Automatic Lameness Detection in a Milking Robot : Instrumentation, measurement software, algorithms for data analysis and a neural network model

The aim of this thesis is to develop a fully automatic lameness detection system that operates in a milking robot. The instrumentation, measurement software, algorithms for data analysis and a neural network model for lameness detection were developed. Automatic milking has become a common practice in dairy husbandry, and in the year 2006 about 4000 farms worldwide used over 6000 milking robots. There is a worldwide movement with the objective of fully automating every process from feeding to milking. Increase in automation is a consequence of increasing farm sizes, the demand for more efficient production and the growth of labour costs. As the level of automation increases, the time that the cattle keeper uses for monitoring animals often decreases. This has created a need for systems for automatically monitoring the health of farm animals. The popularity of milking robots also offers a new and unique possibility to monitor animals in a single confined space up to four times daily. Lameness is a crucial welfare issue in the modern dairy industry. Limb disorders cause serious welfare, health and economic problems especially in loose housing of cattle. Lameness causes losses in milk production and leads to early culling of animals. These costs could be reduced with early identification and treatment. At present, only a few methods for automatically detecting lameness have been developed, and the most common methods used for lameness detection and assessment are various visual locomotion scoring systems. The problem with locomotion scoring is that it needs experience to be conducted properly, it is labour intensive as an on-farm method and the results are subjective. A four balance system for measuring the leg load distribution of dairy cows during milking in order to detect lameness was developed and set up in the University of Helsinki Research farm Suitia. The leg weights of 73 cows were successfully recorded during almost 10,000 robotic milkings over a period of 5 months. The cows were locomotion scored weekly, and the lame cows were inspected clinically for hoof lesions. Unsuccessful measurements, caused by cows standing outside the balances, were removed from the data with a special algorithm, and the mean leg loads and the number of kicks during milking was calculated. In order to develop an expert system to automatically detect lameness cases, a model was needed. A probabilistic neural network (PNN) classifier model was chosen for the task. The data was divided in two parts and 5,074 measurements from 37 cows were used to train the model. The operation of the model was evaluated for its ability to detect lameness in the validating dataset, which had 4,868 measurements from 36 cows. The model was able to classify 96% of the measurements correctly as sound or lame cows, and 100% of the lameness cases in the validation data were identified. The number of measurements causing false alarms was 1.1%. The developed model has the potential to be used for on-farm decision support and can be used in a real-time lameness monitoring system.

