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干货分享:使用热成像技术进行非洲猪瘟早期诊断的效果探索

猪相关 2021-11-20 09:51:18

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通常来讲,我们会使用水银温度计测量猪只的体核温度,然而使用水银温度计需要对猪只进行介入性操作,这会增加病原传播的风险。

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内容简述:

 

研究目的:评估红外热成像技术作为ASFV感染早期诊断工具的可行性

 

试验设计:10头50日龄仔猪接种ASFV,每日测量试验猪只的直肠温度,及红外体表温度,直至仔猪全部死亡。

 

结论:使用热感摄像机对猪群进行每日监测。选择体表温度>38.5℃的猪只,测量其耳温,如果耳温超过36.7℃,或者24h之内升高2.9℃,可怀疑该猪只感染ASFV。

 

1.前言

 

通常来讲,我们会使用水银温度计测量猪只的体核温度,然而使用水银温度计需要对猪只进行介入性操作,这会增加病原传播的风险。红外热成像技术(IRT)可以将物体热辐射的红外线特定波段信号转换成可视化图像,近些年此项技术也逐渐应用到一些人类或动物的疾病诊断上,尤其是新冠疫情流行期间,基于IRT的体温监测技术被广泛应用。在猪上,IRT曾被应用于胸膜肺炎放线杆菌,鼠伤寒沙门氏菌及大肠杆菌感染的早期诊断。IRT的好处是,不需要对猪进行直接接触,因此降低了病原传播的风险。因此通过IRT对猪只体表温度进行视觉监测非常适合对伴有发热的感染性疾病进行早期诊断。

 

此前的研究表明,非洲猪瘟病毒的潜伏期为3-5天,感染猪只在接种后7-13天死亡,由于非瘟的这种特性(潜伏期短,死亡速度快),留给猪场疫情上报的时间窗口就很短。高热是非瘟感染的一个重要的临床表现,因此,在非瘟疫区,对猪只体表温度进行监测是一项非常实用的手段。

 

猪的被毛较其他哺乳动物更粗糙,因此,猪只体表温度不能真实反映体核温度。为了IRT作为一项实用的疾病诊断工具被更好的应用,因此有必要对感染猪只体表温度和体核温度的相关性进行评估,此前的大部分研究局限于健康猪只,只有少数几个研究提及呼吸道疾病猪只的体表温度的情况。因此本实验分析比较了非瘟感染猪只的体表温度(基于IRT技术)和体核温度的动态变化, 还分析了感染猪只的三个不同位点(耳朵,腹股沟,颈部)的红外热成像图像。

 

2.材料与方法

 

来自同一猪场的10头仔猪(约克夏×长白×杜洛克,约50日龄),试验开始前一周转入试验猪舍,所有猪只口蹄疫病毒,圆环病毒2型,蓝耳病毒,猪瘟病毒,非洲猪瘟病毒阴性。仔猪每天饲喂两次,自由饮水,试验期间的猪舍温度和湿度见表1.

 

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图1.ASFV实验流程

 

非洲猪瘟接种实验如图1所示 ,经7天适应期后,10头试验仔猪通过肌肉注射接种ASFV,接种剂量为103.5 HAD50/ml,采用的毒株为VNUA/HY/Vietnam 。每天采集血样,利用qPCR技术对ASFV感染情况监测。用水银温度计每天记录仔猪的体核温度。每天早上,在距猪群50-100cm处,利用手持式TIR摄像机获取猪群的TIR图像,然后再采取单个猪只的背部和腹部图像。

 

3.结果

 

3.1感染猪只的临床评估

 

感染仔猪在接种后第5天开始出现死亡,接种后第八天全部死亡。在接种后第4天,所有猪只均可观察到主要的临床症状,包括消化和呼吸系统症状。平均潜伏期为3.7±0.5天。

 

3.2 感染仔猪的体核温度变化

 

感染仔猪的平均体核温度动态变化如下:(dpi:接种后天数)38.9 ± 0.3 (0 dpi, n = 7), 39.2 ± 0.2 (1 dpi, n = 7), 38.7 ± 0.3 (2 dpi, n = 7), 40.1 ± 0.4 (3 dpi, n = 7), 40.9 ± 0.2 (4 dpi, n = 7), 40.5 ± 0.5 (5 dpi, n = 6), 41.4 ± 0.2 (6 dpi, n = 4), 41.0 ± 0.5 (7 dpi, n = 4), 以及 39.8 ± 0 °C (8 dpi, n = 1)。1–2 dpi (p = 0.019), 2–3 dpi (p

 

