JP2022052809A - 牛用鼻輪 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の条件に基づき牛の異常状態を正確に判定することができる牛用鼻輪を提供する。【解決手段】牛の鼻の両鼻腔を隔てる隔壁部Ｓを貫通して形成された孔Ｈに長手方向の一方端を挿通させ、該一方端と他方端とを連結することにより略環状を成す牛用鼻輪１であって、牛用鼻輪１に、牛の活動情報を取得する活動センサ５と、牛にかかるストレス因子の計測を行うために牛の周囲の気温や気圧、ガスセンサなどを用いた環境センサ６と、牛の体内の体温を測ることや牛の間質グルコース値を計測すること、血液の成分を採血することなどを可能とする体内センサ７と、を備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、牛の飼養管理にかかる情報を取得する牛用鼻輪に関する。

牛の飼育にあたり、牧場では、各牛の日常生活における健康状態の管理、及び分娩・発情、疾病といった牛の異常状態を監視する、飼養管理を行っている。詳しくは、適宜行われる体温測定や採血により健康状態を時系列的に記録するのが一般的であり、このような血液検査では、特定の成分を検証することで牛の異常状態を発見できることが知られている。例えば、血中のグルコースの数値は、特に分娩・発情、疾病といった牛の異常状態を検知できる成分として広く知られている。ただし、採血には時間も人手も必要であることに加え、牛にとってもストレスがかかることから、十分に期間を置いたタイミングで行われるのが通例であり、牛の異常状態を早期に発見する用途には最適とはいえない。

牛の異常状態を発見する他の方法としては、牛の首に取り付ける首輪に活動センサを内蔵し、牛の行動をモニタリングできるようにし、モニタリングした行動と異常状態が疑われる際の行動パターンとを照会させ、分娩・発情、疾病といった牛の異常状態を検知する技術がある（例えば、特許文献１参照。）この技術では、牛の首に首輪を装着させる態様であるため、牛の行動を逐次モニタリングすることができ、牛の異常状態を早期に検知することができる。

特開第２０１９－１２２３６８号公報（第７頁、第１図）

しかしながら、活動センサを用いて牛の行動をモニタリングする技術では、異常状態が疑われる際の行動パターンとの比較により牛の異常状態を判定するが、牛の行動には、前述の採血などによる体内情報からわかる健康状態や、飼育環境の気温や湿度などから計算できる不快指数ＴＨＩなどの牛にかかるストレス因子が複合的に影響するため、これら他の要因が大きく影響する場合にあっては、牛の異常状態を正確に判定することができない虞がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、種々の条件に基づき牛の異常状態を正確に判定することができる牛用鼻輪を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の牛用鼻輪は、
牛の鼻の両鼻腔を隔てる隔壁部を貫通して形成された孔に長手方向の一方端を挿通させ、該一方端と他方端とを連結することにより略環状を成す牛用鼻輪であって、
前記牛用鼻輪は、牛の活動情報を取得する活動センサと、牛にかかるストレス因子の計測を行うために牛の周囲の気温や気圧、ガスセンサなどを用いた環境センサと、牛の体内の体温を測ることや牛の間質グルコース値を計測すること、血液の成分を採血することなどを可能とする体内センサと、を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、活動センサを用いて牛用鼻輪を装着した牛の行動をモニタリングして牛の異常状態を予見するとともに、当該牛の周囲の気温や湿度気圧などが引き起こす牛にかかるストレス因子と、当該牛の体温や間質グルコース値（ホルモン）や血液成分など牛の体内情報から牛の健康状態を確認することができ、牛用鼻輪が備える各センサから計測されたデータを複合的に用いることで、牛の異常状態を正確に判定することができる。

前記活動センサと前記環境センサとは、前記牛用鼻輪を構成する筐体に内蔵されていることを特徴としている。
この特徴によれば、活動センサと環境センサとが牛用鼻輪を装着する際に邪魔にならない。

前記筐体には、前記活動センサと前記環境センサと前記体内センサの各計測データと、日時データと対応させる処理基板が内蔵されていることを特徴としている。
この特徴によれば、各センサの計測データと日時とが一致し、これら計測データから複数の条件を適宜組み合わせて牛の健康状態の管理、異常状態の早期発見を正確に行うことができる。

