将红外热成像技术与欧拉视频放大技术相结合，用于监测野生海豹的生命体征——从沙滩到冰冻海岸

《BMC Biology》：Application of infrared thermography coupled with Eulerian Video Magnification to monitor vital signs in wild seals, from sandy beaches to icy shores

本研究验证红外热成像（IRT）结合欧拉视频放大（EVM）技术用于野生动物呼吸率和心率的非侵入式测量，在北美和南极海豹群中测试，结果显示高精度（呼吸率误差1.3 brpm，心率7.4 bpm），并确定相机分辨率和距离对测量精度的影响。

　　

摘要

背景

代谢率是动物健康的重要指标，呼吸频率和心率常被用作能量消耗的代理指标。红外热成像（IRT）与欧拉视频放大技术（EVM）结合使用，可以捕捉与呼气和血流相关的温度变化，从而实现呼吸频率和心率的准确、无创测量。这些技术已在多种动物类群中进行过测试，但仅限于动物园等受控环境，并且成像距离较短（约1米）。本研究旨在在野生种群中验证IRT-EVM技术的有效性，尽量减少对动物的干扰，并在多变的环境条件下进行测试，同时确定能够进行准确生命体征测量的最大成像距离。

结果

研究人员在两种截然不同的环境中拍摄了海豹的红外视频：北美洲的北象海豹（Mirounga angustirostris，数量=12只）和南极洲的威德尔海豹（Leptonychotes weddellii，数量=23只）。通过观察胸腔/鼻孔的运动以及使用听诊器和心电图（ECG）分别记录了海豹的“真实”呼吸频率和心率。利用IRT-EVM技术，74.3%的海豹个体的呼吸频率被成功测量出来，93.3%的海豹个体的心率也被准确测得（平均绝对误差：呼吸频率为1.3次/分钟；心率为7.4次/分钟）。红外测量结果不受个体特征（物种、体重、换毛状态、脂肪层厚度、年龄等级）的影响，但会受到风速、动物活动和环境温度的影响。风带来的信号噪声可以通过过滤去除，从而仍然获得准确的生命体征数据。相机的分辨率直接影响能够测量呼吸频率和心率的距离。

结论

本研究证明，IRT-EVM是一种强大的、无创的方法，可用于评估野生鳍足类动物的生命体征。这些成像技术很可能也适用于其他哺乳动物物种的研究，只需适当验证其在新的野外环境中的适用性，以确保IRT-EVM测得的生命体征数据的准确性。这项工作为监测野生动物的代谢指标、评估年内及长期环境变化对种群健康的影响奠定了基础。