陳坤杰 劉浩魯 於海明 張大成

(南京農業(yè)大學工學院，南京210031)

基于CT圖像技術的三黃雞胴體物理特征分析

陳坤杰 劉浩魯 於海明 張大成

(南京農業(yè)大學工學院，南京210031)

選擇7只50日齡、屠體質量在1.741～2.508 kg之間的三黃雞為試驗對象，測量其體尺參數、全凈膛質量、主要內臟器官質量及內臟總質量，分析這些參數隨屠體質量的變化關系。利用螺旋CT機采集樣本的CT斷層掃描圖像，根據樣本的橫縱切面圖像，分別分析確定心臟、肺臟、肌胃和腎臟等主要臟器的相對位置，并估算出內臟腔體的尺寸及凈膛切口的位置和尺寸。試驗結果顯示，隨著三黃雞胴體屠體質量的增加，胸深和脛長逐步增大，而體斜長、胸寬和脛圍則顯著的線性增加(P＜0.01)。心臟、肺臟、肌胃和腎臟的質量也隨屠體質量的增加而呈增大趨勢，且具有一定的相關性。另外，根據胴體的橫縱CT圖像，可以清楚地確定心臟、肺臟、肌胃和腎臟的相對位置;對屠體質量分布為1.741～2.508 kg的三黃雞樣本，估算出腔體尺寸為:內臟腔體長度(15.560±0.540)cm，最大寬度(7.722±0.253)cm，最大凈膛開口尺寸(4.783±0.467)cm。

三黃雞;凈膛;物理特性;CT圖像

引言

我國肉類消費穩(wěn)步增長，其中，家禽肉類消費年增長率為5%～10%，已成為中國第二大肉類消費品［1－2］。三黃雞因外貌“三黃”(羽毛黃、爪黃、喙黃)而得名，是我國最著名的土雞之一。近年來，隨著生活水平的提升，消費者對肉雞肌肉品質要求不斷提高，因此，肉質嫩滑、味道鮮美的三黃雞越來越受到廣大消費者的喜愛，帶動了三黃雞的消費量和屠宰量顯著增加［1－2］。目前，國內肉雞屠宰的大多數工序已實現(xiàn)機械化和自動化，許多研究著力于改進現(xiàn)有生產工藝［3－7］，僅凈膛等少數工序還采用人工方式。盡管國內有部分企業(yè)引進了外國自動凈膛設備，但在使用中，卻還需要人工輔助才能完成凈膛過程［8］。其原因，一是國內的飼養(yǎng)水平相對較低，所生產的肉雞規(guī)格參差不齊，機械設備難以適應;二是國內肉雞品種繁多，對其物理特征的研究不足，不能為設備研究開發(fā)提供基本數據的支持。國外在20世紀70年代就開始自動凈膛技術和設備的研究開發(fā)，形成相關的專利，所開發(fā)設備已投入商業(yè)應用［9－10］。國內只是近些年來才有部分單位開展了自動凈膛技術和設備的研究［11］，對凈膛機械手的夾取和拔取方式以及凈膛機械手的技術參數進行了研究探討［12－13］，對家禽體尺參數和屠宰特性也有部分相關的研究報道［14－17］。不論是扒取式還是夾取式凈膛，一般都需要經過割肛、開膛和取內臟3個步驟。在進行自動凈膛時，割肛完畢后，需用開膛機從肛門孔向前劃開一個適當的切口，然后機械手從肛門切口伸入腹腔將內臟拉出。為保持胴體的完整形狀，工藝要求凈膛切口不得超過胸骨，因此，要實現(xiàn)自動凈膛，需要知道不同大小雞胴體的胸骨位置并估算凈膛開口尺寸。另外，與國外不同，在我國，雞心、肝和腎都具有一定的經濟價值，在用機械手凈膛時，為避免機械手直接作用于這些器官而造成器官破損，需要知道心、肝、腎的相對位置來規(guī)劃機械手的運動軌跡。另外，不同品種和不同屠體質量的雞胴體，其腔體大小有一定的變化，設計的機械手應能夠適應不同大小腔體的變化，為此，需要知道各個品種和大小雞胴體的腔體尺寸。但是，國內目前對三黃雞這些物理特征的研究基本處于空白，因此，本文利用CT圖像技術，通過對不同規(guī)格三黃雞物理尺寸特征的測定，探討不同規(guī)格三黃雞的體尺、內臟器官質量以及相對位置的變化規(guī)律，為自動凈膛機械手的設計和路徑規(guī)劃提供基本依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與工具

