紅外熱成像技術評估妊娠母豬的跛行

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

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

中圖分類號：S816 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2015）06-0012-04

跛行是豬場內的一個經濟和福利的問題。與其有關的一個主要問題是檢測跛行通常是根據主觀的目測步態評分系統進行的，這種方法耗時耗力，且存在較高的相互間和內在的評分差異。因此需要一種更客觀的定量方法來評價跛行。

紅外熱成像技術（Infrared Thermography，IRT）可以測定動物體表溫度的分布情況，并將其變為一個圖像，圖像上的陰影梯度代表不同的溫度。因此，IRT已經成為一個診斷動物損傷和疾病的實用方法，尤其是IRT已經被成功地用于馬醫學上，檢測馬的跛行。但是，IRT容易產生誤判。所以，紅外熱成像必須在標準的條件（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，并確定潛在的單頭母豬效應，以及會影響腿部IRT檢測平均溫度的環境因素。

該項目獲得了圭爾夫大學動物保護委員會的批準，并根據加拿大動物保護指南的要求進行。

試驗共使用297頭不同胎次的母豬：173頭在圭爾夫大學的Arkell豬研究所進行，124頭在安大略省圭爾夫市附近的一個有650頭母豬的商業性豬場中進行。所有母豬均采用以下目測步態評分方法評估其腿部健康狀況：0分——正常，1分——輕微跛行，2分——至少一條腿的負重不足，3分——至少一條腿不堪重負。評分由一人在母豬由妊娠舍轉到分娩舍時進行。

為方便起見以及使得IRT評分標準更加利于實施，僅選擇后腿跛行的母豬作為IRT研究對象。每頭跛行母豬與相近胎次的不跛行（目測打分為0分）和輕微跛行（目測打分為1分）母豬相配對。

選出的母豬轉移到干凈的單位欄中，清洗后腿，并除去所有污物，以將測試皮溫時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，接著轉入進行IRT測溫的豬欄中。母豬在此檢測欄中停頓15 min～20 min，以適應檢測欄的環境溫度和相對濕度，同時對母豬進行監測，以防止其在進行IRT測溫前躺下。

母豬的身份確認、胎次、飼養系統、患病肢、體況和肢蹄結構被一一記錄。妊娠舍飼養系統依照單欄對群養的方式進行記錄?；疾≈诓綉B評分期間按以下評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分體系（1分～ 5分）進行評估。后腿評分根據Tiranti和Morrison的方法進行。

使用手持攝像機（FLIR T300攝像頭，2008年）獲得熱成像信號。在圖像采集前，溫度記錄儀根據環境溫度進行校正。圖像在距母豬0.5 m～0.8 m的地方采集。在母豬站立時，成像信息按與母豬左右兩腿0°的角度采集。第二次IRT掃描的目的是評估所得數據的可重復性。當評估跛行時，數據文件用FLIR QuickReport 1.2 SP2軟件從攝像機傳輸到計算機中，以進行圖像分析。該軟件可以對特定部位的溫度進行分析，選擇的部位分別是：1——踝骨區域，2——跖骨以上區域，3——跖骨以下區域，4——趾骨區域（圖1）。

為了計算分析時要考慮的各種潛在變量，我們采用步態分值為0分（健康肢）的母豬左右后腿的平均溫度，以及當兩腿出現病態時跛行或輕微跛行母豬的左腿溫度。這些變量按以下方法進行評估：

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）、肢蹄結構（Limb Conformation，LC）和胎次在一些評估中很少被關注，因此在分析時，BC一般分為“瘦小/正?！保˙C≤3）和“肥胖”（BC>3）。LC分為“后腿前置”（LC<5）、“后腿正常”（LC=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步態評分范圍內不同解剖部位之中患病肢間的簡單關系用Kruskal-Wallis檢驗進行分析（完全隨機多樣本的秩和檢驗）。利用邦弗倫尼（Bonferroni）校正方法確定步態評分上的差異。使用配對相關法檢驗患病肢平均溫度間的相互關系?；疾≈骄鶞囟扰c等級評分、體況、肢蹄結構、胎次、飼養系統和豬場類型間的相關性作為一個固定效應在混合線性回歸模型中進行重新審查，而母豬作為隨機效應的模型。統計分析采用STATA 10MP軟件完成（美國Stata公司）。

在297頭目測為跛行的母豬中，65頭用IRT檢查溫度，其中：50頭來自研究所，15頭來自商業性豬場。這些母豬的步態評分為：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。結果表明，4頭評分得3分的母豬與那些評分為2分的母豬組成了一個具有明顯跛行癥狀的龐大混合母豬群。

