红外热像仪对奶牛疾病的影响范文

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《福建农机杂志》2014年第二期

1红外热像仪对奶牛乳房炎的诊断

乳房炎又称乳腺炎，在奶牛疾病中居首位[4]。早发现是奶牛乳房炎诊治的核心，我国奶牛乳房炎的发病率一般在20%~75%，其中临床型乳房炎（clinicalmastitis）发病率在9.7%~55.6%，而隐形乳房炎（sub⁃clinicalmastitis）发病率却高达61.03%~79.62%，直接给我国的奶牛业、乳制品企业和社会带来了巨大的经济损失[5]。目前，国内外对奶牛疾病研究较多的就是乳房炎。诊断方法主要包括：乳汁细菌培养、乳汁体细胞计数（SCC）、乳汁酶类活性分析和加州隐性乳腺炎诊断试验（CMT）。最古老也最好用的现场检测方法之一是CMT，但是观察结果会有一定的主观性，很可能导致假阳性和假阴性的出现[6]。还有酶检验等方法，劳动力大且费用昂贵，最近的研究在核酸标记物和其他生物标记物鉴定及传感器平台的鉴定等方面有了显著进展，但是何种标记物能够具有高敏感性和特异性都有待研究，而且费用昂贵，且通常这些诊断方法都是在奶牛出现相应的临床症状后才可检测到，具有滞后性。因此，急需使用实时、快速、低成本、无创的新型仪器和分析系统，提高检测效率和降低费用。

2003年，Berry[7]等人通过红外热像仪测量奶牛乳房表面温度日变化来检测隐性乳腺炎，探测了4~6例的临床乳腺炎，在乳房的感染部位可以轻易地检测到温度上升，通过收集乳房温度的日变化，由此对建立乳房表面温度模型提出了预测。显然，早期的乳腺炎检测中应用红外热像仪是有利的，奶牛得到了及时治疗，减少了重复治疗，并且相关费用也减少了。2008年，乔拉克[8]等人用95头奶牛进行实验，分别用加州隐性乳腺炎诊断试验（CMT）对牛奶样品以及用红外热像仪（IRT）对乳房皮肤的表面温度进行测量并同时评估，得出IRT可以敏感地对乳腺的表面温度做出反应，以显示不同的乳腺炎感染程度，与CMT方法评估的效果一致，表明了作为一种非侵入性工具，IRT可以用于筛选奶牛乳腺炎。2010年，波拉特[9]等人通过实验对确定乳腺炎指标之间的关系以及红外热像仪成像技术与加州乳房炎实验（CMT）检测隐性乳房炎进行比较，从62头瑞士褐奶牛中取得样品，测得体细胞数（SCC），以及用红外热像仪测得乳房表面温度，利用分析系统统计，得出乳房皮肤表面温度与加州乳房炎实验（CMT）的得分相关系数（r=0.86），红外热像仪可以用于测量隐性乳房炎，但是，不同的奶牛就有不同的特点，个体的分泌代谢存在着差异，乳腺的温度分布也存在着很大的差异，以及生活环境的不一致，其可靠性仍有待确定。2014年，MMetzner[10]等人又对奶牛乳房表面的红外热成像的特点，以及其与直肠温度的关系进行了研究。对5头奶牛注射了大肠杆菌，采用几何分析工具GATS，对温度的测量值的最大值、最小值、均值和算术平均值进行分析，测量结果显示受感染的奶牛的温度在34.5~40°C，与正常的奶牛最大的温度差异在2.06°C，并得到了最高的温度与直肠温度关系的经验公式。除此之外，红外摄像仪在乳房疾病方面诊断，已经开发了相应的市场。美国AGRICAM公司开发了自动监控系统使用红外摄像仪摄像奶牛，自动分析软件采用先进的算法来检测开发乳房炎奶牛乳房的热像图，同时指出，利用红外摄像仪也会存在着失误，并不是所有温度的升高都代表着炎症，生物体的温度本来波动就大，在加上周围环境因素的影响，以及不同个体间温度差会存在很微妙的差异，都会给诊断带来影响。