于江蘇省南京市蘇果超市采購50日齡、不同大小冰鮮三黃雞胴體7只，用食品級塑料袋密封包裝，在2～4℃冷藏室冷藏，于試驗前取出，在室溫(20℃)下回溫2 h后進行測定。

OPTIMA CT660型64排螺旋CT機、CFC001型電子秤(稱量范圍0～5 000 g，精度0.01 g)、移動式X光機、手術剪和鑷子、托盤、軟尺、游標卡尺等。

1.2 體尺測量

根據農業(yè)部家禽生產性能名詞術語和度量統(tǒng)計方法［18－19］，按照文獻［9］所述步驟，測定所有7只三黃雞的以下體尺:體斜長為體表測量的肩關節(jié)至坐骨結節(jié)間距離;胸深為用游標卡尺在體表測量的第一胸椎到龍骨前緣距離;胸寬為用游標卡尺測量的兩肩關節(jié)之間體表距離;脛長為從脛部上關節(jié)到第三、四趾間的直線距離;脛圍為脛骨中部的周長。

1.3 屠宰性能測定

按照文獻［20］所述方法和步驟，將雞胴體進行解剖，用電子秤測量如下參數:全凈膛質量、心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟質量及內臟總質量。

1.4 雞胴體的CT圖像采集

將雞胴體側置送入CT機進行掃描。利用三黃雞內臟器官組織肉質密度差異，可以在CT圖像上形成不同密度組織的灰度圖像。經CT掃描，得到自上而下等分為56個、從右到左等分為28個不同切面的雞胴體圖像。CT圖像采集過程如圖1所示。

圖1 CT圖像采集Fig．1 CT image capture

1.5 數據處理

每個測定重復2次，然后利用SPSS統(tǒng)計軟件，對所采集數據進行求平均值、方差和顯著性檢驗等統(tǒng)計分析計算。

2 結果與分析

2.1 三黃雞的體尺隨其凈膛質量的變化規(guī)律

三黃雞的體尺測量結果見表1。由表1可知，所選樣本的屠體質量變化范圍較大(變異系數13%以上)，說明所選樣本在屠體質量上具有一定的代表性。三黃雞的屠體質量、體斜長等均與固始雞×白羽雞的屠體質量((1.603±0.203)kg)和體斜長((21.12±0.93)cm)相當，明顯高于固始雞和仙居雞［21］。不同屠體質量三黃雞的體尺變化如圖2～6所示。屠體質量、體斜長、胸深、胸寬、脛長和脛圍的變異系數分別為 13.305%、7.268%、7.489%、5.770%、2.629%、12.518%。隨著屠體質量的增加，三黃雞的體斜長、胸深、胸寬、脛長和脛圍均有所增大。對體尺隨屠體質量的變化關系進行線性擬合，結果如表2所示。體斜長、胸寬與屠體質量之間存在極顯著的線性關系(P＜0.01)，脛圍與屠體質量之間存在顯著的線性關系(P＜0.05)。而胸深和脛長與屠體質量之間的線性關系并不顯著(P＞0.05)。這與王飛等［21］得出的結論(霸王雞質量與各體尺性狀間均呈極顯著正相關)不完全一致。這可能與雞的品種、飼養(yǎng)方式等因素有關。

表1 雞胴體體尺統(tǒng)計數據Tab．1 Statistic data of chicken carcass size

圖2 屠體質量-體斜長變化關系Fig．2 Relationship between carcassweight and trunk length

圖3 屠體質量-胸深變化關系Fig．3 Relationship between carcassweight and breast length

圖4 屠體質量-胸寬變化關系Fig．4 Relationship between carcassweight and breast breadth

圖5 屠體質量-脛長變化關系Fig．5 Relationship between carcassweight and shank length

圖6 屠體質量-脛圍變化關系Fig．6 Relationship between carcassweight andneck shank circumference

