泪阜热成像法在高马体温检测中的偏差：相机类型及测量距离的影响

《Equine Veterinary Journal》：Lacrimal caruncula thermography overestimates rectal temperature in horses: Influence of camera type and measurement distance

　　摘要

背景
直肠温度（RT）是评估马匹体温的金标准，但由于处理方式和福利方面的考虑，其使用受到限制。有人提出使用泪阜（LC）的热成像作为一种非接触式替代方法，尽管其准确性可能会受到设备特性和测量距离的影响。

目的
评估泪阜热成像与直肠温度之间的准确性，比较两种红外热成像相机，并确定相机与被测量物体之间的距离对测量偏差和变异性的影响。

方法
使用两种相机（IR FlexCam S 和 UNI-T UTi165A）在 0.5、1 和 2 米的距离上记录泪阜的温度。84 匹健康的纯种马每台相机提供了三次测量数据。通过 Bland–Altman 分析方法评估泪阜温度与直肠温度之间的吻合度（包括偏差和一致性范围 LoA）。通过线性回归分析温度差异与平均温度的关系来评估比例偏差。

结果
两种相机在所有距离上记录的泪阜温度均高于直肠温度，并且随着距离的增加，吻合度下降。对于 FlexCam，偏差分别为 0.5 米时 3.75°C，1 米时 3.71°C，2 米时 5.28°C。LoA 从 0.5 米时的 1.06–6.44°C 扩大到 2 米时的 1.23–9.33°C。对于 UTi165A，偏差分别为 0.5 米时 2.97°C，1 米时 3.85°C，2 米时 5.21°C，LoA 从 0.5 米时的 0.86–5.08°C 扩大到 2 米时的 2.04–8.39°C。负的回归斜率表明两种设备存在比例偏差。

主要局限性
室内环境、仅评估单一解剖部位以及仅纳入健康纯种马限制了结果的普遍性。此外，只评估了两种相机系统。

结论
UTi165A 在 0.5 米的距离上表现出更小的 LoA 和更好的重复性，但尚未显示出足以替代直肠温度的准确性。如果要将泪阜热成像作为马匹体检的辅助手段，缩短测量距离、选择合适的设备并制定标准化的协议是必要的。

1 引言
直肠温度（RT）测量被广泛认为是评估马匹核心体温的临床金标准。然而，由于其可能对马匹造成压力且在实际应用中不方便，因此其使用受到安全和福利方面的限制。因此，人们越来越需要非接触式、快速且无压力的体温评估方法。最近，眼部分热成像作为常规直肠温度测量的替代方法受到了关注。在眼部区域中，泪阜（LC）特别适合进行热成像评估，因为它血管丰富、毛发覆盖较少，并能快速响应循环和自主神经系统的变化。多项研究表明，泪阜的温度变化可以反映发热、压力、炎症或疼痛等生理或病理状态。

尽管热成像具有许多优点，但其准确性和一致性可能会受到技术和环境因素的影响，尤其是相机类型和测量距离，这些因素对记录温度的精确度和可靠性至关重要。相机分辨率、探测器灵敏度和校准参数的差异可能导致不同设备之间的系统差异，而测量距离会影响空间分辨率并增加环境干扰。目前，尚无研究比较使用不同类型红外热成像相机和不同测量距离（基于 2025 年 11 月在 Web of Science、Scopus、Google Scholar 和 PubMed 数据库中的文献搜索）获得的马匹泪阜温度。因此，本研究旨在比较使用两种不同类型的红外热成像相机在三个测量距离（0.5、1 和 2 米）下获得的泪阜表面温度测量结果，并将其与作为临床参考的直肠温度进行比较。我们假设泪阜表面温度会因相机类型和测量距离而异，且较短的距离由于环境干扰减少和图像分辨率提高，所得结果与直肠温度更一致。