Tablettien soveltuvuus annosjakeluun

Koneellinen annosjakelu on kasvava lääkehuollon osa-alue, jossa lääkkeet pakataan koneellisesti pieniin annoskertakohtaisiin pusseihin kahden viikon erissä. Aikaisemmin lääkevalmisteiden soveltuvuutta koneelliseen annosjakeluun ei ole systemaattisesti tutkittu. Tutkimus tehtiin yhteistyössä Espoonlahden apteekin annosjakeluyksikön kanssa ja sen tavoitteena oli määrittää annosjakeluprosessin kannalta optimaaliset ominaisuudet annosjaeltavalle tabletille rikkoutumisten ja siirtymien vähentämiseksi. Rikkoutuminen on lääkevalmisteen murentumista, puolittumista tai muuta rikkoutumista annosjakelun aikana. Siirtymä on lääkevalmisteen jakelu väärään annospussiin. Prosentuaalisesti rikkoutumisia ja siirtymiä on jakelumäärästä hyvin vähän, mutta määrällisesti paljon ja koko ajan enemmän koneellisen annosjakelun yleistyessä. Rikkoutumiset ja siirtymät aiheuttavat paljon lisätyötä pussien korjaamisen takia, joten niiden määrää on pyrittävä vähentämään. Lisäksi tavoitteena oli selvittää lääkkeiden valmistajilta kysyttävissä olevat asiat lääkevalmisteiden ominaisuuksista ja säilyvyydestä, jotta voitaisiin päätellä valmisteen soveltuvuus koneelliseen annosjakeluun kirjallisen tiedon perusteella. Tutkimuksen tulosten perusteella rikkoutumisten ja siirtymien vähentämiseksi optimaalinen tablettivalmiste annosjakeluun on pienehkö tai keskisuuri, päällystetty, luja ja jakouurteeton ja optimaalinen ilman suhteellinen kosteustaso annosjakeluyksikön tuotantotiloissa olisi noin 30 – 40 %. Lääkkeiden valmistajilta kysyttäviä seikkoja ovat koon, päällysteen, murtolujuuden ja jakouurteen lisäksi valmisteen säilyvyys alkuperäispakkauksen ulkopuolella sekä valmisteen valo-, lämpö- ja kosteusherkkyys. Rikkoutumisten ja siirtymien lisäksi tutkittiin myös kosteusherkän asetyylisalisyylihappovalmisteen (Disperin 100 mg) säilyvyyttä 25 °C ja 60 % RH olosuhteissa, koska tuotantotilojen ilman kosteustasoa ei ole säädelty. Säilyvyystutkimuksen kesto oli neljä viikkoa. Se on riittävä, koska se on enimmäisaika, jonka tabletit ovat annosjakeluprosessin yhteydessä pois alkuperäispakkauksestaan ennen käyttöä. Tabletteja säilytettiin avoimessa alkuperäispakkauksessa (purkki), suljetussa alkuperäispakkauksessa, annosjakelukoneen kasetissa ja kahdessa erilaisessa annospussissa (uusi ja käytössä oleva materiaali). Tulosten mukaan annosjakelukoneen kasetti suojaa kosteudelta yhtä huonosti kuin avoin purkki. Uusi pussimateriaali sen sijaan suojaa kosteudelta paremmin kuin tällä hetkellä käytössä oleva materiaali. Raman -spektroskopiamittausten perusteella asetyylisalisyylihappotableteissa ei ehdi neljän viikon seurannan aikana tapahtua asetyylisalisyylihapon hajoamista salisyylihapoksi. Kosteus heikentää tablettien murtolujuutta, mikä saattaa aiheuttaa enemmän rikkoutumisia. Kosteustaso olisi hyvä olla säädettävissä vakioksi tuotantotiloissa tai purkaa tabletit kasetteihin mahdollisimman lähellä jakelua rikkoutumisten ehkäisemiseksi, etenkin ilman kosteustason ollessa korkea. Lisäksi tutkittiin lääkevalmisteen lämpöherkkyyttä koska annosjakelukoneen saumauslaite altistaa annospussit noin 75 °C lämmölle, jos annosjakelukone pysäytetään kesken työn. Tutkimus tehtiin XRPD:llä, jolla voidaan säätää näytteen lämpötilaa. Lämpöherkkyystutkimusten perusteella 75 °C lämpö ei ehdi tunnin aikana aiheuttaa muutoksia karbamatsepiinitabletissa (Neurotol 200 mg). Tuloksista selvisi, että tutkitun valmisteen sisältämä karbamatsepiini ei kuitenkaan ole lämpöherkin muoto, joten muita lämpöherkkiä lääkevalmisteita tulisi tutkia lisätiedon saamiseksi lämmön vaikutuksista.

Koneellisen annosjakelupalvelun aloittaminen - lääkehoidon tarkistus ja sen vaikutus potilaan lääkehoitoon