表2 雞胴體體尺線性回歸模型Tab．2 Linear regression models of chicken carcass size

2.2 不同規(guī)格三黃雞主要器官的物理特性

三黃雞屠宰特性及主要器官物理特性的統(tǒng)計分析如表3所示。表3顯示，不同屠體質量三黃雞的主要器官質量變化不大，只有脾臟和內臟總質量有較大變化范圍。其中，各主要器官質量及全凈膛質量隨屠體質量的變化如圖7～13所示，由圖可知，隨著屠體質量的增加，全凈膛質量、脾臟質量明顯增大，心臟質量及內臟總質量先增大后減小而后又增大，而肝臟、肺臟和腎臟質量基本沒有變化。對雞胴體屠宰性能數據進行分析，如表3所示。屠體質量、全凈膛質量、心臟質量、肝臟質量、脾臟質量、肺臟質量、腎臟質量、內臟總質量的變異系數分別為: 13.305%、8.389%、6.285%、5.139%、22.680%、5.971%、7.760%、28.433%。方差分析表明，全凈膛質量、心臟質量、脾臟質量及內臟總質量與屠體質量顯著正相關(0.01＜P＜0.05)，并且脾臟質量和內臟總質量與屠體質量之間存在極顯著的線性關系(P＜0.01)，心臟質量與屠體質量之間則有顯著的線性關系(0.01＜P＜0.05)。

表3 雞胴體屠宰性能數據Tab．3 Slaughter performance data of chicken carcass

圖7 屠體質量-全凈膛質量變化關系Fig．7 Relationship between carcassweight and eviscerated weight

圖8 屠體質量-心臟質量變化關系Fig．8 Relationship between carcassweight and heartweight

圖9 屠體質量-肝臟質量變化關系Fig．9 Relationship between carcass weight and liver weight

圖10 屠體質量-脾臟質量變化關系Fig．10 Relationship between carcassweight and spleen weight

圖11 屠體質量-肺臟質量變化關系Fig．11 Relationship between carcassweight and lung weight

圖12 屠體質量-腎臟質量變化關系Fig．12 Relationship between carcass weight and kidney weight

2.3 三黃雞胴體CT圖像分析

以屠體質量1.741 kg的三黃雞為例，其橫縱切面CT示意圖和全部橫縱剖面CT圖如圖14所示。每個樣本有50個橫切和28個縱切剖面圖像，由標定可知，相鄰2個橫切剖面圖像間隔0.400 2 cm，相鄰2個縱切剖面圖像間隔0.257 5 cm。因此，通過觀察CT圖以及各個器官對應的CT圖像編號，可以清晰地看出并確定雞胴體各個器官的相對位置，這為凈膛機械手的路徑規(guī)劃和位移設計提供了參考依據。由于三黃雞骨骼密度明顯高于其它器官和組織，其成像特征明顯。因此，利用CT設備的三維重建功能，可重建出三黃雞骨骼三維圖像，如圖15所示。圖15直觀地呈現(xiàn)三黃雞的骨骼分布情況，由此可以引導凈膛機械手在進行凈膛切口時，避開骨骼的影響，并根據胸骨的位置，確定切口的位置和切口長度。

圖14 三黃雞剖面CT示意圖Fig．14 CT images of Sanhuang chicken

圖15 三黃雞骨骼三維重建CT圖片F(xiàn)ig．15 CT images of skeleton of Sanhuang chicken

為進一步確定三黃雞主要內臟器官的相對位置、三黃雞腔體的大小以及凈膛切口的大小，為凈膛機械手摘取主要器官和凈膛機械手的設計提供依據，對三黃雞的CT圖像分析如下:

肌胃:分析圖16可知，Lm29靠近腹部方向的橫切面陰影區(qū)為三黃雞的肌胃，該圖是橫切面中肌胃面積最大的切面圖。結合圖14，可以確定肌胃位于內臟腔體中段靠近腹部位置。