前記体内センサは、牛の皮下に刺して利用される電極と、前記電極に連結され前記筐体の外周面に遊嵌するクリップ部とを有する端子部を具備していることを特徴としている。
この特徴によれば、クリップ部を筐体の外周面に沿って移動させることで、牛の鼻内部における皮の薄い孔の近傍に電極を案内でき、確実に突き刺すことができる。

前記筐体は長手方向の端部が留め具により連結されており、前記環境センサは前記筐体のいずれか一方の端部側に偏在していることを特徴としている。
この特徴によれば、環境センサが筐体のいずれか一方の端部側に偏在されることで、牛の鼻の外部に環境センサを位置させ、牛の周囲の気温や湿度を正確に計測することができる。

本発明の実施例にかかる牛用鼻輪を示す斜視図である。 牛用鼻輪を構成する筐体内部の収容空間内に収められた各種機器の配置関係を断面により示す概念図である。 活動センサによって得られた牛の動きのグラフである。 活動センサによって得られた牛の頭部の軌跡に関するデータを示すグラフである。 （ａ）は、不快指数ＴＨＩと初回人工授精受胎率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、不快指数ＴＨＩと子牛の平均疾病発生件数との関係を示すグラフである。 頭絡により牛用鼻輪を牛に装着した状態を示す図である。 体内センサの電極を牛の皮下に突き刺す様子を示す拡大図である。 体内センサの端子部における脆弱部でクリップ部と本体部とを破断させた様子を示す拡大図である。 本発明の実施例にかかる牛用鼻輪を用いた飼養管理システムの構成図である。 飼養管理システムの表示画面を示す図である。 牛の後頭部、鼻、耳にそれぞれ活動センサを取り付けた場合において取得した加速度を比較するグラフである。

本発明に係る牛用鼻輪を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例における牛用鼻輪は、牧場で飼育される牛の健康状態の管理、特に発情や分娩、疾患などの異常状態を早期に発見することを目的として管理対象の牛に装着されて用いられる。発明者は、これまでの研究により、皮下の間質液中の糖濃度（間質グルコース値）の変動と、牛の行動パターンと、飼育環境の不快指数ＴＨＩとが、発情や分娩、疾患などの異常状態の発生に関係していることを発見しており、更に、これらの条件を複合的に参酌することで、さらに正確に異常状態を判定することができることを見い出した。

図１に示されるように、牛用鼻輪１は、樹脂製の略Ｕ字状を成す筐体２と、筐体２の両端部を連結する留め具３とを備えて構成されている。筐体２は両端部が閉塞された中空の円筒状を成し、留め具３は、筐体２の両端部を挿通させる貫通孔３ａ，３ａと、貫通孔３ａ，３ａに対して交差して連通する取付穴３ｂ，３ｂを備えており、筐体２の両端部を貫通孔３ａ，３ａに挿通させた状態で、取付穴３ｂ，３ｂにピン４，４を差し込み、取付穴３ｂ，３ｂを介してピン４，４の先端を筐体２に突き刺すことで、筐体２と留め具３とを環状に一体化した状態を保持することができるようになっている。

図２に示されるように、筐体２は内部に収容空間２ａを備え、この収容空間２ａ内には、活動センサ５、環境センサ６、体内センサ７、処理基板８、アンテナである送信手段９、電源となるバッテリー１０、スイッチ１１、タイマー２５、タイマー用電池２６が内蔵されている（図２参照）。処理基板８は、活動センサ５、環境センサ６、体内センサ７で計測したデータを収集し、当該データを時間データと合わせて送信手段９により外部のコンピュータ３１（図９参照）に送信可能になっている。

図２に示されるように、スイッチ１１には、孔２７が形成されており、この孔２７は筐体２の取付穴３ｂに対応する位置に配設されている。ここでは詳述しないが、スイッチ１１にはプッシュスイッチが内蔵されており、取付穴３ｂに差し込まれたピン４の先端が当該プッシュスイッチを押し下げると、バッテリー１０の電力が活動センサ５、環境センサ６、体内センサ７、処理基板８、送信手段９に供給される。なお、タイマー２５にあっては、タイマー用電池２６によって常に電力が供給され、日時データの正確性が維持されている。

