛР Я

ГОСУДАРСТ8ЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) . 4104295/30-15 (22) 05.08.86 (46) 07.04. 88. Бюл. В 13 (71) Донской сельскохозяйственный институт (72) В.И. Степанов, С.И. Тарасов, И.А. Иуляр, Г.Л. Тарасова н Е.Г. Баленко (53) 620.179.16(088.8) (56) Ультразвуковой толщиномер типа

ТУК-2 . Описание и инструкция по эксплуатации. Кишинев, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СПИННОГО ЖИРА У СВИНЕЙ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выведении новых типов и пород свиней. Цель изобретения - по- вышение точности способа путем исключ. чения эхо-импульсов, отраженных от йромежуточных границ в жировом слое.

Измерение толщины жира проводят в области 6 7 грудных позвонков. Измеряют промежуток времени ht, между моментами приема каждого последующего эхо-импульса и каждого предыдущего и определяют отношение их амплитуд U> /О . На эталонных образцах мышечной ткани измеряют коэффициент затухания ot и скорость распространения С ульразвука. Толщину слоя жира определяют по времени распростране-. ния первого (предыдущего) иэ такой пары эхо-импульсов, для которых вылолняются соотношения < d t; (5,6 мкс

U<,/U,. т ехр(ю1 С d t1), где Uq,/11;отношение амплитуд предыдущего и последующего импульсов, Ф вЂ” наименьшее разрешаемое время измерительного устройства. ил., 3 табл.

1386125

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам определения толщины слоев жира и и»1шц ceJIbcKoxosHAcTBBHHHK животных, Цель изобретения - повышение точности определения толщины шпика свиней путем исключения эхо-импульсов, отраженных от промежуточных границ

s жировом слое, 10

На чертеже изображена многослойная система, в которой 1„, 1, 1 — толщина слоев; 0t„(n = 1, 2, 3} и

C„(n 1, 2, 3) — коэффициент затухания и скорость ультразвука всоответ- 15 ствующем слое; P — пьезопреобразователь; а Ь, c - нижняя граница первого, второго и третьего слоя соответственно; К,, К,, К - коэффициенты отражения ультразвука на нижней, 20 границе первого, второго и третьего слоя соответственно; U,„ U,,и U амплитуда эхо-импульсов, отраженных от границ а 6, с непосредственно на входе пьезопреобразователя P.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала производят измерения скорости С и коэффициента затухания ультразвука на образцах жира, а так- 30 же скорости С, и коэффициента затухания Ы, на образцах мышечной ткани свиней. Эти измерения производят одним из известных методов.

Затем с помощью приемно-переда- 35 ющего преобразователя, помещенного на поверхности кожи животного, возбуждают ультразвуковые импульсы конечной длительности с частотой заполнения, например, 1, 8 МГц, которые 40 распространяются в слое шпига. В качества генератора импульсов может быть использован, например, генератор прибора УДИ-3. Эхо-импульсы, отраженные от акустически контрольных 45 границ в слое шпига, возвращаются на совмещенный преобразователь, электрические колебания которого подаются на вход приемного устройства. В качестве приемного устройства может быть использован, например, осциллограф С1-65. С помощью приемного устройства производится измерение промежутков времени 4 t; между моментами приема каждого последующего импульса и каждого предыдущего, а такП 1-.1 же отношения их амплитуд — . По из- .

U; меренным значениям С, Ы, и ht, onределяют значение величины exp(à,С, «М ) сравнивают ее со значениями

1 отношений амплитуд U;,/U < и для дальнейшего анализа оставляют такие пары эхо-импульсов, для которых ц exp(d, С„, 4,), 1

Затем для всех оставленных riap импульсов производится сравнение 4 t с контрольным промежутком времени нижняя граница которого равна наименьшему разрешаемому времени измерительного устройства, а верхняя — 7,5 мкс, и оставляют для дальнейшего анализа только такие пары импульсов ° для которых д 5 6 мк

Из всех пар импульсов, удовлетворяющих этому условию, выби1 ается пара с максимальной (с учетом затухания) амплитудой и производится измерение .времени распространения t первого

{предыдущего) из импульсов выбранной пары. Толщина слоя жира определяется по известному соотношению 1 = Ct/2 °

Границы контрольного промежутка времени Dt установлены из следу» ющих соображений. Левая граница (. является наименьшим разрешаемым временем измерительного устройства, Оно определяется длительностью ультраэву кового импульса, крутизной его фронтов, параметрами электронной схемы.

