紅外熱成像技術(shù)評(píng)估妊娠母豬的跛行

摘要：早期診斷母豬的跛行對(duì)減少損失和提高動(dòng)物福利非常重要。母豬發(fā)生輕微或中等程度的跛行是很難做出診斷的。作為一種檢測(cè)母豬下肢炎癥癥狀的方法，紅外熱成像技術(shù)（Infrared Thermography，IRT）可作為了評(píng)價(jià)母豬跛行的一種輔助手段。

關(guān)鍵詞：跛行；母豬；紅外熱成像技術(shù)（Infrared Thermography，IRT）

中圖分類號(hào)：S816 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2015）06-0012-04

跛行是豬場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)經(jīng)濟(jì)和福利的問(wèn)題。與其有關(guān)的一個(gè)主要問(wèn)題是檢測(cè)跛行通常是根據(jù)主觀的目測(cè)步態(tài)評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行的，這種方法耗時(shí)耗力，且存在較高的相互間和內(nèi)在的評(píng)分差異。因此需要一種更客觀的定量方法來(lái)評(píng)價(jià)跛行。

紅外熱成像技術(shù)（Infrared Thermography，IRT）可以測(cè)定動(dòng)物體表溫度的分布情況，并將其變?yōu)橐粋€(gè)圖像，圖像上的陰影梯度代表不同的溫度。因此，IRT已經(jīng)成為一個(gè)診斷動(dòng)物損傷和疾病的實(shí)用方法，尤其是IRT已經(jīng)被成功地用于馬醫(yī)學(xué)上，檢測(cè)馬的跛行。但是，IRT容易產(chǎn)生誤判。所以，紅外熱成像必須在標(biāo)準(zhǔn)的條件（例如：溫度和濕度等）下獲得。

本研究的目的是確定IRT是否可以為診斷母豬跛行提供客觀的依據(jù)，并確定潛在的單頭母豬效應(yīng)，以及會(huì)影響腿部IRT檢測(cè)平均溫度的環(huán)境因素。

該項(xiàng)目獲得了圭爾夫大學(xué)動(dòng)物保護(hù)委員會(huì)的批準(zhǔn)，并根據(jù)加拿大動(dòng)物保護(hù)指南的要求進(jìn)行。

試驗(yàn)共使用297頭不同胎次的母豬：173頭在圭爾夫大學(xué)的Arkell豬研究所進(jìn)行，124頭在安大略省圭爾夫市附近的一個(gè)有650頭母豬的商業(yè)性豬場(chǎng)中進(jìn)行。所有母豬均采用以下目測(cè)步態(tài)評(píng)分方法評(píng)估其腿部健康狀況：0分——正常，1分——輕微跛行，2分——至少一條腿的負(fù)重不足，3分——至少一條腿不堪重負(fù)。評(píng)分由一人在母豬由妊娠舍轉(zhuǎn)到分娩舍時(shí)進(jìn)行。

為方便起見(jiàn)以及使得IRT評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)更加利于實(shí)施，僅選擇后腿跛行的母豬作為IRT研究對(duì)象。每頭跛行母豬與相近胎次的不跛行（目測(cè)打分為0分）和輕微跛行（目測(cè)打分為1分）母豬相配對(duì)。

選出的母豬轉(zhuǎn)移到干凈的單位欄中，清洗后腿，并除去所有污物，以將測(cè)試皮溫時(shí)受到的干擾降到最低程度。母豬清洗后原地停留1 h以使清洗處干燥，接著轉(zhuǎn)入進(jìn)行IRT測(cè)溫的豬欄中。母豬在此檢測(cè)欄中停頓15 min～20 min，以適應(yīng)檢測(cè)欄的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度，同時(shí)對(duì)母豬進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止其在進(jìn)行IRT測(cè)溫前躺下。

母豬的身份確認(rèn)、胎次、飼養(yǎng)系統(tǒng)、患病肢、體況和肢蹄結(jié)構(gòu)被一一記錄。妊娠舍飼養(yǎng)系統(tǒng)依照單欄對(duì)群養(yǎng)的方式進(jìn)行記錄?；疾≈诓綉B(tài)評(píng)分期間按以下評(píng)分方法確定其受影響程度：0分——正常，1分——左腿患病，2分——右腿患病，3分——兩腿均患病。體況則按消瘦到肥胖的評(píng)分體系（1分～ 5分）進(jìn)行評(píng)估。后腿評(píng)分根據(jù)Tiranti和Morrison的方法進(jìn)行。