活動センサ５は、物体の動き、傾き、振動などの度合いを計測することができる加速度センサである。活動センサ５を内蔵した牛用鼻輪１は牛の鼻に装着されるため、活動センサ５では牛の頭の動きを計測することができる。

図３は、活動センサ５によって得られた牛の動きをグラフ化したものの一例であり、これにより、加速度の変化によって、牛が立っている状態と、横臥している状態とを判別することができる。また、牛の歩行などの各動作を監視することができる。また、この加速度の変化の周期によって、食餌や飲水を確認することができる。

図４は、活動センサによって得られた牛の頭部の軌跡に関するデータの一例であり、この牛の頭部の左右上下方向の動作に基づき、食餌や飲水を確認することができる。更には、この牛の頭部の軌跡が、予め研究された所定の軌跡に相似する場合には、発情、分娩、疾病を疑うことができる。このように、活動センサ５から得られる情報によって、牛の健康状態の監視や、発情、分娩、疾病などの異常状態の早期発見が可能となる。

環境センサ６は、筐体２内部に配置される装置本体１２と、温度の変化によって電気の抵抗が変化するサーミスタを有する温度センサ１３と、電極と感湿剤とを備えて湿度の変化により電気の抵抗が変化する電極と電極に接する感湿剤とを有する湿度センサ１４と、を備えた機器である。

温度センサ１３と湿度センサ１４との周囲には、筐体２に形成された開口２ｂから入り込んだ外気が満たされている。これにより、環境センサ６は、牛用鼻輪１が装着された牛の周囲の気温と、牛の周囲の湿度と、を計測することができる。また、処理基板８は環境センサ６で計測された気温と湿度とから不快指数ＴＨＩ（Temperature-Humidity Index）を演算することができる。

図５（ａ）は、不快指数ＴＨＩと初回人工授精受胎率との関係を示すものであり、不快指数に対応する環境ストレスの大きさが生産性を悪化させることが分かる。図５（ａ）では、不快指数ＴＨＩが６０を下回ると、寒冷環境による環境ストレスが大きく、受胎率を下げることが分かる。図５（ｂ）は、不快指数ＴＨＩと子牛の平均疾病発生件数との関係を示すものであり、不快指数に対応する寒冷環境による環境ストレスの大きさに伴い疾病の発生を増加させることが分かる。一方で、ここでは図示しないが、不快指数ＴＨＩが極端に高い場合には、暑熱環境による環境ストレスにより、寄生虫感性症や消化器病が増加する傾向があること、肉用牛である場合には、日令体重を低下させることが分かっている。

体内センサ７は、筐体２の内部に配置される装置本体１５と、筐体２の外部に露出し装置本体１５と伸縮自在なケーブル１６により接続されている端子部１７と、を備えた機器である。

端子部１７は、針状の電極１８を有し、この電極１８を皮下に刺すことにより皮下の間質液中の糖濃度（間質グルコース値）を持続的に測定し、１日の血糖変動を知ることができる。グルコースは牛にとって重要なエネルギー源であり、健康状態を把握する一手法としての代謝プロファイルテスト（ＭＰＴ）の項目（例えばエネルギ－代謝関連項目）にて幅広く活用できる。

また、分娩の２４時間程度前から間質グルコース値は上昇し、１２時間前から顕著に増加することが研究から判明されており、血糖変動から分娩予測を行うことができる。

更に、下痢を引き起こした子牛は間質グルコース値が低下すること、ケトーシスを引き起こした牛は低血糖を示し難産や胎盤停滞が増加すること、がそれぞれ研究から判明されており、血糖変動から早期疾病診断を行うことができる。

続いて、牛用鼻輪１の牛への取り付け態様について図６と図７を用いて説明する。図６に示されるように、牛用鼻輪１は、牛の鼻の両鼻腔を隔てる隔壁部Ｓ（具体的には鼻柱や鼻中隔）を貫通して形成された孔Ｈ（図８参照）に筐体２を挿通させ、筐体２の両端部を牛の鼻の両穴から露出させた状態で、筐体２の両端部に留め具３を固定させることで牛に取り付けられる。