Правая граница — 5,6 мкс найдена экспериментально и имеет следующую природу. Нижней границей шпига является длиннейшая мышца спины или трапецевидная мышца, которые у живых живот- ° ных находятся в состоянии частичного сокращения, В этом состоянии в объеме мышцы возникают акустически контрастные неоднородности, вызванные разной степенью сокращения отдельных мышечных пучков. Эксперименты показали, что первая (в направлении зондирования) из этих неоднородностей воз" никает на таких глубинах от границы шпиг-мышца, максимальному значению которых соответствует задержка эхоимпульса именно на 5,6 мкс по отношению к импульсу, отраженному от.границы шпиг-мышца.

Обоснование условия следующее:

U.

exp(a, С, dt„).

Пусть U — амплитуда ультразвукового импульса, возбужденного преобразователем Р, непосредственно под его

1386125

Переходя к ранее обозначенным

=e(„, С,= С, получим

11 . ехР(- .Ст bt,) = — !

-1 С,М, U,= =U.k (1 k )(1 .- k ). Ттт ю

Mtcceaef

50

Найдем отношение амплитуд

U1 k!

Б) kz(l — 1с ) ехр(-(С ) at<)

1.Т 1с )

"3 k;(1 — 1с,). ехр(Ы) Сз dt s)

Аналогично отношение амплитуд эхоимпульсов, отраженных от границ слоя с номером 1 имеет вид границей с первым слоем, а (1t, dt s — промежутки времени распространений ультразвуковых импульсов в соответствующем слое в прямом и обратном направлениях. Тогда имеем следукзпие уравнения:

-O(, ° Р, .4 1

"6" —,(; с, k, — exp(- g С .дс ) = — — — — -(1)

U 1 1 1(1=k2)

1

1-1

В рассматриваемом случае слой с номером i является слоем мышечной тка15 ни, а слой с номером (i - 1) — слоем жира, К, - амплитудный коэффициент отражения ультразвука на границе жира и мышцы, k; — амплитудный коэффициент отражения на неоднород. 20 ности в объеме мышцы.

Значение k .., в среднем состав2 ляет 0,016. Действительно, по известной формуле 1 где p,С и С вЂ” произведения плотности на скорость ультраэвукадля мьппечной жировой ткани соответственно.

В среднем для мьппечной ткани можно принять р = 1,07 г/см, С

1,58.10 см/с, а для жира Р =

= 0,92 г/см С = 1,43 -10 см/с. Под- 35 ставляя эти данные в формулу (2), получим k . = 0,016. В знаменателе

1 правой части равен ств а (1 ) выражение

1 - k., 1, поэтому l

40 ехр(-,/,C, д t,) !

U„

k1U, k; (I — k, ) ехр(-.с,- C,- nt ) ипи

U. k exp(- d,.C, !(t,) = k (1 — .. !

1 1

В рассматриваемом случае слой с номером i является слоем мышечной ткани, а слой с номером.(i — 1) слоем жира, k;, - амплитудный коэффициент отражения ультразвука на границе жира и мьшщы, Е; - амплитудный коэффициент отражения на неоднородности в объеме мьппцы. Значение k;, в среднем составляет 0,016. Действительно, по известной формуле

7. гР,С - 1 C

,c,+ рс где р,С, и Р С " произведения плотности на скорость ультразвука для мышечной и жировой ткани соответственно.

