研 究 論 文
MRIを
応 用 した 西 瓜 の非破 壊 糖 度分 析
三 木
孝 史, 斉 藤
一功, 林
征 治, 梶 川
弘, 嶋 田
雅 生
小 川
陸 郎, 川 手
剛 雄, 池 谷
大*, 木 村
則 幸*, 高 畠
和 男*
西 澤
節**, 杉 浦
伸 裕***, 鈴 木
基 文***
(株) 神 戸 製 鋼 所 電 子 技 術 研 究 所 神 戸 市西 区高 塚 台1-5-5 * ジ ャパ ン ・マ グネ ッ トテ ク ノ ロジ ー (株) 神 戸 市 西 区 高 塚 台1-5-5 ** (株) 神 戸 製 鋼 所 化 学 技 術 研 究所 神 戸 市 西 区高 塚 台1-5-5 *** (株) マ キ製 作 所 浜 松 市 篠 ヶ 瀬 町630 (1995年12月22日 受 理)Nondestructive
Analysis of Sugar Content on Watermelon
Using MRI Device
Takashi MIKI, Kazuyoshi SAITO, Seiji HAYASHI, Hiroshi KAJIKAWA, Masao SHIMADA,
Rikuo OGAWA, Yoshio KAWATE, Dai IKEGAYA,*
Noriyuki KIMURA,* Kazuo TAKAEATAKE,*
Takashi NISHIZAWA,,**
Nobuhiro SUGIURA*** and Motofumi SUZUKI***
Electronics
Research
Laboratory,
Kobe Steel Ltd., 1-5-5 Takatsukadai,
Nishi-ku,
Kobe 651-22
* Japan Magnet Technology
Ltd., 1-5-5 Takatsukadai,
Nishi-ku,
Kobe 651-22
** Chemical
Research
Laboratory
, Kobe Steel Ltd., 1-5-5 Takatsukadai,
Nishi-ku,
Kobe 651-22
***
Maki Engineering
Ltd., 630 Sasagase-cho,
Hamamatsu
435
(Received December 22, 1995)
Synopsis:
So far, the use of superconducting magnets has been limited to chemical analysis and medical inspection. To develop a new use, we have tried to apply common MRI devices as nondes tructive sugar content detector of watermelon. To estimate the sugar content, a new technique using multiple regression analysis of two NMR relaxation times was developed. It was found that the coefficient of multiple regression at the center of the watermelon exceeded 0.9 and the standard error of prediction was around 0.5, and that the over-ripened part of flesh called 'nieka' in watermelon could be distinguished because its T2 was much longer than that of the oridinary part. An evaluation rate of sugar content could be below 6s per watermelon. It is concluded that multiple analysis of Tl and T2 on intact watermelon can be applied as a non-invasive, nondestructive indicator of sugar content.
Keywords: NMR imaging, nondestructive testing machine, sugar content
