CN103096836A - 怀孕测试系统 - Google Patents

Abstract

一种怀孕测试系统（10）包括载体（14），所述载体（14）承载多个相对于彼此以固定的关系布置的传感器（12）。信号处理电路（42）处理由传感器（12）感知的数据，并且输出代表被检查的牲畜的怀孕状态的数据信号。支撑结构（24）将载体（14）支撑在相对于牲畜的预期的位置上。定位机构（26）与载体（14）相关联以将载体（14）定位在相对于牲畜的期望的位置上。

Description

怀孕测试系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月13日提交的澳大利亚专利申请第2010903650号的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开通常地涉及怀孕测试系统，并且更特别地，涉及适于在牲畜处理系统（例如牲畜挤奶机）上使用的怀孕测试系统。该系统还能够用于监控已有的怀孕、评估被检查的牲畜的健康状况以及检测未怀孕的牲畜。

背景技术

检测大型农用牲畜（例如牛）的怀孕是最常进行的诊断程序中的一种。对单个牲畜的怀孕进行及时的测试支持了对单个牲畜的最优化管理以及对于奶制品和牛肉生产系统的农场利润的最大化。

两种最常使用的用于牛的怀孕诊断的方法是生殖系统的手触诊断（经直肠）和生殖系统的经直肠超声扫描。通常由兽医和专业牲畜技师为农民提供这些服务。两个过程都是侵入型的并且从业者需要进行广泛的训练以安全地执行此过程（为了牛和操作者）。

自动挤奶系统表示一种全新的处理农用牲畜的方法，其有可能被推广，特别是在高劳动力成本或者农村劳动力供给萎缩的国家。在自动挤奶系统（AMS）中，在从一个供料位置到另一个的途中时，训练牛自愿地循环经过该挤奶系统。当在挤奶系统中时，挤奶杯自动地附着在牛的乳头上并且牛静止站立直到挤奶完成—这个过程需要几分钟。牲畜静止的这个时间表示执行对牲畜进行怀孕测试的理想时间。

当使用AMS系统均匀地覆盖超过全天24小时的周期是最划算的，因此系统需要以一天两次整批处理整个牛群改为覆盖超过全天24小时的单个处理。两个结果是，首先，出于任何原因将牛聚集在一起是达不到预期效果的，由于这扰乱了牛的训练（并且通常农场在实际布局或劳动力供给上不再进行优化来支持对牛的集中畜牧）；其次，管理过程变为依赖来自AMS的单个牲畜数据，例如牲畜体重、产奶量和质量，以及在发情期的状态下（当牲畜在AMS中时通过读取安装在牲畜上的电子步数计来推断）的数据。因此，能够进行怀孕测试的部分AMS过程是有用的且灵敏的，使得牛不因集聚成批而不稳定且没有传统测试的身体上的不适，并且使得数据适用于与农场管理者使用的其他信息相结合。

在其他的畜牧业以及包括由单个牲畜的RFID标签操作的自动化门控进入和接入点、虚拟栅栏以及自动绘图系统中具有相似的进展。大多数进展的特征在于将单个牲畜从群体中隔离（通常自愿地进入门中），通过读取RFID耳部电子标签或相似的方法来进行牲畜的识别和控制以及定向释放。使用这些原理的系统适于包含自动的怀孕测试系统。

也有许多不产奶牲畜使用位置固定的机器进行处理的情况，例如常规的牲畜处理约束系统，在业内被称为压碎（crushes）或滑道（chutes），还用于在喂食给牲畜的时候施加约束（例如以控制头厩（head-stalls）的形式）的系统中。其他的示例有挤奶室包以及自愿进入系统（例如自动喂食站）。所有以上的系统的作用为以某种方式约束牲畜，并提供适当的机会对牲畜进行怀孕测试。

发明内容

在第一方面提供了一种怀孕测试系统，其包括

载体，所述载体承载多个相对于彼此以固定的关系布置的传感器；

信号处理电路，所述信号处理电路用于处理由传感器感知的数据，并且用于输出代表被检查的牲畜的怀孕状态的数据信号，信号处理电路有效地最小化虚影（artifacts），使得至少一个感兴趣的信号能够在并行使用多种技术的信号处理电路被分析以做怀孕评估；以及