圖16 CT橫切面放大圖(圖像編號:Lm29和Lm30)Fig．16 Enlarged CT images of Lm29 and Lm30

肺臟:圖像Lm30中，靠近三黃雞背部對稱的兩側，肺臟橫切面陰影最明顯，橫切面中切面面積最大;而在圖14中，肺臟在Lm11和Lm19中縱切面面積最大。將圖17與圖14結合起來分析，可以確定肺臟位于內臟腔體上段靠近肋骨兩側位置。

圖17 CT縱切面放大圖(圖像編號:Lm11和Lm19)Fig．17 Enlarged CT images of Lm11 and Lm19

腎臟:在圖18中Lm35～Lm43靠近肉雞背部的兩側陰影是腎臟所形成的區(qū)域，它在圖14 Lm11和Lm19中是從側視角度腎臟面積最大的橫切面圖像。

輸卵管:在圖19中，Lm35、Lm47和Lm55中部較大區(qū)域切面陰影為肉雞的輸卵管。三黃雞的輸卵管是占內臟總體積較大的器官，由橫切面CT圖可以估算出輸卵管自上而下長約為8.044 cm。

腔體:圖14中的Lm13為三黃雞內腔上方起始位置，Lm50為下方內腔終止位置;圖14中，Lm0為三黃雞內腔右側起始位置，Lm28為左側內腔終止位置。由此可計算出內臟腔體長度和寬度的最大值分別為14.880 cm和7.210 cm。

凈膛開口:結合分析圖14和圖15可知，三黃雞的胸骨到圖Lm38位置完全消失，說明從Lm39以后的圖像腹部沒有骨骼支撐，凈膛開口的最大位置不得超過胸骨。由此可計算出最大凈膛開口尺寸為4.022 cm。

圖18 CT橫切面放大圖(圖像編號:Lm35～Lm43)Fig．18 Enlarged CT images of Lm35 to Lm43

圖19 CT橫切面放大圖(圖像編號:Lm35、Lm47、Lm55)Fig．19 Enlarged CT images from top to botton of Lm35，Lm47 and Lm55

對其他6個樣本的CT圖像進行主要器官相對位置的分析，可以得出類似的結論。對7個不同屠體質量三黃雞進行統(tǒng)計計算，內臟腔體長度為(15.560±0.540)cm、最大寬度為(7.722±0.253)cm、最大凈膛開口尺寸為(4.783±0.467)cm。

3 結論

(1)不同屠體質量的三黃雞，其體尺有明顯的不同。隨著屠體質量的增加，其主要體尺參數均會隨之增大，并且體斜長、胸寬和脛圍與屠體質量之間存在極顯著的線性關系。

(2)不同屠體質量三黃雞的主要器官，如心臟、肝臟、肺臟和腎臟的質量沒有明顯變化，只有脾臟質量及內臟總質量隨著屠體質量的增加顯著地線性增大。

(3)通過CT圖像可以確定雞胴體主要器官的相對位置，為機械手摘取或避免損傷心、肝和腎等有用器官提供目標指引;也可以確定雞胴體腔體尺寸和凈膛切口的最大尺寸，為自動凈膛裝置的設計提供基本數據。

1 陳瓊，呂新業(yè)，王濟民．我國禽肉消費及影響因素分析［J］．農業(yè)技術經濟，2012，31(5):20－28．

2 夏曉平，隋艷穎，李秉龍．我國城鎮(zhèn)居民畜產品消費問題分析——基于收入差距與糧食安全視角［J］．晉陽學刊，2011(2): 41－45．XIA Xiaoping，SUIYanying，LIBinglong．An analysis of consumption of animal products by urban residents in China—based on the perspective of income disparities and food security［J］．Academic Journal of Jinyang，2011(2):41－45．(in Chinese)

3 陳坤杰，楊凱，康睿，等．基于機器視覺的雞胴體表面污染物在線檢測技術［J/OL］．農業(yè)機械學報，2015，46(9):228－232．http:∥www．j-csam．org/ch/reader/view_abstract．aspx?file_no=20150933＆flag=1．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2015．09．033．CHEN Kunjie，YANG Kai，KANG Rui，et al．Online detection technology for contaminants on chicken carcass surface based on machine vision［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46(9):228－232．(in Chinese)

