Tierärztliche Hochschule Hannover
Anwendung der Infrarotthermographie zur nicht-invasiven Detektionfieberhafter Tiere in Schweinegruppen – Einschätzung derAnwendbarkeit im Tierseuchenkrisenfall am Beispiel der
Klassischen Schweinepest
INAUGURAL – DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
- Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von
Hanna Gerß
Köln
Hannover 2014
Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Volker Moennig, Institut für Virologie,
Zentrum für Infektionsmedizin
1. Gutachter: Prof. Dr. Volker Moennig
2. Gutachter: Prof. Dr. Elisabeth große Beilage
Tag der mündlichen Prüfung: 08.04.2014
Meiner Familie in Dankbarkeit
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG ....................................................................................................... 1
2 LITERATURÜBERSICHT ................................................................................... 3
2.1 Das Virus der Klassischen Schweinepest ................................................... 3
2.1.1 Taxonomie.................................................................................................... 3
2.1.2 Charakterisierung des Virus ......................................................................... 3
2.1.3 Übertragungswege und Epidemiologie ......................................................... 4
2.1.4 Verlaufsformen ............................................................................................. 6
2.1.5 Diagnostik..................................................................................................... 9
2.1.6 Verbreitung der Klassischen Schweinepest ............................................... 11
2.1.7 Epidemiologie und Bekämpfungsstrategien in der Europäischen Union .... 13
2.2 Infrarotthermographie ................................................................................. 17
2.2.1 Methodik, physikalische Grundlagen, Funktionsprinzip der Infrarotkamera 20
2.2.2 Anwendung ................................................................................................ 24
2.2.2.1 Einsatz in der Human- und Veterinärmedizin ........................................ 24
3 MATERIAL UND METHODEN .......................................................................... 30
3.1 Infrarotthermographie ................................................................................. 303.1.1 Technische Daten ...................................................................................... 30
3.2 Kalibrierung für den praktischen Einsatz .................................................. 313.2.1 Bestimmung des Transmissionsgrades ...................................................... 31
3.2.2 Ermittlung des Emissionsgrades von Schweinehaut .................................. 33
3.3 Tierversuche unter standardisierten Bedingungen .................................. 363.3.1 Tiere, Haltungsbedingungen und tägliche Aufzeichnungen ....................... 36
3.3.2 Methodik im Stall ........................................................................................ 41
3.3.3 Methodik der Auswertung ........................................................................... 42
3.4 Betriebsbesuche kommerzieller Schweinebestände ................................ 48
3.5 Statistik ......................................................................................................... 50
4 ERGEBNISSE ................................................................................................... 53
4.1 Physikalische Parameter ............................................................................. 53
4.1.1 Transmissionsgrad ..................................................................................... 53
4.1.2 Emissionsgrad ............................................................................................ 54
4.2 Auswertung der Infrarot-Bilder ................................................................... 554.2.1 Einzeltierauswertung .................................................................................. 55
4.2.2 Gruppenauswertung ................................................................................... 66
5 DISKUSSION .................................................................................................... 69
6 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 82
6.1 Zusammenfassung………………………………………………………………..82
6.2 Summary……………………………………………………………………………84
7 LITERATURVERZEICHNIS .............................................................................. 86
8 ANHANG ..........................................................................................................107
8.1 Tabellen und Abbildungen .........................................................................107
8.2 Abbildungsverzeichnis ...............................................................................109
8.3 Tabellenverzeichnis ....................................................................................110
9 DANKSAGUNG ....................................................................................................
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
AK Antikörper
BDV Border Disease Virus
BHZP Bundeshybridzucht Programm
BMELV Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und
Verbraucherschutz
BRD Bovine Respiratory Disease
BVDV Bovines Virusdiarrhoe-Virus
bzw. beziehungsweise
°C Grad Celsius
ca. circa
CDSS Clinical Decision Support System
cm Zentimeter
CSF Classical swine fever
d.h. das heißt
DNA Deoxyribonucleic acid , Desoxyribonukleinsäure
EDTA Ethylendiamintetraessigsäure
ELISA Enzyme linked immunosorbent assay
EMMA Emissionsgrad-Meßanlage
ESP Europäische Schweinepest
et al. et alii, und andere
etc. et cetera, und so weiter
EU Europäische Union
EURL europäisches Referenzlabor
Abkürzungsverzeichnis
evtl. eventuell
FAT Fluoreszenzantikörpertest
FLI Friedrich-Loeffler-Institut
FPA focal plane array
FTIR- Fourier-Transformations-IR-
ggf. gegebenenfalls
ggr. geringgradig
HRP High Risk Period
Hz Hertz
IF Immunfluoreszenz
inkl. inklusive
IR Infrarot
IRT Infrarot Thermographie
K Kelvin
kb Kilobasen
KID50 Kulturinfektiöse Dosis 50 %
konz. konzentriert
KSP Klassische Schweinepest
KSPV Klassisches Schweinepest Virus
km Kilometer
LCD Liquid Crystal Display
LDPE Low Density Polyethylen
m Meter
min Minute
Abkürzungsverzeichnis
µm Mikrometer
µmK Mikrometer x Kelvin
mRad Millirad
nm Nanometer
NPV negativer prädiktiver Wert
o.ä. oder ähnliches
OIE Office International des Epizooties , internationales Tierseuchenamt
PCR Polymerase Chain Reaction , Polymerasekettenreaktion
PE Polyethylen
p.i. post infectionem , nach der Infektion
PLA Peroxidase Linked Assay
PPV positiver prädiktiver Wert
RNA Ribonucleic acid , Ribonukleinsäure
RT reverse transcription
SARS Severe acute respiratory syndrome
TRACES Trade Control and Expert System
TSBH Tierseuchenbekämpfungshandbuch
TSN Tierseuchennachrichtensystem
u.a. unter anderem
USA United States of America
usw. und so weiter
WAHID World Animal Health Information Database
z.B. zum Beispiel
ZAE Zentrum für angewandte Energietechnik
Abkürzungsverzeichnis
ZNS Zentrales Nervensystem
z.T. zum Teil
Einleitung 1
1 Einleitung
Die Klassische Schweinepest (KSP), auch Europäische Schweinepest (ESP) oder
Classical Swine Fever (CSF) genannt, ist eine weltweit vorkommende Tierseuche mit
großer wirtschaftlicher Relevanz. Hervorgerufen wird die Erkrankung durch ein
behülltes RNA-Virus aus der Familie der Flaviviridae. Unter natürlichen Bedingungen
werden hauptsächlich Tiere der Gattung Schwein (Sus) infiziert. Die am häufigsten
auftretenden klinischen Symptome wie Fieber, Inappetenz, Apathie, Diarrhoe,
Atemwegsinfekte und Kümmern sind sehr unspezifisch. Charakteristischere
Symptome wie Blutungen in Haut und Schleimhäuten sowie zentralnervöse
Störungen treten eher selten in Erscheinung. Die sehr unterschiedliche Ausprägung
dieser Krankheitsanzeichen, aber auch die allgemeine Furcht vor der Diagnose,
erschweren die zeitnahe Bekämpfung. Die Infektion eines Bestandes bleibt
möglicherweise lange unentdeckt, es kommt zu einer unbemerkten
Weiterverbreitung des Virus und damit zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten.
Da Fieber eines der ersten zweifelsfrei feststellbaren klinischen Symptome bei
infizierten Schweinen ist, wurde gesetzlich festgelegt, dass die rektale
Körpertemperatur der Tiere als Entscheidungshilfe für das weitere Vorgehen bei
ungeklärten Krankheitszuständen, wie z.B. dem Verdacht oder Ausschluss von KSP,
im Tierseuchenkrisenfall heranzuziehen ist. Die rektale Körpertemperaturmessung
einzelner Tiere führt jedoch häufig zu erheblichem Stress der gesamten Gruppe,
damit zu einer Erhöhung der Körpertemperatur und folglich zu einer Verfälschung der
Messwerte. Außerdem stellt sie einen nicht unerheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand
dar. Deshalb wurden Versuche unternommen, andere, stressfreiere Methoden zur
Erhebung der Körpertemperatur zu finden. Eine Möglichkeit, die bereits sowohl in der
Human- als auch in der Veterinärmedizin eingesetzt wird, ist die
Infrarotthermographie. Diese Methode beruht auf der Messung und Visualisierung
der von einem Objekt abgestrahlten thermischen Energie anhand einer Kamera.
