Από την εφημερίδα Έλληνας Αγρότης που κυκλοφορεί
Η αξιοποίηση υπέρυθρης θερμογραφίας και Τεχνητής Νοημοσύνης για τη βελτίωση της ευζωίας και της ποιότητας του πρόβειου γάλακτος στην Ελλάδα.
Η μαστίτιδα αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές παθήσεις που επηρεάζουν την παραγωγή και την ποιότητα του πρόβειου γάλακτος, με σοβαρές οικονομικές και ευζωικές επιπτώσεις για την αιγοπροβατοτροφία. Ιδιαίτερη σημασία παρουσιάζει η υποκλινική μορφή της νόσου, η οποία, χωρίς εμφανή κλινικά συμπτώματα, συχνά παραμένει αδιάγνωστη, με συνέπεια να προκαλεί σημαντικές απώλειες στην παραγωγή και υποβάθμιση των γαλακτοκομικών προϊόντων, ωστόσο νέες λύσεις φαίνεται ότι έρχονται στο προσκήνιο.
ΤΟΥ ΧΡΥΣΟΣΤΟΜΟΥ ΤΡΙΜΜΗ
trimmis.chrys@gmail.com
Στο πλαίσιο αυτό, το ερευνητικό πρόγραμμα TherMaSheep προχωρά στη διερεύνηση καινοτόμων μεθόδων διάγνωσης της υποκλινικής μαστίτιδας, αξιοποιώντας την υπέρυθρη θερμογραφία και τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης, με στόχο την ταχεία, μη επεμβατική και αξιόπιστη ανίχνευση της νόσου. Ετσι, ο αναπληρωτής καθηγητής Κτηνιατρικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας Γιώργος Βαλιάκος, σε συνεργασία με τον υποψήφιο διδάκτορα του Τμήματος Κτηνιατρικής του ίδιου ιδρύματος Μάριο Λυσίτσα, παρουσιάζει τα ευρήματα της μελέτης που πραγματοποιήθηκε σε πρόβατα γαλακτοπαραγωγής στις σημαντικές για την αιγοπροβατοτροφία περιοχές της Θεσσαλίας και της δυτικής Μακεδονίας, αποτυπώνοντας τη συχνότητα εμφάνισης, τους υπεύθυνους μικροοργανισμούς και τις επιπτώσεις της υποκλινικής μαστίτιδας, καθώς και τη δυναμική των σύγχρονων τεχνολογιών στη βελτίωση της υγείας και της παραγωγικότητας των ζώων.
Η διάγνωση της κλινικής μαστίτιδας των προβάτων βασίζεται στα ευρήματα της κλινικής εξέτασης, ενώ οι μικροβιολογικές εξετάσεις υποστηρίζουν την αιτιολογική διάγνωση και είναι σημαντικές για τη χορήγηση αποτελεσματικής θεραπείας. Αντίθετα, λόγω της απουσίας κλινικών συμπτωμάτων, όπως επισημαίνεται, συχνά η υποκλινική μαστίτιδα δεν διαγιγνώσκεται, προκαλώντας σημαντικές οικονομικές απώλειες, καθώς οδηγεί σε μείωση της παραγωγής, σε υποβάθμιση της ποιότητας του γάλακτος, καθώς και σε αύξηση της απόρριψής του. Επιπλέον, έχει φανεί ότι συνδέεται με αυξημένη θνησιμότητα, κακή ανάπτυξη των νεογέννητων, αυξημένες απώλειες και επιπλέον δαπάνες περίθαλψης και αντικατάστασης ζώων. Τέλος, επιδρά αρνητικά στην ευζωία των προβάτων.
Το έργο TherMaSheep στοχεύει στη βελτίωση της γαλακτοπαραγωγής και της ευζωίας των προβάτων, στη μείωση του κόστους διαχείρισης της μαστίτιδας μέσω της ταχείας και πρώιμης διάγνωσης της μαστίτιδας, με τη χρήση της θερμικής κάμερας, και εφαρμόζεται στις Περιφέρειες Θεσσαλίας και Δυτικής Μακεδονίας. Προ της ευλογιάς και της πανώλης τουλάχιστον, που έχει οδηγήσει χιλιάδες ζώα σε σφαγή και καύση ή υγειονομική ταφή, οι περιοχές του έργου είναι από τις σημαντικότερες στην εκτροφή προβάτων και με αξιόλογη παραγωγή γάλακτος που ανέρχεται στο 19,4% και 5,8% του συνολικού παραγόμενου πρόβειου γάλακτος στην Ελλάδα.