支撑结构，所述支撑结构用于将载体支撑在相对于牲畜的期望的位置上，将支撑臂安装在牲畜约束系统上。

通过“固定的”来表示相对于彼此总是具有相同的几何位置的一组传感器，并且因此在使用中与牲畜身体的表面形成固定的接触模式。可以进行柔性安装的测量以确保与牲畜身体良好的接触。

传感器可布置为固定的阵列。传感器的固定的阵列可包括相对于彼此以预先确定的关系布置的电极的阵列。另外，传感器可包括至少一个音频传感器。

载体可弹性地安装传感器以在传感器应用方向上提供传感器的柔性位移。

支撑结构可包括用于支撑载体的支撑臂。支撑臂可附接至牲畜约束结构，例如自动挤奶系统或位置固定系统。

牲畜约束结构可以是自动挤奶系统，并且载体可对自动挤奶系统的定位机构做出响应，以相对于被测试的牲畜定位载体。

可替代地，系统可以包括用于相对于被测试的牲畜定位载体的专用定位机构。

本公开进一步扩展至包括有上述的怀孕测试系统安装在其上的牲畜约束系统。

牲畜约束系统可以是自动挤奶系统。

在第二个方面，提供一种对牲畜进行怀孕测试的方法，该方法包括

当牲畜被约束时，定位承载多个传感器的载体，所述载体相对于彼此以固定的关系布置在相对于牲畜位置上，传感器测量一个或更多的代表胎儿存在的信号；

将来自于传感器的数据送入信号处理电路以处理数据来提供对被测试的牲畜的怀孕状态的指示；以及

在信号处理电路中：

最小化虚影以使至少一个感兴趣的信号能够被分析；以及

并行使用多种技术来分析感兴趣的信号以进行怀孕评估。

该方法可包括相对于牲畜机器地定位载体。

该方法包括将牲畜约束在牲畜约束系统，并且使用牲畜约束系统的机器定位机构以定位载体。

该方法可包括在牲畜的乳房区域内定位载体以检测胎儿的生物信号。特别地，该方法可包括在牲畜的乳房之前的下腹部并且跨越牲畜的矢状面定位载体。

进一步地，该方法可包括监控牲畜以获得代表牲畜的心脏活动的生物信号。此外，或可替代地，该方法可包括同时监控牲畜以检测胎儿的生物信号以及代表牲畜的心脏活动的生物信号。

附图说明

在附图中，

图1为显示安装在载体上的传感器阵列的前视示意图，载体形成怀孕测试系统的实施方案的部分；

图2为显示载体和传感器的实施方案的侧视截面示意图；

图3为显示牲畜身体的下侧的描绘示意图，指示在牲畜身体上能够放置用于检测胎儿活动的传感器的位置；

图4为显示部分的牲畜身体的侧视示意图，指示能够放置用于检测胎儿活动的传感器的位置；

图5为显示部分的牲畜身体的横断面示意图，指示能够放置用于检测胎儿活动的传感器的位置；

图6为显示部分的牲畜身体的侧视示意图，指示能够放置用于检测母体的心脏活动的传感器的位置；

图7为显示部分的牲畜身体的横断面示意图，指示能够放置用于检测母体的心脏活动的传感器的位置；

图8为显示部分的牲畜身体的侧视示意图，指示能够放置用于检测母体和胎儿的心脏活动的传感器的位置；

图9为显示部分的牲畜身体的横断面示意图，指示能够放置用于检测母体和胎儿的心脏活动的传感器的位置；

图10为显示代表母体和胎儿的心脏活动的波形；以及

图11为显示进行怀孕测试的方法的实施方案的步骤的流程图。

具体实施方式

在附图中标记10（图4）通常表示怀孕测试系统。系统10特别为用于监控更大型农用牲畜（特别是牛）的怀孕而设计。系统10能够在检查中评估牲畜的健康状况并且还检测非怀孕的牲畜。

系统10包括安装在载体14上的传感器阵列12（图1）。传感器阵列12包括多个为电极16的形式的电子传感器。如附图的图1中虚线18所指出的，电极16在载体14上排列成直径相对的对。阵列12还选择性地包括一个或多个音频传感器20。如所说明的，音频传感器20安装在排列有电极16的虚圆上，或者选择性地在载体14的中心，或者在其他相对于载体14的适当的位置上。

传感器阵列12进一步包括可选择的地电极22。

电极16的相对的对之间的间距通常小于约500mm，并且大于约300mm（取决于被测试的牲畜的体型）。最佳地，当系统10用于监控牛的怀孕时，电极16的相对的对之间的间距不大于400mm。

