BR102019021931A2 - Sistema de monitoramento e detecção de estro e doenças em animais, método de detecção de estro e doenças em animais e dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas - Google Patents

Abstract

A presente invenção apresenta um sistema e um método que auxilia o monitoramento de animais, realizando medições de temperatura e utilizando técnicas de termografia. Com base nessas medições, o sistema e o método detectam mudanças na temperatura corporal e identificam antecipadamente a provável incidência de doenças, como mastite, mastite subclínica e/ou estro dos referidos animais. Adicionalmente, a presente invenção apresenta um dispositivo de aquisição de imagens térmicas desenvolvido para preferencialmente ser usado no referido sistema.

Description

SISTEMA DE MONITORAMENTO E DETECÇÃO DE ESTRO E DOENÇAS EM ANIMAIS, MÉTODO DE DETECÇÃO DE ESTRO E DOENÇAS EM ANIMAIS E DISPOSITIVO DE AQUISIÇÃO E ANÁLISE DE IMAGENS TÉRMICAS Campo da invenção:

[1] A presente invenção se insere no campo da medicina veterinária, mais especificamente fornecendo dados para auxiliar o diagnóstico e possivelmente possibilitar a predição de doenças e estro em animais.

Fundamentos da invenção:

[2] Tratando-se do problema na identificação do estro, existem diferentes técnicas utilizadas, a principal e provavelmente a mais antiga técnica empregada é a observação visual do comportamento e dos sinais emitidos pelo animal. Esta técnica depende de fatores subjetivos e mesmo um tratador experiente não consegue determinar com eficiência o estro de 100% dos animais, mesmo em um rebanho de tamanho médio.

[3] Outra técnica desenvolvida é o uso de rufiões que podem ser tanto de animais machos tratados cirurgicamente, assim como fêmeas androgenizadas. Nestes casos, o rufião apesar de não conseguir fertilizar as fêmeas, indica o provável cio pela monta, podendo assim identificar o estro das fêmeas.

[4] Já as técnicas eletrônicas disponíveis baseiam-se em medidas de diferentes tipos de sensores como: movimentação (pedômetro), sensores de monta, de temperatura, de pressão e de mudança da resistência elétrica nas secreções de trato reprodutivo.

[5] Todas as técnicas descritas têm eficiência limitada e muitas vezes são utilizadas com outros diferentes métodos para aumentar a eficiência da detecção.

[6] Já para a mastite, a principal característica utilizada atualmente para o diagnóstico tanto da mastite/mastite subclínica é a alteração da contagem de células somáticas (CCS). Uma glândula mamária considerada saudável apresenta CCS inferior a 200.000 células /mL em média.

[7] Assim, a maior parte dos métodos de detecção se baseiam em diferentes formas de identificar o teor das células somáticas do leite, destacando-se o CMT (California Mastitis Tests), o WMT (Wisconsin Mastitis Test), a cultura de bactérias e a contagem eletrônica, ou por microscopia, de células somáticas.

[8] O método CMT, desenvolvido por Schalm e Noorlander em 1957 é bastante utilizado atualmente e deve ser realizado no início da ordenha para detecção das infecções. Neste teste utiliza-se uma bandeja contendo quatro cavidades onde são adicionados o leite mais o reagente do CMT. Assim há uma reação da mistura em partes iguais do leite com o reagente, sendo o resultado avaliado em função do grau de viscosidade. Quanto maior o grau de viscosidade da amostra maior a contagem das células somáticas do leite. Por se basear na análise visual das amostras, este método possui grande subjetividade.

[9] A condutividade elétrica (CE) do leite, estudada desde a década de 40, também pode ser utilizada para indicar a inflamação das glândulas mamárias. Neste caso, um equipamento determina a CE do leite, que em um animal saudável pode variar entre 4 a 5,5 mS/cm a 25°C e seu aumento é proporcional ao aumento da CCS.

[10] Existem ainda os chamados métodos laboratoriais como a cultura de bactérias, que consegue determinar com precisão o microrganismo patogênico, e também os métodos enzimáticos.

[11] Métodos mais avançados, que se baseiam em tecnologias de DNA e RNA como o ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) e o PCR (Polymerase chain reaction-enzyme), só podem ser realizados em laboratórios especializados e possuem alto custo.

[12] Outro problema dos métodos laboratoriais é a necessidade da coleta e posterior envio da amostra do leite para ser analisada em laboratórios especializados. Além do custo, temos a desvantagem do tempo necessário para a análise destas amostras.

[13] Com base no contexto histórico, a presente invenção visa auxiliar a identificação de anomalias como por exemplo o estro e a mastite, sem contato direto, de maneira rápida e não invasiva.

[14] A presente invenção utiliza técnicas de inteligência artificial e termografia para tratar dados de temperatura do animal, que podem indicar casos de cio e/ou mastite.

Estado da técnica:

[15] O documento US20180077894 "METHODS AND SYSTEMS FOR DETECTION AND TRACKING OF MASTITIS IN DAIRY CATTLE" apresenta um método e um sistema para identificação de mastite em animal mamífero (preferencialmente bovinos). Tal documento apresenta uma solução onde não é analisada a temperatura do animal para auxílio a identificação da mastite, sendo tipicamente baseada na inspeção visual da mama e/ou leite.