В среднем для мьш!ечной ткани можно принять Р = 1,07 г/см ; C = — 1,58 .10 см/с, а для жира Р =

0,92 г/см, С = 1,43 -10 см/с. Подставляя эти данные в формулу (2), получим k = 0,016. В знаменателе лравой части равенства (1) выражение .

1 - k; „— 1, поэтому J, 1с, 1-! 1 — Т дахр(- Т; С, 11!)

Ji

Переходя к ранее принятым обозначениям: (al =ck! С; = С,), получим . ехр(-()(, С, д t,) (3) !.

Поскольку коэффициент отражения ультразвука иа неоднородностях, возникающих в объеме мшщы, т.е. на грани-, цах между различными участками одного и того же органа (К;), меньше по величине коэффициента отражения ульт развука на границе жира с мьппцей (K;,), т.е. на границе между двумя разными органами, то К;, /К; > и равенство (3) можно заменить неравенством.

U., 11 ехр(- Ы; С q дс!) 7 1

1 или

U„

U exp(a, С,.д t,) . (4)

Условие (4) удовлетворяет ся всегда для пары импульсов, первый иэ кото1386125 рых отражен от нижней границы шпига, а второй - от неоднородности в объеме мьппцы.

В тех случаях, когда слой шпига над его нижней границей содержит прослойки мышечной или соединительной ткани достаточно большой толщины, чтобы эхо-импульсы от границ прослойки оказались размещенными измеритель- 10 ным устройством, а время относительной задержки второго из этих импульсов укладывается в контрольный промежуток времени Dt, отношение амплитуд этих эхо-импульсов не может удовлетворить условно (4), так как коэффициенты отражения на границах прослойки одинаковы.

Пример 1. Ширина контрольного промежутка времени dto уста- 20 новлена оптимальной, т,е. в пределах от до 5 6 мкс. Значение наименьmего разрешаемого времени а было определено экспериментально и для измерительной установки,.используемой 25 в данном опыте, составило 3,5 мкс.

На образцах мышечной ткани были измерены коэффициент затухания o(, и скорость ультразвука С, ° Получены следующие значения 30 (0,21 + 0,03) см- ;

С, = (1578 + 9) м/с.

Коэффициент затухания измерялся известным способом. Скорость ультразвука определялась импульсным мето- 35 дом с общим пьезоэлементом.

Измерение толщины спинного жира предлагаемым способом производилось на свиньях донского мясного и степного типов в "убойном цехе перед убо- 40 ем. Контрольные измерения осуществлялись миллиметровой линейкой сразу после убоя животных. В одной и той же точке (в области 6-7 грудных позвонков) измерения производились 45 трижды как предлагаемым, так и контрольным способами и вычислялись из трех измерений. Полученные данные обарабатывались следующим образом.

Рассчитывались отклонения результатов измерений, полученных предлагаемым способом, от соответствующих контрольных результатов. Подсчитывалось число отклонений, лежащих в пределах 0-3 мм, и число отклонений, превьппающих 3 мм.

Отклонения первой группы (0-3 мм) обусловлены случайными причинами, связанными с несовершенством обоих (контрольного и предлагаемого) методов, а отклонения второй Группы являются "просчетами" предлагаемого метода, вызванными ошибками идентификации эхоимпульса, соответствующего нижней границе шпига. Результаты приведены в табл. 1.

В данном примере отклонения, превышающие 3 мм (т.е. "просчеты"), не наблюдались, Пример 2. Ширина контрольного промежутка Д больше оптимальной: 3,5 мкс c d t -< 10 мкс.Остальные условия эксперимента - те же, что и в примере 1. Результаты приве дены в табл. 2..

Число отклонений, превышающих

3 мм (т.е. число "просчетов"), в данном примере составляет подавляющую часть измерений (9 из 11), Пример 3. Ширина контрольного промежутка Л t меньше оптимальной: 3,5 мкс лt p 5,0 мкс. Остальные условия эксперимента - те же, что и в примере 1 ° Результаты приведены в табл. 3, В данном примере 3 число отклонений, превышающих 3 мм, т.е. число

"просчетов", составляет 36Х от общего числа измерений.