1. は じ め に これ まで, 横 型 超 電 導 マ グ ネ ッ トの産 業 用 途 は主 に 医 療 分 野 に限 られ て き た。 そ こ で マ グネ ッ トは核 磁 気 共 鳴 (NMR) 技 術 と組 み合 わ され, 人 体 の断 面画 像 を 得 る装 置 (MRI) と して用 い られ て い る こ とは周 知 の 通 りで あ る。 MRIの 最 大 の 特 徴 は非 破 壊, 非 侵 襲 で 対 象 物 の内 部 検 査 が 出来 る とこ ろ に あ る が, 検 査 対 象 は人 体 に限 られ て い る訳 で は な く, 核 磁 気 共 鳴 を起 こ す核 種 の含 ま れ て い る もの で あ れ ば, 原 理 的 に何 にで も適 用 可 能 で あ る。 近 年, こ のMRIの 検 査 装 置 と して の特 性 を, 人体 以 外 の対 象 に も応 用 しよ う とす る試 み が 報 告 さ れ て お り, そ の一 つ に 青果 物 の 内部 品質 検 査 が あ げ ら れ る1∼7)。 こ れ は現 在 農 業 の場 で 行 わ れ て い る 大 規 模 化 に対 応 して, 一 定 の基 準 に沿 っ た 自動 選 別 装 置 を開 発
21 す る こ とに よ り, 工 業 製 品 の よ うに農 産 物 の 品 質 安 定 化 を 図 ろ う とす る もの で あ る。 そ こ で筆 者 らは青 果 物 の代 表 と して西 瓜 を 取 り 上 げ, 糖 度 の非 破 壊 検 査 を試 み た。 西 瓜 は熟 成 過 程 で の 外 観 変 化 が乏 しい た め, 選 別 は 内部 品質 に拠 らな け れ ば な ら ない 。 特 に糖 度 に よ る選 別 は最 も甘 い 中心 部 に 基 づ い て 評 価 す る必 要 が あ る が, 果 皮 が厚 い た め に 桃8)や み か ん で 実 用 化 され て い る近 赤 外 光 を利 用 した 評価 等, 従 来 法 の 適 用 が 難 しい 。 し か しMRIな ら ば, 透 過 性 の 高 い ラ ジオ 波 を用 い てい る た め, これ も 容 易 に 行 う こ とが で き る。 しか も西 瓜 の構 成 成 分 は そ の約90%が 水 で あ り, プ ロ トン を対 象 核 とす る限 り, む しろ 人 間 よ り信 号 を得 る こ と は容 易 で あ る。 こ の た めMRIに と って, 西 瓜 は格 好 の分 析 対 象 の1つ と言 え る。 MRIが 出 力 す る断 面 像 は, NMR緩 和 時 間や プ ロ トン密 度 の 差 を コ ン トラ ス トで 表 し た も の で あ る。 人 体 で は組 織 の差, 即 ち浮 腫 や癌 組 織 と通 常 組 織 の差 な どが緩 和 時 間 に影 響 し, コ ン トラ ス トを決 定 す る が, 青 果 物 で は 何 が ど う影響 す るの で あ ろ うか。 これ ま で に, 梨, ぶ ど う, さ く らん ぼ でT2と 糖 度 の間 に負 の 相 関 関係 が 存 在 す る 事7)や, トマ トでT1と 糖 度 の題 に相 関 関係 が あ る事2)な どが 報 告 され て い る が, 西 瓜 に つ い て調 べ た 例 は 報 告 が な い 。 筆 者 ら は このNMR で緩 和 時 間 と糖 度 の 関 係 を西 瓜 で 調 べ, 選 果 装 置 と し て十 分 な糖 度 予測 精度 を得 た 。 本 稿 で は そ の結 果 にっ い て 報 告 す る。 2. 実 験 方 法 2.1 装 置 実 験 に は 人体 の頭 部 検 査 用 に設 計 され たJMT社 製 0.5Tマ グ ネ ッ トと英 国MAGNEX社 製 勾 配 コ イ ル, 及 び英 国SMIS社 製 ス ペ ク トロ メー タ を用 い た 。 RF コイ ル には 同 じ くSMIS社 製 の 内径390mm, バ ー ドケ ー ジ タイ プ の もの を用 い, 直 径 約270mmま で の 西 瓜 を測 定 す る こ とが で き た。 2.2 実 験 方 法 緩 和 時 間 の 測 定 方 法 として2種 類 の方 法 を用 い た。 1つ は イ メー ジ ン グ に よ る方 法 で, これ に よ り試 験 的 に全 体 的 な 緩和 時 間 分 布 を調 査 し た。 これ ま で に果 実 に関 して 行 わ れ た 実 験 の ほ とん ど が この 方 法 を用 い て い る。 も う 一方 はSTEAM (STimulated Echo Ac quisition Mode) 法 を用 い た領 域 選 択 シー ケ ン ス8)に よ る もの で 測 定 速 度 向 上 とデ ー タ の大 量 取 得 に よ る統
計 的 信 頼 度 向 上 の た め に用 い た。
Fig. 1 Typical measurement point on the cross section of watermelons, a1, a2: the center of the cross section (2cm•~2cm), b1, b2: the center of the cross section (3cm•~3cm), c1: the rim of the center area (which includes fibers), c2: the center of the cross section of a slightly north slice (2cm•~2cm), d: the rim of the center area (which does not im dude fibers), e: the outermost region of red tissue (which includes fibers), f: the outermost region of red tissue (which does not include fibers), g: others. 