[16] No sistema do documento US20180077894, a análise faz uso da inspeção visual para ajudar no diagnóstico preciso de mastite de um animal com um indicativo da doença. Nesse caso a etapa de aplicação da tecnologia é diferente, visto que a presente invenção tem como objetivo, fornecer dados ao produtor que possibilite uma ação rápida nos animais que podem estar sofrendo com a mastite ou preferencialmente auxiliar o diagnóstico em avançado da mastite subclínica. A proposta do documento US20180077894 não é aplicável para mastite subclínica, visto que sintomas visuais são dificilmente detectados.

[17] Para confirmação do diagnóstico de mastite necessita de uma amostra do leite para análise PCR, testando-se para a presença ou não de determinadas bactérias. Nossa solução visa identificar variações térmicas dos animais que indiquem um possível caso de mastite antes mesmo do leite ser contaminado, auxiliando também o diagnóstico de mastite subclínica e também do cio.

[18] O documento PI1015993-2 "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAMENTO ELETRÔNICO À DISTÂNCIA DE TEMPERATURA, LOCALIZAÇÃO E ACOMPANHAMENTO DE GADOS EM REGIME DE PASTAGEM SEMICONFINADO EM PROPRIEDADES OU PASTOS" apresenta um sistema para monitoramento de variáveis biológicas e da localização de gados em pradarias em que dispõe um dispositivo disposto no próprio gado que coleta informações (como a temperatura) e as transmite, via comunicação sem fio, para uma rede onde essa informação é analisada e disposta para consulta em diagnósticos.

[19] A leitura da temperatura é feita de maneira pontual e sujeita a interferências de diversas variáveis externas e sem a presença de uma referência confiável. Não há previsão de auxílio de diagnóstico automático de estro, mastite e mastite subclínica. Utiliza-se um brinco para cada animal, suprido por bateria e não utiliza câmeras termográficas. O sistema proposto não aborda como deve ser feita a análise de dados de temperatura do animal para auxiliar a verificação de doenças. A medição de temperatura na orelha, também não é compatível com identificação de mastite e principalmente de mastite subclínica. Também não é abordado nenhum método ou tratativa para auxiliar a identificação do cio.

[20] O documento CN108427977 "RFID-based breeding cattle management system and management method thereof" descreve um sistema de manejo de gado reprodutor baseado no uso de tags RFID que monitoram a temperatura corporal do animal, compara com as prévias informações do mesmo -armazenadas em um banco de dados - e alertam o criador sobre a possibilidade de uma anormalidade.

[21] Neste sistema há um grande foco em relação a identificação dos animais e em fornecer um relatório completo de cada animal do nascimento até o fim da vida. Não há nenhuma tratativa prevista para a análise da temperatura, nem como isso pode se relacionar com doenças ou cio.

[22] O documento CN108522344 "Cow estrus monitoring system and method" descreve um sistema de monitoramento dos ciclos de cio de gado que utiliza as informações de frequência cardíaca, temperatura e aceleração. As informações são transmitidas para um controle remoto, que avalia se o animal possivelmente está, ou não, no cio, e exibe o resultado em um monitor.

[23] O documento apresenta auxílio à detecção de cio, porém não há tratativas para doenças. O sistema necessita de um dispositivo por animal, aumentando o custo para grandes produtores e utiliza medidas de temperatura pontuais, não fazendo uso da inteligência artificial para auxiliar o diagnóstico e sim, baseado em limites inferiores e superiores dos dados.

[24] O documento CN109008996 "Internet-based cow multifunction physical sign early warning system and early warning method" revela um sistema de alerta que mede sinais físicos - temperatura através de um termômetro sem fio -, transmite os dados medidos e os armazena em um servidor de nuvem ou um servidor de cliente via Internet. O sistema gera uma curva de temperatura que é exibida em tempo real, define-se os limites superior e inferior de temperatura - considerados normais - e ativa automaticamente um alerta quando os limites são excedidos.

[25] O sistema descrito no documento utiliza pedômetros para determinar a quantidade de passos do animal e juntamente com as medidas de temperatura pontuais da orelha, propõe um método para acompanhar a saúde do animal. Há um alarme, ativado automaticamente quando limites inferiores e superiores dos dados são ultrapassados. O sistema não analisa os dados utilizando-se inteligência artificial, e utiliza medidas de temperatura apenas da orelha do animal e, ainda, utiliza um dispositivo por animal, agregando maior custo. O auxílio ao diagnóstico de cio também não é abordado.

[26] O artigo intitulado "Design of Information System for Milking Dairy Cattle and Detection of Mastitis" (http://dx.doi.org/10.1155/2014/759019) propõe um sistema de auxílio a identificação de mastite em vacas, em que informações sobre a saúde da vaca são obtidas via RFID e mostradas em um painel de exibição. O agricultor determina, então, qual vaca necessita de uma avaliação quanto a mastite antes da ordenha. Um dispositivo faz a detecção realizando a medição da condutividade elétrica (CE) em um determinado volume de leite da vaca.