4 孫嘯，劉浩魯，陳彩蓉，等．基于特征參量的肉雞木質肉在線檢測方法［J/OL］．農業(yè)機械學報，2017，48(6):284－289．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．aspx?flag=1＆file_no=20170637＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2017．06．037．SUN Xiao，LIU Haolu，CHEN Cairong，et al．On-line detectionmethod of raw woody breastbased on characteristic parameter［J/ OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2017，48(6):284－289．(in Chinese)

5 趙進輝，涂冬成，歐陽靜怡，等．利用高光譜圖像技術檢測雞胴體內部盲腸糞便污染物［J］．江西農業(yè)大學學報，2011，33(3):573－577．ZHAO Jinhui，TU Dongcheng，OUYANG Jingyi，et al．Detection of internal fecal contaminants of chicken carcasses using hyperspectral imaging technology［J］．Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis，2011，33(3):573－577．(in Chinese)

6 趙進輝，吁芳，吳瑞梅，等．基于分段主成分分析與波段比的雞胴體表面盲腸糞便污染物檢測［J］．激光與光電子學進展，2011，48(7):166－170．ZHAO Jinhui，YU Fang，WU Ruimei，et al．Detection of fecal contaminants on chicken carcasses using segmented principal component analysis and band ratio algorithm［J］．Laser＆Optoelectronics Progress，2011，48(7):166－170．(in Chinese)

7 吳威，陳桂云，葉長文，等．雞胴體表面低可見污染物的雙波段檢測方法研究［J］．光譜學與光譜分析，2014，34(12):3363－3367．WUWei，CHEN Guiyun，YEChangwen，etal．A dual-band algorithm to detect contaminantswith low visibility on chicken carcass surface［J］．Spectroscopy and Spectral Analysis，2014，34(12):3363－3367．(in Chinese)

8 馬朋巍，王麗紅，葉金鵬，等．家禽自動取內臟技術及裝備在我國的應用前景［J］．農產品加工(學刊)，2009，5(10):93－96．MA Pengwei，WANG Lihong，YE Jinpeng，et al．The domestic application prospects of automatic evisceration technology and equipment of slaughtered poultry［J］．Academic Periodical of Farm Products Processing，2009，5(10):93－96．(in Chinese)

9 HAZENBROEK JE．Ploutry eviscerating apparatus:US，3979793［P］．1976-03-14．

10 TIELEMAN R J．Poultry eviscerating tool:US，4436878［P］．1984-03-13．

11 王猛，李陽陽，葉金鵬，等．家禽自動掏膛機械手的發(fā)展和應用現(xiàn)狀［J］．農產品加工(學刊)，2014，10(5):62－64．WANGMeng，LI Yangyang，YE Jinpeng，et al．Development and application of the poultry eviscerating manipulator［J］．Academic Periodical of Farm Products Processing，2014，10(5):62－64．(in Chinese)

12 王猛．夾取式家禽自動掏膛機械手結構和運動參數的研究［D］．北京:中國農業(yè)機械化科學研究院，2014．WANGMeng．Study on structure and trajectory parameters of the grippable automatic evisceration manipulator for poultry［D］．Beijing:Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences，2014．(in Chinese)

13 馬朋巍．扒取式家禽取內臟機械手結構及運動參數研究［D］．北京:中國農業(yè)機械化科學研究院，2010．MA Pengwei．Study on structure and trajectory parameters of device for removing viscera from slaughtered poultry［D］．Beijing: Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences，2010．(in Chinese)

14 吳嬋，李輝，李敬瑞，等．貴妃雞體尺及屠宰性狀的測定與相關分析［J］．河南農業(yè)科學，2011，40(11):148－151．WU Chan，LIHui，LIJingrui，etal．Measurementand analysis of body size and carcass character of royal chickens［J］．Journal of Henan Agricultural Sciences，2011，40(11):148－151．(in Chinese)

