Способ определения толщины спинного жира у свиней Советский патент 1988 года по МПК A01K29/00 

00

сх о

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 по- следукицего импульсов, f - наименьшее разрешаемое время измерительного устройства. 1 ил., 3 табл. i (Л

N)

ел

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам определения тол1цины слоев жира и сельскохозяйственных животных,

Цель изобретения - повышение точности определения толщины шпика свиней путем исключения эхо-импульсов, отраженных от промежуточных границ в жировом слое,

На чертеже изображена многослойная система, в которой 1,, 1,, I }- толщина слоев; ot(ri 1, 2, 3) и Cf,(n 1, 2, 3) - коэффициент затухания и скорость ультразвука всоответ- ствующем слое; Р - пьезопреобразова- тель; ч, b , с - нижняя граница первого, второго и третьего слоя соответственно; К,, К,, К,- коэффициенты отражения ультразвука на нижней , границе первого, второго и третьего слоя соответственно; U, UJ.H Uj - амплитуда эхо-импульсов, отраженных от границ а, (5 , с непосредственно на входе пьезопреобразователя Р.

Способ осуществляется следующим образом.

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

Затем с помощью приемно-переда- ющего преобразователя, помещенного на поверхности кожи животного, возбуждают ультразвуковые импульсы конечной длительности с частотой заполнения, например, 1,8 МГц, которые распространяются в слое щпига. В качества генератора импульсов может быть использован, например, генератор прибора УДМ-3, Эхо-импульсы, отраженные от акустически контрольных границ в слое шпига, возвращаются на совмещенный преобразователь, элекрические 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 Jt, между моментами приема каждого последующего им- пульса и каждого предадущего, а так и ,--.1 же отношения их амплитуд

Ui Меренным значениям С, о1, и

, По и U11 о

0

О 5 г

0

ределяют значение величины ехр(/,С клс) сравнивают ее со значениями отношений амплитуд lJ,-.,/U и для дальнейшего анализа оставляют такие пары эхо-импульсов, для которых

-i- exp(dIi C,. 4t,).

Затем для всех оставленных пар импульсов производится сравнение л t с контро.льным промежутком времени itot 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 Л t, 5,6мкс, Из всех пар импульсов, удовлетворяющих этому условию, выби 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 t Gt/2,

Границы контрольного промежутка времени Stp установлены из следующих соображений. Левая граница Т является наименьшим разрешаеьым временем измерительного устройства. Оно определяется длительностью ультразву 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 состо янии частичного сокращения, В этом состоянии в объеме мышцы возникают акустически контрастные неоднородности, вызваннь1е разной степенью сркращения отдельных мышечных пучков. Эксперименты показали, что первая (в направлении зондирования) из этих неоднородностей возникает на таких глубинах от границы шпиг-мышца, максимальному значению которых соответствует задержка эхо- импульса именно на 5,6 мкс по отношению к импульсу, отраженному от границы шпиг-мышца,

Обоснование условия следующее:

7 ехр(/,-С,- dt,).

Пусть Up - амплитуда ультразвукового импульса, возбужденного преобразователем Р, непосредственно под его

границей с первым слоем, а jt, /ft, Jtj - промежутки времени распространений ультразвуковых импульсов в соответствующем слое в прямом и обрат- г ном направлениях. Тогда имеем следу- ихцие уравнения:

„ „ и i

u;:° .l ;f,-k , .

10

и-,-,

ь.

- exp(-rf,-C,-/jt,) -J-WЧ.

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 мышцы, k ; - амплитудный коэффициент отражения на неоднородности в объеме мышць.

Значение k . в среднем составляет /vO,016. Действительно, по известной формуле

1,

(

Яа,- PC .-г

/ )

(2)

P,C,t рс где р, С

и jJC - произведения плотности на скорость ультразвукадля мьппечной жировой ткани со ответственно.

В среднем для мьшечной ткани можно принять р 1,07 г/см , С 1,58-10 см/с, а для жира f 0,92 г/см, С 1,. Под- ставляя эти данные в формулу (2),

получим k .

0,016. В знаменателе

правой части равенства (1) выражение 1 - k.ifl, поэтому

k

ехр(-о/,С, dt,)

Переходя к ранее обозначенным

rf; «/,, С- С

и.

1-1

, , получим k.

ехр(-о;„С,-Л1) -- ;

и, - kj)(l - k). i N

,,ut,

Найдем отношение амплитуд

UV- .