Einleitung 2
Dabei kommt es zu einer Umwandlung dieser thermischen Energie in elektrische
Signale (Bilder und Temperaturdaten).
Im Rahmen dieser Arbeit sollte geprüft werden, ob mit Hilfe der
Infrarotthermographie fieberhafte Tiere in einer Gruppe von Schweinen stressarm
und nicht-invasiv detektiert werden können. Des Weiteren sollte die Anwendbarkeit
dieser Methode zur gezielten und risikoorientierten Beprobung im
Tierseuchenkrisenfall bewertet werden.
Literaturübersicht 3
2 Literaturübersicht
2.1 Das Virus der Klassischen Schweinepest
2.1.1 Taxonomie
Das Virus der Klassischen Schweinepest (KSPV) gehört zur Familie der Flaviviridae
und wird zusammen mit dem Border Disease Virus (BDV) der Schafe und dem
Bovinen Virusdiarrhoe-Virus (BVDV) der Rinder dem Genus Pestivirus zugeordnet.
Neben den Pestiviren beinhaltet die Familie der Flaviviridae außerdem die Genera
Flavivirus und Hepacivirus. Das Genus Flavivirus enthält humanpathogene Erreger
wie das Dengue-Virus, das Virus der Frühsommer-Meningoenzephalitis und das
Gelbfieber-Virus. Veterinärmedizinisch relevante Erreger dieser Gruppe sind das
Louping-ill-Virus der Schafe und das Meningoenzephalitis-Virus der Pute. Im Genus
Hepacivirus wird das Virus der Hepatitis C eingeordnet (MAYR 2006, S. 142). Vor
einiger Zeit wurde eine neue Gattung der Familie der Flaviviridae zugeordnet, die
Pegiviren. Dieses Genus besteht aus dem Pegivirus A das bei Affen und dem
Menschen vorkommt und dem Pegivirus B, welches bei Fledermäusen gefunden
wurde (STAPELTON et al. 2012).
2.1.2 Charakterisierung des Virus
Das KSPV ist ein sphärisches, behülltes RNA Virus mit einer Gesamtgröße von 40-
60 nm und einem hexagonalen elektronendichten Kern von 30 nm Durchmesser
(MOENNIG 1992). Das Genom besitzt eine Größe von ca. 12,3 kb und ist
einzelsträngig mit positiver Polarität (MOENNIG 2000). Das Virus ist serologisch
einheitlich, es konnten jedoch verschiedene Genotypen nachgewiesen werden
(MOENNIG et al. 2003). Nach MITTELHOLZER et al. (2000) können KSPV-Isolate in
hoch-, moderat- und niedrig- bzw. avirulente Stämme eingeteilt werden.
Literaturübersicht 4
Innerhalb der Pestiviren besteht eine enge Antigenverwandtschaft mit daraus
resultierenden Kreuzreaktivitäten. Schweine können mit BVDV und BDV infiziert
werden, erkranken jedoch selten klinisch (DAHLE et al. 1987; PATON u. DONE
1994). Es konnte experimentell gezeigt werden, dass das Wirtsspektrum des KSPV
nicht so spezifisch ist wie lange Zeit angenommen, wobei die Relevanz unter
Feldbedingungen unklar bleibt. Infektionen von Peccaries, Rindern, Schafen, Ziegen
und Hirschen mit KSPV waren möglich und führten zu einem subklinischen
Krankheitsbild. Auch das Kaninchen ist für dieses Virus empfänglich und wurde zur
Herstellung einer lapinisierten C-Stamm Vakzine genutzt (LIESS 1981; DAHLE u.
LIESS 1992).
Die Tenazität des KSPV ist sehr variabel und wird von vielen Faktoren beeinflusst.
Dies sind z. B. die Umgebungstemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit, der pH –
Wert, die Anwesenheit von organischem Material (Protein) oder bestimmten
Chemikalien (EDWARDS 2000). Eine sichere Virusinaktivierung erfolgt durch
Hitzebehandlung, wobei über Temperatur und Zeitdauer sehr unterschiedliche
Angaben bestehen (LIESS 1981; DEPNER et al. 1992). Der Einfluss des PH Wertes
ist Temperaturabhängig (DEPNER et al. 1992). Organische Lösungsmittel wie Äther
und Chloroform oder Detergenzien, aber auch ultraviolette Bestrahlung sind
ebenfalls probate Mittel, um das Virus zu inaktivieren (LIESS 1981). Ferner wird das
Virus bei der Verwendung von Formaldehyd inaktiviert (EDWARDS 2000).
2.1.3 Übertragungswege und Epidemiologie
Die Übertragung dieser hoch ansteckenden Tierseuche kann sowohl direkt als auch
indirekt erfolgen. Die direkte Übertragung findet durch infizierte Tiere wie z.B.
Wildschweine (FRITZEMEIER et al. 2000) und zugekaufte Hausschweine statt. Bei
der indirekten Übertragung erfolgt die Virusverbreitung über belebte und unbelebte
Vektoren. Belebte Vektoren können andere, auf dem Hof frei umherlaufende Tiere
wie Hunde, Katzen, Vögel, Schadnager und Insekten sein, wobei ausschließlich von
einer geringen Wahrscheinlichkeit der mechanischen Übertragung ausgegangen wird
Literaturübersicht 5
(STEWART et al. 1975; DEWULF et al. 2001; KADEN et al. 2003). Unter unbelebten
Vektoren versteht man Futtermittel (KADEN et al. 1992), Einstreu und Arbeitsgeräte,
aber auch Kleidung und Schuhe (RIBBENS et al. 2007) sowie Transportfahrzeuge
(STEGEMAN et al. 2002), welche Kontakt mit Sekreten bzw. Exkreten infizierter
Tiere hatten. Auch die Luft kann potentieller Überträger sein, wenn auch nur über
kurze Distanzen (FRITZEMEIER et al. 2000; GONZALEZ et al. 2001; RIBBENS et al.
2004). Die Fütterung von infiziertem, ungenügend erhitztem Küchen- und
Schlachtabfall stellt eine nicht zu unterschätzende Gefahr dar, welche trotz EU-
weiten Verbots auch heutzutage nicht an Bedeutung verloren hat (FRITZEMEIER et
al. 2000; MOENNIG 2000; KIM et al. 2008). Der Import von Lebensmitteln und
Trophäen aus endemischen Regionen, Wildschweinwanderungen sowie die
Übertragung durch Jäger stellen ein weiteres Risiko dar, zumal die Populationsdichte
des Schwarzwildes in Europa in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen hat
(PATON u. GREISER-WILKE 2003).
Im Verlauf der Erkrankung wird das Virus über alle Ex– und Sekrete ausgeschieden.
Die oronasale Aufnahme ist unter natürlichen Bedingungen der häufigste
Infektionsweg (MOENNIG u. PLAGEMANN 1992; MOENNIG et al. 2003).
WEESENDORP et al. (2011) fanden in ihren Untersuchungen heraus, dass ein
Zusammenhang zwischen der Virulenz eines KSPV Stammes, der Quantität der
Virusausscheidung und der möglichen Infektion von empfänglichen Tieren besteht.
Die Übertragung durch Blut bildet eine Ausnahme, hier ist die Virulenz nicht relevant,
da Blut immer hoch infektiös ist. In Bezug auf die Tierseuchenbekämpfung ist es
nach diesen Untersuchungen von Vorteil den involvierten KSPV Stamm zu kennen,
um spezifische Maßnahmen einleiten zu können.
Des Weiteren kann auch bei der künstlichen Besamung über infiziertes Ebersperma
das Virus weiter getragen werden (DE SMIT et al. 1999; FLOEGEL et al. 2000). Bei
tragenden Sauen überwindet das Virus die Plazentaschranke und infiziert die Feten
(PLATEAU et al. 1980). Auf diesem Wege können subklinisch infizierte Sauen
immuntolerante persistierende Virämiker zur Welt bringen, die im weiteren Verlauf
der Virusausbreitung eine wichtige Infektionsquelle darstellen (LIESS 1984). Auch
Literaturübersicht 6
andere Eintrittspforten wie Verletzungen und die iatrogene Übertragung sollten nicht
unerwähnt bleiben.
