Organ Segmentation in Poultry Viscera Using RGB-D

We present a pattern recognition framework for semantic segmentation of visual structures, that is, multi-class labelling at pixel level, and apply it to the task of segmenting organs in the eviscerated viscera from slaughtered poultry in RGB-D images. This is a step towards replacing the current strenuous manual inspection at poultry processing plants. Features are extracted from feature maps such as activation maps from a convolutional neural network (CNN). A random forest classifier assigns class probabilities, which are further refined by utilizing context in a conditional random field. The presented method is compatible with both 2D and 3D features, which allows us to explore the value of adding 3D and CNN-derived features. The dataset consists of 604 RGB-D images showing 151 unique sets of eviscerated viscera from four different perspectives. A mean Jaccard index of 78.11% is achieved across the four classes of organs by using features derived from 2D, 3D and a CNN, compared to 74.28% using only basic 2D image features

Eggs and chicken embryos as potential sentinels for flock and hatchery health

Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias, especialidade Sanidade AnimalSuccessful hatching of strong, healthy chicks with a potential for good productive and reproductive performance depends on the assurance of as normal and ideal as possible embryonic development. The latter, however, can be negatively affected by a series of factors intrinsic to either the egg, its handling, or the incubator. This project aimed at collecting and interpreting essential and extensive information regarding embryonal response to physical challenges (temperature, relative humidity and carbon dioxide concentration) in the incubation environment, to infectious challenge with vertically transmitted Salmonella serovars Enteritidis and Typhimurium and, ultimately, to apply the knowledge obtained to a field survey of a commercial hatchery. For this purpose, eggs were incubated under different, controlled environments or after infection with a vertically transmitted pathogen, and an extensive list of parameters used to monitor subsequent changes in embryonic behavior, metabolism, growth and viability. The information gathered was then applied to a sample of non-viable eggs incubated at a major hatchery. Overall, the effects of manipulating temperature were more prominent than those of manipulating humidity and carbon dioxide. The most significantly affected parameters pertained to embryo metabolism, embryo weight, mortality and malformation rates. Changes in the development of the lymphoid follicles in the bursa of Fabricius and of the glandular epithelium of the gizzard were also found. Vertical infection with Salmonella was associated with higher embryonic mortality rates. No changes in performance or growth were observed in infected but viable embryos. The results obtained during the field survey did not directly correlate to the variables studied. However, the issues detected allowed for the designation of critical control points and opportunities for performance improvement that could have otherwise gone undetected at the hatchery and at the breeder farm, highlighting the importance of embryodiagnosis in the monitoring of hatchery and flock health.A operação eficiente e lucrativa de uma exploração industrial produtora de espécies aviárias (Gallus gallus) depende, entre outras coisas, do acesso a pintos saudáveis e com bom potencial produtivo, obtidos por incubação artificial de ovos de um bando reprodutor. É com a incubação destes ovos, levada a cabo em grande escala por máquinas altamente especializadas, que se inicia o desenvolvimento das aves, tendo esta influência directa sobre a viabilidade e futura performance do pinto eclodido. Vários factores podem intervir negativamente no sucesso da incubação, estando estes relacionados com o ovo em si, com o seu manuseamento ou com a própria incubadora. Por essa razão, este trabalho teve por objectivo adquirir, coligir e interpretar informação essencial sobre a resposta embrionária a alterações físicas do ambiente de incubação (temperatura, humidade relativa (RH) e concentração de dióxido de carbono), assim como à infecção com agentes patogénicos com transmissão vertical conhecida (Salmonella enterica vars. Enteritidis e Typhimurium). Estes ensaios foram conduzidos em laboratório, em ambiente cuidadosamente controlado. Numa segunda fase, o conhecimento obtido através de experimentação laboratorial foi aplicado na análise de uma amostra de ovos incubados provenientes de um centro de incubação industrial, com o objectivo de verificar a compatibilidade dos dados experimentais com os dados obtidos em situação real. Com vista a estudar a influência de alterações no ambiente de incubação sobre o desenvolvimento embrionário, procedeu-se à incubação de 2300 ovos specificpathogen free, dividos em dez grupos diferentes. O primeiro grupo foi incubado sob condições controlo (temperatura - 37.8ºC; RH - 50-55% durante os primeiros 18 dias de incubação e 60-65% durante os últimos 3 dias) e os restantes cinco grupos incubados sob: A) temperatura elevada constante (38.9ºC) e RH padrão; B) temperatura inferior constante (36.7ºC) e RH padrão; C) temperatura e RH padrão com um período (3 h) de elevação da temperatura (38.9ºC) aos dias 3 e 18 de incubação; D) temperatura e RH padrão com um período (3 h) de redução da temperatura (36.7ºC) aos dias 3 e 18 de incubação; E) humidade relativa elevada constante (63%) e temperatura padrão; F) humidade relativa inferior constante (43%) e temperatura padrão; G) humidade relativa e temperatura padrão com um período (3 h) de elevação da RH (63%) aos dias 3 e 18 de incubação; H) temperatura padrão com um período (3 h) de redução da RH (43%) aos dias 3 e 18 de incubação; I) ausência de renovação de ar/concentração de CO2 elevada constante durante incubação sob temperatura e RH padrão. Para investigar a influência da infecção com microrganismos transmitidos verticalmente, foram utilizados 576 ovos specific-pathogen free, divididos por oito grupos, quatro grupos controlo e quatro grupos inoculados. O primeiro grupo tratado foi inoculado com 105 CFU/ml de uma cultura de referência de S. enterica var. Enteritidis (CECT-4300) em NaCl (0,9%) estéril. O segundo grupo foi inoculado com 102 CFU/ml (dose de inoculação semelhante à concentração destas bactérias previamente reportada em ovos naturalmente infetados) da mesma cultura de referência. O terceiro grupo foi inoculado com 105 CFU/ml de uma cultura de referência de S. enterica var. Typhimurium (CECT-443) em NaCl (0,9%) estéril. Finalmente, o quarto grupo foi inoculado com 102 CFU/ml da mesma cultura de referência. Cada grupo tratado foi incubado juntamente com um grupo controlo inoculado com NaCl (0.9%) estéril. A presença ou ausência de Salmonella em cada grupo foi confirmada através de PCR multiplex convencional. Em todos os ensaios, foi retirada uma amostra de ovos da incubadora a cada 48 horas de incubação para análise dos efeitos das diferentes manipulações sobre o desenvolvimento embrionário. Uma extensa lista de parâmetros relacionados com o comportamento, metabolismo, crescimento e viabilidade dos embriões foi depois analisada. Em relação ao estudo de campo, foi efetuada análise morfológica, histológica e microbiológica de uma amostra de 51 ovos não viáveis, obtidos após 21 dias de incubação, num centro de incubação industrial. Relativamente aos ensaios de manipulação do ambiente físico de incubação, os resultados obtidos permitiram concluir que as alterações de temperatura, em qualquer direção, exerceram efeitos mais marcados sobre o desenvolvimento embrionário do que as alterações na humidade relativa ou na concentração de CO2 no interior da incubadora, enquanto que estas duas últimas variáveis produzem efeitos na sua maior parte sobreponíveis. Dos parâmetros monitorizados, aqueles que mais consistentemente apresentaram alterações encontravam-se relacionados com o comportamento e metabolismo embrionários, nomeadamente com a diminuição do metabolismo embrionário como consequência do stress induzido pela manipulação. O crescimento embrionário, representado pelo peso do embrião e por parâmetros alométricos, foi igualmente afetado, tendo-se verificado que as alterações de temperatura