2 材料与方法
2.1 动物
本研究共纳入 85 匹纯种马，包括 39 匹母马和 46 匹阉马（平均年龄：4.2 ± 2.1 岁，标准差 ±）。这些马在阿塔图尔克大学马场过冬，饲养条件类似于赛马厩。马匹被安置在单独的栏舍（3.5 × 3.5 米）中，遵循自然光照周期（日出时间 06:00；日落时间 19:00）。每天喂食三次（06:00、12:00 和 20:00），食物为优质干草和混合谷物浓缩饲料，饮用水自由供应。所有马匹均接受了全面的身体检查、眼科评估、血液计数和血清生化筛查。排除患有眼部或全身疾病的马匹。

2.2 数据收集
使用两种热成像相机（Flexcam IR Flexcam S；Infrared Solutions Incorporated 和 Unit Uti 165 A；Uni-Trend Technology）进行眼部温度测量（表 1）。在整个适应期内，这两种相机放置在同一检查室内，以便在图像采集前与环境条件达到平衡。表 1 显示了两种热成像相机的主要技术参数。

2.3 统计分析
进行统计分析以评估两种热成像相机（Flexcam 和 UTi165A）在三个距离（0.5、1 和 2 米）上获得的眼部温度测量结果与相应的直肠温度值之间的吻合度。所有分析均使用 MedCalc Statistical Software (版本 20.2；MedCalc Software Ltd.) 进行。使用 Bland–Altman 分析方法评估眼部温度与直肠温度之间的吻合度。计算了每台相机和每个距离的平均差异（偏差）和一致性范围（LoA；平均值 ± 1.96 SD），以及它们的 95% 置信区间（CI）。通过线性回归分析检查温度差异（Y）与平均温度（X）之间的关系，模型为 Y = β0 + β1X + ε，其中斜率（β1）显著不同于 0（p < 0.05）表示存在比例偏差。先验功效分析（α = 0.05，功效 = 0.90）确定需要 34 对测量数据来检测 2.0°C 的平均温度差异（标准差 = 2.5°C）。本研究收集了每个距离和每种相机 85 对测量数据，估算的功效超过 95%。使用 Kolmogorov–Smirnov 检验验证数据的正态性（p > 0.05）。

3 结果
最终分析纳入了 84 匹纯种马，因为有一匹马无法耐受检查而被排除。每匹马每种相机提供了三次温度测量数据，共获得 252 个有效读数（84 匹马 × 3 个距离）。首先进行泪阜热成像，以尽量减少直肠温度测量对眼部温度测量的影响并统一测量顺序。由于眨眼或头部运动等运动伪影，需要重复部分测量（FlexCam 需要 5 次，UTi165A 需要 6 次）。尽管在某些设备中更频繁地检测到初始伪影，但每当出现伪影时都会重复相应的测量，只有同步且无伪影的配对数据被纳入最终分析。Flexcam 在所有距离上都一致记录了高于直肠温度的值。在 0.5 米距离时，眼部温度与直肠温度的平均差异为 3.75°C（95% CI：3.47–4.04°C），LoA 为 1.06–6.44°C。回归分析显示显著的负斜率（β1 = ?1.14；95% CI：?1.43 至 ?0.86；p < 0.0001），表明随着温度升高，估计值偏高。在 1 米距离时，平均差异为 3.71°C（95% CI：3.44–3.98°C），LoA 为 1.21–6.21°C，斜率相似（β1 = ?1.05；95% CI：?1.35 至 ?0.74；p < 0.0001）。在 2 米距离时，偏差显著增加至 5.28°C（95% CI：4.84–5.71°C），LoA 更宽（1.23–9.33°C），斜率更陡（β1 = ?1.61；95% CI：?1.85 至 ?1.38；p < 0.0001），表明在较远距离上吻合度降低。UTi165A 的平均差异和 LoA 通常较小，表明其稳定性和准确性更高。在 0.5 米距离时，平均差异为 2.97°C（95% CI：2.75–3.20°C），LoA 为 0.86–5.08°C，斜率较平缓（β1 = ?0.64；95% CI：?0.06 至 ?0.21；p = 0.0038）。在 1 米距离时，平均差异增加到 3.85°C（95% CI：3.60–4.10°C），LoA 为 1.55–6.14°C，斜率 β1 = ?0.90；95% CI：?1.24 至 ?0.57；p < 0.0001。在 2 米距离时，偏差达到 5.21°C（95% CI：4.88–5.56°C），LoA 为 2.04–8.39°C，斜率 β1 = ?1.48；95% CI：?1.82 至 ?1.15；p < 0.0001（表 2）。表 2 显示了使用两种热成像相机在不同距离下获得的眼部温度测量结果与直肠温度的比较，以及温度差异（Y = 设备 ? 直肠温度）与平均温度（X）的回归分析，以评估偏差变化。相关性分析显示，温差与平均温度之间存在中等程度的负相关（Flexcam：R2 = 0.63；UTi165A：R2 = 0.58）。