Σύμφωνα με τον κ. Βαλιάκο, το έργο «Εφαρμογή τεχνολογιών θερμογραφίας υπέρυθρων (θερμική κάμερα) ως μέσο ταχείας διάγνωσης υποκλινικής μαστίτιδας: Βελτίωση ευζωίας και δεικτών παραγωγής σε αιγοπροβατοτροφικές εκμεταλλεύσεις/TherMaSheep» εφαρμόζει σύγχρονα διαγνωστικά εργαλεία on site ως απαίτηση του σύγχρονου τρόπου εκτροφής, σε περιοχές της Περιφέρειας Θεσσαλίας και της Περιφέρειας Δυτικής Μακεδονίας.
«Στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος TherMaSheep στοχεύσαμε στη μελέτη της υποκλινικής μαστίτιδας (ΥΜ) σε πρόβατα γαλακτοπαραγωγής φυλής Lacaune στην Ελλάδα. Η ΥΜ είναι μια υποεκτιμημένη, αλλά ιδιαιτέρως σημαντική νόσος, με επιπτώσεις στην παραγωγή, στην ποιότητα του γάλακτος, στην ευζωία των ζώων αλλά και στη δημόσια υγεία. Δυστυχώς, η ΥΜ δεν συνοδεύεται από εμφανή κλινικά σημεία στο ζώο ή στο γάλα, συνεπώς σε πολλές περιπτώσεις δεν γίνεται εύκολα αντιληπτή. Ωστόσο, το ποσοστό των προσβεβλημένων ζώων στο κοπάδι δεν είναι αμελητέο, καθώς ένα στα τρία ζώα περίπου φαίνεται να επηρεάζεται. Η ΥΜ σχετίζεται με σημαντική αύξηση της συγκέντρωσης των σωματικών κυττάρων στο γάλα (SCC) και με μεταβολή της χημικής του σύστασης, υποβαθμίζοντάς το ποιοτικά, ενώ παρατηρείται και μείωση της συνολικής γαλακτοπαραγωγής. Ταυτόχρονα, λόγω της υποκείμενης φλεγμονής στον μαστό, το ζώο ταλαιπωρείται, συνεπώς τίθεται και το ζήτημα της ευζωίας» περιγράφει ο κ. Βαλιάκος.
Στο πλαίσιο αυτό, η έρευνα είχε τριπλό στόχο: αρχικά, τη διερεύνηση της συχνότητας εμφάνισης ΥΜ και των υπεύθυνων παθογόνων μικροοργανισμών που την προκάλεσαν. Επιπλέον, την εκτίμηση της επίδρασης της νόσου στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του γάλακτος και, τέλος, την αξιολόγηση της θερμογραφίας υπέρυθρης ακτινοβολίας και της Τεχνητής Νοημοσύνης για τη δημιουργία ενός γρήγορου, μη επεμβατικού διαγνωστικού εργαλείου, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο επίπεδο της εκτροφής για να υποδείξει τα ζώα τα οποία εκτιμάται ότι νοσούν και να συμβάλει έτσι στην αποτελεσματική διαχείριση της ΥΜ.
Η επιλογή των κατάλληλων ζώων και η δειγματοληψία
Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε φάρμες προβάτων γαλακτοπαραγωγής στη Θεσσαλία και τη δυτική Μακεδονία. «Η επιλογή των εκτροφών δεν έγινε τυχαία, αλλά έπρεπε να πληρούν συγκεκριμένα κριτήρια, όπως η ύπαρξη αυτόματου αρμεκτηρίου, πλήρους ιστορικού προηγούμενων παθήσεων και εμβολιασμού για τη λοιμώδη αγαλαξία» σημειώνει ο κ. Βαλιάκος και περιγράφει όσον αφορά τη διαδικασία που ακολούθησε: «Συλλέχθηκαν περί τα 2.000 δείγματα γάλακτος σε δύο γαλακτικές περιόδους, τα οποία υποβλήθηκαν σε διάφορες εξετάσεις, όπως μικροβιολογικό έλεγχο, μέτρηση των σωματικών κυττάρων (SCC), χημική ανάλυση και θερμική απεικόνιση της οπίσθιας περιοχής του μαστού με χρήση θερμικής κάμερας τελευταίας τεχνολογίας».