対 象 核 は両 実験 と もプ ロ トンで あ る。 以 下, 2つ の 実験 の 具 体 的 方 法 につ い て 述 べ る。 2.1.1 サ ン プル 1回 目の実 験 に は石 川 県 産 と長 野 県 産 の 西 瓜 をそ れ ぞれ11個, 16個 使 用 した 。 サ ンプ ル は 全 て 出 荷 地 よ り直 接 取 り寄 せ, 20℃ に 空 調 され た 実験 室 内 で 保 管, 測 定 を行 っ た 。 サ ンプ ル の サ イ ズは 全 て 直 径 約220∼ 230mm (重 量 約7kg) で あ る。 2回 目の 実験 に は 熊本 県 鹿 本 郡 植 木 町 産 の 西 瓜 を 200個 使 用 した 。 サ ンプ ル は 直 径210∼270mmの も の で, 大 き さ, 等 級 と もほ ぼ 偏 りな く含 ん で い る。 1 回 目 と異 な る 点 は サ ンプ ル が ハ ウ ス栽 培 に よ る た め糖 度 分 布 が 多 少小 さい こ と と, サ ン プル の 温 調 を行 って い な い こ とで あ る 。 但 し, 後 の 温度 補 正 を考 慮 し, 対 象 部 位 の温 度 を糖 度 実測 直 前 に熱 電 対 で 測 定 した。 2.1.2 測 定 部 位 2つ の実 験 の測 定 部 位 をFig. 1に 示 す 。 これ は 西 瓜 を赤 道 面 に平 行 に切 断 した場 合 の 断 面 を模 式 的 に表 した もの で あ る (西瓜 を地 球 に な ぞ らえ, 蔓 が っ く部 分 を北 極, 反 対 側 を南 極 と して い る)。 中 心 か ら3方 向 (時 に は4方 向) に ク ローバ 状 に伸 び た線 は 「内 果
皮 」 と呼 ばれ る部 分 で少 し 白み を おび た繊 維 質 の薄 い 膜 状 組 織 (以 下 ス ジ と呼 ぶ) が 入 って い る。 そ の 周 囲 に散 在 す る黒 い点 は種 を 示 して い る。 この 方 向 に西 瓜 を切 断 した場 合, ス ライ ス 中心 部 分 の 直 径7cm程 度 と, 表 皮 よ り約2cmの 深 さま で は 種 が 存 在 しない 。
(a)
(b)
Fig. 2 Pulse sequences
used in the experiments
(a) SE, (b) Localized STEAM.
(a)
(b)
Fig. 3 Typical NMR images of cross section parallel to the equator. (a1) T1-weighted NMR image of a watermelon (Tr=500, Te=40ms), (b1) T2-weighted NMR image of a watermelon (Tr=3,000, Te=220ms). The NMR image was acquired with 256
•~ 128 resolution.
Table 1 Parameters used in the experiment. 1回 目の実 験 で は赤 道 部 (最大 直 径 部) か ら約2cm
23 北 極 寄 りの1cm厚 スラ イ ス を測 定 対 象 と した 。 この 位 置 は鳥 取 県 大 栄 町 の選 果 場 で の糖 度 検 査 部 位 に倣 っ た も の で あ る。 果 肉 を位 置 に よ って 部 位 に分 け (a1, b1, c1, d∼g), そ れ ぞ れ 最 低1点 ず つ, 計14∼17点 を1ス ライ ス か ら選 ん で, 縦 緩 和 時 間T1と 横 緩 和 時 間T2を 測 定 した。 7部 位 の内, a1, b1は スジ が集 ま る ス ライ スの 中央 部, c1, dは ス ラ イ ス 中央 の 種 が 存 在 し ない 円 形 領 域 の輪 郭 部, e, fは 果 肉 の 最 外 周 部 に 当 り, この 内c1, eは ス ジ を含 み, d, fは スジ を含 ん で い ない 。 ま た これ ら6部 位 以 外 で種 を含 ま な い部 分 を ま と めてgと した 。 測 定 部 サ イ ズ は, a1, b1が そ れ そ れ2cm×2cm×1cm, 3cm×3cmn×1cmの 直 方 体, そ れ 以 外 は 全 て1cm×1cm×1cmの 立 方 体 で あ る 。
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig. 4 Relationship between measured relaxation times and the observed
sugar
content.