[27] O sistema não utiliza temperatura como variável da análise para mastite e a análise é efetiva apenas após a manifestação da doença. O objetivo principal do sistema é resolver o problema de contaminação do leite colhido, evitando mistura do leite bom com leite contaminado. Não aborda análise para auxiliar a identificação de cio.

[28] O documento CN109060143 "Breeding pig body temperature monitoring system and method based on thermal infrared technology" divulga um sistema de monitorização da temperatura corporal para auxiliar a identificação de cio baseado em tecnologia de infravermelhos térmicos voltados para o uso em criação suína. O sistema de medição da temperatura corporal é não-invasivo e adquire indiretamente os dados de temperatura corporal com um grau de precisão muito alto, com a condição de que o corpo de um animal e um cronograma diário normal não sejam danificados.

[29] O método descrito no documento utiliza apenas regressão linear e análise estatística para análise dos dados coletados. O uso de uma licença de software SPSS para a análise estatística indica um maior custo agregado de produto quando comparado com a nossa solução de inteligência artificial. Principal diferença perante a presente invenção, no que toca o uso de inteligência artificial, é o fato da matéria do documento apenas utilizar-se de métodos de aprendizado supervisionado (regressão linear) para aferir temperatura (dentro de uma faixa), sem dar um retorno auxiliando diagnóstico de possíveis doenças. No nosso caso, além de regressão linear e comparação com o histórico do próprio animal, também temos uma rede neural para auxiliar na análise, ou seja, um método de análise por inteligência artificial chamado de não supervisionado, onde o software, com uso de um banco de dados (database) pode constantemente melhorar seu próprio aprendizado e consequentemente melhorar o resultado dos diagnósticos, e, portanto, auxiliar o produtor a diagnosticar doenças e cio.

[30] O sistema do documento apresenta uma solução aplicada somente para criações de porco, enquanto o sistema que estamos propondo é compatível com qualquer outra utilização, como por exemplo outros animais, humanos, etc (devido ao uso de aprendizado não supervisionado). No documento também não há a etapa de seleção de melhores imagens termográficas que tenham sido capturadas, ele serve somente como uma medida de temperatura corporal (dentro de uma faixa). Dessa forma o sistema está limitado ou a captura de uma única imagem, ou utilização em animais que não se movimentam muito, ou interferência manual para a aquisição de imagens. Na presente invenção, o sistema pode ser utilizado manualmente ou ainda funcionar de forma automática.

[31] A presente invenção, por possuir uma etapa de pré-seleção das melhores imagens, apresenta grandes vantagens: 1) trabalha sempre com a análise de uma imagem muito próxima da ideal; 2) possibilita a portabilidade do sistema para qualquer outra aplicação (animal, humana etc.) pois o método de seleção de imagens é uma inteligência artificial não supervisionada, havendo apenas a necessidade de um banco de dados de treino para o software; e 3) auxilia o produtor a identificar se o animal está no cio ou com determinada doença, de maneira assertiva.

Breve descrição da invenção:

[32] A presente invenção apresenta um Sistema de Monitoramento e Auxílio na Identificação de Estro e Doenças em animais que permite monitorar individualmente cada animal, auxiliar o controle da reprodução de animais, registrar graficamente a temperatura dos animais, apresentar curva de temperatura do mesmo, indicar a probabilidade que o animal esteja no cio e/ou com alguma doença, ser aplicado em áreas de passagem ou gargalo e que compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos: dois sensores de passagem (1); uma câmera térmica (2.1); um microprocessador (2.2); um leitor de identificação por rádio frequência (3); uma pluralidade de antenas (4); e uma pluralidade de etiquetas de identificação por rádio frequência (5).

[33] As ditas etiquetas permitirem a identificação dos animais de forma individualizada e são formadas de chips e antenas passivas, respondem o sinal transmitido pelas antenas, permitem a detecção da presença do animal, sendo fixadas a eles.

[34] As antenas transmitem um sinal de excitação, detectam o sinal de resposta emitido pelas etiquetas RFID, permitem a detecção da presença e localização do animal e a identificação do animal, e são conectadas ao leitor RFID. O leitor RFID interconecta as antenas e o microprocessador, alimenta as antenas com o sinal de excitação e transmitir o sinal de resposta para o microprocessador.

[35] Os sensores de passagem são posicionados preferencialmente na entrada e saída de uma passagem ou gargalo, detectam a entrada e saída dos animais, são conectados ao microprocessador de modo a comunicar a passagem dos animais.

[36] A câmera térmica permite adquirir imagens termográficas dos animais, é posicionada entre os sensores de entrada e saída e transmite as imagens ao processador. Já o microprocessador permite acionar a aquisição termográficas dos animais pela câmera térmica quando o animal passa pelo sensor de entrada e desligar a aquisição termográficas dos animais pela câmera térmica quando o animal passa pelo sensor de saída.

[37] O microprocessador ainda gerencia o funcionamento do sistema, recebe as informações do sinal de resposta, detecta a presença e localização do animal, identifica o animal, controla o funcionamento da câmera térmica, recebe e armazena as imagens termográficas fornecidas pela câmera térmica, seleciona as imagens que melhor permitem a análise de estro e doenças dos animais, analisa as imagens selecionadas e identifica os animais que provavelmente estão em período de estro ou com alteração de temperatura.