Farmaseuttisilla palveluilla tarkoitetaan apteekkien palveluita, joissa hyödynnetään apteekin farmaseuttisen henkilökunnan tietoja ja taitoja. Farmaseuttiset palvelut voidaan jakaa farmaseuttisiin perus- ja erityispalveluihin. Farmaseuttiset peruspalvelut kattavat apteekkien lakisääteiset tehtävät, kun taas farmaseuttisilla erityispalveluilla pyritään ottamaan aktiivisempi rooli asiakkaan terveyden edistämisessä. Koneellinen annosjakelupalvelu on farmaseuttinen erityispalvelu. Koneellisessa annosjakelupalvelussa lääkkeet jaetaan kerta-annospusseihin annostusajankohdan mukaan. Kun uusi asiakas aloittaa koneellinen annosjakelupalvelun, tarkistetaan asiakkaan lääkitys yhteensopimattomien ja turhien lääkkeiden osalta. Palvelun aloitushetkellä huomioidaan myös lääkevalmisteiden sopivuus koneelliseen annosjakeluun sekä tarkistetaan valmisteiden annosteluajankohdat. Koneellisessa annosjakelupalvelussa asiakkaan lääkehoidosta muodostetaan lääkityskortti, josta kokonaislääkehoito on helppo tarkistaa. Erikoistyön tavoitteena oli selvittää millainen lääkehoidon arviointi tai tarkistus koneellisen annosjakelupalvelun aloittamisen yhteydessä tehdään ja miten palvelun aloittavien asiakkaiden kokonaislääkehoitotieto saadaan selvitettyä. Lisäksi selvitettiin millaisia muutoksia lääkehoitoihin tehdään palvelun aloittamisen yhteydessä, mitkä ovat muutosten syyt sekä millainen on asiakkaan kokonaislääkehoito. Kyselylomake lähetettiin kaikkiin apteekkeihin, jotka tilasivat koneellista annosjakelua sopimusvalmistuksena Espoonlahden apteekilta syyskuussa 2010. Tutkimus suoritettiin semistrukturoidulla kirjallisella kyselyllä, joka sisälsi sekä avoimia kysymyksiä että monivalintakysymyksiä. Kyselyyn saatiin 147 vastausta ja vastausprosentiksi muodostui 45. Vastauksia kyselyyn saatiin koko Mannersuomen alueelta ja kaikkien kokoluokkien apteekeilta. Koneellisen annosjakelupalvelun aloittavat henkilöt ovat pääasiassa iäkkäitä, jotka ovat kotihoidon piirissä, asuvat hoitokodissa tai palveluasumisen yksikössä. Asiakkaiden lääkitystietojen keräämisessä hyödynnetään lääkityskorttia, mutta lääkityskortin tietoja päivitetään myös muista lähteistä. Asiakkaiden lääkityksille tehdään useimmiten lääkehoidon tarkistus moniammatillisena yhteistyönä. Lääkehoidolle tehdyt muutokset johtuvat pääasiassa lääkevaihdosta, annosjakelukoneen lääkevalikoimasta tai puolittamisen välttämisestä. Lääkehoidoissa on vain vähän yhteisvaikutuksia, jotka johtavat lääkevalmisteen käytön lopettamiseen. Lääkehoidon tarkistuksella ei ollut suurta vaikutusta asiakkaiden käyttämien lääkevalmisteiden määrään. Palvelun aloittamisen jälkeen asiakkaalla on käytössään keskimäärin 11 lääkevalmistetta, joista seitsemää jaellaan koneellisesti. Lääkeaineryhmistä eniten käytettyjä ovat hermostoon vaikuttavat sekä sydän- ja verisuonisairauksien lääkkeet, joita kumpaakin on käytössä keskimäärin kolme jokaisella uudella koneellisen annosjakelupalvelun asiakkaalla sekä palvelun aloittamista ennen että sen jälkeen.

Information Technology Development Needs in Community Pharmacies : A Strategic Approach

In the context of health care, information technology (IT) has an important role in the operational infrastructure, ranging from business management to patient care. An essential part of the system is medication management in inpatient and outpatient care. Community pharmacists strategy has been to extend practice responsibilities beyond dispensing towards patient care services. Few studies have evaluated the strategic development of IT systems to support this vision. The objectives of this study were to assess and compare independent Finnish community pharmacy owners and staff pharmacists priorities concerning the content and structure of the next generation of community pharmacy IT systems, to explore international experts visions and strategic views on IT development needs in relation to services provided in community pharmacies, to identify IT innovations facilitating patient care services and to evaluate their development and implementation processes, and to assess community pharmacists readiness to adopt innovations. This study applied both qualitative and quantitative methods. A qualitative personal interview of 14 experts in community pharmacy services and related IT from eight countries and a national survey of Finnish community pharmacy owners (mail survey, response rate 53%, n=308), and of a representative sample of staff pharmacists (online survey, response rate 22%, n=373) were conducted. Finnish independent community pharmacy owners gave priority to logistical functions but also to those related to medication information and patient care. The managers and staff pharmacists have different views of the importance of IT features, reflecting their different professional duties in the community pharmacy. This indicates the need for involving different occupation groups in planning the new IT systems for community pharmacies. A majority of the international experts shared the vision of community pharmacy adopting a patient care orientation; supported by IT-based documentation, new technological solutions, access to information, and shared patient data. Community pharmacy IT innovations were rare, which is paradoxical because owners and staff pharmacists perception of their innovativeness was seen as being high. Community pharmacy IT systems development processes usually had not undergone systematic needs assessment research beforehand or evaluation after the implementation and were most often coordinated by national governments without subsequent commercialization. Specifically, community pharmacy IT developments lack research, organization, leadership and user involvement in the process. Those responsible for IT development in the community pharmacy sector should create long-term IT development strategies that are in line with community pharmacy service development strategies. This could provide systematic guidance for future projects to ensure that potential innovations are based on a sufficient understanding of pharmacy practice problems that they are intended to solve, and to encourage strong leadership in research, development of innovations so that community pharmacists potential innovativeness is used, and that professional needs and strategic priorities will be considered even if the development process is led by those outside the profession.