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《福建農機雜志》2014年第二期

1紅外熱像儀對奶牛乳房炎的診斷

乳房炎又稱乳腺炎，在奶牛疾病中居首位[4]。早發現是奶牛乳房炎診治的核心，我國奶牛乳房炎的發病率一般在20%~75%，其中臨床型乳房炎（clinicalmastitis）發病率在9.7%~55.6%，而隱形乳房炎（sub⁃clinicalmastitis）發病率卻高達61.03%~79.62%，直接給我國的奶牛業、乳制品企業和社會帶來了巨大的經濟損失[5]。目前，國內外對奶牛疾病研究較多的就是乳房炎。診斷方法主要包括：乳汁細菌培養、乳汁體細胞計數（SCC）、乳汁酶類活性分析和加州隱性乳腺炎診斷試驗（CMT）。最古老也最好用的現場檢測方法之一是CMT，但是觀察結果會有一定的主觀性，很可能導致假陽性和假陰性的出現[6]。還有酶檢驗等方法，勞動力大且費用昂貴，最近的研究在核酸標記物和其他生物標記物鑒定及傳感器平臺的鑒定等方面有了顯著進展，但是何種標記物能夠具有高敏感性和特異性都有待研究，而且費用昂貴，且通常這些診斷方法都是在奶牛出現相應的臨床癥狀后才可檢測到，具有滯后性。因此，急需使用實時、快速、低成本、無創的新型儀器和分析系統，提高檢測效率和降低費用。

2003年，Berry[7]等人通過紅外熱像儀測量奶牛乳房表面溫度日變化來檢測隱性乳腺炎，探測了4~6例的臨床乳腺炎，在乳房的感染部位可以輕易地檢測到溫度上升，通過收集乳房溫度的日變化，由此對建立乳房表面溫度模型提出了預測。顯然，早期的乳腺炎檢測中應用紅外熱像儀是有利的，奶牛得到了及時治療，減少了重復治療，并且相關費用也減少了。2008年，喬拉克[8]等人用95頭奶牛進行實驗，分別用加州隱性乳腺炎診斷試驗（CMT）對牛奶樣品以及用紅外熱像儀（IRT）對乳房皮膚的表面溫度進行測量并同時評估，得出IRT可以敏感地對乳腺的表面溫度做出反應，以顯示不同的乳腺炎感染程度，與CMT方法評估的效果一致，表明了作為一種非侵入性工具，IRT可以用于篩選奶牛乳腺炎。2010年，波拉特[9]等人通過實驗對確定乳腺炎指標之間的關系以及紅外熱像儀成像技術與加州乳房炎實驗（CMT）檢測隱性乳房炎進行比較，從62頭瑞士褐奶牛中取得樣品，測得體細胞數（SCC），以及用紅外熱像儀測得乳房表面溫度，利用分析系統統計，得出乳房皮膚表面溫度與加州乳房炎實驗（CMT）的得分相關系數（r=0.86），紅外熱像儀可以用于測量隱性乳房炎，但是，不同的奶牛就有不同的特點，個體的分泌代謝存在著差異，乳腺的溫度分布也存在著很大的差異，以及生活環境的不一致，其可靠性仍有待確定。2014年，MMetzner[10]等人又對奶牛乳房表面的紅外熱成像的特點，以及其與直腸溫度的關系進行了研究。對5頭奶牛注射了大腸桿菌，采用幾何分析工具GATS，對溫度的測量值的最大值、最小值、均值和算術平均值進行分析，測量結果顯示受感染的奶牛的溫度在34.5~40°C，與正常的奶牛最大的溫度差異在2.06°C，并得到了最高的溫度與直腸溫度關系的經驗公式。除此之外，紅外攝像儀在乳房疾病方面診斷，已經開發了相應的市場。美國AGRICAM公司開發了自動監控系統使用紅外攝像儀攝像奶牛，自動分析軟件采用先進的算法來檢測開發乳房炎奶牛乳房的熱像圖，同時指出，利用紅外攝像儀也會存在著失誤，并不是所有溫度的升高都代表著炎癥，生物體的溫度本來波動就大，在加上周圍環境因素的影響，以及不同個體間溫度差會存在很微妙的差異，都會給診斷帶來影響。