resultaram em embriões mais leves, enquanto as alterações de humidade relativa e CO2 produziram embriões de tamanho semelhante mas peso superior aos dos restantes tratamentos. À análise histológica, os embriões sujeitos a alterações contínuas de temperatura apresentaram ainda atraso na formação do tecido linfoide da bolsa de Fabricius e alterações celulares com distorção da arquitetura do epitélio glandular da moela, estas últimas em embriões sujeitos a aumentos de temperatura). Os embriões sujeitos a modificações da humidade relativa produziram efeitos temporários sobre o desenvolvimento do tecido hepático. As lesões microscópicas encontradas em animais mortos durante a incubação não permitiram o diagnóstico fiável da(s) causa(s) imediata de morte. Nenhum dos tratamentos produziu elevação significativa dos níveis de mortalidade, à exceção da incubação sob temperaturas inferiores ao normal. Dos restantes tratamentos, a elevação da humidade relativa resultou num aumento da mortalidade no final do período de incubação. Ainda relativamente à viabilidade embrionária, verificou-se que apenas as manipulações da temperatura de incubação resultaram num aumento significativo na incidência de malformações espontâneas. Finalmente, é de notar que, para todas as variáveis estudadas, a alteração contínua de uma variável produziu efeitos mais pronunciados e duradouros, enquanto a alteração pontual e temporária de uma variável produziu efeitos mais limitados, tanto em amplitude como em duração. Ao contrário dos ensaios de manipulação do ambiente de incubação, a inoculação de ovos specific-pathogen free não incubados com serovars de Salmonella enterica e sua posterior incubação não produziu alterações significativas no comportamento, metabolismo ou desenvolvimento embrionários. A inoculação de S. Enteridis, tanto em inóculo alto como em inóculo baixo, resultou num aumento significativo da taxa de mortalidade, sendo que esta se encontrou limitada aos primeiros 7 dias de incubação. A inoculação com qualquer dos inóculos de S. Typhimurium produziu, igualmente, níveis de mortalidade superiores comparados com os controlos, limitados aos primeiros dias de incubação, mas inferiores aos produzidos por S. Enteritidis. As lesões microscópicas observadas em animais encontrados mortos não permitiram o diagnóstico fiável da(s) causa(s) imediata de morte, sendo que a única diferença significativa encontrada se restringiu a alteração da afinidade tintoral dos tecidos provenientes de embriões infetados, indicativa de decomposição mais acelerada provavelmente devido a maior proliferação bacteriana. Contudo, nenhum dos embriões viáveis inoculados apresentou qualquer alteração macroscópica ou histológica significativa e em nenhum destes animais se observaram agregados bacterianos à análise microscópica, apesar da presença de infeção confirmada por métodos de biologia molecular. Os resultados obtidos sugeriram, ainda, que ambos os serovars de Salmonella utilizados apresentam tropismo para o embrião, possuindo a capacidade de não só sobreviver dentro do ovo, mas também de atravessar compartimentos orgânicos em direção ao embrião. Estas observações evidenciam algumas das razões para a eficiência demonstrada por estes serovars (e particularmente S. Enteritidis) na transmissão vertical e estabelecimento de portadores assintomáticos. Em relação ao estudo de campo, a análise dos ovos não viáveis não evidenciou diminuição de performance ou viabilidade embrionária devido a qualquer das variáveis estudadas em laboratório. Contudo, o exame externo, macroscópico dos ovos, assim como a sua análise microbiológica evidenciaram problemas na seleção e calibração dos ovos para incubação, assim como na possível higiene e práticas de recolha dos ovos na exploração de reprodutores, sinalizando potenciais pontos de intervenção futura com vista ao melhoramento da performance de incubação que de outra forma não seriam detetados. Finalmente, este trabalho permitiu a aquisição de informação essencial para a compreensão da resposta embrionária aos desafios da incubação, permitindo ainda confirmar a importância do embriodiagnóstico na monitorização da saúde da incubadora e do bando

