家畜早期妊娠诊断（EPD）技术：从传统到智能系统的叙事性综述

《Animals》：A Narrative Review of Early Pregnancy Diagnosis Technologies for Livestock: From Conventional to Intelligent Systems

　　

在现代畜牧业中，对家畜进行准确有效的早期妊娠诊断（EPD）对于优化繁殖管理和提高生产力至关重要。在过去一个世纪中，EPD技术已从经验方法发展为精密的检测技术，涵盖生化标志物检测、超声成像，并进一步拓展至红外热成像（IRT）和光谱分析等新兴非侵入性方法。这些进展不仅提高了诊断准确性，还将研究范围扩展至小型家畜和多个物种。本综述批判性审视了EPD技术的历史演变、当前方法与应用，重点分析了传统与新兴技术的优势与局限性。此外，本综述探讨了多模态融合策略和人工智能（AI）在EPD中的潜力。目前，机器视觉、可穿戴监测及若干AI应用仍是前瞻性方法，而非经充分验证的常规EPD工具。结论强调，尽管已取得显著进展，但现有技术在实现原位、非接触和高通量检测方面仍面临局限。展望未来，AI、小型可穿戴传感器和生理时间序列数据分析等前沿技术的融合有望克服这些瓶颈，实现更智能、更高效的妊娠诊断，并为现代畜牧业提供科学支持。

1. 引言
在现代大规模畜牧业中，生殖管理是提升生产效率和经济可行性的核心。快速准确的早期妊娠诊断（EPD）能够优化繁殖周期，帮助区分妊娠与非妊娠动物，从而实施差异化饲养管理，并及时对非妊娠动物进行发情处理和人工授精。本综述将“很早期”定义为母体妊娠识别之前或前后的妊娠评估，而“早期”指母体妊娠识别之后但早于常规确认诊断的时间窗。由于不同家畜的繁殖时间存在差异，本文不设定统一的配种后天数阈值，而是结合目标物种和实际评估时间进行描述。文章指出，传统方法如直肠触诊依赖操作者经验，激素检测存在时间窗和妊娠特异性局限，因此需要从物种适用时间窗、诊断目的、参考标准、性能指标、验证设计、操作需求和现场应用准备度等维度，对传统与新兴技术进行横向比较。

2. 综述方法
为提高透明性和可重复性，本综述预设了纳入标准：主要纳入截至2026年7月31日发表的英文同行评议期刊论文，且直接研究家畜妊娠检测或EPD相关技术；历史专著和权威参考章节仅用于背景信息。检索数据库包括Web of Science、Scopus、ScienceDirect、IEEE Xplore和Google Scholar，检索分为家畜EPD、机器视觉与人工智能、可穿戴或多模态传感三组。两名研究人员独立筛选标题和摘要，并评估全文，分歧通过讨论或咨询第三人解决。提取内容包括物种、样本量、诊断时间、参考标准、性能指标和验证设计。选择流程已完整记录。

3. 早期妊娠诊断技术的演变
3.1 历史发展
早期妊娠诊断技术经过一个多世纪的发展，从经验方法逐步转向精准技术。最初主要依赖行为观察和触诊，包括腹部或直肠触诊。1956年，兽医产科专著系统描述了直肠触诊；1964年X射线首次用于绵羊妊娠诊断，准确率达96%，可每日检测400至600只羊，但因设备笨重和辐射风险而淘汰。20世纪60年代出现A型超声，但准确性低；随后多普勒超声被研究。1976年B型超声用于母羊，能够实时显示胎儿数量和活力，逐渐取代X射线。1978年血浆孕酮（P₄）检测被用于妊娠判断；1979年早期妊娠因子（EPF）被探索；1992年牛妊娠相关糖蛋白（bPAG）的放射免疫检测实现了约第28天的高灵敏度诊断。2010年代循环微小RNA（miRNA）成为候选标志物。2020年代红外热成像（IRT）和光学传感作为非侵入性方法被研究。

3.2 传统与实验室方法
传统方法包括直肠触诊、腹部触诊和行为观察。直肠触诊适用于大型反刍动物，成本低但依赖经验；腹部触诊常用于家兔和绵羊晚孕，准确性随胎龄变化；行为观察简便但特异性差。实验室方法基于分子标志物：孕酮（P₄）检测通过放射免疫分析（RIA）或酶联免疫吸附试验（ELISA）进行，因其反映黄体功能而非妊娠特异性，其性能取决于物种和采样时间；早期妊娠因子（EPF）可在受精后很短时间内检测，但目前仍是实验性指标；妊娠相关糖蛋白（PAGs）由胎盘滋养层分泌，血液PAG在交配后21至28天可测，乳汁浓度约为血液的十分之一，因此乳汁检测需延后3至5天；PAG检测在反刍动物中证据较成熟，但仍需考虑品种、胎次等因素；循环miRNA是多物种候选标志物，但单分子敏感度有限，联合多个miRNA或结合机器学习可提高曲线下面积（AUC）；此外，干扰素刺激基因表达和代谢组学也显示出早期诊断潜力，但均需多中心验证。

3.3 影像与非侵入性技术
超声技术方面：A型超声受干扰大已基本淘汰；B型超声是多个物种确立的诊断方法，可通过无回声孕囊、胎儿心搏等结构确认妊娠，但最早可靠时间因物种不同；多普勒超声通过评估黄体血流或子宫血管信号进行更早筛查，但残留黄体血流可能导致假阳性，应视为推断性而非确诊性。红外热成像（IRT）通过表面温差进行非接触筛查，但受环境、被毛、测量部位等影响，尚未建立标准化阈值。非侵入性光学传感器基于组织光学特性，可见-近红外（Vis-NIR）漫反射光谱和可穿戴多光谱设备已在母羊中开展研究，如基于LED的矩阵光学设备RAPID可实现多区域同步采集，但模型性能在跨批次评估时下降，提示需明确内部验证与外部验证的区别。

3.4 新兴多模态融合方法
多模态融合整合两种或以上生理、生化或影像信号来评估妊娠状态。在奶牛上，联合多普勒超声、血浆P₄