[38] O Sistema contém ainda um visor para apresentar as informações de temperatura, que fornecem a probabilidade de o animal estar no período de estro ou ainda com alguma alteração de temperatura relacionada, por exemplo à presença de mastite e mastite sub-clínica.

[39] O método associado ao sistema detecta mudanças na temperatura corporal e auxilia no diagnóstico antecipado da incidência de doenças, como mastite, mastite subclínica e/ou estro dos referidos animais.

[40] O dito Método permite adquirir imagens termográficas de animais, analisar as referidas imagens, comparar o resultado da análise com o histórico do animal, identificar possível estado de estro e/ou doença do animal, apresentar o resultado da identificação e que compreende, em sua configuração preferencial, nas seguintes etapas:

• - Etapa 1: Identificação do Animal;
• - Etapa 2: Aquisição das imagens; e
• - Etapa 3: Identificação de anomalias de temperatura e auxílio no reconhecimento de condições dos animais.

[41] A etapa 1 do dito método detecta a chegada do animal e identifica o mesmo. Já a etapa 2 direciona o animal a localidade em que imagens termográficas são adquiridas, sinaliza a entrada do animal, aciona a câmera térmica, adquiri uma pluralidade de imagens térmicas do animal, sinaliza a saída do animal da área em que imagens termográficas são adquiridas, cessa a aquisição das imagens, desliga a câmera térmica e armazena as referidas imagens.

[42] A etapa 3 seleciona as imagens que melhor proporcionam a análise térmica, analisa termicamente as referidas imagens, obtém amostras para auxílio na identificação de possíveis casos de estro e doenças e apresenta as referidas amostras. A seleção das imagens é realizada por uma rede neural treinada para tal finalidade, ou seja, as imagens selecionadas são fornecidas como entrada para a rede neural e a referida rede neural analisa o padrão de temperatura dos animais e fornece a probabilidade da presença do estado de estro e de uma possível doença no animal relacionada à variação de temperatura. Os resultados são apresentados através de um dashboard (online ou não), email ou alertas visuais e/ou sonoros.

[43] A presente invenção apresenta ainda dispositivo de aquisição de imagens térmicas (2), desenvolvido para preferencialmente ser usado no referido sistema, que permite adquirir imagens térmicas, analisar as referidas imagens, exibir o resultado da referida análise, gerenciar seu funcionamento de acordo com informações recebidas de elementos conectados a ele, receber um sinal com informações do animal, detectar a presença e identificar o animal e que compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos: uma câmera termográfica (2.1); um microprocessador (2.2); um visor (2.3); uma bateria (2.4) e uma caixa envoltória (2.6) que permite fixar o posicionamento dos demais elementos do dispositivo (2) em seu interior e proteger os referidos elementos.

[44] A caixa envoltória deve ser preferencialmente de metal e ter formato preferencialmente paralelepipedal. A dita caixa envoltória contém ainda partes vazadas para a disposição do visor, da câmera térmica e conexões com demais elementos.

[45] A câmara térmica do dispositivo adquire as imagens termográficas dos animais, disponibiliza as referidas imagens para o microprocessador, e é disposta na parede lateral da caixa oposta ao visor, com no mínimo resolução de 80x60 pixels e sensibilidade mínima de 0,1°C.

[46] O microprocessador do dispositivo gerencia o seu funcionamento, recebe as informações dos elementos conectados a ele, detecta a presença e identifica o animal, controla o funcionamento da câmera térmica, recebe as imagens termográficas provenientes da referida câmera, armazena as referidas imagens térmicas, seleciona as imagens que melhor permitem a análise de estro e doenças dos animais, analisa as imagens selecionadas, identifica os animais com alteração de temperatura e apresentar as informações pelo visor.

[47] O microprocessador pode ser disposto centralizado no interior da caixa, é conectado à câmera e ao visor, pode ser alimentado eletricamente pela bateria, e possui meios de conexão para comunicação e envio de dados com os demais elementos do conectados a ele. Deve possuir preferencialmente um processador de 64 bits com clock superior a 1,2 GHz, 1Gb de memória RAM e conexões seriais padrão SPI e I2C, além de conexão ethernet.

[48] O visor do dispositivo apresenta as informações analisadas referentes ao estado do animal, é conectado ao microprocessador, disposto em uma parte vazada da caixa. Sua tela deve ser virada para o exterior da caixa, ter no mínimo 3,5 polegadas e resolução preferencialmente maior que 320x480 pixels.

[49] O dispositivo pode conter ainda uma bateria para alimentar eletricamente o processador, com capacidade preferencialmente maior que 5000mA.

[50] O dispositivo pode ainda compreender um botão de acionamento conectado ao microprocessador e disposto em uma das áreas vazadas da caixa que proporciona o acionamento manual da câmera.

Breve descrição das figuras:

[51] Para obter uma visualização total e completa do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz referências, conforme se segue.

[52] A figura 1 mostra a representação do sistema e as interações de seus elementos, na forma preferencial da presente invenção.

[53] A figura 2 mostra uma ilustração esquemática da aplicação do sistema, na forma preferencial da presente invenção.

[54] A figura 3 mostra as etapas do Método e seus respectivos processos, na forma preferencial da presente invenção.