2.1.4 Verlaufsformen
Die KSP geht mit einer Vielzahl von Symptomen einher, welche ein sehr variables
klinisches Bild darstellen. Die Ausprägung dieser Symptome ist in hohem Maße
abhängig von Wirtsfaktoren wie dem Alter, der Kondition und Konstitution, sowie der
Rasse des Tieres (DEPNER et al. 1997a; DEPNER et al. 1997b). Auch die Virulenz
des Virusstammes beeinflusst in gewissem Maße den Verlauf der Erkrankung
(MOENNIG 2000; ENTSCHEIDUNG 2002/106/EG). Die Infektionsdosis scheint
jedoch eine untergeordnete Rolle zu spielen (DEPNER et al. 1997a). Ferner sind
Umwelt- bzw. Haltungsbedingungen von Bedeutung. Das Vorhandensein von
Sekundärerregern kann das klinische Erscheinungsbild erheblich prägen und somit
die Diagnose erschweren. Die Inkubationszeit beträgt ca. sieben bis zehn Tage,
wobei unter Feldbedingungen in einer Herde ein Zeitraum von zwei bis vier Wochen
vergehen kann, bis die ersten Symptome auffällig werden. Dies ist darin begründet,
dass die unterschiedlichen Verlaufsformen alle zeitgleich auftreten können. Bei der
KSP werden im Allgemeinen drei Formen unterschieden: die akute, die chronische
und die pränatale Infektion (ENTSCHEIDUNG 2002/106/EG).
Akute Verlaufsform:
Diese Form der Klassischen Schweinepest betrifft häufig Tiere im Alter bis zu 12
Wochen, d.h. vor allem Absetzferkel und junge Mastschweine. Die Morbidität ist hoch
und die Erkrankung verläuft meist letal. Die Tiere bekommen hohes Fieber (> 40°C),
sind lethargisch, inappetent und leiden unter Erbrechen und Durchfall bzw.
Verstopfung. Konjunktividen und geschwollene Lymphknoten sind weitere
Anzeichen. Es kommt zu „Schweinehaufenbildung“, d.h. die Tiere suchen die
wärmende Nähe der Artgenossen. Des Weiteren sind ZNS Störungen wie
Literaturübersicht 7
Hinterhandschwäche, Koordinationsschwierigkeiten und Lähmungen, aber auch
Krämpfe zu beobachten. Die Hautblutungen treten, wenn überhaupt, erst im späteren
Verlauf der Erkrankung, ca. zwei bis drei Wochen post infectionem (p.i.) an Ohren,
Schwanz, Bauch und Gliedmaßen auf. Eine schwere Leukopenie und daraus
folgende Immunsuppression können Wegbereiter für Sekundärerreger des
Respirations- oder Gastrointestinaltraktes sein und dadurch zu schwerwiegenden
Symptomen führen, die die ggf. vorhandenen KSP-typischeren Symptome verdecken
(MOENNIG et al. 2003). Die betroffenen Tiere versterben meist zwei bis drei Wochen
p.i.. Antikörper sind ab der zweiten Woche p.i. nachweisbar (MOENNIG 2000).
Hämatologisch ist neben der Leukopenie, auch eine schwere Thrombozytopenie zu
beobachten (MOENNIG u. PLAGEMANN 1992). Abgesehen von dieser typischen
akuten Verlaufsform können auch perakute und subakute bzw. transiente Formen
auftreten. Perakute Verläufe sind bei jungen Ferkeln zu beobachten, welche nach
einer kurzen, sehr heftigen Fieberphase innerhalb weniger Tage versterben.
Postmortal sind in der Regel ausschließlich Schocksymptome zu diagnostizieren
(BLOME 2006). Beim transienten Verlauf kann eine vollständige Rekonvaleszenz
eines infizierten Tieres mit zeitgleicher Antikörperproduktion ab der zweiten Woche
p.i. beobachtet werden (DEPNER et al. 1997a). Bei überlebenden Tieren ist eine
lebenslange, belastbare Immunität die Folge. Mit zunehmendem Alter der Tiere, d.h.
bei Zuchttieren und Endmastschweinen, können die klinischen Symptome weniger
stark ausgeprägt sein. In diesen Fällen bestehen nur mäßige Temperaturerhöhungen
(39,5°C) oder es sind keine sichtbaren Symptome vorhanden (ENTSCHEIDUNG
2002/106/EG; MOENNIG et al. 2003). Da in diesem Fall keine klinischen Symptome
auf eine KSPV-Infektion hinweisen, und ein Virus- bzw. Antikörpernachweis lediglich
zeitweilig möglich ist, wurde in diesem Zusammenhang der Begriff der atypischen
Verlaufsform geprägt (DEPNER et al. 1997a; BLOME 2006).
Chronische Verlaufsform:
Ein chronischer Verlauf dieser Erkrankung entwickelt sich immer dann, wenn der
Organismus nicht in der Lage ist, eine adäquate und effektive Immunantwort gegen
Literaturübersicht 8
die Infektion auszubilden. Als chronisch bezeichnet man eine nach der vierten
Woche p.i. noch fortdauernde Infektion, die immer mit dem Tod des Tieres endet (im
Vergleich zur akut–transienten Infektion). Die ersten Symptome ähneln denen der
akuten Form, im weiteren Verlauf werden dann verstärkt unspezifische Symptome
wie intermittierendes Fieber, chronische Enteritis und Kümmern sowie symptomlose
Phasen beobachtet. Die Tiere haben in der Regel eine Überlebenserwartung von
zwei bis drei Monaten. Die Virusausscheidung besteht kontinuierlich vom Ausbruch
der klinischen Symptome bis zum Tod. Antikörper können in Serumproben zeitweise
vorhanden sein, sind aber nicht in der Lage, das Virus zu eliminieren
(ENTSCHEIDUNG 2002/106/EG; MOENNIG et al. 2003).
Pränatale Infektion :
Bei der pränatalen Übertragung wird die tragende Sau infiziert und erkrankt mild bzw.
subklinisch. Das Virus ist in Folge der Virämie in der Lage, diaplazentar die Früchte
zu infizieren. Die Art und Ausprägung der Symptome der Feten ist abhängig vom
Trächtigkeitsstadium zum Infektionszeitpunkt, Alter und Immunstatus des
Muttertieres sowie der Virulenz des KSPV-Stammes (MEYER et al. 1980). In der
frühen Phase der Trächtigkeit kommt es zum Umrauschen, zu Aborten bzw.
Totgeburten, aber auch zu Mumifikationen und Missbildungen. Infektionen zwischen
dem 50. – 70. Trächtigkeitstag führen zur Geburt persistent virämischer Ferkel, die
zum Teil post partum klinisch unauffällig sind und mehrere Monate überleben
können, bevor sie dann aufgrund von Auszehrung und Kümmern verenden. Es
werden auch Ferkel mit allgemeiner Lebensschwäche oder kongenitalem Tremor
geboren. Sie alle sind immuntolerant und scheiden konstant große Virusmengen aus
(MOENNIG et al. 2003). Nach dem 87. Trächtigkeitstag infizierte Ferkel werden in
der Regel nicht virämisch geboren (MEYER et al. 1981). Innerhalb eines Wurfes sind
erhebliche Unterschiede in der Ausprägung der Symptome möglich (FREY et al.
1980).
Literaturübersicht 9
2.1.5 Diagnostik
Durch die Entscheidung 2002/106/EG der Kommission vom 1. Februar 2002 zur
Genehmigung eines Diagnosehandbuchs mit Diagnosemethoden,
Probennahmeverfahren und Kriterien für die Auswertung von Laboruntersuchungen
zur Bestätigung der Klassischen Schweinepest wird die Einheitlichkeit der
Diagnoseverfahren in der EU gewährleistet.
Kriterien, die zur klinischen Untersuchung für die Erkennung KSP-verdächtiger
Betriebe herangezogen werden, sind:
- Fieber mit erhöhter Morbidität bzw. Mortalität
- Fieber mit hämorrhagischem Syndrom oder neurologischen Symptomen
- therapieresistentes Fieber
- Aborte und zunehmende Fruchtbarkeitsstörungen
- chronisch kranke Tiere
- kongenitaler Tremor bei Ferkeln und Kümmern
- KSP-typische pathologische Befunde wie petechiale Blutungen und Infarkte in
Organen sowie diphteroide Ulzera (Button ulcer) vor allem nahe der
Ileocaecalklappe
- epidemiologischer Nachweis von direkten und indirekten Kontakten zu
infizierten Haus- und Wildschweinen bzw. infizierten Materialien
- serologisch positive Befunde
Zudem sind Kontrollen und Stichprobenuntersuchungen vorgeschrieben. Bei den
Untersuchungen kommt es zur Überprüfung der Produktionsbücher und den
tiergesundheitlichen Aufzeichnungen. Außerdem wird jede Untereinheit des
Betriebes zur Auswahl der klinisch zu untersuchenden Tiere begutachtet. Die
Messung der Körpertemperatur wird vorzugsweise bei kranken Tieren oder
anorektischen Tieren, vor kurzem genesenen Tieren oder Tieren, die in irgendeiner
Weise Kontakt zum KSPV gehabt haben könnten, durchgeführt.