使用手持?jǐn)z像機(jī)（FLIR T300攝像頭，2008年）獲得熱成像信號(hào)。在圖像采集前，溫度記錄儀根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行校正。圖像在距母豬0.5 m～0.8 m的地方采集。在母豬站立時(shí)，成像信息按與母豬左右兩腿0°的角度采集。第二次IRT掃描的目的是評(píng)估所得數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。當(dāng)評(píng)估跛行時(shí)，數(shù)據(jù)文件用FLIR QuickReport 1.2 SP2軟件從攝像機(jī)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，以進(jìn)行圖像分析。該軟件可以對(duì)特定部位的溫度進(jìn)行分析，選擇的部位分別是：1——踝骨區(qū)域，2——跖骨以上區(qū)域，3——跖骨以下區(qū)域，4——趾骨區(qū)域（圖1）。

為了計(jì)算分析時(shí)要考慮的各種潛在變量，我們采用步態(tài)分值為0分（健康肢）的母豬左右后腿的平均溫度，以及當(dāng)兩腿出現(xiàn)病態(tài)時(shí)跛行或輕微跛行母豬的左腿溫度。這些變量按以下方法進(jìn)行評(píng)估：

a.不同解剖部位患病肢的平均溫度。

b.不同解剖部位患病肢和健康肢的平均溫度。

c.不同解剖部位患病肢平均溫度的差異。

體況（Body Condition，BC）、肢蹄結(jié)構(gòu)（Limb Conformation，LC）和胎次在一些評(píng)估中很少被關(guān)注，因此在分析時(shí)，BC一般分為“瘦小/正常”（BC≤3）和“肥胖”（BC>3）。LC分為“后腿前置”（LC<5）、“后腿正?！保↙C=5），“后腿僵直”（LC>5）。胎次劃分0胎、1胎、2胎和2胎以上。

患病肢的平均溫度或患病及健康肢的溫差和各個(gè)步態(tài)評(píng)分范圍內(nèi)不同解剖部位之中患病肢間的簡(jiǎn)單關(guān)系用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)進(jìn)行分析（完全隨機(jī)多樣本的秩和檢驗(yàn)）。利用邦弗倫尼（Bonferroni）校正方法確定步態(tài)評(píng)分上的差異。使用配對(duì)相關(guān)法檢驗(yàn)患病肢平均溫度間的相互關(guān)系?；疾≈骄鶞囟扰c等級(jí)評(píng)分、體況、肢蹄結(jié)構(gòu)、胎次、飼養(yǎng)系統(tǒng)和豬場(chǎng)類型間的相關(guān)性作為一個(gè)固定效應(yīng)在混合線性回歸模型中進(jìn)行重新審查，而母豬作為隨機(jī)效應(yīng)的模型。統(tǒng)計(jì)分析采用STATA 10MP軟件完成（美國(guó)Stata公司）。

在297頭目測(cè)為跛行的母豬中，65頭用IRT檢查溫度，其中：50頭來(lái)自研究所，15頭來(lái)自商業(yè)性豬場(chǎng)。這些母豬的步態(tài)評(píng)分為：20頭母豬為0分，20頭母豬為1分，21頭母豬為2分，4頭母豬為3分。結(jié)果表明，4頭評(píng)分得3分的母豬與那些評(píng)分為2分的母豬組成了一個(gè)具有明顯跛行癥狀的龐大混合母豬群。

表1按步態(tài)評(píng)分列出了患病肢不同解剖部位的平均溫差、患病肢和健康肢不同解剖部位的平均溫差和患病肢不同解剖部位間的平均溫度。可以發(fā)現(xiàn)，步態(tài)評(píng)分為0分和1分或2分的母豬患病肢跖骨以下部位和趾骨區(qū)的平均溫度（溫度范圍：1.5 ℃～2.53 ℃）差異顯著；步態(tài)評(píng)分為0分和2分的母豬跖骨以上部位的平均溫度差異顯著（溫度為1.43 ℃）（表1A）?；疾≈徒】抵魏谓馄什课坏钠骄鶞囟炔町惗疾伙@著（表1B）；在步態(tài)評(píng)分為0分與為1分和2分的母豬中，患病肢趾骨部位與其他解剖部位和跖骨以下部位與踝骨部位的溫差均差異顯著（表1C）。