Μικροβιολογική ανάλυση και παθογόνα
Η ΥΜ διαγνώστηκε με βάση την παρουσία μικροβιακής μόλυνσης και τον αριθμό των σωματικών κυττάρων. «Η συχνότητα της νόσου ήταν υψηλή, με περίπου ένα στα τρία ζώα να παρουσιάζει ΥΜ σε τουλάχιστον ένα ημιμόριο του μαστού του. Ο πλέον συχνός αιτιολογικός παράγοντας ήταν οι πηκτάση-αρνητικοί σταφυλόκοκκοι (CοNS), αντιπροσωπεύοντας περίπου 4 στα 5 περιστατικά» αναφέρει ο αναπληρωτής καθηγητής Κτηνιατρικής.
«Τα ποσοστά ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά ήταν κατά βάση ικανοποιητικά, είχαμε ωστόσο εξαιρέσεις, με 28,6% ποσοστό ανθεκτικότητας για την αμπικιλλίνη, 29,7% για την τετρακυκλίνη και 23,6% για σουλφαμεθοξαζόλη/τριμεθοπρίμη. Η παρουσία ανθεκτικών στελεχών υπογραμμίζει την ανάγκη για ορθολογική χρήση των αντιβιοτικών στη ζωική παραγωγή» συμπληρώνει.
Επίδραση στη χημική σύσταση του γάλακτος
Η έρευνα πάντως έδειξε ότι η ΥΜ επηρέασε αρνητικά τα βασικά ποιοτικά χαρακτηριστικά του γάλακτος. Τα δείγματα με ΥΜ παρουσίασαν στατιστικώς σημαντική μείωση σε λιπαρά, λακτόζη, πρωτεΐνη και στερεά συστατικά. Η μεγαλύτερη επίπτωση παρατηρήθηκε σε υψηλότερες τιμές σωματικών κυττάρων (>5.000.000 κύτταρα/mL). Τα ευρήματα ενισχύουν τη θέση ότι η ΥΜ επηρεάζει δυσμενώς, εκτός από την ποσότητα, και την ποιότητα του παραγόμενου γάλακτος.
Θερμογραφία υπέρυθρης ακτινοβολίας
Η θερμογραφία υπέρυθρης ακτινοβολίας διερευνήθηκε ως ένα μη επεμβατικό εργαλείο για την ανίχνευση θερμικών διαφορών στους μαστούς. Από κάθε ζώο ελήφθησαν 3-5 θερμικές εικόνες, οι οποίες έγιναν αντικείμενο επεξεργασίας με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Χρησιμοποιήθηκε η μέση θερμοκρασία σε συγκεκριμένη περιοχή του μαστού (μεταξύ των θηλών) και συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα μεταξύ υγιών και νοσούντων μαστών. Διαπιστώθηκε ότι οι μαστοί με ΥΜ είχαν στατιστικώς σημαντικά υψηλότερες θερμοκρασίες από τους υγιείς (κατά ~0,6°C).
«Αν και οι διαφορές είναι μικρές, υποδεικνύουν τη δυνατότητα χρήσης της θερμογραφίας ως συμπληρωματικού διαγνωστικού εργαλείου» σχολιάζει ο κ. Βαλιάκος.
Η χείρα βοηθείας της Τεχνητής Νοημοσύνης
Με την τεχνολογία να εξελίσσεται, η Τεχνητή Νοημοσύνη δεν θα μπορούσε παρά να αποτελέσει μέρος της όλης προσπάθειας, με τον κ. Βαλιάκο να τονίζει την εφαρμογή της στο όλο πρόγραμμα.
