Advanced imaging and modeling technologies in postharvest science: quality evaluation of cellular and tissue-based products based on multidimensional information

采后科学中的先进成像和建模技术：基于多维信息的细胞和组织产品的质量评估

• 批准号: 21H04748
• 负责人: 田中 史彦
• 金额: $ 27.54万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04748/
• 关键词: 農業工学; 画像解析; シミュレーション; 品質・健全性評価; AI; モデリング; 品質評価; Digital Twin

本研究は、生体内の時空間的な4D動態を「見える化」することを目的とする。（１）青果物細胞組織のナノ・マイクロ構造の観察と解析「造り」では、青果物組織の健全性評価手法として電気インピーダンス法の有用性評価を進めた。青果物が収穫前後に経験する細胞膜損傷や糖、酸などの内在成分の変動が、計測される誘電緩和の挙動に影響を及ぼし得ることを明らかとした。また、青果物組織内の空隙をX線μCTで撮影し、解析ソフトAvizoによって空間内の分布を可視化した。スプラウト類では、栄養供給が減少した状態で新調した茎部で気泡厚および気泡間距離の増大が確認された。（２）マルチフィジックス・シミュレーションによる細胞組織諸物性値の推算「模し」では、細胞－空隙間の移動現象をより厳密にモデル化したり、細胞組織レベルでの解析において計算領域サイズが異方性の評価に与える影響について検討したりするなど、より現実に近いモデルに深化させた。この他にも、果実内の各部位で呼吸速度を計測し、空隙率との関係を明らかにするなど、モデルベースとGC-MSMSによる代謝推定も行った。（３）バイオスペックル法による細胞アクティビティの計測と活性度マッピング「活き」では、ナシの健全果判別に資する技術として、心腐れ病の非破壊判別の可能性について考究した。心腐れ病は外観からその判別が難しく、商品としての価値・信頼性を著しく損なわせる原因となる。Phomopsis fukushiiを植菌することで罹患させたナシと自然に罹患したナシについてバイオスペックル特性値の変化を計測し、スペックル動画の周波数解析を行った。機械学習法により周波数ごとの振幅累積和を入力とし、罹患の有無を判別する数理モデルを構築した結果、分類再現率90％の精度を得ることが可能となった。

This study aims to investigate the temporal and spatial dynamics of living organisms. (1) The investigation and analysis of the structure of green fruit cell tissue, the evaluation of the soundness of green fruit tissue, and the evaluation of the usefulness of the electrical energy method. Before and after harvest, the cell membrane damage, sugar and acid changes, measurement, induction and relaxation of the influence of the change, and so on. X-ray microCT imaging of voids in green fruit tissues, analysis of Avizo and visualization of spatial distribution It is confirmed that the increase in the thickness and distance between the bubbles in the stem is due to the decrease in the supply of water and oxygen. (2) Calculation of physical properties of cell tissue in the context of "model", cell-gap movement phenomenon, close integration, analysis of cell tissue, calculation of domain heterogeneity evaluation and influence, detection and evaluation, and present in the context of deepening. The relationship between respiratory rate measurement and void fraction in different parts of the body and the metabolic estimation of GC-MSMS is discussed. (3) The measurement of cell activity and the identification of healthy fruits of heart disease are studied in detail. The reason why the heart disease is difficult to distinguish, the commodity is difficult to distinguish, and the information is damaged is difficult to determine. Phomopsis fukushii is a natural disease, and its characteristics are measured and analyzed. Mechanical learning method: cycle number, amplitude accumulation, input force, presence or absence of disease, mathematical construction, accuracy of classification reproduction rate of 90%

项目成果

青果物輸出促進のための物流・情報流システムの構築

构建物流和信息流体系促进果蔬出口

• 发表时间: 2021
• 作者: Kantamaturapoj Kanang;McGreevy Steven R.;Thongplew Natapol;Akitsu Motoki;Vervoort Joost;Mangnus Astrid;Ota Kazuhiko;Rupprecht Christoph D.D.;Tamura Norie;Spiegelberg Maximillian;Kobayashi Mai;Pongkijvorasin Sittidaj;Wibulpolprasert Suwit;八木信行;田中史彦
• 通讯作者: 田中史彦

カキ’富有’貯蔵中のバイオスペックル活性変化

‘Fuyu’牡蛎贮藏期间生物斑点活性的变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 田代紗英;吉村明音;田中良奈;田中史彦
• 通讯作者: 田中史彦

青果物内部の2次元構造を用いたガス移動解析と有効拡散係数の推算

利用水果和蔬菜内部二维结构进行气体运动分析和有效扩散系数估计

• 发表时间: 2021
• 作者: 阿部怜香;豊田光希;田中良奈;田中史彦
• 通讯作者: 田中史彦

Improved alginate‐based films by Ylang‐ylang ( Cananga odorata L) oil incorporation

• DOI: 10.1002/pat.6042
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Polymers for Advanced Technologies
• 影响因子: 3.4
• 作者: F. Nkede;A. A. Wardana-A.;N. Phuong;Yan Xirui;Arisa Koga;Mohammad Hamayoon Wardak;F. Tanaka;Fumihiko Tanaka

青果物内部構造の違いがもたらす熱・ガス拡散への影響－X線CT画像解析に基づく物性値分布を用いて－

水果和蔬菜内部结构差异对热量和气体扩散的影响 - 利用基于 X 射线 CT 图像分析的物理属性值分布 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 豊田光希;阿部伶香;田中良奈;田中史彦
• 通讯作者: 田中史彦