Süt ineklerinde sensör teknolojileri kullanılarak buzağılama zamanı tahmin modelinin geliştirilmesi
Development of calving prediction model using sensor technologies in dairy cows
Yazar: ÖZGENUR KAFKAS
Danışman: PROF. DR. HALİT KANCA
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Veteriner Doğum ve Jinekoloji Ana Bilim Dalı / Doğum ve jinekoloji Bilim Dalı (Veteriner Hekimlik)
Derece: Doktora, 2023
Konu: Veteriner Hekimliği = Veterinary Medicine
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Holştayn sığırı = Holstein cattle ; Jinekoloji = Gynecology ; Süt sığırcılığı = Dairy herds ; Süt sığırcılığı işletmeleri = Dairy herds farms ; Süt sığırları = Dairy cattles

Özet:
Sunulan tez çalışmasının amacı; Holstein ırkı ineklerde prepartum dönemde gözlenen fizyolojik ve davranışsal değişimlerin sensör teknolojileri kullanılarak tespit edilmesi ve bu verilere dayanarak doğum zamanı tahmin modellerinin geliştirilmesidir.

Bu amaçla, prepartum 1-2 haftalık dönemi incelemek amacıyla Holstein ırkı multipar inekler (n=28) kullanıldı. Gebe ineklere sıcaklık, basınç, iletkenlik ve ivmeölçer sensörler bulunan vajinal cihaz ve ruminasyon ölçümü içim ivmeölçer sensör içeren kulak küpesi takılmıştır. Intravajinal cihaz, vulva bölgesinin %10 povidon iyot çözeltisi ile antisepsisi sağlandıktan sonra yardımcı bir aparat yardımıyla anterior vajinaya yerleştirilmiştir. Vajinal cihaz 2,33 dakikada bir, ruminasyon sensörü 20 dakikada bir veri göndermiştir. Elde edilen veriler veri tabanı sisteminde depolanarak saklanmıştır. Gerçek zamanlı izleme sistemi ile birlikte hayvan davranışları gözlenmiştir ve tüm doğumlar sonrasında doğum kolaylığı, ölü doğum skorlaması, buzağı vigor skorlaması yapılmıştır. Doğumun 2. aşamasının başlamasıyla birlikte koryoallantoik kesenin patlaması ve düzenli abdominal kontraksiyonlar cihazın vajinadan çıkışını sağlamıştır. Vajinal cihazın dış ortama atılmasıyla birlikte sıcaklıkta meydana gelen düşüş jsp dosyasında tespit edilerek vajinal cihazın düşme zamanı ve anlık kamera kayıtlarının incelenmesi ile doğum zamanı belirlenmiştir.

Elde edilen verilerin işlenmesiyle birlikte prepartum 1-2 haftalık dönem incelendiğinde, son 20-24 saatlik dönem dışında saatlik ortalama vajinal sıcaklık değerinin 39,0-39,2 °C arasında günlük diürnal ritme uygunluk gösterdiği belirlenmiştir. Aktiviteölçer sensör (G sensörü) ile vajinal ortamdan alınan ölçümler sonucunda, saatlik toplam aktivite verilerin dağınık bir yapı gösterdiği, gün içerisinde değişen derecelerde artış/azalış gösterdiği ve doğuma yakın zamanda spesifik bir değişim göstermediği gözlenmiştir. Günlük ortalama aktivite verileri incelendiğinde ise, doğumdan 24 saat öncesinde hafif bir aktivite artışı gözlenmiştir. Günlük ortalama iletkenlik değerleri, aktivite verilerine benzer şekilde bir eğilim göstermektedir. Doğumdan 24 saat öncesinde günlük ortalama iletkenlik değerlerinde ılımlı bir azalma belirlenmiştir. Basınç sensöründen elde edilen verilerle kamera görüntülerinin eşleştirilmesi sonucunda, yatma durumunda basınç verilerinde ortalama 20-30 mbar artış gözlendiği ve bu değişim sayesinde yatma ve kalkma davranışlarının ayırt edilebildiği belirlenmiştir. Basınç verilerine göre prepartum 4 günlük süre boyunca günlük ortalama ayakta durma ve yatıp kalkma sıklığı davranışında kademeli bir artış gözlenirken, ortalama yatma süresi ve bir yatma periyodu süresince geçirilen ortalama zaman sürelerinde kademeli bir azalma belirlenmiştir. 

Sonuç olarak, sensör teknolojileri kullanılarak buzağılama gibi ekonomik değeri olan rutin uygulamaların kolaylaştırılması mümkün olabilmektedir. Tek sensör kullanımı yerine kombine sistemlerin tercih edilmesinin başarı oranını artıracağı düşünülmektedir.

Abstract:
The aim of the presented thesis study is to detect physiological and behavioral changes observed during the prepartum period in Holstein dairy cows using sensor technologies and develop calving time prediction models based on this data.

For this purpose, multiparous Holstein cows (n=28) were used to examine the prepartum period of 1-2 weeks. The pregnant cows were fitted with a vajinal device containing temperature, pressure, conductivity, and accelerometer sensors, as well as an ear tag with an accelerometer sensor for rumination measurement. The intravajinal device was inserted into the anterior vajina with the help of an auxiliary apparatus after the vulva area was disinfected with a 10% povidone iodine solution. The vajinal device sent data every 2.33 minutes, while the rumination sensor sent data every 20 minutes. The obtained data were stored and archived in a database system. Animal behaviors were observed in real-time monitoring system, and after all calvings, ease of calving, stillbirth scoring, and calf vigor scoring were performed. The rupture of the chorioallantoic membrane and regular abdominal contractions during the onset of the second stage of labor facilitated the removal of the device from the vajina. The time of device removal was determined by detecting the drop in temperature recorded in the JSP file, and the calving time was determined by analyzing instant camera recordings.

When the processed data of the 1-2 week prepartum period were examined, it was determined that the hourly average vajinal temperature showed compliance with a daily diurnal rhythm between 39.0-39.2 °C, except for the last 20-24 hours. Based on measurements taken from the vajinal environment using the activity sensor (G sensor), it was observed that the hourly total activity data showed a scattered structure, varying degrees of increase/decrease throughout the day, and did not exhibit a specific change close to calving. When the daily average activity data were examined, a slight increase in activity was observed 24 hours before calving. The daily average conductivity values showed a similar trend to the activity data. A moderate decrease in the daily average conductivity values was determined 24 hours before calving. It was determined that there was an average increase of 20-30 mbar in the pressure data during lying down by matching the data from the pressure sensor with the camera images, and this change enabled the differentiation of lying down and standing up behaviors. According to the pressure data, there was a gradual increase in the daily average standing and lying down frequencies over a 4-day prepartum period, while there was a gradual decrease in the average lying time and the average time spent during a lying period.

In conclusion, it is possible to facilitate economically valuable routine practices such as calving using sensor technologies. It is believed that the use of combined systems instead of single sensor usage will increase the success rate.