[55] A figura 4 mostra a imagem em perspectiva superior do dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas, em sua configuração preferencial.

[56] A figura 5 mostra a imagem em perspectiva inferior do dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas, em sua configuração preferencial.

[57] A figura 6 mostra a imagem em perspectiva inferior do dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas, em sua configuração preferencial, evidenciando a disposição dos elementos internos do mesmo.

[58] A figura 7 mostra uma vista explodida do dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas, em sua configuração preferencial.

[59] A figura 8 mostra uma fotografia do protótipo do dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas.

[60] A figura 9 mostra uma fotografia do protótipo do dispositivo de aquisição e análise de imagens térmicas.

Descrição detalhada da invenção:

[61] A presente invenção, conforme observado nas figuras 1 e 2, apresenta um Sistema de Monitoramento e auxílio na identificação de Estro e Doenças, preferencialmente mastite e mastite sub-clínica e que auxilia o controle da reprodução de animais ao permitir a realização de medições de temperatura e utilizando técnicas de termografia. Com base nessas medições e com a disponibilização dos dados históricos dos animais, é possível apresentar uma curva de temperatura (com a porcentagem de variação da temperatura corporal) para o produtor, além do resultado da rede neural, indicando a probabilidade de o animal estar no cio e/ou com alguma doença. Esse resultado pode auxiliar o produtor a identificar o cio e/ou doenças nos animais. O sistema monitora os animais de forma individualizada e é aplicado em áreas de passagem ou gargalo de rebanho. O sistema compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos: dois sensores de passagem (1); uma câmera térmica (2.1); um microprocessador (2.2); um leitor de identificação por rádio frequência (3), ou simplesmente leitor RFID; uma pluralidade de antenas (4); e uma pluralidade de etiquetas de identificação por rádio frequência (5), ou simplesmente etiquetas RFID.

[62] As etiquetas RFID (5) têm a função de permitir a identificação dos animais de forma individualizada, são formadas de chips e antenas passivas que respondem o sinal transmitido pelas antenas (4) permitindo assim a detecção da presença dos animais e sua devida identificação. As etiquetas RFID (5) devem ter meios de fixação para permanecerem adequadamente nos animais, são postas preferencialmente nas orelhas dos mesmos, como um brinco.

[63] As antenas (4) têm a função transmitir um sinal excitação, detectar o sinal de resposta emitido pelas etiquetas RFID (5) e, com isso, permitir a detecção da presença e localização do animal e sua devida identificação pelo sistema. As antenas (4) são posicionadas de forma que seus sinais de excitação sejam propagados em todo o território em que se deseja detectar e identificar o animal. As mesmas são conectadas ao leitor RFID (3).

[64] O leitor RFID (3) tem a função de fazer a interconexão entre as antenas (4), que são conectadas ao mesmo preferencialmente por cabos próprios de Rádio Frequência, e o microprocessador (2.2), que é conectado ao mesmo preferencialmente via serial ou por cabo ethernet. O leitor RFID (3) alimenta as antenas com o sinal de excitação e transmite o sinal de resposta, emitidos pelas etiquetas RFID (5) e captadas pelas antenas (4), para o microprocessador (2.2).

[65] Os sensores de passagem (1) têm a função de detectar a entrada e saída dos animais na região de onde as imagens são tiradas, são posicionados preferencialmente na entrada e saída de uma passagem ou gargalo de rebanho. Os sensores de passagem (1) são conectados ao microprocessador (2.2) e comunicam a passagem dos animais preferencialmente por pulso. Quando o animal passa pelo sensor de entrada (1.1), o microprocessador (2.2) aciona a câmera térmica (2.1) para a aquisição das imagens do animal. Em contraponto, quando o animal passa pelo sensor de saída (1.2), o microprocessador (2.2) cessa a aquisição das imagens da câmera térmica (2.1).

[66] A câmera térmica (2.1) tem a função de, justamente, adquirir imagens termográficas dos animais, deve ser posicionada de forma a devidamente possibilitar a aquisição das imagens entre os sensores de entrada (1.1) e saída (1.2) na passagem ou gargalo de animais, é conectada ao processador, o qual as imagens são fornecidas.

[67] O microprocessador (2.2) tem a função de gerenciar o funcionamento do sistema, receber as informações do sinal de resposta, detectar a presença e localização do animal e identificar o mesmo, controlar o funcionamento da câmera térmica (2.1) de acordo com as informações fornecidas pelos sensores de passagem (1), receber as imagens termográficas fornecidas pela câmera térmica (2.1), armazená-las e selecionar as imagens que melhor permitem a análise de estro e doenças dos animais, analisar as imagens selecionadas e identificar os animais que provavelmente estão em período de estro ou doentes e apresentar as informações pelo visor (2.3).

[68] O sistema pode ainda possuir um visor (2.3) para permitir apresentação das informações analisadas referentes ao estado do animal - estro e doenças - para consulta do criador e/ou do veterinário. O mesmo é conectado no microprocessador (2.2).