Animal Welfare Assessment

This Special Issue provides a collection of recent research and reviews that investigate many areas of welfare assessment, such as novel approaches and technologies used to evaluate the welfare of farmed, captive, or wild animals. Research in this Special Issue includes welfare assessment related to pilot whales, finishing pigs, commercial turkey flocks, and dairy goats; the use of sensors or wearable technologies, such as heart rate monitors to assess sleep in dairy cows, ear tag sensors, and machine learning to assess commercial pig behaviour; non-invasive measures, such as video monitoring of behaviour, computer vision to analyse video footage of red foxes, remote camera traps of free-roaming wild horses, infrared thermography of effort and sport recovery in sport horses; telomere length and regulatory genes as novel biomarkers of stress in broiler chickens; the effect of environment on growth physiology and behaviour of laboratory rare minnows and housing system on anxiety, stress, fear, and immune function of laying hens; and discussions of natural behaviour in farm animal welfare and maintaining health, welfare, and productivity of commercial pig herds

South Dakota Farm & Home Research: 84th Annual Report

From the Dean and Director [p] 2 Agricultural Engineering [p] 4 Animal Science [p] 9 Bacteriology [p] 14 Botany-Biology [p] 18 Dairy Science [p] 21 Economics [p] 23 Entomology-Zoology [p] 26 Home Economics [p] 30 Horticulture-Forestry [p] 33 Plant Science [p] 35 Rural Sociology [p] 40 Station Biochemistry [p] 42 Veterinary Science [p] 44 Wildlife and Fisheries Science [p] 46 Publications [p] 52 Financial Statement [p] 60 Staff Members [p] 61 Agricultural Advisory Groups [p] 63https://openprairie.sdstate.edu/agexperimentsta_sd-fhr/1087/thumbnail.jp

My small world in biomedical research

Biomedical research in general simply known as medical research, is the basic research, applied research, or translational researchconducted to aid and support the body of knowledge in the field of medicine. Cancer is a leading cause of death worldwide representing 13% of all deaths (over 11 million in 2030), breast cancer is the most common diagnosed type of cancer among women accounting for about 28% of all female cancer cases, while liver cancer is the third most common cause of death from cancer worldwide. Workers exposed to formaldehyde vapour have been well documented to have an association between formaldehyde exposure and several cancers, including nasopharyngeal cancer and leukemia. A study was conducted in hatching chicks which represented a working environment that was exposed to the 10.9 ppm formaldehyde vapour, the result illustrated that there were pathological changes in the respiratory epithelium. And there was also pre-cancerous lesion seen in the epithelium where the normal psuedostratified columnar ciliated epithelium was replaced by stratified squamous epithelium in the trachea. The existing treatment for cancer such as surgery, chemotherapy and radiotherapy are not always effective and can cause significant side effects. Thus, the author ventured into cancer research via two approaches:In viro therapy, where, Newcastle Disease Virus was used whilst, in herbal therapy where Azadirachta Indica A.Juss (Neem) Extracts, Cola Nut (Cola Nitida) Fruit Aqueous Extract and Strobilanthes Crispus Extract were used in in-vitro and in-vivo study. The oncolytic effect of Newcastle Disease Virus (NDV) strain AF2240 was investigated on the MCF-7, MDA-MB-231 breast cancer cell lines and 3T3 fibroblast. There were destruction of the cytoskeletal protein, structural and ultrastructural changes, as well as molecular changes of the oncogenes which enlightened the important biological discoveries of apoptosis in the cancer cells, however, not in the normal cells.The oncolytic effect of Newcastle Disease Virus AF2240 on Allografted 4T1 Breast Cancer Cells In Balb/c mice was well demonstrated and NDV-AF2240 was detected via In situ reverse transcriptase polymerase chain reaction (in situ RT-PCR), polyclonal chicken antibody and goat anti-chicken antibody conjugated with fluorescein isothiocynate (FITC) using confocal laser scanning microscopy (CLSM) and negative staining transmission electron microscopy (NSTEM). The pre-clinical study of this virus is proven to be safe and effective in animal study, however, further study is needed to understand the underlying mechanism in making the NDV strain of AF2240 as an anti-cancer agent in human.In herbal theraphy research, Berberis Vulgaris(L.) Fruit Extract, Azadirachta Indica A.Juss (Neem) Extracts, Strobilanthes Crispus Extract, and Cola Nut (Cola Nitida) Fruit Aqueous Extract, were found to contain high antioxidant and prevent the formation or viability of cancer cells. In vitro and in-vivo study showed that they have great potential to be developed either into functional food or further develop into drugs which can be used to either treat liver, breast and cervical cancers. Tissue and organ failure, resulting from various forms of injury such as traumatic, metabolic, inflammatory and other diseases normally lead to lost of tissue, organ and system function. To overcome these problems, researchers try to implement tissue engineering as a new approach and to assure the proper re-establishment of organ function, the structural and ultrastructural changes and expression of protein markers during re-modelling of tissue-engineered skin, tissue engineered cornea and tissue engineered bone. In orthopaedics, administration of antibiotics does not provide good local bone response due to poor vascularisation of bone tissue; low drug penetration and recurrent cases are high due to formation and presence of biofilm. The author again takes the lead to develop a biocompatible material in-cooperated with antibiotic to overcome the problem mentioned above. As cancer, tissue and organ lost can either be life threatening or compensating quality of life, biomedical research play an important role to support the medical scenario towards human health and wealth creation to the nation