«Μετά τη θερμογραφία υπέρυθρης ακτινοβολίας χρησιμοποιήσαμε την Τεχνητή Νοημοσύνη για διάφορες εφαρμογές. Αρχικά, για την αυτοματοποιημένη αναγνώριση της περιοχής του μαστού που αναφέρθηκε παραπάνω χρησιμοποιήθηκε ο προηγμένος αλγόριθμος εντοπισμού αντικειμένων YOLOv8, με εξαιρετικά αποτελέσματα αναφορικά με την ακρίβεια αυτόματου εντοπισμού των θηλών και καθορισμού της περιοχής που μας ενδιέφερε» περιγράφει χαρακτηριστικά.
Ακολούθως, εκπαιδεύτηκαν τόσο παραδοσιακά μοντέλα μηχανικής μάθησης όσο και σύγχρονα νευρωνικά δίκτυα βαθιάς μάθησης (ResNet, DenseNet, EfficientNet), χρησιμοποιώντας ένα υποσύνολο των θερμικών εικόνων για την επιτυχή εκπαίδευσή τους. Επειτα αξιολογήθηκαν οι επιδόσεις τους σε ένα σύνολο επικύρωσης (validation set), ενώ η τελική αποτίμηση της γενίκευσης των μοντέλων πραγματοποιήθηκε σε ξεχωριστό σύνολο δοκιμών (test set), με τη χρήση συγκεκριμένων μετρικών που χρησιμοποιούνται σε αντίστοιχες περιπτώσεις, με υποσχόμενα αποτελέσματα.
Συμπεράσματα και προοπτικές
-Ποια είναι, λοιπόν, τα συμπεράσματα;
«Η μελέτη ανέδειξε την υψηλή συχνότητα της υποκλινικής μαστίτιδας σε εκτροφές προβάτων γαλακτοπαραγωγής στην Ελλάδα και τις επιπτώσεις της στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του γάλακτος. Ακόμη, παρατηρήθηκε κυριαρχία των αρνητικών σταφυλόκοκκων ως αιτιολογικών παραγόντων της μαστίτιδας» τονίζει ο κ. Βαλιάκος.
Από εκεί και πέρα, σύμφωνα με τον ίδιο, η αξιολόγηση της θερμογραφίας και των αλγορίθμων ΤΝ έδειξε ελπιδοφόρα αποτελέσματα, υπογραμμίζοντας το γεγονός ότι η συνδυασμένη χρήση νέων τεχνολογιών και Τεχνητής Νοημοσύνης θα μπορούσε να οδηγήσει μελλοντικά στη δημιουργία εύχρηστων, αυτοματοποιημένων και μη επεμβατικών διαγνωστικών εργαλείων για χρήση στο επίπεδο της εκτροφής, προσφέροντας σημαντική υποστήριξη στη διαχείριση της υγείας των προβάτων, στη βελτίωση της αποδοτικότητάς τους και της ποιότητας των παραγόμενων γαλακτοκομικών προϊόντων.
Οι εταίροι του έργου
Στην όλη προσπάθεια συμμετέχουν το Εργαστήριο Μικροβιολογίας και Παρασιτολογίας του Τμήματος Κτηνιατρικής του Π.Θ. μαζί με τον Κτηνοτροφικό Συνεταιρισμό Αιγοπροβατοτροφίας περιοχής Αμύνταιου και τον Συνεταιρισμό Αιγοπροβατοτρόφων Ελασσόνας και την Open Mellon Συμβουλευτική.
Τα κύρια αίτια
Τα βακτήρια Staphylococcus aureus subsp. aureus και Pasteurella haemolytica είναι οι σημαντικότεροι αιτιολογικοί παράγοντες στις μαστίτιδες. Εχει βρεθεί ότι ευθύνονται για το 80% περίπου των περιπτώσεων στις οποίες έχει προσδιοριστεί ο αιτιολογικός παράγοντας.
Οι περιβαλλοντικοί παράγοντες
Διάφορα έντομα, ιδιαίτερα η μύγα Hydrotoea irritans, μπορούν να μεταδώσουν βακτήρια λόγω του διαδοχικού παρασιτισμού σε θηλές ασθενών και υγιών ζώων. Επίσης, η επιμόλυνση των θηλών σταβλισμένων ζώων με κόπρανα οδηγεί σε μόλυνση μαστικών αδένων με εντεροβακτήρια.