[69] Adicionalmente, a presente invenção apresenta um Método de auxílio à Detecção de Estro e Doenças em Animais, conforme observado na figura 3, em que adquire imagens termográficas de animais em que deseja identificar o possível estado de estro e/ou doença, analisa essas imagens para devida identificação do possível estado de estro e/ou doença, compara o resultado com o histórico do animal e apresenta um resultado da identificação. O referido método compreende, em sua configuração preferencial, nas seguintes etapas:

• - Etapa 1: Identificação do Animal;
• - Etapa 2: Aquisição das imagens; e
• - Etapa 3: Identificação de anomalias de temperatura e auxílio no reconhecimento de condições dos animais.

[70] Na etapa 1, identificação do animal, espera-se a chegada do animal no ambiente em que o mesmo será analisado, com o animal no devido local sua presença é detectada e, com isso, é feita a identificação do mesmo.

[71] Na etapa 2, aquisição das imagens, o animal é direcionado a uma localidade em que imagens termográficas serão adquiridas. Ao entrar nesta localidade, um sensor sinaliza a entrada do animal e a câmera térmica é acionada. Uma variedade de imagens termográficas do animal é adquirida pela câmera até o animal sair dessa localidade. Um segundo sensor sinaliza a saída do animal da área e a câmera cessa a aquisição das imagens. Essas imagens então são armazenadas.

[72] Na etapa 3, Identificação de anomalias de temperatura e auxílio no reconhecimento de condições dos animais, são selecionadas as imagens que melhor proporcionam a análise de anomalias de temperatura no animal para auxiliar no reconhecimento de condições dos mesmos. Essa seleção é realizada por uma rede neural treinada para tal finalidade (rede neural do tipo tensor flow ou pytorch, por exemplo).

[73] Essa rede neural recebe, como banco de dados de treino, inúmeras imagens que foram capturadas na região alvo de análise (ex. região mamária, cabeça, pernas etc). Dessa maneira, o sistema poderá selecionar com grande assertividade, apenas as imagens que representam essas determinadas regiões.

[74] Com esse backup das melhores imagens, é realizado então a análise térmica destas, para a obtenção das amostras para auxílio na identificação de possíveis casos de estro e doenças de forma separada e com maior assertividade.

[75] Para identificação de estro, as imagens selecionadas são fornecidas como entrada em uma rede neural, previamente treinada. Essa rede neural irá analisar o padrão de temperatura dos animais para fornecer como resultado um valor de probabilidade da presença de estro. A rede neural recebe como entrada (input) cada pixel da imagem térmica adquirida e faz a análise com base em parâmetros definidos automaticamente durante o treino.

[76] Para identificação de possível doença, as imagens selecionadas são fornecidas como entrada em uma rede neural, previamente treinada para identificação de doenças. Essa rede neural irá analisar o padrão de temperatura dos animais para fornecer um valor de probabilidade da presença de doença como resultado. De forma análoga, a rede neural analisa cada pixel da imagem térmica, com base em parâmetros previamente definidos na etapa de treino.

[77] Em ambas as redes neurais as imagens devem ser fornecidas em escala de cinza e preferencialmente com 14 bits de resolução.

[78] Há a possibilidade ainda de ser realizada uma análise comparativa com imagens antigas do mesmo animal para comparação do padrão de temperaturas e, assim, fornecer um resultado mais apurado.

[79] A apresentação do resultado pode ser realizada através de um dashboard (online ou não), e-mail ou alertas visuais e/ou sonoros.

[80] Adicionalmente, a presente invenção descreve um Dispositivo de Aquisição e Análise de Imagens Térmicas (2) desenvolvido para, preferencialmente, ser aplicado no sistema descrito acima. O dispositivo (2) tem a função de, justamente, adquirir as imagens térmicas, analisá-las, exibir o resultado desta análise e, ainda, ser o dispositivo central do sistema - descrito acima - tendo a capacidade de gerenciar o funcionamento do sistema, receber as informações do sinal de resposta, detectar a presença e identificação única do animal. Dispositivo (2) compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos: uma câmera termográfica (2.1); um microprocessador (2.2); um visor (2.3); uma bateria (2.4); um botão de acionamento; e uma caixa envoltória (2.6).

[81] A caixa envoltória (2.6) tem a função de fixar o posicionamento dos demais elementos do dispositivo (2) em seu interior e proteger os mesmos, é fabricado preferencialmente de metal (para atenuar interferências eletromagnéticas) mas podendo ser confeccionado em plástico PC/ABS, tem formato preferencialmente paralelepipedal com um de seus lados vazados para a disposição do visor (2.3) e algumas outras partes vazadas para possibilitar disposição da câmera térmica (2.1), do botão de acionamento e a conexão dos demais elementos do dispositivo com os demais elementos do sistema - previamente descrito.

[82] A câmara térmica (2.1) tem a função de adquirir as imagens termográficas dos animais e as disponibilizar para o microprocessador (2.2), é disposta na parede lateral da caixa (2.6), oposta ao visor (2.3), e tem no mínimo resolução de 80x60 pixels e sensibilidade mínima de 0,1°C.

