综述：红外热成像技术在家畜应激、健康与代谢评估中的应用

本综述系统探讨了红外热成像（IRT）作为非侵入性精准农业工具，在实时评估家畜应激反应（如HPA轴激活）、健康状态（如BRD早期诊断）及代谢效率（如RFI排名）中的前沿应用。通过整合热生物特征与行为指标，IRT技术显著提升动物福利管理水平，为高效畜牧业提供数据支持。

　　

引言

红外热成像技术通过捕获物体散发的红外辐射（波长5-15微米）实现表面温度可视化，自1800年赫歇尔发现红外光谱以来，已从军事领域扩展至生物医学应用。在家畜研究中，IRT凭借其非侵入性、实时性和自动化优势，成为评估动物生理状态的革命性工具。

应激评估

动物应激反应遵循塞里耶（Selyenian）模型，涉及下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴激活和皮质醇释放，引发糖异生、脂解等能量动员过程。IRT通过检测交感神经系统（SNS）介导的血管收缩/舒张反应，精准捕捉应激相关温度变化。例如：

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  运输和处置应激可导致眼睑区域温度瞬时下降（血管收缩），继而出现HPA轴相关的温度升高；

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  去角、阉割等操作疼痛可引发面部特定区域热信号改变；

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  结合心率变异性和微行为（如烦躁行为）监测，可提升应激诊断敏感性。

  IRT还能预测肉质异常：暗切硬质（DFD）牛肉表现为低温热谱（30.4°C vs 正常33.6°C），而苍白软质渗出（PSE）猪肉则呈现高温特征，与应激诱导的糖原耗竭直接相关。

健康评估

发热和炎症反应伴随特征性热信号变化。IRT通过监测体表温度分布，可早于临床症状识别疾病：

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  牛呼吸道疾病（BRD） complex：眶周温度升高与发热状态相关（37.6°C vs 正常33.6°C）；

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  犊牛腹泻：轮状病毒或沙门氏菌感染导致肩部温度下降而体侧温度上升；

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  局部感染：如乳腺炎、蹄病、猪尾咬伤等炎症区域呈现局部热区。

  通过并行检测策略（如结合呼吸频率监测和行为分析），IRT诊断特异性显著提升，例如BRD诊断的约登指数可达1.0。

代谢评估

动物代谢效率与热辐射密切相关，红外热损失占总能量交换的40%-60%。传统间接测热法或饲喂站（如Growsafe?）虽精确但成本高且滞后。IRT创新性地采用非稳态模型：

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  通过短期禁食诱导能量保存反应，根据体温下降速率排名代谢效率；

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  提出热效率指数（TEI）= 平均辐射温度/体重^3/4，与剩余采食量（RFI）和剩余摄入增益（RIG）高度相关；

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  猪和牛的研究显示，高效个体在热成像中表现为更低的辐射温度，反映其优越的能量保存能力。

  不同物种的热管理策略各异：麝牛通过绒毛隔热，野牛依赖高密度毛发，猪利用皮下脂肪和棕色脂肪组织产热，而家畜选育更关注生长速率而非绝对效率。

其他生物状态识别

IRT在繁殖管理中也展现潜力：

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  发情期奶牛外阴温度在排卵前48小时显著升高，与雌激素介导的血管舒张相关；

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  尾部运动热模式可辅助发情识别；

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  妊娠状态可通过体侧热模式大小差异区分，与乳汁孕酮浓度（>8 ng/mL）存在关联。

  集成于挤奶机器人系统的IRT摄像头已实现自动化数据采集。

未来部署

面对饲料成本上升和碳足迹压力，IRT作为精准畜牧业工具具有显著优势：

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  自动化扫描系统可在20秒内完成单体评估，成本降至1-10美元/头；

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  结合机器学习与计算机视觉，热生物特征分析精度持续提升；

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  需克服环境温度波动、太阳辐射干扰等挑战，并通过标准操作程序确保数据可靠性。

  该技术有望通过实时监测应激、疾病和代谢状态，推动动物生产向高效化、福利友好型转型。

结论

红外热成像技术通过揭示动物热生物学特征，为应激管理、疾病预警和代谢效率提升提供了不可替代的技术支持。随着计算机算法和物联网技术的发展，IRT将在可持续动物农业生产中发挥核心作用，满足全球对动物源性食品日益增长的需求。