牛の頭部には、牛の鼻筋上から後頭部側に回されて頭絡２０が固定される。そして、この頭絡２０は牛用鼻輪１の留め具３に括り付けられることによって、牛用鼻輪１は、留め具３側が鼻の両穴よりも上方の鼻筋上に保持され、牛用鼻輪１が牛の鼻の隔壁部Ｓを貫通して形成された孔Ｈとの挿通方向の移動及び前後方向への回動がそれぞれ防止される。これによれば、送信手段９と環境センサ６とが確実に牛の鼻の外部に位置する状態が維持され、送信手段９の電波送信が阻害されないことに加え、環境センサ６によって牛の周囲の気温と湿度を正確に計測することができる。

図１及び図２に示されるように、体内センサ７は、装置本体１５と、筐体２の外部に露出し装置本体１５とケーブル１６により接続されている端子部１７とを備え、ケーブル１６は筐体２の内側の壁部に形成された開口２ｃから引き出されて端子部１７に接続されている。

端子部１７は、電極１８を備える本体部１９と、円筒状の筐体２の外周面に沿う内周面を有して筐体２の外周面に遊嵌されるＣ字状のクリップ部２１と、を備えて構成され、これら本体部１９とクリップ部２１との接続部分は本体部１９とクリップ部２１よりも強度の弱い脆弱部２２となっている。

牛の皮下に体内センサ７を計測可能状態にする際には、図７に示されるように、牛の鼻の孔Ｈに筐体２を挿通させた状態から、端子部１７のクリップ部２１を筐体２の外周面に沿って移動させ、電極１８を孔Ｈの近傍の隔壁部Ｓ（具体的には鼻柱または鼻中隔）に突き刺す。このようにクリップ部２１を筐体２の外周面に沿って移動させることで、牛の鼻腔における皮の薄い部位に電極１８を容易に突き刺すことができる。

電極１８を牛の鼻内部に突き刺した後には、図８に示されるように、脆弱部２２でクリップ部２１と本体部１９とを破断させる。これにより、本体部１９と筐体２とがケーブル１６のみで接続された状態となり、筐体２や留め具３を引いて牛を移動させる際や、牛の頭部の動きによる筐体２の揺れが本体部１９に伝達されず、電極１８の破損を防止でき、電極１８を牛の鼻内部に突き刺した状態を維持することができる。

本実施例においては、牛用鼻輪１は複数の牛に取り付けられ、各牛用鼻輪１からのデータを一元的に管理する飼養管理システムにて利用される。図９に示されるように、飼養管理システム３０は、複数の牛用鼻輪１，１，…と、これら牛用鼻輪１，１，…と接続されるコンピュータ３１とからなり、牛用鼻輪１の送信手段９が無線通信であることから、各牛用鼻輪１の送信手段９からの電波を受信できる受信機３２が牛用鼻輪１，１，…とコンピュータ３１との間に介在されている。

牛用鼻輪１の処理基板８には、タイマー２５が接続され、タイマー２５の扱う日時データを受信するようになっており、処理基板８は予め設定された指定の日時にて、活動センサ５と環境センサ６、体内センサ７から取得した計測データを送信手段９によりコンピュータ３１に送信する自己送信処理を行うようになっている。

処理基板８は、活動センサ５と環境センサ６、体内センサ７からそれぞれ計測データを取得し、これらの取得時の日時データを計測データにそれぞれ対応付けた状態としてさらに個別の識別ＩＤを付してコンピュータ３１に送信する。また、環境センサ６から計測データを取得した場合、気温と湿度の計測データから不快指数ＴＨＩを演算し、この不快指数ＴＨＩも合わせて取得時の日時データと対応付ける。