Sind diese Tiere in einem Betrieb nicht vorhanden, sind mindestens so viele
Schweine zu untersuchen, dass mit einer Nachweissicherheit von 95% eine
Literaturübersicht 10
Fieberprävalenz von 10% (Sauen 5%; Schlachttiere 20%) festgestellt werden kann.
Dies geschieht nach dem Zufallsprinzip aus den verdächtigen Untereinheiten. Eber
werden alle untersucht. Für serologische Untersuchungen gilt ein ähnlicher
Untersuchungsschlüssel. Je nach Seuchenlage werden einige Tiere
pathomorphologisch untersucht und Organproben entnommen.
Ein Ausbruch der Schweinepest liegt vor, wenn diese durch virologische
Untersuchungen (Virus- oder Antigennachweis), im Falle von Sekundärausbrüchen
durch klinische und pathologisch-anatomische Untersuchungen oder durch
serologische Untersuchungen (Antikörpernachweis) in Verbindung mit
epizootiologischen Anhaltspunkten festgestellt worden ist.
Die amtlichen Untersuchungen der Landesuntersuchungsämter werden in
Deutschland im Nationalen Referenzlabor für Klassische Schweinepest im FLI auf
der Insel Riems bestätigt und koordiniert.
Die Laboratoriumsdiagnose der KSP ist dabei EU-weit verbindlich und standardisiert.
Der direkte Erregernachweis ist in all jenen Fällen gefordert, in denen ein KSPV
Infektionsverdacht bei akuten Krankheits- oder Todesfällen geäußert wird. Der
Nachweis kann an lebenden oder verendeten Tieren erfolgen. Als Methoden stehen
dabei der Virusnachweis in Zellkultur (Virusisolierung) und die
Polymerasekettenreaktion (PCR) nach reverser Transkription (RT) zum
Virusgenomnachweis zur Verfügung. Bei der Virusisolierung wird Probenmaterial auf
empfängliche Zellen vom Schwein inkubiert. Ist infektiöses Virus vorhanden, kann
seine Vermehrung durch immunhistologische Methoden nachgewiesen werden.
Diese Methoden sind arbeitsaufwendig und zeitintensiv. Ein spezifischer Nachweis
anhand monoklonaler Antikörper mit einer Epitop-Spezifität für KSPV ist sinnvoll, um
seltene Infektionen mit anderen Pestiviren, wie z. B. dem BVDV, auszuschließen.
Als schnellere, sensitive und spezifische Alternative zur Virusisolierung sind
verschiedene RT-PCR- und real-time RT-PCR- Protokolle entwickelt worden. Diese
Methode bietet sich zur schnellen ätiologischen Diagnose an. In der
Routinediagnostik hat die PCR die Virusisolierung in fast allen Ländern abgelöst. Die
Literaturübersicht 11
Virusisolierung dient der Bestätigung und der möglichen Charakterisierung von
Isolaten.
Daneben gibt es auch noch die Möglichkeit des Virusantigennachweises mit Hilfe
eines Fluoreszenzantikörpertests (FAT) bzw. eines Enzyme linked Immunosorbent
Assay (ELISA), wobei die Sensitivität relativ gering, die diagnostische Brauchbarkeit
in positiven Fällen oder zusammen mit der kulturellen Virusisolierung oder der
schnelleren RT-PCR aber gegeben ist. Vorteile dieser Methoden sind ihre schnelle
Durchführbarkeit und beim ELISA die Möglichkeit der automatisierten
Probenuntersuchung.
Bei einem Primärausbruch erfolgt eine genetische Typisierung des Virus, um
epidemiologische Nachforschungen zu unterstützen. Das EU-Referenzzentrum für
Klassische Schweinepest an der Tierärztlichen Hochschule Hannover unterhält eine
Datenbank, in die alle diese Daten eingespeist und gesammelt werden; sie sind für
alle nationalen Referenzlaboratorien der EU Mitgliedsstaaten zugänglich.
Bei akuten KSP-Ausbrüchen spielt der indirekte Infektionsnachweis eine
untergeordnete Rolle. Hingegen ist er bei der Suche nach unerkannt infizierten
Beständen in der Folge eines Ausbruchs oder aber bei Importuntersuchungen von
Bedeutung. Der Antikörpernachweis ist darüber hinaus wichtiges Kriterium bei den
Überwachungsuntersuchungen der Wildschweinpopulation. Dabei stellt der Virus-
Neutralisationstest die empfindlichste und zuverlässigste Antikörper (AK) -
Nachweismethode dar. Da der Test verhältnismäßig arbeits- und zeitaufwendig ist,
wird jedoch für Massenuntersuchungen der Antikörper-ELISA verwendet.
2.1.6 Verbreitung der Klassischen Schweinepest
Die Klassische Schweinepest ist eine der international bedeutendsten
anzeigepflichtigen Tierseuchen. Sie war lange Zeit nicht klar abgegrenzt von anderen
Schweineerkrankungen wie z. B. der Schweineseuche, so dass in Fachkreisen sehr
unterschiedliche Meinungen über das Auftreten der ersten Fälle weltweit bestehen
(SCHWARZ 2005).
Literaturübersicht 12
Erstmals wurde diese Erkrankung 1833 in Ohio, USA, offiziell beschrieben (DAHLE
u. LIESS 1992). Kurz danach traten auch vermehrt Fälle in Europa auf. England war
1862 das erste europäische Land, es folgten 1887 Schweden und Dänemark und
1894 auch Deutschland, Österreich und Ungarn. Ende des 19. Jahrhunderts gab es
kein Land in Europa, das nicht von der Klassischen Schweinepest betroffen war. In
dieser Zeit wurden in einigen Ländern bereits Gesetze zur Bekämpfung dieser
Tierseuche erlassen (SCHWARZ 2005).
EU-Staaten wie Dänemark, Finnland, Irland, Norwegen und Schweden haben es mit
strikten Eradikationsprogrammen geschafft, das Virus zu eliminieren und sind seit
über 40 Jahren KSPV-frei. Weltweit sind u. a. auch Australien, Kanada, Neuseeland
und die USA seit über 30 Jahren frei von dieser Erkrankung (WAHID INTERFACE
02.01.2011).
In den letzten Jahren ist das KSPV in Ländern der Europäischen Union (EU) immer
wieder präsent gewesen. Im Zeitraum von 2008 bis 2009 ist die KSP in Bulgarien,
Kroatien, Ungarn, Rumänien, der Slowakei, Litauen und Deutschland aufgetreten. In
jüngerer Zeit 2011 nochmals in Litauen und 2012 in Lettland. In einigen Ländern, wie
z. B. Deutschland, führt das rezidivierende Vorhandensein von KSPV in der
Wildschweinpopulation dazu, dass sie phasenweise (2009) als nicht KSPV frei
eingestuft werden (WAHID INTERFACE 13.10.2013).
In Bezug auf KSPV-Infektionen in deutschen Hausschweinebeständen sind die
letzten Ausbrüche 2006 in Nordrhein-Westfalen im Zeitraum von März bis Mai mit
366 gemeldeten Fällen zu verzeichnen gewesen (WAHID INTERFACE 09.08.2011).
KSP-Ausbrüche in der Bundesrepublik Deutschland sind von besonderer Bedeutung,
da Deutschland EU-weit das Land mit der zweitgrößten Schweinepopulation ist. 2012
waren es 27,4 Millionen Tiere, gefolgt von Polen mit über 17,2 Millionen Tieren und
Frankreich mit 13,9 Millionen. Auf den Rängen fünf und sechs liegen Dänemark und
die Niederlande. Spitzenreiter in der europäischen Schweineproduktion ist im Jahre
2012 Spanien mit 27,5 Millionen Tieren. Die Schweinedichte (Anzahl Tiere pro km 2)
ist in Dänemark, den Niederlanden und Belgien mit Abstand am höchsten,
Deutschland liegt hierbei auf Platz fünf (WAHID INTERFACE 13.10.2013).