Uj kid - kp exp(-c(,C, Atj)

U, ki

Uj k-,(l - kp-expCc.-Cj-jt,) Аналогично отношение амплитуд эхо импульсов, отраженных от границ с с номером i имеет вид

i-u

ki-,

и, k;(l - k,,) ехр(-Д, С, лt ,)

ипи

и.

ki-, г

10

)

15

20

25

30

35

- ехр(-о(,-С, Л,) - kM

В рассматриваемом случае спой с номером i является слоем мышечной ткани, а слой с номером (i - 1) - слоем жира, k j, - амплитудный коэффициент отражения ультразвука на границе жира и мьгощы, k - - амплиту; 1ный коэффициент отражения на неоднородности в объеме мышцы. Значение k ,-, в среднем составляет ,016. Действительно, по известной формуле

k (Р-С - PC П

/i-,,С,4 рС

где Р, С,

Ире- произведения плотности на скорость ультразвука для мышечной и жировой ткани соответственно. В среднем дпя мьш ечной ткани можно принять р 1,07 С 1 1,58-10 см/с, а для жира f 0,92 г/см С 1,. Подставляя эти данные в формулу (2), получим k. 0,016. В знаменателе лравой части равенства (1) выражение - 1 k,., 1, поэтому

J.

k.

ехр(-,-С, dt,-) I - 1 1 - 1 / V. J iК. j

Переходя к ранее принятым обозначениям: (а/, , С ; С,), получим

0

5

0

и.

1-1

exp(-of. С, и t)

iiii

k,

(3)

Ut.

Поскольку коэффициент отражения ультразвука на неоднородностях, возникающих в объеме мьшщы, т.е. на границах между различными участками одного и того же органа (К,-) меньше по величине коэффициента отражения ульт развука на границе жира с мьшщей (1) т.е. йа границе между двумя разными органами, то К;.,/К,- т 1, и равенство (3) можно заменить неравенством

-и.. .

(-of,-C,-it,) ) 1

или

и.

1-

p7exp(c(,-Ci.4t). (4)

i

Условие (4) удовлетворяется всегда дпя пары импульсовj первый из которых отражен от нижней границы шпига, а второй - от неоднородности в объеме мьппцы.

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

П р и м е р 1, Ширина контрольного промежутка времени dto уста- новлена оптимальной, т.е. в пределах от О до 5,6 МКС. Значение наименьшего разрешаемого времени было определено экспериментально и для измерительной установки, используемой в данном опыте, составило 3,5 мкс. На образцах мьш1ечной ткани были измерены коэффициент затухания rf, и скорость ультразвука С,. Получены сле/;ующие значения.

о(, (0,21 ± 0,03) см- ;

С, (1578 + 9) м/с. Коэффициент затухания измерялся известным способом. Скорость ультразвука определялась импульсным методом с общим пьезоэлементом.

Измерение толщины спинного жира предлагаемым способом производилось на свиньях донского мясного и степного типов в -убойном цехе перед убоем. Контрольные измерения осуществлялись миллиметровой линейкой сразу после убоя животных. В одной и той же точке (в области 6-7 грудных позвонков) измерения производились трижды как предлагаемым, так и контрольным способами и вычислялись из трех измерений. Полученные данные обврабатывались 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, превьпиающих 3 мм.

Отклонения первой группы (0-3 мм) обусловлены случайными причинами, связанными с несовершенством обоих

5 О

(контрольного и предлагаемого)методов, а отклонения второй Группы являются просчетами предлагаемого метода, вызванными ошибками идентификации эхо- импульса, соответствующего нижней границе шпига. Результаты приведены в табл. 1.

В данном примере отклонения, превышающие 3 мм (т.е. просчеты), не наблюдались.

При м е р 2. П ирина контрольного промежутка t больше оптимальной 3,5 МКС -31 о 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).

0

5

0

5

Пример ного промежутка ной: 3,5 МКС тельные условия что и в примере дены в табл. 3.

В данном примерр 3 НИИ, превышающих 3 мм

4t р - 5,0 МКС. 0с- эксперимента - те же, 1. Результаты привечисло отклоне- , т.е. число

просчетов, составляет 36% от общего числа измерений.

Сравнение данных, приведенных в табл. 1-3, показьгаает, 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 изобретения

Способ определения толщины спинного жира у свиней, включающий подачу посредством приемно-передающего преобразователя, расположенного на поверхности тела животного, ультразвуковых импульсов вйутрь 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 ичающий с я тем, что, с целью повьшения точности способа путем исключения эхо-импульсов, отраженны от промежуточных границ в жировом слое, дополнительно измер-яют промежутки времени ut между моментами приема каждого последующего и предыдущего импульсов, определяют отношение их амплитуд Uj /U, а коэффициент затухания в( и скорость распространения ультразвука измеряют на эталонных образцах мьшечной ткани, после чего толщину слоя жира определяют по времени распространения первого из такой пары эхо-импульсов, для которой выполняются соотношения

tj 4 5,6 икс;

3861258

U;.,/U. 7ехр (о.с-4Ь), где /5t; - промежутки времени

между моментами при5ема каждого последующего и предыдущего эхо-импульсов; и.,/и. - отношение амплитуд

предыдущего и после10дующего импульсов;

наименьщее разреща- емое время измерительного устройства; коэффициент затухания

15ультразвука в эталонных образцах;

С - скорость распространения ультразвука в эталонных образцах

С ef Таблица 1

1386(25

Таблица

а 6,