2紅外熱像儀對奶牛常發蹄病的診斷

奶牛常見的肢（趾）蹄病有：趾間皮炎、蹄葉炎、趾間蜂窩組織炎等。若感染上這些蹄病，將會造成奶牛的疼痛不適，跛行，運動量減少，生理機能減退，產奶量下降，繁殖率降低，淘汰率增高，給奶農帶來巨大的經濟損失，所以早期準確的預測也成為其治療成功的關鍵一步。據相關文獻研究指出，在奶牛的足蹄病變的冠狀帶溫度會升高，所以利用紅外技術進行早期檢測是可行的。2012年，JEStokes等人指出奶牛后腿底部的溫度與趾間損傷、蹄葉炎等損傷有關，并進行相關試驗，但在試驗過程中使用到的儀器太過昂貴，且易碎，在農場這樣的大環境中是不適應的。在此基礎上，D.C.J.Main[11]等人使用低成本的手持紅外熱像儀，對奶牛后腳底部的損傷與表面溫度的關系進行了研究，從6個農場取143只奶牛進行實驗，在103只奶牛的后腿上發現了167處的損傷，并對其進行了分類，蹄有損傷的平均溫度在26.8°C（±0.20），沒有損傷的平均溫度在23.6°C（±0.23），這種差異在各個農場是一致的，由此根據溫度差異，建立了一個線性模型。得出每一處特定的損傷，都對后腳的溫度有確定的影響，并針對相應的損傷類型，統計了各自溫度的平均增量。AlsaaodM1、BüscherW[12]等也對紅外熱像儀作為一種無創的工具在奶牛疾病的診斷中的應用進行了研究，對24只奶牛的蹄部的冠狀帶區域，以及表面溫度進行測量，計算兩者的溫差，并統計了其均值，最小值和最大值，發現所有蹄部有損傷的奶牛以及健康的奶牛，在其泌乳期的200d之內，三個測量值都會大于泌乳期200d之后，確定了奶牛蹄部損傷，會造成表面溫度的一個上升，紅外熱像儀可以作為其診斷工具。JEStokes[13]等人也對采用紅外攝像儀對奶牛足蹄病變之間進行區分的可靠性進行了研究，結果是肯定的。

3紅外熱像儀在奶牛其他方面炎癥的診斷

紅外熱像儀具備很多其他無損診斷工具不具備的優點，除了對奶牛乳腺炎，足蹄病變等重大疾病診斷有較深入的研究外，還進行了其他的熱像研究分析。Schwartzkopf-Genswein[14]等人利用紅外熱成像技術比較奶牛在熱鐵烙印和輕度烙印區的溫度，判斷皮膚在不同程度的燒傷，繼而判斷哪種方式產生炎癥后，會造成更加嚴重和持久的組織損傷和疼痛，事實證明，熱鐵烙印導致的炎癥要比輕度烙印更嚴重。KaitlinRainwater-Lovetta[15]等人利用紅外熱像儀檢測牛群中口蹄疫病毒感染，實驗中設定一個溫度的上限值為34.4°C（敏感性為61.1%,特異性為87.7%），用53頭健康奶牛作對照，12頭接種病毒，6頭和接種了病毒的奶牛關在一起，21只注射疫苗，實驗結果58%接種牛和50%接觸接種的牛在腳出現囊泡之前的溫度遠遠超出了設定的上限值，這些結果表明紅外熱像儀是一個很有前途的篩選技術，在口蹄疫爆發前能夠快速識別潛在的受感染的動物。ALSchaefer[16]，等用具有非侵入性的紅外熱像儀來自動檢查牛的呼吸道疾病，早期及時地識別該疾病是成功治療地關鍵，實驗中用到了65頭小牛，應用傳統地生物標記法進行臨床評分，包括核心溫度、血液、血清等檢測，同時還使用紅外熱像儀進行為期3周的溫度測量。結果表明，患有呼吸道疾病的奶牛的溫度峰值達到了35.7±0.35°C，而陰性的奶牛溫度在34.9±0.22°C（P<0.01），指出利用紅外攝像儀這樣靈敏、安全的監測系統，有利于奶牛呼吸道疾病的快速識別，便于管理。

4結論

應用紅外攝像儀，具有簡便、無創，無輻射損害，熱圖電腦儲存便于反復復查對比等優點,通過熱像圖能夠較準確的診斷出奶牛臨床疾病的狀態，總之，紅外熱像儀的應用的研究必將為奶牛疾病的診斷提供科學依據，促進奶牛產業的快速健康發展。目前國內沒有較系統和全面的研究報道，國外，比較多的也是對紅外熱像儀在其疾病診斷的可行性進行研究，今后，應該在以下幾個方面進行努力：1）應對大量的臨床病例進行拍攝熱圖分析，并與正常的乳腺和沒有病變的足蹄進行比較分析，研究總結出目前奶牛在乳腺和足蹄中典型疾病的熱像圖，尋找各類疾病的溫度閥值，建立數據庫，為進一步輔助和研究這類疾病奠定了基礎。2）紅外熱像儀主要集中研究乳腺和足蹄，在子宮內膜炎等重大疾病，還沒有較深的研究，今后需對奶牛疾病進行全面的研究，建立統一的紅外熱圖診斷標準，使之減少主觀性。3）在檢測過程中要進一步解決自然環境，大氣傳輸和目標輻射率對紅外熱像儀測溫精度的干擾。4）目前，對紅外熱像儀在奶牛疾病診斷中多停留在診斷階段，也可以嘗試對其診斷效果和預后進行研究。隨著計算機技術和計算機圖像處理技術的發展，紅外熱像技術的越來越成熟，紅外熱像儀器越來越便宜，紅外熱像在農業領域中的研究和應用必然更加廣泛和深入。

作者：張鮮何金成單位：福建農林大學機電工程學院現代農業裝備研究所