Literaturübersicht 13
2.1.7 Epidemiologie und Bekämpfungsstrategien in der Europäischen Union
Als Hauptursachen für Primärausbrüche der KSP sind indirekte und direkte Kontakte
mit Wildschweinen (59%) und die illegale Verfütterung von Speiseabfällen (23%) zu
nennen (FRITZEMEIER et al. 2000).
Bei der Weiterverbreitung des Virus spielen die häufig sehr späte Diagnose aufgrund
der unspezifischen Symptome und die allgemeine Furcht vor dieser Tierseuche eine
große Rolle (MOENNIG 2000). Aber auch der nationale und internationale Handel
mit Tieren über weite Strecken (28%); die hohe Dichte von Beständen und Tieren in
einigen Gebieten (24%), vermehrte Personen- und Fahrzeugkontakte (24%)
(FRITZEMEIER et al. 2000), sowie mangelnde Hygienemaßnahmen, fehlendes
Managementwissen und der geringe Anteil geschlossener Betriebssysteme sind
wichtige Faktoren. Die z.T. unsachgemäß gezogenen Stichproben im Rahmen von
Überwachungsmaßnahmen können ebenfalls zu einer erheblichen zeitlichen
Verzögerung in der Bekämpfung der KSP führen. Die so genannte High Risk Period
1 (HRP1) d.h., die Zeitspanne zwischen dem ersten Auftreten von KSPV Infektionen
in einem Bestand und der Anzeige der Tierseuche und der High Risk Period 2
(HRP2) d.h., der Zeitraum zwischen der ersten Entdeckung und der Einleitung von
Maßnahmen zur Verhinderung der Virusausbreitung haben, bei Ausbrüchen in der
EU in den letzten Jahren, drei bis zehn Wochen betragen. Beim letzten Ausbruch in
Deutschland vergingen 10 Wochen. Zeit, in der das Virus sich ungehindert weiter
ausbreiten konnte (DEPNER et al. 2006). In den Niederlanden hat es erste
Entwicklungen gegeben, anhand eines Clinical Decision Support Systems (CDSS)
mehr Objektivität in die klinische Diagnose der KSP zu bringen (LOEFFEN 2008). In
zwei Drittel aller Fälle werden Primärausbrüche aufgrund von klinischen
Untersuchungen entdeckt. Die auch in der Bundesrepublik Deutschland
stattfindenden routinemäßigen Stichprobenuntersuchungen bei Hausschweinen
haben allerdings nicht immer den gewünschten Erfolg. Bei der Detektion von
Folgeausbrüchen werden 71 % über klinische Symptome und 20 % über Tracing on
and back ermittelt. Der nicht unerhebliche wirtschaftliche Schaden nach einem
Literaturübersicht 14
Seuchenzug kommt hauptsächlich durch die Keulung auch nicht infizierter Bestände
in Sperr- und Beobachtungsgebieten und der Kontaktbetriebe zustande
(FRITZEMEIER et al. 2000; MOENNIG et al. 2003). Durch das z. T. wochenlang
andauernde Stand Still in den betroffenen Gebieten kommt es zu erheblichen
Tötungsmaßnahmen aus tierschutzrechtlichen Gründen. Bei dem Seuchenzug in den
Niederlanden 1997/1998 wurden insgesamt über 11 Millionen Tiere gekeult, wobei
nur 700.000 Tiere direkt vom Seuchengeschehen betroffen waren (MOENNIG et al.
2003).
Die Bekämpfung der KSP ist in der EU durch die Richtlinie 2001/89/EG des Rates
vom 23. Oktober 2001 über Maßnahmen der Gemeinschaft zur Bekämpfung der
Klassischen Schweinepest geregelt. Sie beinhaltet Mindestanforderungen, wobei die
zu erreichenden Ziele in jedem Mitgliedsstaat der EU verbindlich sind. Die Art und
Weise der Ausführung bleibt den Staaten jedoch selbst überlassen. Darüber hinaus
steht es jedem Land frei, seine Gesetze strenger zu formulieren. Wichtige Punkte
dieser Richtlinie sind:
Die Erstellung von Krisenplänen, welche u.a. Angaben über Gebiete mit hoher
Schweinedichte und den Bedarf an Impfstoffen beinhalten. Außerdem bedarf es der
Einrichtung nationaler und regionaler Tierseuchenbekämpfungszentren sowie einer
ständig einsatzfähigen Sachverständigengruppe.
Die Verfütterung von Küchenabfällen an Schweine ist verboten.
Der Verdacht und bestätigte Ausbrüche müssen umgehend an die zuständige EU
Kommission und die übrigen Mitgliedsstaaten gemeldet werden.
Bei Verdacht auf KSP unterliegt der betroffene Betrieb der amtlichen Überwachung.
Es wird eine sofortige Bestandssperre verhängt und eine Tierbestandsaufnahme
durchgeführt. Desinfektionsmaßnahmen sind zu ergreifen, ggf. werden ein Teil der
Tiere oder alle vorsorglich gekeult, Proben genommen und eine Kontrollzone wird
ausgewiesen.
Literaturübersicht 15
Nach Bestätigung der KSP sind alle Schweine zu töten und zu verarbeiten, infizierte
Materialien (Sperma, Eizellen, Fleisch) sowie möglicherweise verseuchte Stoffe sind
so zu behandeln, dass eine Abtötung des Virus gewährleistet ist. Der Betrieb wird
einer gründlichen Reinigung und mehrfachen Desinfektion unterzogen. In
Schweinedichten Gebieten kann die Tötung aller Hausschweine in einem Radius von
1000 m angeordnet werden. Frühestens 30 Tage nach Abschluss dieser Arbeiten
dürfen neue Tiere eingestallt werden. Diese müssen nach 40 Tagen nochmals
getestet werden oder der betreffende Stall muss sechs Monate leer geblieben sein.
Bei Freilandhaltung werden zunächst Sentinel-Tiere eingestallt. Weisen sie nach 40
Tagen ein negatives Testergebnis auf, darf der Betrieb komplett neu einstallen.
In infizierten Transportern oder bei infizierten Tieren auf dem Schlachthof müssen
alle Tiere getötet und verarbeitet werden, es folgt eine epidemiologische
Untersuchung mit Virustypisierung. Neue Tiere dürfen frühestens 24 Stunden nach
Reinigung und Desinfektion in diese Räume wieder eingestallt werden.
Untersuchungsmaßnahmen werden gemäß der Entscheidung 2002/106/EG der
Kommission vom 1. Februar 2002 zur Genehmigung eines Diagnosehandbuchs mit
Diagnosemethoden, Probennahmeverfahren und Kriterien für die Auswertung von
Laboruntersuchungen zur Bestätigung der Klassischen Schweinepest durchgeführt.
Es hat ein Tracing on and back zu erfolgen, d.h. sowohl die Herkunftsbetriebe als
auch die Folgebetriebe müssen auf KSPV untersucht werden. Kontaktbetriebe gelten
bis zum Ausschluss der KSP als verdächtig.
Bei Primärausbrüchen ist eine genetische Typisierung des Virus durchzuführen. Um
den Ausbruchsherd herum müssen ein Sperrbezirk mit einem Mindestradius von drei
Kilometern und eine Beobachtungsgebiet mit einem Mindestradius von zehn
Kilometern eingerichtet werden. Es besteht ein Stand Still, d.h. ein sofortiges
Verbringungsverbot innerhalb eines definierten Bereiches über eine Zeit von
mindestens 21 Tagen (Beobachtungsgebiet) bzw. 30 Tagen (Sperrbezirk) nach
Grobreinigung und Vordesinfektion der Seuchenbetriebe sowohl für Schweine als
auch für andere Tierarten zum Schutz vor Verschleppung der KSP. Alle Betriebe in
Literaturübersicht 16
diesen Zonen müssen erfasst und innerhalb einer Woche vom amtlichen Tierarzt
klinisch untersucht werden. Die regionale Öffentlichkeit muss über
Verhaltensmaßregeln usw. informiert werden.