载体14将阵列12的电极16支撑在相对于彼此为固定的几何位置上。然而，电极16是弹性安装在载体14上的，使得在使用中放置传感器阵列12的牲畜身体的轮廓的变化能够被适应。在一个实施方案中，电极16以一种柔性的方式被容纳在载体14之中，例如，通过被安装在载体14内的弹簧承载臂15（图2）上来适应轮廓和组织结构（tissuetexture）的变化。在另一种实施方案中，载体14是有弹性的以提供电极16和音频传感器20的弹性安装。

传感器（可以是电极16或音频传感器20）经由一系列的联接引线连接至多通道的生物放大器。生物放大器形成了安装在载体14中的信号处理电路42的部分。可替代地，信号处理电路能够安装为远离载体14并且经由引线或无线地与载体14进行通信。

反过来，将载体14安装在支撑臂24（图4）上。臂24优选地与为自动挤奶系统一起使用的机器臂。可替代地，臂24可以本身是机器的，或者能够被手工操控来放置载体14。

通常地，对于自动挤奶系统，挤奶机器人将挤奶装置（气动杯）施加至牛的乳头。为了使其自动化，使用具有精确三维定位和对象操控能力的机器。因此，自动挤奶系统包括定位机构26（图4），通过所述定位机构26精确地放置挤奶杯。定位机构26包括传感器结构，其通常由三维激光扫描仪构成，有可能增加有超声或光学位移传感器，其能够使自动挤奶系统感知牛的乳房和乳头的精确位置。自动挤奶系统还可包括（作为其常规操作的一部分）记录每个单个的牛的乳房的形状和位置，并且将该信息应用于杯的定位中。

在实际的挤奶过程中，机器传感器和定位机构26是闲置的。这需要对该机器系统进行细微的修改来使用它，以在自动挤奶系统的定位机构26空闲的时间内应用系统10。定位机构26被适当地放置以将怀孕测试系统10引导至如附图的图4中的箭头27所示意性地指出的在牛身体上的正确的位置。

这是本发明所给出的特别的优势，即对于系统10的电极阵列12的应用很有效的点为牛的在乳房之前的下腹部，如附图的图3中的传感器位置28所示。在牛的乳房32上、在乳房32的乳头34上以及位于牛的前腿38与后腿40之间的牛的侧乳静脉36上的其他的传感器位置由30来表示。理想地，位置28位于乳房32的前边沿向前大约100mm-200mm处。

对于不具有机器传感器定位机构的位置固定的牲畜处理系统，系统10自身可包括这样的定位机构26以实现定位电极阵列12的目的，或使用机械联动装置和来自训练有素的操作员的视觉引导的结合以将怀孕测试系统10应用于牛的身体。应当意识到，代表自动化的中间阶段的装置也是可行的。

通常地，系统10利用心电图（ECG）和/或音频输出来检测怀孕。为了这样做，胎儿产生的生物信号，更明确地说，胎儿心电图（fECG）和/或胎儿心音图（fPCG）能够被检测。此外，母体产生的信号，例如母体心电图（mECG）和/或母体心音图（mPCG）也可被检测以评估被测试的牲畜的健康状况。另外，在怀孕的晚期，也能够检测胎儿的活动以评估胎儿的压力水平。

如上所述，在牛的身体上有几个合适的位置能够检测胎儿的信号，并且发现了很适合用于检测fECG的位置，所述位置是由附图的图3中的传感器标记28所显示的位置，例如跨越牲畜的矢状面的乳头32前面大约100mm-200mm处。

值得注意的是，没有必要经常测量电信号以及音频信号，并且有可能仅使用一种传感器。在电气系统的情况下，对于系统的最低要求为一个通道配置有两个电极。对于音频系统的最低要求为一个通道配置有适当的音频传感器。因此，对于混合系统的最低要求是，一个通道配置有两个电极并且一个通道配置有一个适当的音频传感器。

除了检测怀孕外，牛的健康状况也能够被检测。当由附图中的图3中的箭头28所显示的位置对于实现该目的是有用的，已发现由箭头44和46（图6和7）所指出的两个进一步的位置优选用于监控母亲的心脏健康状况。如附图中的图7所示，位置46能够在牲畜的任何一侧。