Сравнение данных, приведенных в табл. 1-3, показывает, что наиболее точные результаты получаются при тех условиях, которые соответствуют предложенному способу. Применение предлагаемого способа в народном хозяйстве позволит улучшить селекционную работу при выведении новых типов и пород свиней, а также может быть положено в основу при разработке нового толщиномера.

Формула изобрет ения

Способ определения толщины спинного жира у свиней, включающий подачу посредством приемно-передающего преобразователя, расположенного на поверхности тела животного, ультразвуковых импульсов внутрь тела животного, прием эхо-импульсов., отраженных от границ между слоями тканей, измерение времени распространения эхо-импульса с максимальной амплитудой, предварительное измерение скорости и коэффициента затухания ультразвука в эталонных образцах, о т л и1386125 где Л ;

15

Таблица 1

Отклонения, мм

Номер животног ина шпига, мм асс аемый Контрол способ

0,0

36,0

41,0

34,3

37,7

36,0

120

0844

0855

0,0

41,0

34,0

105

0,3

106

0877

0,3

38,0

1360

3,0

0866

105

38,7

39,0

2,0

108

0824

2,0

0,4

2,0

36,0

100

0809

102

38,3

37,3

0806

106

0816

0,0

30,0

101

0881

ll0

2,3

33,3

0885 .

0,7.1 14

0884

1 9

36,6

42,3

0842

105

3,0

104

0856 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности способа путем исключения эхо-импульсов, отраженных от промежуточных границ в жировом слое, дополнительно измеряют промежутки времени 8 t< между моментами приема каждого последующего и предыдущего импульсов, определяют отношение их амплитуд U;,/U;, а коэффициент затухания 4 и скорость распространения ультразвука измеряют на эталонных образцах мышечной ткани, после чего толщину слоя жира определяют по времени распространения первого из такой пары эхо-импульсов, для которой выполняются соотношения (Л t; (5,6 мкс;

35,7

37,0

34,0

38,7

35,3

30,0

31,0

34,7

34,7

39,3,/U; ) ехр (o(с. д1. ) промежутки времени мелдду моментами приема каждого последующего и предыдущего эхо-импульсов; отношение амплитуд предыдущего и последующего импульсов; наименьшее разрешаемое время измерительного устройства; коэффициент затухания ультразвука в эталонных образцах; скорость распространения ультразвука в эталонных образцах

1386125

Толщина шпига, мм тклонения, мм

Контрольный способ

6,0

1963

57,0

2639

50,0

36,0

50 0

41,0

38,0

9,0

4,0

1277

7,0

2791

1193

0,5

2931

8,0

2736

4,0

50,0

38,0

30,0

39,0, 40,0

2509

5,0

4,0

0,0

4,0

2705

2269

3103

Толщина шпига, мм агаемый Конт рол

Отйлонения, Предл ьн способ способ

57,0

53,О

48,0

1963

З,О

50,0

2639

2,0

З6,О

38,0

1277

50,0

41 0

45,5

40,0

2791

0,5

1,0

I 193

6,0

38,0

29,31

2736

2,0

50,0

5,0

38,0

2509

30,0

4,0

2705

39,0

1,5

2269

2,5

40,0

3103

Индивидуальный номер зивотного

Индивидуальный номер животного

Предлагаемый способ

6З,О

41,0

40,0

43,0

40,8

46,0

54,0

33,0

34,0

39,0

44,0

44,0

48,0

33,0

34,0

37 5

42,5

Т аблица 2

Т а б л и ц а 3

1386125 а

Составитель Б. Кузьмич

Редактор В. Данко Техред Л.Олийнык Корректop.Ì. Пожо

Заказ 1437/4 Тираж 5)9 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ° д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4