Kommt es zu Primärausbrüchen in der Wildschweinpopulation, muss eine
Sachverständigengruppe des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und
Verbraucherschutz (BMELV) das Seuchengebiet charakterisieren und
entsprechende Maßnahmen festlegen. Alle Schweinehaltungsbetriebe in dem
betreffenden Gebiet unterstehen der amtlichen Überwachung. Innerhalb von 90
Tagen muss ein Seuchentilgungsplan ausgearbeitet sein. Alle sechs Monate ist ein
Bericht an die EU Kommission und die Mitgliedsstaaten zu senden.
Das Impfen gegen die KSP ist grundsätzlich verboten. Für den Fall, dass eine
weitere Ausbreitung der KSP zu erwarten ist, ist es aber möglich, der EU-
Kommission einen Notimpfplan vorzulegen, der von dieser genehmigt werden muss.
Dies gilt sowohl für Haus- als auch für Wildschweine.
Notimpfungen haben strenge Handelsrestriktionen der EU und der OIE bezüglich des
Exportes frischen Schweinefleisches in Drittländer und in die übrigen EU
Mitgliedsstaaten zur Folge. Der nationale Handel mit dem Fleisch geimpfter Tiere ist
erlaubt.
In Deutschland wurde aufgrund des endemischen Vorkommens des KSPV in der
Wildschweinepopulation eine Kombination aus oraler Immunisierung durch Köder
und gezielter Bejagung der Jungtiere zur Reduzierung der Anzahl empfänglicher
Tiere durchgeführt (SODEIKAT u. POHLMEYER 2004; BMLEV 2011).
Des Weiteren werden in Deutschland folgende Hilfsmittel zur Prophylaxe und
Bekämpfung von Tierseuchen angewandt: das bundesweite
Tierseuchennachrichtensystem (TSN), das Trade Control and Expert System
(TRACES) zur Überwachung des internationalen Handels lebender Tiere und zur
Überwachung von Importen aus der EU sowie das
Tierseuchenbekämpfunghandbuch (TSBH) Bund und ergänzende
Tierseuchenbekämpfunghandbücher der einzelnen Länder.
Literaturübersicht 17
2.2 Infrarotthermographie
Infrarotthermographie (IRT) bezeichnet die Messung und Visualisierung der von
einem Objekt abgestrahlten thermischen Energie mit Hilfe einer Kamera. Im Jahre
1800 entdeckte William Herschel bei optischen Experimenten das Vorhandensein
einer unsichtbaren Wärmestrahlung. Er ließ Sonnenlicht durch ein Dispersionsprisma
fallen und wies die Wärmestrahlung, die jenseits des sichtbaren roten Lichtspektrums
liegt, mit einem Thermometer nach (SCHUSTER u. KOLOBRODOV 2004, S. 16).
Zunächst wurden ausschließlich Thermometer zum Messen der Abstrahlung
verwendet. 1829 erfand Nobili das Thermoelement. Melloni entwickelte 1833 die
Methode weiter, in dem er mehrere Thermoelemente in Serie schaltete und somit die
erste Thermosäule schuf. Ihre Empfindlichkeit war vierzig Mal höher als das beste zu
dieser Zeit vorhandene Thermometer. 1840 schaffte es John Herschel,
Infrarotstrahlung an dünnen Ölfilmen in ein für das menschliche Auge sichtbares Bild
umzusetzen. Im Laufe der Jahre wurde die Empfindlichkeit der Detektoren immer
weiter verbessert. 1880 gelang Langley ein Durchbruch mit der Erfindung des
Bolometers, d.h. die Änderung des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit der
Temperatur zum Nachweis der Infrarotstrahlung. Dewar war der erste, der bei
Forschungen mit niedrigen Temperaturen flüssige Gase als Kühlmittel verwendete.
Ab 1900 begannen Wissenschaftler aus aller Welt, sich für den infraroten
Temperaturbereich zu interessieren. Die ersten modernen Überwachungssysteme
wurden während des ersten Weltkrieges entwickelt. Lange Zeit blieb die Technologie
dem Militär vorbehalten. Erst Mitte der fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts
wurde die Geheimhaltungspflicht aufgehoben und die Infrarotthermographie auch der
zivilen Forschung und Industrie zugänglich gemacht (FLIR SYSTEMS GMBH 2006).
Die Vorteile der IRT liegen in ihrer berührungslosen Messtechnik. Die Methode ist
rückwirkungsfrei, d.h. es bestehen keine Interferenzen und Energieverluste. Auch
bewegte Objekte können gemessen werden. Die Temperaturmessung über größere
Distanzen und von hohen Temperaturen ist möglich. Außerdem können
Literaturübersicht 18
kontaminationsfreie Messungen an biologischen Materialien und Messungen sich
schnell verändernder Temperaturen oder von Temperaturverteilungen durchgeführt
werden (BERNHARD 2004, S.979). Voraussetzungen für die
Strahlungstemperaturmessung sind u.a. die optische Zugänglichkeit der Oberfläche
und die Geräte-Optik muss vor Staub und kondensierenden Flüssigkeiten geschützt
werden. Des Weiteren ist zu beachten, dass bei diesem Verfahren nur die
Oberflächentemperatur eines Objektes bestimmt werden kann (GRUNER 2007).
Ausnahmen in Form von teiltransparenten Körpern aus speziellen Kunststoffen und
Glas bei bestimmten Wellenlängen, bei denen auch teilweise Temperaturen
innerhalb des Objektes gemessen werden können, bestätigen die Regel.
Bei der Ermittlung aussagefähiger Werte spielen folgende Faktoren eine große Rolle:
die Temperaturverteilung im Messfeld, Kenntnisse über die Strahlungseigenschaften
(Emissionsgrad) des Messobjektes, der Transmissionsgrad der Übertragungsstrecke
bzw. der spezifisch eingestellte Transmissionswert eines evtl. vorhandenen zweiten
Objektivs (wie z.B. eine Folie vor der Linse), evtl. vorhandene reflektierte Strahlung
anderer Objekte bzw. Umgebungsstrahlung, gerätebezogene Einflussfaktoren wie
Qualität des Objektivs, Anzahl und Empfindlichkeit der einzelnen Messpunkte, Höhe
von Messunsicherheiten (Temperaturdrift) und Reproduzierbarkeit der
Messergebnisse, sowie Bildschärfe, Objektabstand, die atmosphärische Temperatur
und relative Luftfeuchtigkeit (Bernhard 2004, S. 979+ 1139 ff. + 1153) sowie der
Winkel zwischen Kamera und Objekt.
Die atmosphärische Transmission ist abhängig von der Entfernung zum Messobjekt,
der Zusammensetzung der Luft (Wasserdampf und Kohlendioxid u.a.) und der
Wellenlänge. Bei einer Wellenlänge von 3-5 µm und 8-14 µm spricht man von so
genannten atmosphärischen Fenstern. Der Transmissionsgrad der Luft ist hier nahe
1 und kann somit als Einflussfaktor außer Acht gelassen werden (Abb. 2.1)
(GRUNER 2007; WIRTHGEN 2007).
Literaturübersicht 19
Abb. 2.1: Messstrecke Luft bei einem Abstand von 10 m, einer Lufttemperatur von 25°C undeiner relativen Luftfeuchtigkeit von 85% (MAYER 2011)
Der Winkel ist von Bedeutung, da der Emissionsgrad winkelabhängig ist. Bei einem
Beobachtungswinkel zwischen 90° und 45 ° zur Oberfläche kann bei Nichtleitern der
Fehler vernachlässigt werden. Diese Tatsachen beruhen auf dem Lambertschen
Gesetz, welches die Abhängigkeit der Strahlendichte eines ideal diffus
reflektierenden Flächenstücks vom Betrachtungswinkel beschreibt. Ein Körper, der
dem Lambertschen Gesetz gehorcht, wird stets richtig gemessen, da der
Strahlungsabfall des Lambertschen Gesetzes durch die Messfeldvergößerung
theoretisch kompensiert wird. Reale Körper stimmen jedoch nur bedingt mit dem
Lambertschen Gesetz überein (Polarisation bei Metallen,
Oberflächenrauheitseinflüsse bei Nichtmetallen). Bis 45° kann man von einer
Übereinstimmung mit dem Lambertschen Gesetz ausgehen, darüber hinaus treten
Abweichungen auf (RICHTLINIE 3511 VDI 1995; MANARA u. ARDUINI-
SCHUSTER).