コンピュータ３１は、各牛用鼻輪１，１，…から各計測データを受信すると、ディスプレイに図１０に示されるような表示画面３３を表示する。

図１０のように、表示画面３３は、行動パターン、頭部軌跡、気温、湿度、不快指数、血糖値のタブ３４と、選択されたタブ３４に対応する計測データを時系列的に表示するページ３５と、を備えている。図１０では、不快指数ＴＨＩのタブ３４が選択され、不快指数ＴＨＩの計測データを処理基板８で扱われる日時データに対応させてグラフ化されたものが表示されている。なお、ここでは図示しないが、他のタブ３４が選択された際にも、同様に計測データを処理基板８で扱われる日時データに対応させてグラフ化されたものが表示される。

このように、活動センサ５を用いて牛用鼻輪を装着した牛の行動をモニタリングして牛の異常状態を予見するとともに、環境センサ６により当該牛の周囲の気温や湿度などから不快指数ＴＨＩが引き起こす環境ストレスと、体内センサ７により当該牛の間質グルコース値とから牛の健康状態を確認することができ、牛用鼻輪が備える各センサから計測されたデータを複合的に用いることで、牛の異常状態を正確に判定することができる。

上述したように、全ての計測データは、同一の処理基板８で扱われる日時データに対応するため、行動パターン、頭部軌跡、気温、湿度、不快指数、血糖値の計測データと日時とが一致し、これら計測データから複数の条件を適宜組み合わせて牛の健康状態の管理、異常状態の早期発見を正確に行うことができる。

また、表示画面３３は複数のタブ３４が選択可能に表示される、いわゆるマルチタブであるため、タブ３４の選択により、瞬時に閲覧できるデータを切り替え、各種データを迅速に確認することができる。

活動センサによって得られる計測データは、牛に取り付けられる位置によって、その正確性に差があることが分かった。例えば、図１１に示されるグラフでは、牛の後頭部、鼻、耳の３箇所にそれぞれ活動センサを取り付け、２４時間で加速度を計測したものである。このグラフから、後頭部では加速度の増減が少なく、耳では加速度の増減が多きすぎることが分かった。これは、後頭部に取り付けられた活動センサでは頭部の動きを検出しにくいことが予想され、頭部の動きを含めた行動パターンを得られにくいという問題がある。また、耳に取り付けられた活動センサは、耳自体の揺れを検出してしまい、行動パターンを正確に得にくいという問題がある。

これに対して鼻に取り付けられた活動センサでは、頭部の動きと別の揺れが発生し難く、頭部の動きを正確に検出できるため、頭部の動きを含めた行動パターンを確実に得られることが分かった。

また、活動センサ５と環境センサ６とは、牛用鼻輪１を構成する筐体２に内蔵されているため、牛用鼻輪１を牛に装着する際の邪魔にならない。

また、環境センサ６が筐体２のいずれか一方の端部側に偏在されることで、牛の鼻の外部に環境センサ６を確実に位置させ、牛の周囲の気温や湿度を正確に計測することができる。

また、頭絡２０は、牛用鼻輪１の留め具３に括り付けられることに加え、送信手段９は筐体２の一方の端部側に偏在されているため、頭絡２０が送信手段９の電波を阻害しにくい。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内における追加や変更があっても、本発明に含まれる。

例えば、体内センサは牛の血糖値に加えて体温を計測可能な構成であってもよい。

また、前記実施例においては、環境センサ６で計測された気温と湿度とから、処理基板８によって不快指数ＴＨＩとして算出される構成で説明したが、これに限らず、環境センサによって不快指数ＴＨＩが演算される構成であってもよい。

また、前記実施例においては、処理基板８が活動センサ５、環境センサ６、体内センサ７でそれぞれ計測されたデータにタイマー２５の扱う日時データを対応付けて送信する態様で説明したが、これに限らず、例えば活動センサ５、環境センサ６、体内センサ７がそれぞれ日時データを扱うことができるようにし、別体のタイマー２５を省略した構成としてもよい。

また、前記実施例において処理基板８は、予め設定された指定の日時にて、活動センサ５と環境センサ６、体内センサ７から取得した計測データを送信手段９によりコンピュータ３１に送信する自己送信処理を行う構成であるが、これに限らず、例えば処理基板に記憶媒体を備えさせ、予め設定された指定の日時にて記憶媒体に保存し、例えば日に一回のみ送信する態様としてもよい。なお、記憶媒体に外部に計測されたデータを抜き出す、出力ポートを備えた構成とすることで、送信手段９を省略した構成としてもよい。

