Diagnostik infektiös bedingter Lungenveränderungen des Schweines durch IR-Thermographie (IRT)
Final Report Abstract
Eine der bedeutendsten Ursachen für wirtschaftliche Verluste in der Schweineproduktion sind Erkrankungen des Respirationstraktes. Nur wenige praxistaugliche Verfahren stehen bislang zu Verfügung, um bei Schweinen im Bestand entzündliche Lungenveränderungen nachweisen zu können, wenn die Tiere keine klinischen Symptome mehr zeigen. Ziel der Arbeit war, die Eignung der Infrarotthermographie als bildgebendes Verfahren zur Diagnostik entzündlicher Lungenveränderungen zu testen. In der ersten Versuchsphase wurden die thorakalen Oberflächentemperaturen von 20 gesunden Schweinen erfasst und zur Ausdehnung der darunter liegenden Gewebsschichten, insbesondere der Lungengewebsschicht, in Beziehung gesetzt, die an CT-Bildern ausgemessen und zusätzlich an der Hälfte der Tiere in Transversalschnitten des Brustkorbs ausgemessen wurden. Auf der rechten (Höhe 7. Rippe) sowie linken (Höhe 10. Rippe) Körperseite wurden jeweils im ventralen Bereich des Lungenfelds Messbereiche (Regions of interest, ROIs) definiert und ein Verfahren zur anatomischen Lokalisation derselben am lebenden Schwein erstellt. Im Bereich dieser ROIs wurden in der folgenden Versuchsphase die Oberflächentemperaturen bei 60 Schweinen, von denen 50 experimentell mit Actinobacillus pleuropneumoniae (A.pp.) infiziert worden waren, in der akuten (4. Tag p. inf.) und chronischen Krankheitsphase (21. Tag p. inf.) mit Bezug zu klinischen, labordiagnostischen und pathologischen Befunden, sowie Befunden aus der CT-Bildgebung ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die Umgebungstemperatur einen entscheidenden Einfluss auf die Oberflächentemperatur hat, der auch nicht durch Nutzung der Temperaturdifferenz zwischen einer thorakalen und abdominalen ROI ausgeglichen werden kann. Die Methode erwies sich als nicht sensitiv genug, um kranke Tiere zu detektieren. Für anaesthesierte Schweine konnten jedoch Cut-off-Werte festgelegt werden, bei denen mit ausreichend hoher Spezifität kranke Schweine für eine weiterführende Diagnsotik ausgewählt werden könnten: Cut-off für absolute Temperatur rechts 28°C (Spezifität 95% CI 69-100%, Sensitivität 95% CI 51-79%), Cut-off für Differenztemperatur links 2°C (Spezifität 95% CI 69-100%, Sensitivität 95% CI 19-47%). Die Entnahme von IRT-gestützten Lungenbiopsien ermöglichte im akuten Krankheitsstadium die Reisolation von A.pp. bei allen 10 akut kranken Tieren, führte jedoch zu massiven thorakalen Einblutungen und kann für die Praxis nicht empfohlen werden. Im chronischen Krankheitsstadium ließ sich der Erreger nur bei 5% der Tiere aus den Bioptaten reisolieren. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die Frühphase der Entzündung in den ersten 8 Stunden nach einer intratrachealen Infektion erfolgreich erzeugt, was sich durch Anstieg zellulärer und löslicher Entzündungsmarker nachweisen ließ. Diese Entzündungsprozesse wurden jedoch nicht durch die thorakalen Oberflächentemperaturen widergespiegelt. Mit einer Finite-Elemente-Modell-Simulation wurden die Auswirkungen von Umgebungstemperatur und Durchblutung ergänzend modellhaft berechnet. Basierend auf diesem Modell ist die IRT prinzipiell eine gute Methode, um entzündungsbedingte Veränderungen im Gewebe nachzuweisen, jedoch führt der in der Praxis unvermeidbare Durchblutungsanstieg infolge von Aufregung und Injektionsschmerz zu einer Abschwächung der Temperaturverteilungsmuster auf der Hautoberfläche. Letztendlich konnte gezeigt werden, dass mit der IRT entzündungsbedingte Temperaturveränderungen detektiert werden können; jedoch sind die Voraussetzungen dafür so eingeschränkt, dass unter Praxisbedingungen mit den derzeit verfügbaren Geräten ein Einsatz nicht sinnvoll erscheint.
Publications
- (2014): Acute and subacute response of iron, zinc, copper and selenium in pigs experimentally infected with Actinobacillus pleuropneumoniae. Metallomics 6, 1869-1879
Humann-Ziehank, E., Menzel, A., Roehrig, P., Ganter, M., Hennig-Pauka, I.
(See online at https://doi.org/10.1039/c4mt00148f) - (2014): Clinical diagnosis of lung diseases in pigs by infrared thermography. Proceedings of the 23rd International Pig Veterinary Society (IPVS) Congress, 8.-11.6.2014, Cancun, Mexico, Vol. 2, P.004
Menzel, A., Siewert, C., Hoeltig, D., Seifert, H., Hennig-Pauka, I.
- (2014): Die Eignung von Infrarotthermographie zur Diagnostik von Lungenerkrankungen bei Schweinen. Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation
Menzel, A.
- (2014): Experimental Actinobacillus pleuropneumoniae challenge in swine: diagnostic of lung alterations by infrared thermography. BMC Veterinary Research 16, 199
Menzel, A., Beyerbach, M., Siewert, C., Gundlach, M., Hoeltig, D., Graage, R., Seifert, H., Waldmann, K.-H., Verspohl, J., Hennig-Pauka, I.
(See online at https://doi.org/10.1186/s12917-014-0199-2) - (2014): Infrared Thermography of the pig thorax: an assessment of selected regions of interest by computed tomographic and anatomical parameters, Anatomia Histologia Embryologia
Menzel, A., Siewert, C., Gasse, H., Seifert, H., Hoeltig, D., Hennig-Pauka, I.
(See online at https://doi.org/10.1111/ahe.12115) - FEM simulations supporting critical diagnostic applications in medical infrared imaging of the porcine thorax, 3 Ländertagung der SSRMP, DGMP, ÖGMP Zurich, 7.09.-10.09.2014, Zürich (2014), 478-481
Siewert C., Hennig-Pauka I., Menzel A., Seifert H.