Literaturübersicht 20
2.2.1 Methodik, physikalische Grundlagen, Funktionsprinzip der Infrarot-Kamera
Jedes Objekt mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes von 0 K bzw.
-273,15 °C emittiert aufgrund der inneren mechanischen Bewegung von Molekülen
eine thermisch angeregte elektromagnetische Strahlung. Zwischen der
Oberflächentemperatur eines Körpers, der Intensität und der spektralen
Zusammensetzung der von ihm ausgesandten Strahlung besteht dabei ein
eindeutiger Zusammenhang. Durch die Ermittlung der Strahlungsintensität kann
somit die Oberflächentemperatur eines Objektes berührungslos bestimmt werden.
Sie wird als Infrarot (IR) -strahlung bezeichnet, da der größte Teil der abgegebenen
Wärmestrahlung im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt
(Spektralbereich von 0,78 µm bis 1000 µm). Hierbei wird zwischen dem nahen,
mittleren und fernen Infrarot unterschieden (BERNHARD 2004, S. 979). Aufgrund der
wellenlängenabhängigen Dämpfung der IR Strahlung in der Atmosphäre nutzen die
Bild gebenden IR- Systeme entweder das Kurzwellenband von 3-5 µm oder das
Langwellenband von 8-14 µm, d. h. es werden jeweils Detektorelemente eingesetzt,
die nur in einem eingeschränkten Wellenlängenintervall Strahlung registrieren. Der
Kurzwellenbereich ist besonders geeignet für Messung von hohen Temperaturen
(200-1000°C) und der Langwellenbereich besonders gut für Messungen von
niedrigeren Temperaturen (< 200°C). Mit dieser Methodik sind
Temperaturmessungen insgesamt von – 100°C bis + 3000 °C möglich (BERNHARD
2004, S. 979+1141 ff.).
Literaturübersicht 21
1 µm0,4 0,7
2 µm 5 µm 10 µm 13 µm
Thermisches Infrarot
sichtbares Licht
1 km100 m10 m1 m100 mm10 mm1 mm100 µm10 µm1 µm0,1 µm0,01 µm10 Å1 Å0,1 Å
Röntgen XGammag
Mikro-wellenUV IR InfrarotIR Infrarot Radiowellen
SHF KWUHFUKW MW
1 µm0,4 0,7
2 µm 5 µm 10 µm 13 µm
nahes IR
Wellenlänge l [µm]
mittleres fernes IR extremes IR
SW LW
1 µm0,4 0,7
2 µm 5 µm 10 µm 13 µm1 µm0,4 0,7
2 µm 5 µm 10 µm 13 µm
Thermisches Infrarot
sichtbares Lichtsichtbares Licht
1 km100 m10 m1 m100 mm10 mm1 mm100 µm10 µm1 µm0,1 µm0,01 µm10 Å1 Å0,1 Å 1 km100 m10 m1 m100 mm10 mm1 mm100 µm10 µm1 µm0,1 µm0,01 µm10 Å1 Å0,1 Å
Röntgen XGammag
Mikro-wellenUV IR InfrarotIR Infrarot Radiowellen
SHF KWUHFUKW MW
1 µm0,4 0,7
2 µm 5 µm 10 µm 13 µm
nahes IR
Wellenlänge l [µm]
mittleres fernes IR extremes IR
SW LW
Abb. 2.2: elektromagnetisches Wellenlängenspektrum (FLIR SYSTEMS GMBH b)
Die einfallende Wärmestrahlung wird mittels einer speziellen Linse auf ein IR-
Detektorelement (FPA = Focal Plane Array) fokussiert. Dieser integrierte Bildsensor
besteht aus vielen Mikrobolometern (=Pixeln) welche erwärmt werden. Damit ändert
sich ihr elektrischer Widerstand, der dann in ein der Strahlung proportionales
elektrisches Signal umgewandelt wird. Das Signal wird verstärkt und mit Hilfe
nachfolgender digitaler Signalverarbeitung in eine der Objekttemperatur
proportionalen Ausgangsgröße umgesetzt. Diese Messwerte können dann auf dem
Display innerhalb eines Bildes durch unterschiedliche Farben bzw. Graustufen
dargestellt werden. Zur Kompensation von Umgebungstemperatureinflüssen wird
mittels weiterer Detektoren die Temperatur des Messgerätes bzw. des optischen
Kanals erfasst. Die Berechnung der Temperatur des Messobjektes erfolgt somit in
drei Schritten.
1. Umwandlung der Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal
2. Kompensation der Geräte- und Hintergrundstrahlung
3. Ausgabe der Temperaturinformation (OPTRIS 2011)
Dazu verfügen IR Kameras über eine Software die auf der Grundlage der
Strahlungsgesetze (siehe nachfolgender Absatz) die erforderlichen Berechnungen
durchführt und gleichzeitig die realen Bedingungen der Messung berücksichtigt (FLIR
SYSTEMS 2006).
Literaturübersicht 22
Relevante Strahlungsgesetze wurden von den Physikern Planck, Stefan, Boltzmann,
Wien und Kirchhoff definiert. Sie untersuchten das elektromagnetische Spektrum
genauer und stellten qualitative und quantitative Zusammenhänge zur Beschreibung
der infraroten Energie dar (OPTRIS 2011). Elektromagnetische Strahlung, die auf
einen Körper trifft, kann sowohl absorbiert, transmittiert als auch reflektiert werden.
Dies wird von den stofflichen Eigenschaften und der Oberfläche des bestrahlten
Körpers beeinflusst. Es ergibt sich folgende Energiebilanz: Absorptionsgrad +
Reflexionsgrad + Transmissionsgrad = 1 (FOUAD u. RICHTER 2006 S. 11 ff;
GRUNER 2007).
Das Plancksche Strahlungsgesetz gibt die Strahlungsintensität eines idealisierten
Schwarzen Körpers in Abhängigkeit zur Wellenlänge und Temperatur im Vakuum an.
Je höher die Temperatur des Körpers, desto stärker ist seine elektromagnetische
Abstrahlung. Integriert man über alle Wellenlängen, erhält man die spezifische
Gesamtstrahlungsleistung (Stefan-Boltzman`sches Gesetz). Die emittierte
Gesamtstrahlung nimmt mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur zu. Die
Wellenlänge, bei der die maximale Strahlungsleistung vorhanden ist, erhält man mit
dem Wienschen Verschiebungsgesetz. Bei hohen Temperaturen verschiebt sich das
Strahlungsmaximum zu kleineren Wellenlängen hin. Laut Kirchhoffschem
Strahlungsgesetz sind Absorptionsgrad gleich Emissionsgrad, somit ist es möglich,
die Strahldichte realer Temperaturstrahler zu berechnen. Die Strahldichte ist der
Strahlungsfluss (die Leistung) eines Körpers unter Berücksichtigung des
Strahlungswinkels bezogen auf ein Oberflächenelement des Strahlers (Bernhard
2004, S.980+985-989; OPTRIS 2011).
Ein Schwarzer Strahler (Schwarzer Körper) ist ein hypothetischer Körper, welcher
jegliche auf ihn treffende elektromagnetische Strahlung bei jeder Wellenlänge
vollständig absorbiert. Die Strahldichte hängt also nur von der Objekttemperatur ab.
Er stellt die Referenz im Bereich der berührungslosen Messtechnik dar und dient zur
Kalibrierung von IR-Thermometern und IR-Kameras. Qualitativ sehr hochwertige
Ausführungen von "Schwarzen Strahlern" erreichen Emissionsgrade von 0,9999 also
nahezu 1 (OPTRIS 2011). Der Emissionsgrad eines Stoffes gibt an, wie viel
Strahlung im Vergleich zum Schwarzen Strahler, bei gleicher Temperatur abgegeben
Literaturübersicht 23
wird. Er kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen und ist u.a. abhängig von der
Zusammensetzung des Stoffes, der Oberflächenbeschaffenheit (z.B. Struktur,
Rauhigkeit, Flüssigkeitsfilme), der Temperatur, sowie der Richtung der emittierten
Strahlung (bei spiegelnd reflektierenden Oberflächen) und der Wellenlänge der
emittierten Strahlung. Der Emissionsgrad ist durch verschiedene Methoden
ermittelbar. Tabellenwerte sollten nur als Orientierung genutzt, bzw. für die Auswahl
eines geeigneten Messgerätes herangezogen werden (RICHTLINIE 3511 VDI 1995;
SCHUSTER u. KOLOBRODOV 2004, S.61). So genannte Graue Strahler besitzen
einen über die Wellenlängen konstanten Emissionswert der aber niedriger als beim
Schwarzen Strahler ist. Im Gegensatz dazu ist der Emissionsgrad eines selektiven
Strahlers Temperatur-, Wellenlängen- und Ausstrahlungsrichtungsabhängig
(BERNHARD 2004, S.994).