下一步分析僅考慮患病肢的平均溫度，表2列出了根據(jù)步態(tài)評(píng)分、豬場(chǎng)、飼養(yǎng)系統(tǒng)、胎次、體況和肢蹄結(jié)構(gòu)得到的患病肢平均溫度[±標(biāo)準(zhǔn)差（SD）]。

患病肢不同解剖部位的IRT平均檢測(cè)溫度高度相關(guān)。因此為每一個(gè)IRT檢測(cè)溫度分別構(gòu)建了混合線性回歸模型。步態(tài)評(píng)分為0分的母豬群與為2分的母豬群相比，跖骨以上部位、跖骨以下部位和跖骨區(qū)的IRT平均檢測(cè)溫度差異顯著。在步態(tài)評(píng)分為2分的母豬中，跖骨以上部位、跖骨以下部位和跖骨區(qū)的IRT溫度分別高出1.16 ℃、 1.65 ℃和2.34 ℃。步態(tài)評(píng)分為1分的母豬跖骨以上和跖骨的IRT平均檢測(cè)溫度差異顯著，比步態(tài)評(píng)分為0分的母豬相同部位的溫度分別高1.32 ℃和2.43 ℃?？傮w來(lái)說(shuō)，商業(yè)性豬場(chǎng)中母豬的IRT檢測(cè)溫度往往低于研究性豬場(chǎng)的母豬。

母豬后腿結(jié)構(gòu)（LC）≥3（后腿正常或僵直）比LC<3（后腿前置）的肢蹄不同解剖部位的IRT檢測(cè)溫度低。胎次大于2胎的母豬與0胎次母豬相比，跖骨以上部位IRT平均檢測(cè)溫度高1.21 ℃（P=0.05）。肥胖母豬與正常/瘦小母豬相比，趾骨IRT平均檢測(cè)溫度往往偏低1.17 ℃（P=0.07）。所有模型的顯著隨機(jī)定數(shù)表明，在所檢測(cè)母豬中IRT平均檢測(cè)溫度存在顯著差異。

紅外熱成像是一種可以監(jiān)測(cè)某些動(dòng)物肢蹄表面皮膚附近血液流動(dòng)的有效方法，不過(guò)它對(duì)特定的疾病狀態(tài)無(wú)法做出診斷，但它是一種能夠判斷伴隨生理病痛而出現(xiàn)溫度變化的靈敏方法。在本研究中，不同的方法都表明，IRT是一種可以區(qū)分母豬跛行和非跛行的靈敏的和非創(chuàng)傷性的方法?；诨疾≈腎RT平均檢測(cè)溫度和患病肢解剖部位間的差異，趾骨區(qū)和跖骨以下解剖部位的溫度似乎更易受跛行的影響。在田間條件下，母豬的有些特性，如肢蹄結(jié)構(gòu)也會(huì)影響IRT檢測(cè)溫度值。

盡管解剖部位間的平均溫度和平均溫度差波動(dòng)很大，但是在患病肢上觀察到有顯著溫度差時(shí)，IRT仍對(duì)某些特性有十分的靈敏性。IRT方法是建立在體溫是均衡的這個(gè)假設(shè)上的。在健康的個(gè)體中，皮膚的溫度分布是對(duì)稱的；然而，當(dāng)四肢存在炎癥時(shí)，在同側(cè)肢上就會(huì)出現(xiàn)溫度梯度。在跛行的母豬中，患病肢和健康肢之間溫差差異不顯著。跛行往往影響一條以上的腿，這也許是本研究的一個(gè)原因。

在對(duì)牛進(jìn)行的研究中，蹄的病理學(xué)狀況根據(jù)相鄰皮膚區(qū)域間表皮的IRT檢測(cè)溫度差異做出評(píng)估的。在本研究中，在一條腿的趾骨區(qū)與跖骨以上部位觀察到了較大的溫差。母豬的腿相對(duì)于牛而言較短，因此相鄰的區(qū)域可能較容易受到影響。