(a) T1 and sugar content of watermelon
from Ishikawa prefecture,
(b) T1 and sugar
content of watermelon
from Nagano prefecture, (c) T2 and sugar content of waterm
melon from Ishikawa prefecture, (d) T2 and sugar content of watermelon from Nagano
prefecture.
The solid line shows the regression line which is calculated
with data
except for position e, f (here N: no. of point used for regression, r: the correlation
coefficient, S. E. P.: the standard error of the predicted sugar content).
2回 目の 実 験 で はサ ン プル 中心 部 を重 点 的 に測 定 し た 。 サ ン プル 赤 道 部 の3cm厚 ス ラ イ ス と, こ の ス ラ イ ス に北 極 側 で 接 す る2cm厚 の ス ラ イ ス を 対 象 と し, 赤 道 ス ライ スの 中 心 部 に2cm立 方 (a2) と3cm 立 方 (b2) の 領 域 を, 北 極 側 に接 す る ス ラ イ ス の 中心 部 に2cm立 方 の 領 域 (c2) を取 っ た。 こ こでa2, b2 の 北 極 側 とc2の 南 極 側 断 面 は接 して い る。
Fig. 5 The photo image of the over-ripened sample.
2.1.3 NMR緩 和 時 間 (T1, T2) の 算 出 方 法 実 験 に 用 い た パ ル ス シ ー ケ ン ス をFig. 2 (a) (b) に, パ ラ メ ー タ をTable 1に 示 す 。
1回 目 の 実 験 で は ス ピ ン エ コ ー (SE) 法Fig. 2 (a) を 用 い た 。 ま ずTrを 固 定 し, Teを 変 え な が ら 断 面 像 を 取 得 す る 。 各 点 で の 平 均 信 号 強 度 (M) の 変 化 を 式 (1) に 最 小 二 乗 法 で フ ィ ッ ト しM0, T2を 求 め る 。 M=M0・exp(-Te/T2) (1) こ れ をTrを 変 え な が ら く りか え し, 各Trの 値 で 得 られ たM0の 値 を 式 (2) に 準 ニ ュ ー ト ン 法 を 用 い て フ ィ ッ トす る 事 でM00, T1を 得 た 。 こ こ でM00は プ ロ トン 密 度 に 対 応 し て い る 。 M0=M00[1-exp(-Tr/T1)] (2) 2回 目 の 実 験 で 用 い た 領 域 選 択 法8)は サ ン プ ル 内 の 任 意 の 直 方 体 状 領 域 だ け を選 択 的 に 励 起 し, 信 号 を 得 る た め の シ ー ケ ン ス で あ る (Fig. 2 (b))。 こ こ で はTr を 変 化 さ せ る 際Teを44msに, Teを 変 化 さ せ る 際 Trを2,000msに 固 定 し た 。 得 られ た 信 号 強 度 (M) を, M=M01・[1-exp(Tr/T1)] (3) M=M02・exp(-Te/T2) (4) に そ れ ぞ れ 準 ニ ュ ー ト ン 法, 最 小 二 乗 法 で フ ィ ッ ト し, T1, T2を 求 め た 。 2.1.4 糖 度 実 測 方 法 2つ の 実 験 の 両 方 で, 緩 和 時 間 の 測 定 後, 対 応 部 位 の 果 肉 を 切 り取 っ て, 絞 り取 っ た 果 汁 の 糖 度 を 光 学 式 糖 度 計 (ATAGO製ATC-1)で 測 定 し た 。 こ の 方 法 はJASに も 規 定 さ れ て い る 光 学 的 屈 折 率9)に 基 づ く も の で あ る 。 な おFig. 1のa1, b1とa2, b2は 部 位 が 重 な っ て い る た め, b1, b2の 糖 度 測 定 に 際 し て は, 先 に 内 側 のa1, a2の 糖 度 を 測 定 し, そ こ か ら得 ら れ た 果 汁 を 外 側 に 残 っ た 果 肉 か ら の 果 汁 に 混 ぜ て い る 。
25
Table 2 Result of the simple and multiple regression between the sugar content and T1, T2.