2红外热像仪对奶牛常发蹄病的诊断

奶牛常见的肢（趾）蹄病有：趾间皮炎、蹄叶炎、趾间蜂窝组织炎等。若感染上这些蹄病，将会造成奶牛的疼痛不适，跛行，运动量减少，生理机能减退，产奶量下降，繁殖率降低，淘汰率增高，给奶农带来巨大的经济损失，所以早期准确的预测也成为其治疗成功的关键一步。据相关文献研究指出，在奶牛的足蹄病变的冠状带温度会升高，所以利用红外技术进行早期检测是可行的。2012年，JEStokes等人指出奶牛后腿底部的温度与趾间损伤、蹄叶炎等损伤有关，并进行相关试验，但在试验过程中使用到的仪器太过昂贵，且易碎，在农场这样的大环境中是不适应的。在此基础上，D.C.J.Main[11]等人使用低成本的手持红外热像仪，对奶牛后脚底部的损伤与表面温度的关系进行了研究，从6个农场取143只奶牛进行实验，在103只奶牛的后腿上发现了167处的损伤，并对其进行了分类，蹄有损伤的平均温度在26.8°C（±0.20），没有损伤的平均温度在23.6°C（±0.23），这种差异在各个农场是一致的，由此根据温度差异，建立了一个线性模型。得出每一处特定的损伤，都对后脚的温度有确定的影响，并针对相应的损伤类型，统计了各自温度的平均增量。AlsaaodM1、BüscherW[12]等也对红外热像仪作为一种无创的工具在奶牛疾病的诊断中的应用进行了研究，对24只奶牛的蹄部的冠状带区域，以及表面温度进行测量，计算两者的温差，并统计了其均值，最小值和最大值，发现所有蹄部有损伤的奶牛以及健康的奶牛，在其泌乳期的200d之内，三个测量值都会大于泌乳期200d之后，确定了奶牛蹄部损伤，会造成表面温度的一个上升，红外热像仪可以作为其诊断工具。JEStokes[13]等人也对采用红外摄像仪对奶牛足蹄病变之间进行区分的可靠性进行了研究，结果是肯定的。

3红外热像仪在奶牛其他方面炎症的诊断

红外热像仪具备很多其他无损诊断工具不具备的优点，除了对奶牛乳腺炎，足蹄病变等重大疾病诊断有较深入的研究外，还进行了其他的热像研究分析。Schwartzkopf-Genswein[14]等人利用红外热成像技术比较奶牛在热铁烙印和轻度烙印区的温度，判断皮肤在不同程度的烧伤，继而判断哪种方式产生炎症后，会造成更加严重和持久的组织损伤和疼痛，事实证明，熱铁烙印导致的炎症要比轻度烙印更严重。KaitlinRainwater-Lovetta[15]等人利用红外热像仪检测牛群中口蹄疫病毒感染，实验中设定一个温度的上限值为34.4°C（敏感性为61.1%,特异性为87.7%），用53头健康奶牛作对照，12头接种病毒，6头和接种了病毒的奶牛关在一起，21只注射疫苗，实验结果58%接种牛和50%接触接种的牛在脚出现囊泡之前的温度远远超出了设定的上限值，这些结果表明红外热像仪是一个很有前途的筛选技术，在口蹄疫爆发前能够快速识别潜在的受感染的动物。ALSchaefer[16]，等用具有非侵入性的红外热像仪来自动检查牛的呼吸道疾病，早期及时地识别该疾病是成功治疗地关键，实验中用到了65头小牛，应用传统地生物标记法进行临床评分，包括核心温度、血液、血清等检测，同时还使用红外热像仪进行为期3周的温度测量。结果表明，患有呼吸道疾病的奶牛的温度峰值达到了35.7±0.35°C，而阴性的奶牛温度在34.9±0.22°C（P<0.01），指出利用红外摄像仪这样灵敏、安全的监测系统，有利于奶牛呼吸道疾病的快速识别，便于管理。

4结论

应用红外摄像仪，具有简便、无创，无辐射损害，热图电脑储存便于反复复查对比等优点,通过热像图能够较准确的诊断出奶牛临床疾病的状态，总之，红外热像仪的应用的研究必将为奶牛疾病的诊断提供科学依据，促进奶牛产业的快速健康发展。目前国内没有较系统和全面的研究报道，国外，比较多的也是对红外热像仪在其疾病诊断的可行性进行研究，今后，应该在以下几个方面进行努力：1）应对大量的临床病例进行拍摄热图分析，并与正常的乳腺和没有病变的足蹄进行比较分析，研究总结出目前奶牛在乳腺和足蹄中典型疾病的热像图，寻找各类疾病的温度阀值，建立数据库，为进一步辅助和研究这类疾病奠定了基础。2）红外热像仪主要集中研究乳腺和足蹄，在子宫内膜炎等重大疾病，还没有较深的研究，今后需对奶牛疾病进行全面的研究，建立统一的红外热图诊断标准，使之减少主观性。3）在检测过程中要进一步解决自然环境，大气传输和目标辐射率对红外热像仪测温精度的干扰。4）目前，对红外热像仪在奶牛疾病诊断中多停留在诊断阶段，也可以尝试对其诊断效果和预后进行研究。随着计算机技术和计算机图像处理技术的发展，红外热像技术的越来越成熟，红外热像仪器越来越便宜，红外热像在农业领域中的研究和应用必然更加广泛和深入。

作者：张鲜何金成单位：福建农林大学机电工程学院现代农业装备研究所