米乐m6官方网站 开发出核磁共振扫描仪，可以测量奶牛的大理石花纹状况

米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）地圈资源与环境研究部[研究部主任Nobutori Nakao]高级首席研究员Yoshito Nakajima是肉牛的负责人斜方肌的大理石花纹可以在牛还活着的时候测量（大理石花纹）的程度核磁共振该设备的原型已经开发出来。该原型可以测量活肉牛的大理石花纹状态，这是传统技术难以做到的。此次开发的技术预计将应用于提高农场育肥计划的效率以及拍卖市场上更准确的价格评估。

　该技术的详细信息发表在2015年3月18日的学术期刊上应用磁共振

使用新开发的原型测量肉牛的大理石花纹状态的图像

9172_9327屠杀必须首先测量大理石花纹的程度。为了满足这些需求，需要一种能够在短时间内非侵入性地测量牛的大理石花纹的设备。目前，超声波成像装置扫描大理石花纹，但原则上定量测量脂肪和肌肉的混合比例是困难的，并且需要一种基于新原理的测量大理石花纹的方法。

图1 黑毛日本牛肉的斜方肌 图像尺寸约为 4 厘米 x 10 厘米。可以确认肌肉（红色）和脂肪（白色）的杂交。

在AIST，为了将其应用于资源开发和岩土工程，单侧开放式的异形磁铁。这样可以对距大型物体表面几厘米以内的区域进行非侵入式扫描（图 2）。例如，可以区分从油田采集的岩石样品中的原油和海水，以及被重油污染的土壤样品中的重油和地下水。在这些应用中，水分子和油分子放松时间通过长短来识别。

幸运的是，这种基于弛豫时间的物质识别原理也可以应用于测量肉牛的大理石花纹。即，可以通过质子弛豫时间的差异来定量地区分脂肪组织中的脂肪分子和肌肉组织中的水分子。肌肉还含有除水以外的物质，例如蛋白质，但由于水与蛋白质的比例是恒定的，因此可以根据水分含量来估计肌肉质量。这次，作为AIST高科技项目的一部分，我们决定开发一种一侧开放的质子核磁共振扫描仪，用于测量肉牛的大理石花纹。

图2由磁铁和高频线圈组成的传感器单元示意图 探索深度为3厘米，敏感区域尺寸为19 x 19 x 16厘米3（垂直于屏幕 19 厘米）。

本来，大理石花纹是由腰肉核心（胸最长肌）的大理石花纹状态决定的，但牛腰肉核心距离体表10多厘米深，用一侧开放的质子核磁共振扫描仪测量它在技术上有困难。这次，作为替代方案，我们的目标是斜方肌，这是一种更靠近牛身体表面的肌肉（距离牛身体表面约 3 厘米）。我们设计并制造了开放式稀土永磁体和高频线圈，采取了高频噪声对策，并制作了如图3所示的原型。灵敏度区域尺寸为19 x 19 x 16 cm³的长方体，探测深度（传感器表面到敏感区域中心的距离）为3 cm（图2）。

　斜方肌、牛腰肉、里脊肉、瘦肉、脂肪块等共计17块牛肉块样品（约8 x 8 x 8厘米³)是使用新开发的设备进行测量的。图 4 显示了测量的质子弛豫波形数据的示例。含有少量脂肪的瘦肉样品（大腿肉）的弛豫时间较短（61毫秒），而含有少量瘦肉（肌肉）的肥面包样品的弛豫时间较长（141毫秒）。由于作为大理石花纹肉的斜方肌样本是脂肪和瘦肉的混合物，所以弛豫波形被认为是弛豫时间为61ms的波形和弛豫时间为141ms的波形的混合。当使用最小二乘法通过曲线拟合确定混合比时，图 1 中斜方肌样品的大理石花纹估计为 57 wt% 脂肪和 39 wt% 肌肉（由于误差，总和不等于 100 wt%）。通过与其他测量方法进行比较来评估脂肪和水分含量的估计误差，结果为±10wt%（图5）。此外，测量一个样本所需的时间仅约10秒，并且不需要使用镇静剂或麻醉剂来保持奶牛静止（这符合动物福利考虑）。这样，新开发的单侧开放式质子核磁共振扫描仪可以在短时间内、高精度地非侵入性地测量斜方肌（距传感器表面约3厘米深）的大理石花纹。

　该原型机是时域型（不进行成像）并使用永磁体，使其成为低成本、小型、便携式系统。因此，将可以满足需要便携性的需求（例如，将设备从一个农场移动到另一个农场并重复测量）。

图 3 开发原型

(a) 整个设备。配备有PC、高频放大器和收发器的控制台（控制台）使用BNC电缆连接到传感器单元。 (b) 传感器单元由带有蓝色塑料盖的稀土永磁体（直径约 30 厘米）和扁平高频线圈组成。

图4 使用开发的原型对牛肉样品进行质子弛豫波形测量结果示例

图5 17个样品的(a)脂肪含量和(b)水分含量的测量结果

b 坐标轴显示了通过将含水量乘以 137 计算出的肌肉质量。纵轴是使用图3中的设备测量的值。横轴是使用传统测量方法获得的真实值。红色箭头表示图1中斜方肌样本的数据。请注意，实线表示零误差，虚线表示误差±10 wt%。

　作为未来的发展，我们正在考虑测量活肉牛。此外，新开发的设备不仅用于测量肉牛的大理石花纹，还可以用于大型牲畜疾病的无创诊断，例如牛肌炎。我们希望将这项技术应用于品牌猪肉和金枪鱼（肥金枪鱼）等大理石花纹被认为很重要的产品上，并利用其现场无损测量含水和油的大型物体以及高质量食品的能力，我们希望看到它在土木工程中的应用，例如老化基础设施的维护（扫描隧道壁以检测含水的空腔）和测量受石油污染的土壤样品（检测含有石油的部分）。

国立产业技术综合研究所
地圈资源与环境研究部地球物理勘探课题组
高级首席研究员 Yoshito Nakajima 电子邮件：

◆斜方肌

位于牛背上的一块肌肉，距颈部和肩部附近体表约 3 厘米深。由于斜方肌和腰部核心在大理石花纹程度方面存在相关性，因此可以通过测量斜方肌而不是腰部核心来评估大理石花纹。[返回来源]

◆大理石纹

如图 1 所示，脂肪组织（大理石）以不规则的细网状图案混合在肌肉组织（瘦肉）之间。也称为结霜。大理石花纹发达的肉称为大理石花纹肉，具有很高的经济价值。[返回来源]

◆核磁共振

核磁共振的光谱学类型（缩写：NMR）。使用与共振频率相对应的无线电波来测量置于静磁场中的原子核自旋的进动。这次的目标是水分子和脂肪分子中所含的氢原子（质子）原子核。[返回来源]

◆屠杀

宰杀牛等牲畜。[返回来源]

◆超声成像装置

一种诊断设备，通过从体表发射超声波并检测在具有不同声阻抗的器官和组织边界处反射的超声波来可视化身体内部。[返回来源]

◆单侧开放式

一种核磁共振装置。例如，在普通的核磁共振装置中，将样品放置在两个磁体的磁极之间并进行测量。尽管这种布置可以实现精确测量，但它无法测量无法安装在磁极之间的大型物体，例如奶牛或隧道壁。一侧开放的核磁共振装置是一种将磁铁数量减少到一个而另一侧开放的装置，使得即使是大型物体的表面也能进行非破坏性测量。[返回来源]

◆放松时间

在核磁共振中，原子核的自旋被共振频率的无线电波激发，然后弛豫到热平衡状态。弛豫的时间常数称为弛豫时间。[返回来源]