表1按步態評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?？梢园l現，步態評分為0分和1分或2分的母豬患病肢跖骨以下部位和趾骨區的平均溫度（溫度范圍：1.5 ℃～2.53 ℃）差異顯著；步態評分為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）。患病肢和健康肢任何解剖部位的平均溫度差異都不顯著（表1B）；在步態評分為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列出了根據步態評分、豬場、飼養系統、胎次、體況和肢蹄結構得到的患病肢平均溫度[±標準差（SD）]。

患病肢不同解剖部位的IRT平均檢測溫度高度相關。因此為每一個IRT檢測溫度分別構建了混合線性回歸模型。步態評分為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的IRT平均檢測溫度差異顯著。在步態評分為2分的母豬中，跖骨以上部位、跖骨以下部位和跖骨區的IRT溫度分別高出1.16 ℃、 1.65 ℃和2.34 ℃。步態評分為1分的母豬跖骨以上和跖骨的IRT平均檢測溫度差異顯著，比步態評分為0分的母豬相同部位的溫度分別高1.32 ℃和2.43 ℃。總體來說，商業性豬場中母豬的IRT檢測溫度往往低于研究性豬場的母豬。

母豬后腿結構（LC）≥3（后腿正?；蚪┲保┍萀C<3（后腿前置）的肢蹄不同解剖部位的IRT檢測溫度低。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平均檢測溫度往往偏低1.17 ℃（P=0.07）。所有模型的顯著隨機定數表明，在所檢測母豬中IRT平均檢測溫度存在顯著差異。

紅外熱成像是一種可以監測某些動物肢蹄表面皮膚附近血液流動的有效方法，不過它對特定的疾病狀態無法做出診斷，但它是一種能夠判斷伴隨生理病痛而出現溫度變化的靈敏方法。在本研究中，不同的方法都表明，IRT是一種可以區分母豬跛行和非跛行的靈敏的和非創傷性的方法?；诨疾≈腎RT平均檢測溫度和患病肢解剖部位間的差異，趾骨區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，如肢蹄結構也會影響IRT檢測溫度值。

盡管解剖部位間的平均溫度和平均溫度差波動很大，但是在患病肢上觀察到有顯著溫度差時，IRT仍對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假設上的。在健康的個體中，皮膚的溫度分布是對稱的；然而，當四肢存在炎癥時，在同側肢上就會出現溫度梯度。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原因。

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

一般情況下，肢蹄結構、胎次和體況對特定/不同解剖部位的IRT平均檢測溫度影響甚微。肢蹄結構會顯著影響腿上所有解剖部位的IRT檢測溫度。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，結果并導致IRT檢測溫度升高。胎次對跖骨以上部位的IRT平均檢測溫度影響顯著，肥胖母豬下肢的IRT平均檢測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溫度，因為它們更健康、活潑和敏捷。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到可以測溫的皮膚處。此外，眾所周知跛行或容易發生跛行的母豬更有可能在第一胎以后被淘汰。

我們記錄了豬場與豬場間的區別：商業性豬場與研究性豬場母豬患病肢下方部位的IRT檢測溫度相似。一個我們不能控制的原因是飼喂時間。商業性豬場在采食后不久采集IRT圖像。對單頭母豬而言，其四肢的溫度一天內或不同日間會有波動，且受飼喂時間的影響。這一發現可能與飼養條件或環境溫度有關，或者與這二者都有關。研究性豬場的母豬主要采用群體飼養，而商業性豬場的母豬主要實行單欄飼養。群養母豬有更高的IRT檢測溫度，因為它們活動性更強。

IRT的攝像頭小巧便攜，IRT測溫操作安全簡單。但是，該攝像頭較為昂貴，且尚未納入獸醫臨床的經濟預算中。此外，IRT在豬場的應用會面對母豬獨有的解剖學和行為學的挑戰。母豬經常會躺臥在妊娠欄中，隨后它們的腿部會被糞尿弄臟。在妊娠欄外采集圖像也存在問題，因為這對限制母豬的活動帶來挑戰，同時也會增加勞動力。另一個解決方案是當母豬還在妊娠欄中時，清洗并干燥母豬的后腿，在等待干燥時要密切監測母豬以確保其站立，這也需要時間和勞動力。

然而，在母豬跛行研究中，IRT技術可以對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檢測是在無陽光直射和賊風的環境下進行的，同時檢測母豬的被毛無污物和不潮濕，每頭母豬的檢測應在每天相同的時間段進行。需要更多的研究來驗證現在的結論，并確定母豬體況和/或腿部結構對IRT檢測結果的影響。此外，今后的研究應該比較IRT技術與其他定量跛行檢測方法，并探討在不同的豬場管理、飼養條件、飼喂次數之間的IRT技術的可靠性。□□

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