[83] O microprocessador (2.2) tem a função de gerenciar o funcionamento do demais elementos sistema - descrito previamente - receber as informações do sinal de resposta, detectar a presença e identificar o mesmo, controlar o funcionamento da câmera térmica (2.1), receber as imagens termográficas, armazená-las e selecionar as imagens que melhor permitem a análise de estro e doenças dos animais, analisar as imagens selecionadas e identificar os animais que provavelmente estão em período de estro ou doentes e apresentar as informações pelo visor (2.3). O microprocessador (2.2) é disposto centralizado no interior da caixa (2.6), a fim de proporcionar a devida interconexão com os demais elementos do dispositivo e do sistema -descrito previamente -, é conectado, a fim de proporcionar comunicação e envio de dados, na câmera (2.1) e no visor (2.3), é alimentada eletricamente pela bateria (2.4), tem meios de conexão para comunicação e envio de dados com os demais elementos do sistema - descrito previamente. O microprocessador (2.2) tem preferencialmente um processador de 64 bits com clock superior a 1,2 GHz, 1Gb de memória RAM e conexões seriais padrão SPI e I2C, além de conexão ethernet.

[84] O visor (2.3) tem a função de apresentar as informações analisadas referentes ao estado do animal - estro e doenças - para consulta do criador e/ou do veterinário. O mesmo é conectado no microprocessador (2.2) que fornece as informações para a apresentação. O visor (2.3) é disposto na parede vazada da caixa (2.6), posicionado com sua tela devidamente virada para o exterior da mesma. O visor (2.3) tem no mínimo 3,5 polegadas e pode ser ou não touchscreen. A resolução deve ser adequada para visualização dos dados, preferencialmente maior que 320x480 pixels.

[85] A bateria (2.4) tem a função de alimentar eletricamente o processador (2.2), é conectada ao mesmo afim de proporcionar devidamente a alimentação elétrica. É disposta no interior da caixa (2.4) e tem preferencialmente capacidade maior 5000mA.

[86] O botão de acionamento tem a função de proporcionar o acionamento manual da câmera (2.1), é conectado ao processador (2.2) e é disposto em uma das áreas vazadas da caixa (2.6) a fim de um operador conseguir apertá-lo.

Descrição do Protótipo do Dispositivo de Aquisição e Análise e Imagens Térmicas

[87] O protótipo construído é uma ferramenta utilizada para aquisição de imagens termográficas, tratamento e análise da mesmas e feedback ao usuário. O protótipo é constituído de um microprocessador central que gerencia a câmera térmica, tela, e recebe informações de sensores, central RFID e botão de acionamento.

[88] Dependendo do uso final, o protótipo pode ser utilizado como dispositivo fixo e com funcionamento automatizado, ou pode ser utilizado como dispositivo móvel e dependente de comandos do usuário.

[89] Em ambas as configurações, o protótipo visa auxiliar o usuário na tomada de decisão relativa ao trato de animais, indicando com grande acurácia a manifestação de doenças e cio.

[90] Com a utilização de técnicas de inteligência artificial, o protótipo é muito versátil. É possível treiná-lo para auxiliar a identificação de diversas anomalias e ter um feedback rápido e preciso.

[91] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

Claims (26)

1. Sistema de Monitoramento e Auxílio na Identificação de Estro e Doenças em animais caracterizado pelo fato de monitorar individualmente cada animal, auxiliar o controle da reprodução de animais, registrar graficamente a temperatura dos animais, apresentar curva de temperatura do mesmo, indicar a probabilidade que o animal esteja no cio e/ou com alguma doença, ser aplicado em áreas de passagem ou gargalo e que compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos: dois sensores de passagem (1); uma câmera térmica (2.1); um microprocessador (2.2); um leitor de identificação por rádio frequência (3); uma pluralidade de antenas (4); e uma pluralidade de etiquetas de identificação por rádio frequência (5).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das etiquetas RFID (5) permitirem a identificação dos animais de forma individualizada, serem formadas de chips e antenas passivas, responderem o sinal transmitido pelas antenas (4), permitirem a detecção da presença do animal, permitirem a identificação do animal e terem meios de fixação nos animais.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das antenas (4) transmitirem um sinal de excitação, detectarem o sinal de resposta emitido pelas etiquetas RFID (5), permitirem a detecção da presença e localização do animal, permitirem a identificação do animal e serem conectadas ao leitor RFID (3).
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do leitor RFID (3) interconectar as antenas (4) e o microprocessador (2.2), alimentar as antenas (4) com o sinal de excitação, transmitir o sinal de resposta para o microprocessador (2.2).
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos sensores de passagem (1) serem posicionados preferencialmente na entrada e saída de uma passagem ou gargalo, detectarem a entrada e saída dos animais, serem conectados ao microprocessador (2.2) e comunicarem a passagem dos animais ao microprocessador (2.2).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da câmera térmica (2.1) adquirir imagens termográficas dos animais, ser entre os sensores de entrada (1.1) e saída (1.2), ser conectada ao processador e fornecer as imagens ao mesmo.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do microprocessador (2.2) gerenciar o funcionamento do sistema, receber as informações do sinal de resposta, detectar a presença e localização do animal, identificar o animal, controlar o funcionamento da câmera térmica (2.1), receber e armazenar as imagens termográficas fornecidas pela câmera térmica (2.1), selecionar as imagens que melhor permitem a análise de estro e doenças dos animais, analisar as imagens selecionadas e identificar os animais que provavelmente estão em período de estro ou com alteração de temperatura.
8. Sistema, de acordo com as reivindicações 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato do microprocessador (2.2) acionar a aquisição termográficas dos animais pela câmera térmica (2.1) quando o animal passa pelo sensor de entrada (1.1) e desligar a aquisição termográficas dos animais pela câmera térmica (2.1) quando o animal passa pelo sensor de saída (1.2).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ter a possibilidade de conter um visor (2.3) e apresentar as informações pelo mesmo.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de auxiliar a detecção preferencialmente de mastite e mastite sub-clínica.
11. Método de Monitoramento e Auxílio na Identificação de Estro e Doenças em animais caracterizado pelo fato de adquirir imagens termográficas de animais, analisar as referidas imagens, comparar o resultado da análise com o histórico do animal, identificar possível estado de estro e/ou doença do animal, apresentar o resultado da identificação e que compreende, em sua configuração preferencial, nas seguintes etapas:

