Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Anne Menzel

Die Eignung von Infrarotthermographie zur Diagnostik von Lungenerkrankungen bei Schweinen

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-105094

title (engl.)

The ability of infrared thermography for the diagnosis of lung diseases in pigs

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/menzela_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Erkrankungen des Respirationstraktes beim Schwein zählen zu den bedeutenden Ursachen für wirtschaftliche Verluste in der Schweineproduktion.

Bisher gibt es nur wenige schnelle und einfache Methoden, um entzündliche Lungenveränderungen bei Schweinen im Bestand nachweisen zu können. Die Entwicklung neuer Diagnostikmethoden zielt daher darauf ab, erkrankte Tiere praktikabel und tierschutzgerecht möglichst frühzeitig erkennen zu können, um sie dann frühzeitig zu behandeln.

Die Infrarotthermographie (IRT) als ein einfach anzuwendendes Verfahren zur Diagnostik von Entzündungsprozessen wurde in der Vergangenheit bei verschiedenen Spezies beschrieben.

 

Ziel dieser Arbeit war es, die passive IRT als nicht-invasive Methode, die auch für die Untersuchung großer Tierzahlen im Bestand geeignet wäre, zur Detektion von Entzündungssymptomen im Respirationstrakt zu evaluieren.

Dafür wurde zuerst an gesunden Tieren untersucht, in welchem Verhältnis die gemessenen Oberflächentemperaturen oberhalb des Thorax des Schweines zu den darunterliegenden Lungengewebsschichten stehen (Publikation A). Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde daraufhin, im Rahmen einer wissenschaftlichen Verlaufsuntersuchung nach experimenteller Infektion mit Actinobacillus pleuropneumoniae (A.pp.), die zeitliche Entwicklung der Oberflächentemperaturverteilung bei erkrankten Schweinen im Laufe der Infektion untersucht (Publikation B).

 

Im ersten Teil der Arbeit wurden 20 gesunde Tiere mithilfe von IRT und Computertomographie (CT) untersucht. Zehn Tiere dienten nach Euthanasie zur Anfertigung von Thoraxgefrierschnitten. Schichtdicken verschiedener Organe und Gewebe wurden parallel durch CT-Untersuchungen und durch das Ausmessen von  Thoraxgefrierschnitten ermittelt und mit den im IR-Bild gemessenen Temperaturverteilungsmustern auf der Körperoberfläche in Beziehung gesetzt, um für die IRT-Auswertung der thorakalen Oberflächentemperaturen geeignete Lokalisationen zu definieren.

Die in der CT und den Thoraxgefrierschnitten gemessenen Gewebsschichtdicken entsprachen einander. Für je eine Lokalisation (region of interest = ROI) pro Thoraxseite wurden Korrelationen zwischen Gewebsschichtdicken und oberhalb gemessenen Oberflächentemperaturen gefunden und diese als Standardlokalisationen für die Auswertung folgender IR-Bilder definiert.

 

Im zweiten Teil der Arbeit wurden die IRT-Ergebnisse von 50 mit A.pp. infizierten Schweinen und 10 Kontrolltieren mit klinischen, serologischen, bakteriologischen, histologischen und CT-Untersuchungsbefunden abgeglichen. IRT-, CT- und klinische Untersuchungen wurden vor der Infektion sowie 4 und 21 Tage nach der Infektion durchgeführt. Signifikante Unterschiede zwischen Kontroll- und Versuchstieren ergaben sich bereits vor der Infektion und dann nur in der akuten Phase der Infektion. Nach der Infektion ergaben sich signifikante Unterschiede auf der  linken Seite auf Höhe des 10. Brustwirbels  bezüglich der  Temperaturdifferenz zwischen thorakaler und abdominaler ROI, sowie  auf der  rechten Seite auf Höhe des 7.Brustwirbels  bezüglich der absoluten Oberflächentemperatur der Lungen-ROI.