再进一步地，通过将系统10应用于在附图中的图6和7所指出的胸壁位置上，系统10能够用于评估母体的健康状况或者任何出生后的牲畜的健康状况。这将允许记录ECG信号，该信号可被用于与心脏病科医师使用ECG来评估人类心脏的健康状况类似的方法来评估牲畜的心脏健康情况。

在附图的图8到11中，说明了系统10及方法的进一步的实施方案。

在该实施方案中，载体14大致位于附图的图4和5中所显示的位置与在附图的图6和7中所显示位置的中间。因此，载体14能够位于箭头48所指示的牲畜的矢状面上，或者位于箭头50所指示的矢状面的任何一侧。在该位置，母体的心跳，以及胎儿的心跳（如果牲畜怀孕的话）能够同时被检测。

对于在传感器阵列12中的两个ECG引线，在附图的图10中描述了代表母体与胎儿ECG的组合记录的数据的摘录。ECG的母体QRS波群（complex）由向上指的箭头52来突出显示，而胎儿QRS波群由向下指的箭头54来突出显示。如所预期的，在一些情况下，在传感器16中的其中一个上的胎儿心跳比较明显，反之亦然。

现在参见附图的图11，显示了执行怀孕测试的方法的一个实施方案的流程图，并且通常地用参考标记60表示。下面参考流程图60来描述该方法。

一旦载体14相对于待评估的牲畜已经被定位，传感器16检测信号。该信号为由电极18检测的ECG信号以及由音频传感器20测量的音频信号。因此，信号处理电路42将从潜在地怀孕的牲畜得到的生物信号作为它的输入，该信号可包括mECG和fECG信号以及mPCG和fECG信号，如步骤62所示。作为初始步骤（未显示），检测到的信号在被信号处理电路42取样并数字化之前，被电放大和滤波。剩下的过程由在信号处理电路42中的软件执行。

如步骤64所示，数字化的数据被进一步滤波以尽可能地去除噪音，而不危害取样数据中的有用信号。该滤波包括带通和非线性滤波以去除来自于常见的电噪声源的电噪声以及可能由传感器16与牲畜之间较差的物理或电接触产生的噪声。还有牲畜发出的生物信号，例如肌电图（EMG）信号和胃电图（EGG）信号，其有损怀孕检测所要求的信号质量并且被作为噪声而被尽可能地去除。

之后，处理数据以进行怀孕的诊断。对此有许多可能的方法，并且大多数能够被并行使用。例如，如步骤66所示，使用信号检测技术。这种技术包括使用匹配滤波以增强在信号中的心跳活动的可见性；使用小波或谱分析以通过已知的频率成分的一致性来识别并增强心跳信号；使用相关方法（例如自相关和互相关）以通过已知的信号周期来增强和检测信号；或者使用倒谱分析来做到相同的事。这些技术从根本上是依靠识别在生物信号中的心跳事件的发生并且通过心率、连贯性、位置，或其他的区别特征将它们判别为胎儿或母体的心跳而奏效的。胎儿心跳的检测暗示了胎儿的存在因此暗示了怀孕，同时，没有胎儿的心跳则暗示了未怀孕。

在如68所示的可替换的步骤中，提取来自被认为是体现胎儿存在的具体证据的取样和去噪的生物信号的特征。这些特征包括一些在步骤66的信号检测方法中得到的信号的系数，例如ECG信号的小波变换的系数。

提取的特征之后被送入如步骤70所示的分类算法中。能够使用的分类算法的典型示例包括支持向量机、极端学习机、帕曾（parzen）窗分类器等等。这些分类算法在大量的来自牲畜的可知其怀孕或非怀孕的数据上进行训练，并且能够“学习”从这两种分类中提取的特征之间的差别，因此，当面对一组新的数据，他们能够将数据分类到一个或其他的类别中。

在步骤66中和/或步骤70中所使用的全部方法具有在他们的诊断中将置信值返回的设备，该诊断自身为有用的信息。在做最终的决定时，信号处理电路42将从几个这样的检测和/或分类计划中得到的诊断以及诊断的置信值考虑进来。信号处理电路使用贝叶斯统计的方法以将从步骤66和/或步骤70得到的输出与例如在每个方法历史上的准确性，或期望的怀孕牲畜的比例上的所谓的先验信息相结合，并进行适当的如步骤72和74所示的加权决策。除了做怀孕或非怀孕的诊断外，在怀孕的结果的情况下，信号处理电路42还能够对胎儿年龄做出估测，例如，通过比较明显的胎儿心率与已知的年龄与心率的分布。