r, SEP denote the coefficient of correlation and the standard error of prediction, respectively. The coefficient of the multiple regression exceeds that of the simple regression regardless of the field where they were grown. The positions which include fibres tend to have a better correla tion with the sugar content, Each measurement position is shown in Fig. 1.
3. 結 果 と考 察 3.1 イ メー ジ ング (SE法) に よ る 実験 3.1.1 緩 和 時 間 と糖 度 の相 関 関係 Fig. 3にNMRイ メ ー ジ ン グに よ る サ ン プ ル 断 面 像 の 例 (a; T1強 調 像: Tr=500ms, Te=40ms), (b; T2強 調 像: Tr=3,000ms, Te=220ms) を示 す 。 こ こで 図 の 一 辺 は30cm, 解 像 度 は縦 方 向, 横 方 向 そ れ ぞ れ, 一 辺 の1/256, 1/128で あ る。 Fig. 3の 中 央 に 写 って い るの は サ ン プル, そ の 周 囲 の 白い 円 は 信 号 強 度 を規 格 化 す るた め の フ ァ ン トムで, 硫 酸 銅 溶 液5mMを ガ ラ ス球 に封 入 した もの で あ る。 緩 和 時 間測 定 点 と実 際 の 果 肉 切 り出 し位 置 を一 致 さ せ る た め, マ ー カ ー と して サ ン プ ル の表 面 に は深 さ1cm程 度 の穴 を 穿 って あ り, サ ン プル 周 部 に黒 く 写 っ て い る。 断 面 像 中 に描 か れ た数 字 付 きの 正 方 形 は 緩 和 時 間 測 定 部 を示 して い る。 Fig. 3 (a) (b) は各 部 位 の プ ロ トン密度 が 等 しい 場 合, それ ぞ れT1が 短 い部 分, T2が 長 い 部 分 が 明 る く 写 る よ うな条 件 で撮 像 され て い る 。 従 って 西 瓜 で は, 定 性 的 に胎 座 部 (ク ローバ の葉 に 当 た る部 分) のT1が 短 く, 中心 部 で はT1, T2共 に短 い こ とが わ か る。 ま た 同 様 に内 果 皮 部 (ス ジ) のT2が 短 く, 際 立 った 黒 い線 と して 写 って い る こ と, 種 が 実 際 よ り大 き く見 え る こ とな どが特 徴 と して挙 げ られ よ う。 通 常 西 瓜 は 熟 す に っ れ種 周 囲 の水 分 密 度 を低 下 させ るか ら, 種 周 囲 の信 号 は ま す ます小 さ くな る こ とが 予 想 され る。 従 っ て こ の よ うな断 面像 か らで もあ る程 度 西瓜 の熟 度 評 価 は可 能 と思 われ る。 ま た一 般 的 に西 瓜 の糖 度 は 中 心 に 向 か うに つ れ高 くな る こ とが知 られ て い る か ら, こ こ で得 られ た断 面 像 の コン トラ ス トは緩 和 時 間 と糖 度 の 関 係 を示 唆 して い る もの と考 え られ る。 そ こ で実 際 にFig. 1 a1, b1, c1, d∼gに お い て得 ら れ たT1と 糖 度 の関 係 をFig. 4 (a) (b) に, Tr=3,000 msの 場 合 に得 られ たT2と 糖 度 の関 係 をFig. 4 (c) (d) に示 す 。 4つ の 図 か ら端 部 以 外 の部 位 で は産 地 に よ ら ずT1, T2が 大 き くな る と と もに糖 度 が減 少 して い る 事 が分 か る。 一 方, 実 線 で 囲 ん だ端 部 の デ ー タ は糖 度 の分 散 が小 さ く, T1が 非 常 に大 き な 分 散 を 示 す (Fig. 4 (a) (b)) の に対 し,T2は ほ とん ど変 化 して い な い (Fig. 4 (c) (d))。 この よ う に端 部 とそれ 以 外 の部 位 で は緩 和 時 間 と糖 度 の関 係 に大 き な傾 向 差 が あ る。 端 部 で見 られ る傾 向 は, 相 対 的 な糖 度 の低 さ か ら糖 度 以 外 の 要 因 が緩 和 時 間 に大 き く影 響 を与 えて い る も の と 思 わ れ る。 従 って, 以 降 の 議 論 は端 部 を除 外 して 進 め る。