一般情況下，肢蹄結(jié)構(gòu)、胎次和體況對(duì)特定/不同解剖部位的IRT平均檢測(cè)溫度影響甚微。肢蹄結(jié)構(gòu)會(huì)顯著影響腿上所有解剖部位的IRT檢測(cè)溫度。這可能是行走中的母豬身體更靠前，因此為了要承受更多的體重，致使后肢更困難，結(jié)果并導(dǎo)致IRT檢測(cè)溫度升高。胎次對(duì)跖骨以上部位的IRT平均檢測(cè)溫度影響顯著，肥胖母豬下肢的IRT平均檢測(cè)溫度往往低于瘦小母豬。0胎次或瘦小/正常的母豬則有較高的檢測(cè)溫度，因?yàn)樗鼈兏】怠⒒顫姾兔艚?。另一種解釋是肥胖母豬病患處周圍更絕熱，因此熱量不容易傳導(dǎo)到可以測(cè)溫的皮膚處。此外，眾所周知跛行或容易發(fā)生跛行的母豬更有可能在第一胎以后被淘汰。

我們記錄了豬場(chǎng)與豬場(chǎng)間的區(qū)別：商業(yè)性豬場(chǎng)與研究性豬場(chǎng)母豬患病肢下方部位的IRT檢測(cè)溫度相似。一個(gè)我們不能控制的原因是飼喂時(shí)間。商業(yè)性豬場(chǎng)在采食后不久采集IRT圖像。對(duì)單頭母豬而言，其四肢的溫度一天內(nèi)或不同日間會(huì)有波動(dòng)，且受飼喂時(shí)間的影響。這一發(fā)現(xiàn)可能與飼養(yǎng)條件或環(huán)境溫度有關(guān)，或者與這二者都有關(guān)。研究性豬場(chǎng)的母豬主要采用群體飼養(yǎng)，而商業(yè)性豬場(chǎng)的母豬主要實(shí)行單欄飼養(yǎng)。群養(yǎng)母豬有更高的IRT檢測(cè)溫度，因?yàn)樗鼈兓顒?dòng)性更強(qiáng)。

IRT的攝像頭小巧便攜，IRT測(cè)溫操作安全簡(jiǎn)單。但是，該攝像頭較為昂貴，且尚未納入獸醫(yī)臨床的經(jīng)濟(jì)預(yù)算中。此外，IRT在豬場(chǎng)的應(yīng)用會(huì)面對(duì)母豬獨(dú)有的解剖學(xué)和行為學(xué)的挑戰(zhàn)。母豬經(jīng)常會(huì)躺臥在妊娠欄中，隨后它們的腿部會(huì)被糞尿弄臟。在妊娠欄外采集圖像也存在問(wèn)題，因?yàn)檫@對(duì)限制母豬的活動(dòng)帶來(lái)挑戰(zhàn)，同時(shí)也會(huì)增加勞動(dòng)力。另一個(gè)解決方案是當(dāng)母豬還在妊娠欄中時(shí)，清洗并干燥母豬的后腿，在等待干燥時(shí)要密切監(jiān)測(cè)母豬以確保其站立，這也需要時(shí)間和勞動(dòng)力。

然而，在母豬跛行研究中，IRT技術(shù)可以對(duì)研究母豬的跛行提供一種新的方法。在本研究中，我們注意確保了IRT檢測(cè)是在無(wú)陽(yáng)光直射和賊風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行的，同時(shí)檢測(cè)母豬的被毛無(wú)污物和不潮濕，每頭母豬的檢測(cè)應(yīng)在每天相同的時(shí)間段進(jìn)行。需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證現(xiàn)在的結(jié)論，并確定母豬體況和/或腿部結(jié)構(gòu)對(duì)IRT檢測(cè)結(jié)果的影響。此外，今后的研究應(yīng)該比較IRT技術(shù)與其他定量跛行檢測(cè)方法，并探討在不同的豬場(chǎng)管理、飼養(yǎng)條件、飼喂次數(shù)之間的IRT技術(shù)的可靠性。□□

原題名：infrared thermography to evaluate lameness in pregnant sows（英文）

原作者：Rocio Amezcua、Shannon Walsh、Paul H. Luimes和Robert M. Friendship