    • - Etapa 1: Identificação do Animal;
    • - Etapa 2: Aquisição das imagens; e
    • - Etapa 3: Identificação de anomalias de temperatura e auxílio no reconhecimento de condições dos animais.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da etapa 1 detectar a chegada do animal e identificar o mesmo.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da etapa 2 direcionar o animal a localidade em que imagens termográficas são adquiridas, sinalizar a entrada do animal, acionar câmera térmica, adquirir uma pluralidade de imagens térmicas do animal, sinalizar a saída do animal da área em que imagens termográficas são adquiridas e armazenar as referidas imagens.
14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da etapa 3 selecionar as imagens que melhor proporcionam a análise térmica, analisar termicamente as referidas imagens, obter amostras para auxílio na identificação de possíveis casos de estro e doenças, apresentar as referidas amostras.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da seleção das imagens ser realizada por uma rede neural treinada para tal finalidade.
16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato das imagens selecionadas serem fornecidas como entrada para a rede neural e a referida rede neural analisar o padrão de temperatura dos animais e fornecer a probabilidade da presença do estado de estro e de uma possível doença no animal.
17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da apresentação do resultado poder ser realizada através de um dashboard (online ou não), email ou alertas visuais e/ou sonoros.
18. Dispositivo de Aquisição e Análise de Imagens Térmicas (2) caracterizado pelo fato de adquirir imagens térmicas, analisar as referidas imagens, exibir o resultado da referida análise, gerenciar seu funcionamento de acordo com informações recebidas de elementos conectados a ele, receber um sinal com informações do animal, detectar a presença e identificar o animal, e que compreende, em sua configuração preferencial, pelo menos: uma câmera termográfica (2.1); um microprocessador (2.2); um visor (2.3); uma bateria (2.4) e uma caixa envoltória (2.6).
19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato da caixa envoltória (2.6) fixar o posicionamento dos demais elementos do dispositivo (2) em seu interior, proteger os referidos elementos, ser fabricado preferencialmente de metal, ter formato preferencialmente paralelepipedal.
20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato da caixa envoltória (2.6) ter partes vazadas para a disposição do visor (2.3), da câmera térmica (2.1) e conexões com demais elementos.
21. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato da câmara térmica (2.1) adquirir as imagens termográficas dos animais, disponibilizar as referidas imagens para o microprocessador (2.2), ser disposta na parede lateral da caixa (2.6) oposta ao visor (2.3) e ter no mínimo resolução de 80x60 pixels e sensibilidade mínima de 0,1°C.
22. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato do microprocessador (2.2) gerenciar o funcionamento do dispositivo, receber as informações dos elementos conectados a ele, detectar a presença e identificar o animal, controlar o funcionamento da câmera térmica (2.1), receber as imagens termográficas provenientes da referida câmera (2.1), armazenar as referidas imagens térmicas, selecionar as imagens que melhor permitem a análise de estro e doenças dos animais, analisar as imagens selecionadas, identificar os animais com alteração de temperatura e apresentar as informações pelo visor (2.3).
23. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18 ou 22, caracterizado pelo fato do microprocessador (2.2) ser disposto centralizado no interior da caixa (2.6), ser conectado a câmera (2.1) e ao visor (2.3), ser alimentada eletricamente pela bateria (2.4), ter meios de conexão para comunicação e envio de dados com os demais elementos conectados a ele, ter preferencialmente um processador de 64 bits com clock superior a 1,2 GHz, 1Gb de memória RAM e conexões seriais padrão SPI e I2C, além de conexão ethernet.
24. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato do visor (2.3) apresentar as informações analisadas referentes ao estado do animal, ser conectado ao microprocessador (2.2), ser disposto em uma parte vazada da caixa (2.6), ser posicionado com sua tela devidamente virada para o exterior da caixa (2.6), ter no mínimo 3,5 polegadas, ter resolução preferencialmente maior que 320x480 pixels.
25. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato da bateria (2.4) alimentar eletricamente o processador (2.2), ser conectada ao mesmo, ser disposta no interior da caixa (2.4) e ter preferencialmente capacidade maior que 5000mA.
26. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de ainda compreender um botão de acionamento conectado ao microprocessador (2.2) e disposto em uma das áreas vazadas da caixa (2.6), que proporciona o acionamento manual da câmera (2.1).

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