と ころ でFig. 4 (d) の グ ラ フ右 上 には 顕 著 な 外 れ値 (破線 で 囲 った9点) が 見 られ る。 これ らは 全 て 同 一 の サ ン プ ル か ら得 られ た 。 そ の サ ンプ ル の 断 面 写真 を Fig. 5に 示 す 。 正 常 果 に比 べ る と果 肉 の色 が全 体 的 に 赤 黒 く, 果 肉 が ゼ リー状 に な って い る 。 この よ うな状 態 は一 般 に 「煮 え果 」 と呼 ば れ, 過 熟 期 に 入 った 西瓜 に時 折 見 受 け られ る 。 この状 態 の 西瓜 は もち ろ ん 商 品 に は で きず, 選 別 機 に とっ て大 き な課 題10)とな って い た もの で あ る。 T2は 領 域 選 択 シ ー ケ ン ス を用 い れ ば 数 秒 以 内 に測 定 可 能 で あ る か ら, 少 な く と もNMRに よ る煮 え果 判 別 はオ ン ラ イ ン化 に充 分 耐 え うる技 術 で あ る とい え る 。 3.1.2 重 回帰 分 析 に よ る精 度 向 上 次 に糖 度 推 定 値 の精 度 につ い て考 え て み る 。 Table 2 に各 測 定 部 位 に お け るT1, T2の い ず れ か と実 測 糖 度 の間 の相 関 係 数, 及 び 糖 度 推 定 値 の標 準誤 差 を 示 し た。 産 地 に よ らず 概 して言 え る事 は, T2よ りT1の 方 が相 関 係 数 が高 く, 標 準 誤 差 が小 さい とい う事 で あ る。 ま た ス ジ を含 む か ど うか で比 べ る と, ス ジ を含 む 方 に同 様 の事 が言 え る。 石 川 産 サ ン プ ル に 比 べ 長野 産 サ ン プル の相 関 が低 くな っ た主 な原 因 は, 糖 度 の分 散 が小 さ か っ た た め で あ ろ う。 糖 度 推 定 装 置 と し て の 精 度 の 比 較 対 照 と し て 桃11,12), 梨12), み か ん13)などで実 現 され て い る近 赤 外 法 を あ げれ ば, 相 関 係 数 が ほ とん ど0.9を 越 え な い こ の 結 果 は若 干 見 劣 り して い る。 近 赤 外 法 は皮 の厚 い西 瓜 に は適 用 で き ない とはい え, 本 方 法 を実 用 化 す る に は も う少 し誤 差 を減 らす 必 要 が あ ろ う。 誤 差 の原 因 に は 光 学 的 糖 度 の誤 差 やNMR緩 和 時 間 に影 響 す る糖 度 以 外 の パ ラ メ ー タ の影 響 が考 え られ る。 こ の 内, 光 学 的 指 示 値 につ い て は, 原 理 と使 用 条 件 か ら除外 して よ い もの と思 わ れ る14)。 糖 度 以 外 の要 因 に よ る緩 和 時 間 の 変 動 につ い て は, 別 の実 験 に よ る 確認 も考 え られ る が, 測 定 パ ラ メ ー タ を増 や す 事 は測 定 時 間 の延 長 につ な が り好 ま し くない 。 そ こ で両 緩 和 時 間 を使 っ た重 回 帰 分 析 を実 施 した。
(a)
(b)
(c)
Fig. 6 Result of the multiple
regression
be
tween the sugar content
and T1, T2, (a)
Sample from Ishikawa prefecture, (b) Sam
ple from Nagano prefecture,
(c) Sample
from Kumamoto prefecture.