< 0.001), 和 3–4 dpi (p = 0014)可以观察到显著差异。感染仔猪的最高体核温度动态变化如下:39.5 (0 dpi), 39.6 (1 dpi), 39.2 (2 dpi), 40.7 (3 dpi), 41.5 (4 dpi), 41.2 (5 dpi), 41.6 (6 dpi), 41.7 (7 dpi) 以及 41.5 °C (8 dpi)。

 

3.3. 感染仔猪的体表温度变化

 

如图2,从猪群的TIR图像来看,仔猪的最高体表温度变化如下:36.7 (0 dpi), 36.4 (1 dpi), 35.0 (2 dpi), 38.5 (3 dpi), 39.7 (4 dpi), 39.9 (5 dpi), 39.3 (6 dpi), 39.1 (7 dpi), 以及 40.1 °C ( 8 dpi)。在2dpi到3dpi,体表温度出现了急剧上升。图3为最高体核温度和最高体表温度的对比数据。

 

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图2.非洲猪瘟感染试验猪群的体表温度变化

 

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图3. 猪群中最高体表温度(T sk)及最高体核温度(T core)变化对比

 

3.4. Tsk of ROI from ASF-Infected Pigs

 

我们计算了三个位点(耳朵,腹股沟,脖颈)的最高体表温度,并将其与体核温度进行了比较,如图4。

 

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图4. 三个位点(耳朵,腹股沟,脖颈)的最高体表温度与体核温度 * p< 0.05

 

4.讨论

 

非洲猪瘟可以造成出血热,迅速引起感染猪只死亡,被世卫组织列为法定报告动物疫病。鉴于在亚太地区爆发的非洲猪瘟潜伏期短,感染猪只急性死亡的特点,“拔牙“是一种重要的控制手段。我们此前研究建议,用棉绳采集猪只唾液样本可以作为一种最小化接触猪只的早期诊断方法,来对猪群进行监测。在本实验中,我们评估了红外相机作为一种非洲猪瘟感染早期诊断方法的可行性。感染仔猪在接种后第4天,出现临床症状,接种后第5天出现死亡。感染的最高体表温度和体核温度在接种后第2-3天急剧升高。这说明,对猪只体表温度进行监测(3 dpi )对非洲猪瘟感染的早期识别(出现临床症状之前,3.7±0.5 dpi )有助益。

 

然而,其他感染性疾病也可造成猪只高热,因此应用IRT作为非洲猪诊断工具时,需要考虑当地的非洲猪瘟流行情况。同时也需要实验室检测来最终确定可疑猪只是否感染ASFV。

 

试验还发现,非洲猪瘟感染猪只的体表温度和体核温度显著不同,之间的差异取决于日龄,品种,环境温度,以及体表位置。因此作为一种诊断工具,还需要确定一个最佳的体表温度测量位点。试验结果说明,通过对猪群IRT图像分析,可以在感染早期,将感染仔猪识别出来,猪群中体表温度超过38.5℃的仔猪可被归为可疑猪只。

 

对个体猪只的体表温度进一步测量也是有必要的,此前的研究提出过能反映体核温度的“能量窗口”的概念,如耳廓后沟,眼睛,阴户。本实验中,我们分析了仔猪感染非洲猪瘟病毒后,三个位点(耳朵,腹股沟,脖颈)体表温度变化。

 

血流灌注、被毛粗造程度及脂肪层厚度的不同,造成3个测量位点的温度有所差异。试验结果说明,接种后2-3天,三个位点的温度都显著升高。然而脖颈和腹股沟处温度,在接种后0-1天也出现了显著升高,而这无法将正常猪和感染猪区分开来。另外,测量这两个位点的温度,需要员工与猪产生物理接触,而这增加了病毒传播的风险。另一方面,由于血管丰富,耳朵还是猪的一个重要的体温调节位点,此前研究也发现,相比于其他位点,耳朵处温度与体核温度有更强的相关性。在本试验中,接种后2-3天,耳朵处温度发生了急剧升高(2.9℃),说明对Tear进行日常监测有助于ASFV的早期识别,Tear 超过36.7℃可以怀疑ASFV感染。

 

5. 结论

 

在此项研究中,我们建议使用IRT作为非洲猪瘟感染早期识别的工具。主要结果总结如下:

 

使用热感摄像机对猪群进行每日监测。选择体表温度>38.5℃的猪只,测量其Tear(耳朵处温度)如果Tear超过36.7℃,或者24h之内升高2.9℃,可怀疑该猪只感染ASFV。

 

IRT方法可用于高风险猪场,尽管本研究是在试验条件下完成的,还需要探究不同日龄猪只,不同环境温度下的Tsk及Tear变化,但可以说明,IRT可以发展为一种非洲猪瘟感染的早期诊断工具。


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