4 讨论
本研究调查了使用两种不同红外热成像仪在不同距离下获得的体温（LC）与通过直肠温度计测得的实际体温（RT）之间的一致性。直肠温度计是评估健康马匹核心体温的临床金标准。两种热成像仪记录的眼部温度值系统性地高于实际体温，且偏差程度随着相机与被测者之间的距离增加而增大。在测试的设备中，UTi165A提供了最准确和一致的结果，尤其是在最短距离（0.5米）时，这表明其在马匹临床实践中可用于快速、无创的热筛查。先前的研究表明，随着目标物体与相机之间的距离增加，热不对称性的检测效果会显著降低，尤其是在使用分辨率较低的设备时。这一发现与我们的观察结果一致：在我们的研究中，两种热成像仪在较远距离下的偏差和置信区间（LoA）都增加了。同样，先前的研究还指出，几何失真、环境因素和大气传输误差会随着距离的增加而降低温度测量的准确性。UTi165A具有更高的空间分辨率和更好的热灵敏度，因此在0.5米距离时保持了更窄的置信区间和更低的偏差。这些结果强调了尽量减小工作距离以及使用校准良好、高分辨率的相机以确保热成像测量可靠性的重要性。在获取图像之前，两种热成像仪（Flexcam和UTi165A）都在马匹适应环境的过程中在室温条件下稳定一段时间，以减少温度漂移。数据收集遵循制造商推荐的校准程序。对于热成像测量，发射率设置为ε = 0.98，这与哺乳动物皮肤的情况一致。在整个研究过程中，这两种设备都采用相同的程序，因为校准和设备稳定性是被认为影响红外热成像准确性的关键因素。