結 果 をTable 2の 最 後 に, 糖 度 の予 測 値 と実 測 値 の 関 係 をFig. 6 (a) (b) に示 す 。 産 地 に よ らず, 相 関 係 数, 糖 度 予 測 の 精 度 は向 上 し, 石 川 産 サ ン プル で は重 回 帰 係 数 は0.873, 推 定 値 の 標 準 誤 差 は0.82%を 示 した 。 ま た スジ を含 む 部 位 の 方 が 相 関 が 高 い 傾 向 も単 回 帰 の 場 合 と変 わ らな い 。 特 に石川 産 サ ン プル のa1 & b1と c1で は 相 関係 数 は0 .93を 越 え, 推 定 誤 差 も0.5 Brix %台 と, 近 赤 外 光 を用 い た 検 出 機 に匹 敵 す る値 を示 し
27
た 。 長 野 産 サ ン プル で は相 関 係 数 は若 干 低 い もの の, 選 別 機 と して よ り重 要 な推 定 誤 差 は0.5を 下 回 っ て お
り石 川 産 と変 わ りが ない 。
Table 3 Results of the regression in Kumamoto Sample and the effect of temperature
compensation. 重 回 帰 分 析 に よ って 推 定 精 度 が向 上 した原 因 にっ い て, こ こで 詳 し く議 論 す る こ と は で き ない 。 定性 的に は糖 度 以外 の要 因 が 両NMR緩 和 時 間 に与 え て い た影 響 が相 殺 され た もの と考 え る こ と も で き る が, これ は 別 の実 験 で確 認 す べ き で あ ろ う。 以 上 か らNMR緩 和 時 間 に基 づ い て 西 瓜 の糖 度 を推 定 す る に は, 測 定 部 位 と して 西瓜 の 中 心 部 付 近 を選 択 し, T1, T2の 重 回帰 分 析 を行 えば よい こ とが わ か る 。 しか しこ こ で用 い た画 像 取 得 に よ る 方 法 は 一 般 に長 時 間 を要 し (解 像 度 に もよ る が標 準 的 ハ ー ドウ ェァ 構 成 で は数 分 のオ ー ダ ー), 画 像 解 析 に要 す る時 間 等 を 考 慮 す れ ば実 際 の選 果 に適 して い る とは 言 え な い 。 領 域 選 択 に よ る方 法 で は こ の点 が改 善 され る 。 3.2 領 域 選 択 法 に よ る実 験 サ ンプ ル サ イ ズ及 び 等 級 間 で糖 度 に関 す る分 布 に は 顕 著 な差 異 が 見 られ なか った の で, イ メ ー ジ ン グ に よ る実 験 と同様 の解 析 を行 った 。 Table 3にT1, T2-糖 度 間 の単 回帰 及 び重 回帰 分 析 の 結 果 を, Fig. 6 (c) に推 定 糖 度 と実 測 糖 度 の 関係 を示 す 。 前 実 験 同様, T2の 場 合 よ り もT1の 場 合 の 方 が単 相 関係 数 が 高 く, 推 定 誤 差 は約0.1小 さ くな っ て お り, ま た 部 位 に よ らず重 回 帰 分 析 に よ り推 定 誤 差 が小 さ くな って い る。 ま た こ こ で は新 た に サ ン プ ル の 中心 よ り若 干北 極 側 の 方 が, 相 関 及 び 糖 度 が高 くな る傾 向 が見 られ た 。 領 域 選 択 法 に よ っ て測 定 され る緩 和 時 間 は, SE法 に よ る測 定 と 若 干 異 な る値 を与 え る た め, 同列 に 並 べ て解 釈 す る事 は で き ない が, 得 られ た糖 度 と緩 和 時 間 の関 係 は定 性 的 に同 じ で あ り, T1, T2を 用 い て糖 度 推 定 が行 え る こ とが確 認 され た と考 え て よ い と思 わ れ る。 