また、本実施例における牛用鼻輪１の形状は一例に過ぎず、多様な形状が考えられるが、例えば、留め具を用いずに筐体の端部同士を直接つなげる形状であってもよい。

また、活動センサ５、環境センサ６のいずれか、またはいずれも筐体２の外に設置されてもよいし、これら活動センサ５、環境センサ６を留め具３に内蔵する構成としてもよい。

また、飼養管理システム３０としては、上述したような表示画面３３により、各種計測データを閲覧できる構成に限らず、例えば各種計測データに基づき牛の異常状態を自動的に判定するプログラムを備え、判定した情報のみを閲覧可能に出力する構成としてもよい。

また、体内センサ７の電極１８は、牛の鼻内部に限らず、突き刺しやすい部分であれば、牛のどこに突き刺されて利用されてもよい。

また、スイッチ１１は、ピン４の挿入に連動するプッシュスイッチを備えた構成に限らず、例えば指で操作するシーソースイッチを備えた構成であってもよい。

また、表示画面３３はマルチタブの構成に限らず、分割画面に、行動パターン、頭部軌跡、気温、湿度、不快指数、血糖値をそれぞれ同時に表示する構成としてもよい。

また、牛の活動を検知する活動センサは、加速度センサに限らず、例えば気圧センサやジャイロセンサーであってもよい。

また、牛にかかるストレス因子の計測を行う環境センサは、牛の周囲の気温と湿度を計測する構成に限らず、例えば気圧を計測できる構成や牛の周囲のガスを計測するガスセンサを備えた構成であってもよい。

また、体内センサは、間質グルコース値を計測する構成に限らず、牛の体内の体温を測る構成や血液の成分を採血する構成であってもよい。

１ 牛用鼻輪
２ 筐体
２ａ 収容空間
２ｂ 開口
２ｃ 開口
３ 留め具
３ａ 貫通孔
３ｂ 取付穴
４ ピン
５ 活動センサ
６ 環境センサ
７ 体内センサ
８ 処理基板
９ 送信手段
１０ バッテリー
１１ スイッチ
１２ 装置本体
１３ 温度センサ
１４ 湿度センサ
１５ 装置本体
１６ ケーブル
１７ 端子部
１８ 電極
１９ 本体部
２０ 頭絡
２１ クリップ部
２２ 脆弱部
２５ タイマー
２６ タイマー用電池
２７ 孔
３０ 飼養管理システム
３１ コンピュータ
３２ 受信機
３３ 表示画面
３４ タブ
３５ ページ
Ｈ 孔
Ｓ 隔壁部

Claims (5)

1. 牛の鼻の両鼻腔を隔てる隔壁部を貫通して形成された孔に長手方向の一方端を挿通させ、該一方端と他方端とを連結することにより略環状を成す牛用鼻輪であって、
   前記牛用鼻輪は、牛の活動情報を取得する活動センサと、牛にかかるストレス因子の計測を行うために牛の周囲の気温や気圧、ガスセンサなどを用いた環境センサと、牛の体内の体温を測ることや牛の間質グルコース値を計測すること、血液の成分を採血することなどを可能とする体内センサと、を備えることを特徴とする牛用鼻輪。
2. 前記活動センサと前記環境センサとは、前記牛用鼻輪を構成する筐体に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の牛用鼻輪。
3. 前記筐体には、前記活動センサと前記環境センサと前記体内センサの各計測データと、日時データと対応させる処理基板が内蔵されていることを特徴とする請求項２に記載の牛用鼻輪。
4. 前記体内センサは、牛の皮下に刺して利用される電極と、前記電極に連結され前記筐体の外周面に遊嵌するクリップ部とを有する端子部を具備していることを特徴とする請求項２または３に記載の牛用鼻輪。
5. 前記筐体は長手方向の端部が留め具により連結されており、前記環境センサは前記筐体のいずれか一方の端部側に偏在していることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の牛用鼻輪。

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