Die Umgebungstemperatur während der IRT-Untersuchung beeinflusste die auf der Körperoberfläche gemessene Temperatur und führte zu einem Anstieg dieser, sobald die Umgebungstemperatur höher wurde.

 

Die Entnahme von Lungenbiopsien, die nach Versuchsende bei allen Tieren des zweiten Teils der Arbeit durchgeführt wurde, zeigte, dass im akuten Stadium der Erkrankung bei 100% der beprobten Tiere A.pp. bakteriologisch nachzuweisen war, im chronischen Stadium hingegen nur noch bei 5% der Tiere.

Diese Arbeit zeigt, dass eine Detektion von Entzündungsprozessen im Lungengewebe nach A.pp.-Infektion beim Schwein durch IRT in der akuten Erkrankungsphase möglich ist. . Zu berücksichtigen ist jedoch der enorme Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Temperaturverteilungsmuster der Haut, die daher in weiteren Studien möglichst konstant sein sollte, um die diagnostische Auswertbarkeit der IR-Bilder zu gewährleisten.

 

abstract (englisch)

Porcine respiratory tract disease is an important cause for economic losses in the swine industry. Up to now quick and easy methods to detect lung disease in swine are rare. Therefore, the development of new diagnostic methods is important for the early, reliable, practicable and non-invasive detection of infected pigs.

In previous studies infrared thermography (IRT) has been proven to be a simple tool for the detection of various inflammatory processes in different species.

 

The aim of this study was the evaluation of IRT as a non-invasive method which can be performed in a high number of animals for the detection of inflammatory lung alterations.

In the first part of the study, healthy animals were examined to find out, how thoracal surface temperatures are linked to underlying lung tissue layer thickness (Manuscript A). Based on the results, in the second part of the study, experimental aerosol challenge with Actinobacillus pleuropneumoniae was performed to examine thoracal surface temperature changes during infection in diseased pigs (Manuscript B).

 

In the first part of this study, 20 healthy animals were examined by IRT und computed tomography (CT). Ten animals were used after euthanasia to prepare frozen thorax slices. Layer thicknesses of different organs and tissues were measured in frozen thorax slices and in CT-images and related to surface temperatures on the pig thorax visualized in the IR-images in order to define appropriate anatomic regions for IRT examinations of the lung. For each thorax side one location was found, where underlying tissue layer thicknesses were correlated with the respective surface temperatures. Tissue layer thicknesses measured in CT-images and frozen thorax slices were nearly identical.

 

In the second part of the study the IRT results of 50 A.pp.-infected and 10 control animals were related to clinical, serological, bacteriological, histological and CT examination findings. IRT, CT and clinical examination were performed prior to infection and 4 and 21 days after infection. Significant differences between control and infected pigs were found prior to infection and in the acute stage of infection. After infection significant differences were found on the left body side at the level of the 10th thoracic vertebra with respect to the temperature difference between the thoracal and abdominal ROIs and on the right thoracal side at the level of the 7th thoracic vertebra with respect to the absolute surface temperature. . Ambient temperatures during IRT affected surface temperatures. An increase in ambient temperature was followed by an increase in skin surface temperature.

 

Lung biopsies that were collected prior to euthanasia in the second part of the study resulted in positive findings for A.pp. in 100% of all animals biopsied in the acute phase of infection. In chronically infected pigs only 5% of the animals were positive for A.pp. in lung bioptates.

 

In conclusion, the detection of inflammatory lung alterations after experimental infection with A.pp.  using IRT is possible in the acute stage of disease.

The effect of ambient temperature on skin surface temperatures visualized in IR-images always has to be considered. In future studies variations in ambient temperature should be eliminated to guarantee accurateness of IR-images.

 

keywords

Actinobacillus pleuropneumoniae, Infrarotthermographie, Thoraxgefrierschnitte, Infrared thermography, frozen thorax slices, medical imaging 

kb

18.076