この 実 験 で要 した測 定 時 間 は測 定 点1点 あ た り39秒 で あ った が, こ の測 定 速 度 で も実 際 の選 果 場 で は不 充 分 と言 わ ざ る を得 ない 。 そ こ で測 定 速 度 向 上 の た め T1, T2の 算 出 を フ ィ ッテ ィ ン グ に拠 らず , Table 1で 示 したTr, Teか らそ れ ぞ れ2点 を 選 び, 式 (3), (4) を代 数 的 に解 い て 緩 和 時 間 を再 計 算 し た。 た だ しTrの 組 合 せ に は一 方 が 他 方 の整 数 (2, 3, 4) 倍 に な る もの を選 ん だ。 フ ィ ッテ ィ ン グ で得 られ た緩 和 時 間 に最 も近 い 値 を与 え る組 合 せ を探 し た と こ ろ, T1 算 出 に は (1,500, 3,000) msの ペ ア が, ま たT2算 出 に は (44, 160) msの ペ ァ が最 も 適 して お り, 予 想 され る相 関 係 数 の 低 下 と誤 差 上 昇 も それ ぞれ0.029, 0.04 Brix%程 度 で あ る こ とが分 か った 。 従 って (Tr, Te) の組 合 せ と して (1,500, 44) , (3,000, 44), (1,500, 160) msの3つ を選 べ ば, 本 方 式 に よ る 糖 度 推 定 の測 定 時 間 は1測 定 点 当 り少 な く と も6秒 に ま で短 縮 可 能 で あ る と言 え る。 更 に今 回 の 実験 で は サ ンプ ル 温 度 を一 定 に保 つ 事 が で き ず, 約6℃ の変 化 を生 じた た め, 緩 和 時 間 の分 散 が大 き くな っ て い る可 能 性 が 高 い 。 そ こで 最 も度 数 の 多 か っ た26≦T<27℃ の範 囲 に 入 った デ ー タの み を 使 用 し, 相 関 係 数 を再 検 討 した 。 そ の 結 果 をTable 3 の最 後 に示 す 。 期 待 通 り相 関 は 向 上 し, 温 度 補 正 を行 え ば相 関 係 数 が更 に 向 上 す る 事 が 示 唆 され た。 4. ま と め MRIの 新 規 応 用 の1つ と し て, 西 瓜 の非 破 壊 糖 度 検 査 を実 施 した。 3つ の品 種 で試 験 した結 果, 次 の こ とが 判 明 した。 (1) NMR緩 和 時 間T1, T2と 糖度 の 間 に は強 い 相 関 が あ り, 重 回 帰 分析 を用 い れ ば 西 瓜 中心 部 で最 高 ± 0.5 Brix%の 精 度 で糖 度 を推 定 可 能 で あ る。 (2) T2の 異 常 値 か ら煮 え果 とよ ば れ る不 良 果 を判別 可 能 で あ る。
28 (3) 糖 度 推 定 に必 要 な 時 間 は領 域 限 定 シー ケ ン ス を 用 い る事 で6秒/個 とで き, オ ン ライ ン検 査 機 と し て も充 分 検 討 可 能 な範 囲 に あ る。 (4) 温 度 補 正 を行 えば 糖 度 推 定 精 度 を向 上 で き る 可 能 性 が高 い。 以 上 よ り, 青 果 物 の 非 破 壊 検 査 は今 後MRIの 新 し い 用 途 と して 充 分 期 待 で き る も の と考 え られ る。
参
考
文
献
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