所述的实施方案的特有优势为系统10不需要任何熟练的操作人员来使用它。当并入自动挤奶系统时，其也是完全自动化的。此外，由于牲畜已经被训练将他们自定位在自动挤奶系统中，而因此熟悉在他们周围的机器，并且在牲畜上使用的系统10将不引起额外的对牲畜的压力，所以施加在牲畜上的压力是最小化的。

另外，一旦再次使用系统10与自动挤奶系统，则避免了对分离定位系统的需求。

本领域技术人员应当理解，可以对公开做出很多如具体实施方案所示的变化和/修改，其不脱离本公开所广泛描述的范围。

因此，本实施方案在所有的方面被认为是说明性的和非限制性的。

Claims (18)

1.一种怀孕测试系统，包括

载体，所述载体承载多个相对于彼此以固定的关系布置的传感器；

信号处理电路，所述信号处理电路用于处理由所述传感器感知的数据，并且用于输出代表被检查的牲畜的怀孕状态的数据信号，所述信号处理电路有效地最小化虚影，使得至少一个感兴趣的信号能够在并行使用多种技术的信号处理电路中被分析以做怀孕评估；以及

支撑结构，所述支撑结构用于将所述载体支撑在相对于牲畜的期望的位置上，将支撑臂安装在牲畜约束系统上。

2.根据权利要求1所述的怀孕测试系统，其中所述传感器以固定的阵列布置。

3.根据权利要求2所述的怀孕测试系统，其中传感器的所述固定的阵列包括相对于彼此以预先确定的关系布置的电极的阵列。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的怀孕测试系统，其中所述传感器包括至少一个音频传感器。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的怀孕测试系统，其中所述载体弹性地安装了所述传感器，以在所述传感器应用方向上提供所述传感器的柔性位移。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的怀孕测试系统，其中所述支撑结构包括用于支撑所述载体的支撑臂。

7.根据权利要求6所述的怀孕检测系统，其中所述支撑臂附接至牲畜约束结构。

8.根据权利要求7所述的怀孕测试系统，其中牲畜约束结构为自动挤奶系统，并且所述载体对所述自动挤奶系统的定位机构做出响应，以相对于被测试的牲畜定位所述载体。

9.根据权利要求1到7中任意一项所述的怀孕测试系统，包括用于相对于被测试的牲畜定位所述载体的专用定位机构。

10.一种牲畜约束系统，包括安装在牲畜约束系统上的怀孕测试系统，所述怀孕测试系统如前述权利要求中任意一项所述。

11.根据权利要求10所述的牲畜约束系统，为自动挤奶系统的形式。

12.一种对牲畜进行怀孕测试的方法，所述方法包括

当牲畜被约束时，定位承载多个传感器的载体，所述传感器相对于彼此以固定的关系布置在相对于牲畜的位置上，所述传感器测量一个或更多的代表胎儿存在的信号；

将来自于所述传感器的数据送入信号处理电路来处理所述数据，以提供对被测试的牲畜的怀孕状态的指示；以及

在所述信号处理电路中：

最小化虚影以使至少一个感兴趣的信号能够被分析；以及

并行使用多种技术来分析感兴趣的信号以进行怀孕评估。

13.根据权利要求12所述的对牲畜进行怀孕测试的方法，包括相对于牲畜机器地定位所述载体。

14.根据权利要求13所述的对牲畜进行怀孕测试的方法，包括将牲畜约束在自动挤奶系统中，并且其中所述方法包括使用所述自动挤奶系统的机器定位机构以定位所述载体。

15.根据权利要求12到14中任意一项所述的对牲畜进行怀孕测试的方法，包括在牲畜的乳房区域内定位所述载体以检测胎儿的生物信号。

16.根据权利要求15所述的对牲畜进行怀孕测试的方法，包括在牲畜的乳房之前的下腹部上并且跨越牲畜的矢状面定位载体。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的对牲畜进行怀孕测试的方法，包括监控牲畜以获得代表牲畜的心脏活动的生物信号。

18.根据权利要求17所述的对牲畜进行怀孕测试的方法，包括同时监控牲畜以检测胎儿的生物信号以及代表牲畜的心脏活动的生物信号。

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