先前的研究表明，热成像可以通过检测相对于对侧肢体的局部表面温度升高来识别炎症区域。相比之下，Verdegaal等人报告称不同身体部位的红外线表面温度与直肠测量结果之间的相关性较弱，而Alberghina等人则强调测量部位和环境稳定性对偏差和一致性有显著影响。与这些发现一致，我们的眼部热成像数据显示出系统性的实际体温高估现象，表明外围表面温度与核心体温之间的关系受到技术和解剖学因素的共同影响。先前的研究仅显示休息状态下眼部温度与实际体温之间存在中等程度的相关性，运动后则没有一致性，这引发了对于眼部热成像用于估计核心体温可靠性的质疑。在本研究中，两种设备的测量结果都与实际体温存在正偏差，并且这种差异随着距离的增加而增大，表明设备性能和测量几何结构对准确性有重大影响。类似的研究结果也表明，在较远距离下，红外热成像通常会产生较高的表面温度值，并且误差更大。我们的数据显示，使用UTi165A进行的热成像具有更窄的置信区间和更一致的测量结果。这些发现与Alberghina等人的观点一致，他们认为像眼部这样的几乎没有或没有毛发的区域更适合进行红外评估，尽管仍需要校准或校正因子来获得临床上可靠的结果。此外，一致的负回归斜率表明LC温度与实际体温之间的差异并不是恒定的，这表明在尝试从眼部热成像数据估计实际体温时，简单的固定校正因子可能不够充分。重要的是，随着相机与被测者之间的距离增加，置信区间的逐步扩大具有直接的临床意义。准确识别马匹的发热通常依赖于超出正常生理范围的相对较小的温度升高。因此，在较远距离下观察到的误差幅度可能超过临床可接受的阈值，可能导致在热成像筛查中误分类发热动物。在实际应用中，这表明在临床或现场环境中使用时，应谨慎解读较远距离下的热成像测量结果。我们的研究结果表明，特别是在0.5米左右的较短测量距离下，可以获得更可靠的估计值，并降低临床相关测量误差的风险。因此，眼部热成像应被视为体温评估的辅助手段，而不是实际体温测量的直接替代方法。此外，还需要考虑热成像技术的实际操作方面。本研究中使用的两种相机在尺寸和重量上有所不同，这可能影响图像采集过程中的操作稳定性。先前的研究已经指出，操作者的操作和设备的人体工程学可能影响红外热成像的图像采集稳定性和测量一致性。然而，在本研究中，所有测量都是由同一位有经验的操作者在受控条件下进行的，以尽量减少操作差异。从实际操作角度来看，图像采集过程迅速且马匹表现平静且配合默契，整个过程中没有表现出压力或回避行为。这些观察结果表明，在受控条件下进行眼部热成像可以作为一种快速且侵入性最小的筛查方法。然而，也应认识到一些局限性：首先，所有测量都在室内稳定的温度和湿度下进行，这可能无法反映现场条件下的环境变化；其次，仅评估了眼部的一个解剖部位，无法与其他可能具有不同热特性的部位进行比较；第三，尽管所有成像都是由同一位操作者完成以减少操作者间的差异，但未量化操作者内的重复性；最后，研究对象仅为年龄范围狭窄的健康纯种马，这可能限制了研究结果的普遍性。此外，仅测试了两种热成像仪，不同光学和热特性的设备可能会产生不同的结果。

5 结论
红外热成像显示马匹眼部表面的温度值始终高于实际体温。随着相机与动物距离的增加，高估程度加剧，表明设备性能和成像几何结构对准确性有显著影响。UTi165A热成像仪在0.5米距离时提供了最一致和可靠的眼部测量结果，优于IR Flexcam S。尽管如此，这两种设备仍未达到足以替代实际体温测量的临床标准。尽管如此，在最佳距离下使用的高分辨率、校准良好的相机可以作为马匹临床实践中快速、无创评估的宝贵辅助工具。需要进一步的研究，涉及不同的解剖部位、各种环境条件以及患有临床疾病的马匹，以优化红外热成像协议并确立其诊断可靠性。

资金信息
本研究未接受任何外部资助。

利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。

作者贡献
?mer Tar?k Orhun：概念化；方法学；可视化；初稿撰写；监督。
Ferda Turgut：概念化；数据管理；项目管理。
S?tk?can Okur：初稿撰写；审阅和编辑；数据分析；概念化。
Taner Arslan：概念化；数据管理；调查；资源准备。
Latif Emrah Yanmaz：审阅和编辑；初稿撰写；数据分析。

数据完整性声明
?mer Tar?k Orhun 可以完全访问研究中的所有数据，并对数据的完整性和数据分析的准确性负责。

伦理动物研究
伦理批准由阿塔图尔克大学地方伦理委员会授予（编号：E-36643897-000-2400029683；2024年1月30日）。

知情同意
已从所有所有者处获得书面知情同意。

同行评审
本文的同行评审历史可在 https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1001/evj.70174 查阅。

数据可用性声明
支持本研究结果的数据可在向通讯作者提出合理请求时获得。编辑已批准开放数据共享。