15 馮筠凌，傅笠洪，馮炳志，等．“祥福鳥”野山雞的體尺測定報告［J］．四川畜牧獸醫(yī)，2015(8):29－30．FENG Junling，F(xiàn)U Lihong，F(xiàn)ENG Bingzhi，etal．Body sizemeasurementof“l(fā)ucky bird”wild pheasant［J］．Sichuan Animal＆Veterinary Sciences，2015(8):29－30．(in Chinese)

16 丁建華，劉玉杰．AA肉雞生長期主要內臟器官與活重的回歸分析［J］．當代畜牧，2006(10):1－3．

17 李威娜，黃曉娟，鐘福生，等．山地放養(yǎng)五華三黃雞的屠宰性能、肉質性能及血液生化指標測定［J］．廣東農業(yè)科學，2013(4):104－107．LIWeina，HUANG Xiaojuan，ZHONG Fusheng，et al．Determination of slaughter performance，meat quality and biochemical values in blood forWuhua Three-Yellow Chickens raised in themountain［J］．Guangdong Agricultural Sciences，2013(4):104－107．(in Chinese)

18 NY/T 823—2004家禽生產性能名詞術語和度量統(tǒng)計方法［S］．2004．

19 于匆．禽病知識講座之六:雞尸體解剖及組織、內臟的病理變化(一)［J］．養(yǎng)殖技術顧問，2002(9):39．

20 童海兵，王克華，陸俊賢，等．雞種、日糧能量和日糧蛋白質對體尺性狀的影響［J］．中國家禽，2004，8(1):96－99．TONG Haibing，WANG Kehua，LU Junxian，et al．Effects of breed and feed levels on the stature of chicken［J］．China Poultry，2004，8(1):96－99．(in Chinese)

21 王飛，李笑春，吳科榜．霸王雞生長曲線擬合及體重與體尺的相關性分析［J］．南方農業(yè)學報，2014，45(5):870－874．WANG Fei，LIXiaochun，WU Kebang．Fitting of growth curve and correlation analysis on body weight and body size of Bawang chicken［J］．Journal of Southern Agriculture，2014，45(5):870－874．(in Chinese)

Analysis on Physical Characteristics of Sanhuang Chicken Carcasses Based on CT Image Technology

CHEN Kunjie LIU Haolu YU Haiming ZHANG Dacheng
(College of Engineering，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210031，China)

Seven Sanhuang chicken carcasses，which were 50 d old and the carcasses weightwas in the range of 1.741～2.508 kg，were selected as experimental samples．Their body size parameters，eviscerated weight，main organs weight and viscera weight were measured and then the relationships of these parameters with the carcass weight were analyzed and investigated．After the sample’s crosssectional images were captured by using a spiral CT machine，the relative positions of heart，lung，stomach，kidney and othermajor viscerawere observed and in the same time，the visceral cavity size and the position and size of the eviscerated incision were estimated according to these images．Experiment results showed that their breast depth and shank length were gradually increased with the raise of carcass weight of Sanhuang chicken．Furthermore，the body length，breastwidth and shank circum ference were significantly increased(P＜0.01)linearly as the carcass weight was increased．The weight of heart，lung，stomach muscle and kidney also showed a trend of increase with the rise in carcass weight，which had certain relevance．In addition，the relative position of the heart，lung，muscle stomach and kidney could be clearly determined based on the horizontal and vertical cross-sectional CT images of carcass;for the Sanhuang chicken sampleswith carcassweight distribution of1.741～2.508 kg．The estimated cavity size was(15.560±0.540)cm long，(7.722±0.253)cm wide，and themaximum incision length was (4.783±0.467)cm．

Sanhuang chicken;eviscerating;physical characteristics;CT image

S831.1

A

1000-1298(2017)07-0294-07

2016-11-06

2016-11-30

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD19B06)

陳坤杰(1963—)，男，教授，博士生導師，主要從事農產品加工、檢測及其智能化裝備研究，E-mail:kunjiechen@njau．edu．cn

於海明(1974—)，男，副教授，主要從事農產品加工與檢測技術研究，E-mail:yuhaiming@njau．edu．cn

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．037