东方时讯网X射线、MRI和CT扫描等诊断成像是监测人类和动物健康的重要工具。但对于该领域的研究人员来说，很难对野生种群进行这些常见测试。
现在，伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的科学家正在与辛辛那提动物园和植物园以及其他动物园和水族馆的同事合作，测试使用热视频和图像分析来测量各种动物的心率和呼吸率一个稳定的设置。
研究人员说，目标是利用这些受控数据来推进评估野外动物健康的非侵入性方法的发展，尤其是受威胁和濒危物种，对于这些物种，与更具侵入性的诊断技术相关的风险可能高得令人望而却步。
一篇详细介绍他们工作的新论文今天发表在BMCBiology杂志上。
测量和监测动物代谢率或能量消耗的能力为了解物种的繁殖和生存机会提供了一个窗口。然而，在野生种群中收集这些基准测量值在逻辑上是困难的，而且通常是侵入性的。即使是获得心率和呼吸率等更简单的测试，通常也需要将动物固定住，这会带来风险。附加跟踪设备可能成本高昂且具有侵入性。
麻省理工学院-WHOI海洋学/应用海洋科学与工程联合项目的研究生CarolineRzucidlo与包括WHOI副科学家MichelleShero在内的同事领导了这项研究。
该团队着手研究红外热成像(IRT)与欧拉视频放大(EVM)软件在测量外来野生动物物种的生命速率方面的效用，并着眼于最终将该技术应用于研究南极洲的威德尔海豹种群，以便确定动物是否在生理上做好了在快速变化的环境中生存和繁殖的准备。
“心率和呼吸率通常用作确定代谢率的指标，”Rzucidlo解释说。“热像仪可以检测与血流相关的皮肤温度变化和与呼气相关的空气温度变化。因此，确定热像仪是否可以非侵入性地捕捉动物的这些温度变化是第一步。”
巴西豪猪Rico的红外照片显示了来自该动物的热能变化。更多热量逸出的区域(也称为热窗)用黄色和白色表示。通过查看这张照片并识别那些热窗口，研究人员可以专注于在放大的红外视频中提供最清晰心率读数的区域。图片来源：CarolineRzucidlo//伍兹霍尔海洋研究所
热像仪可以轻松测量热量和体温，就像在机场用于筛查人类发烧的技术一样，但它可以应用于外来动物吗?将他们的工作直接投入现场并不是一种选择，因为他们首先需要验证该方法的准确性和精密度，而这些第一步更适合受控设置。“我们不知道使用热像仪测量温度波动的效率如何，包括我们需要离动物多近或多远，以及皮毛、脂肪或鳞片厚度会如何影响读数，”她补充说。
辛辛那提动物园和植物园提供了一个理想的环境，可以在不同条件下测试一系列动物，以微调它们的方法。Rzucidlo与生殖生理学家ErinCurry和其他动物护理专家合作，花了数月时间深入该设施，收集各种陆生和海洋动物的热视频。一些工作在其他设施进行，包括路易斯维尔动物园(肯塔基州)、哥伦布动物园和水族馆(俄亥俄州)以及索尔兹伯里动物园(马里兰州)。共有58只动物参与了这项研究——从科莫多巨蜥到北极熊。
Rzucidlo说：“能够在人类照料下监测个体动物创造了一个受控环境来验证这项不可能在野外复制的技术。”
“动物园提供了一个独特的环境来开发有助于保护野生动物种群的技术。动物园里的动物定期接受兽医检查，有些人甚至接受过自愿参加健康检查的培训，因此在使用听诊器获取真实心率的同时同时收集各种物种的红外视频是一个非常容易实现的目标，”Curry补充道。
该团队很快了解到，仅热像仪是不够的。“捕获热量和温度是第一步，但我们需要EVM计算机软件来放大与呼吸率和心跳相关的温度变化，”Rzucidlo解释道。“将两者结合使用是成功的组合，让我们对动物健康有了前所未有的认识。”
尽管热像仪已被用于提取少数物种(主要是无毛动物)的生命率，但这是首次将这项技术应用于广泛的外来动物并确定哪些特征使一个物种成为获得的良好候选者的研究通过热成像测量。
“这项新研究在受控环境中获取热成像数据，并允许我们在一系列物种中建立基准。在动物学环境中开发和微调这些方法后，我们可以采用这些成像技术并应用它来回答很多问题更广泛的野外生态问题，”WHOI的Shero说。
“我们甚至一直在南极洲使用这种方法来研究威德尔海豹种群的能量动力学。我们可以使用这些新开发的方法开始研究如果环境条件发生变化，动物的能量消耗会如何变化，或者繁殖的能量需求是什么”
“更重要的是，使用非侵入性和快速获取的图像工具将使我们能够以更少的干扰进行更好的测量，并且比使用传统技术所能实现的更多的动物。这是真正需要开始的询问有关人口健康的问题。”