Die Kalibrierung von Strahlungsthermometern erfolgt unabhängig von ihrem
Wirkprinzip stets an Schwarzen Strahlern ohne den Einfluss von Fremdstrahlung. Bei
Strahlungstemperaturmessungen an realen Messobjekten unter nicht idealen
Umweltbedingungen müssen daher eine ganze Reihe von Einflussfaktoren auf das
Messergebnis, verschiedenste Fehlerquellen und Abweichungen von idealen
Voraussetzungen beachtet werden. Der entstehende systematische Gesamtfehler
setzt sich aus der Überlagerung mehrerer Einzelfehler des Messobjektes, der
Messumgebung, der Technik und der Übertragungsstrecke zusammen (BERNHARD
2004, S. 1001).
Literaturübersicht 24
2.2.2 Anwendung
Die Infrarotthermographie (IRT) findet heutzutage weltweit eine vielseitige
Anwendung und hat sich mittlerweile in den unterschiedlichsten Bereichen etablieren
können. Hierzu gehört unter anderem die Industrie, wie z.B. Elektronik- und
Halbleiterindustrie, Baustoffindustrie und das Baugewerbe (Auffinden von
Wärmebrücken, Leckagen und Dämmfehler von Häusern) (FOUAD u. RICHTER
2006), Metallurgie und –bearbeitung, Glas- und Keramikherstellung und Papier-,
Textil- und Kunststoffindustrie sowie die Lebensmittelindustrie. Aber auch im Bereich
der Energietechnik, Verfahrenstechnik und zerstörungsfreien Werkstoffprüfung hat
die IRT Anwendung gefunden. In der Brandüberwachung, zur Deponieerkundung, in
der Klimatechnik, der Kriminalistik und im Rettungswesen sowie in der
Landwirtschaft (Silofutter, Verrottungsprozesse, Stallklima) ist die IRT ebenfalls eine
wertvolle Unterstützung (BERNHARD 2004, S.1145-1147, 1195-1199).
2.2.2.1 Einsatz in der Human- und Veterinärmedizin
Auch in der Human- und Veterinärmedizin hat die IRT als ein nicht-invasives
bildgebendes Verfahren Eingang in die Diagnostik gefunden. Es ist möglich,
abnorme Temperaturverteilungen auf der Körperoberfläche festzustellen, aus denen
Rückschlüsse auf Erkrankungen der Haut oder dicht darunter liegender Strukturen
gezogen werden können (SCHUSTER u. KOLOBRODOV 2004, S.316).
Im humanmedizinischen Bereich sind dies z.B. die Rheumatologie und die
Tumorfrüherkennung (Mammakarzinome, Hautkrebs), die Überwachung von
Laserbehandlungen in der Ophthalmologie, Kontrolle und Steuerung der Abkühlung
und Wiederaufwärmung bei Herzoperationen und in der Ohrchirurgie (BERNHARD
2004, S.1196). Aber auch in den Bereichen der Überwachung der Körpertemperatur
von Früh- und Neugeborenen (LANGLAIS 2003), der Diagnostik von Entzündungen
und Durchblutungsstörungen ist die IRT in der Vergangenheit erfolgreich eingesetzt
worden (BERNHARD 2004, S. 1145; MEYER AUF DER HEIDE 2006).
Literaturübersicht 25
In der Veterinärmedizin liegen die Anwendungsschwerpunkte beim Pferd im Bereich
der Diagnostik orthopädischer Erkrankungen, aber auch bei Abszessen und
Thrombophlebitiden konnte das Verfahren Anwendung finden (CRONAU et al. 1990).
WEIL bestätigte 1997 die Einsatzfähigkeit der IRT im Bereich der Gliedmaßen des
Pferdes, betonte jedoch die Relevanz zusätzlicher diagnostischer Verfahren.
SCHULZE bestätigt 2004 ebenfalls die Anwendbarkeit der IRT im Bereich des Hufes.
Bei Untersuchungen von KALINOWSKI 2007 zum Einfluss von Infrarot-C-Strahlung
auf Rückenbeschwerden bei Reitpferden nach Behandlung in einem Thermium
zeigten Thermographieaufnahmen keine Abweichungen vom Normalbild, so dass
sich die Untersuchungsmethode in diesem Fall als nicht zuverlässiges Diagnostikum
für Rückenerkrankungen beim Pferd herausgestellt hat. 1994 untersuchte VAN DE
RIJDT erfolgreich die Brauchbarkeit der IRT beim Hund besonders unter dem Aspekt
der Schmerz- und Lahmheitsdiagnostik bei Weichteilerkrankungen in der Orthopädie.
In Bereichen der Nutztierpraxis gab es Versuche bezüglich der Anwendbarkeit der
IRT zur Darstellung von Stress bei Rindern in Hinblick auf die artgerechte Tierhaltung
und den Tierschutz (STEWART et al. 2005). Des Weiteren gab es Untersuchungen
zur Ermittlung des Gesundheitszustandes von Kühen während des Melkvorganges
anhand IR-basierter Kenngrößen (WIRTHGEN 2007), Untersuchungen zur
Anwendbarkeit der IRT in der Mastitisdiagnostik (GLAS 2008), sowie zur Diagnostik
von Klauenerkrankungen, Mastitiden und Beurteilung des Allgemeinbefindens im
Rahmen eines Herdengesundheitsmonitorings (PASSARGE 2013).
Beim Schwein wurde unter anderem die Anwendbarkeit der IRT zur Diagnose von
Arthritiden untersucht, wobei die Eignung der Thermographie zur Erfassung von
Entzündungen an den Gliedmaßen von Mastschweinen aber nicht bestätigt werden
konnte (GABRIEL 2008; SAVARY 2008).
In der Zoo- und Wildtiermedizin hat die IRT auch Anwendung gefunden (HILSBERG
2000). In den Studien wurde die Anwendbarkeit im Bereich der Thermoregulation,
der Trächtigkeitsdiagnostik und der Diagnostik von Entzündungen u.a. bei Elefanten,
Zebras, Nashörnern und Giraffen belegt.
Literaturübersicht 26
Es wird immer wieder deutlich gemacht, wie wichtig es ist, die Einflussfaktoren
bezüglich der Hauttemperatur zu beachten, um Messergebnisse nicht fehl zu
interpretieren, was (Mindest-) Voraussetzungen für die IRT sind und wo die Grenzen
der Methodik liegen (CLARK u. CENA 1977; HILSBERG 2000).
2.2.2.1.1 Fieberdetektion mittels Thermographie
In der Humanmedizin wurden in den letzten Jahren im Zuge von SARS, H5N1 und
H1N1 Infektionen immer häufiger Versuche unternommen, mit Hilfe der IRT
fieberhafte Menschen an öffentlichen Orten wie Flughäfen zu detektieren. Einige
Forschergruppen halten die IRT zur Fieberdetektion beim Menschen mit Hilfe
spezifischer Cut off Werte für grundsätzlich einsetzbar, jedoch wird auch hier immer
wieder betont, wie wichtig die Berücksichtigung der unterschiedlichen
Einflussfaktoren ist und wo die Grenzen dieser Methodik liegen (CHAN et al. 2004;
NG et al. 2004; CHIANG et al. 2008; ZAPROUDINA et al. 2008). NG et al. konnten
2004 in ihren Experimenten belegen, dass die IRT als Screening Methode in Hinblick
auf die Erkennung von Fieber in Menschengruppen geeignet ist. Sie weisen aber
ausdrücklich darauf hin, dass die Berücksichtigung der Umweltfaktoren für die
Festlegung eines Schwellenwertes für spezifische Gesichtsregionen unerlässlich ist.
CHAN et al. (2004) kamen zu ähnlichen Ergebnissen, jedoch betonten sie noch
eindringlicher die verschiedenen Einflussfaktoren und die Limitierung dieser
Methodik. CHIANG et al. (2008) bestätigten diese Untersuchungen und ermittelten
zusätzlichen einen signifikanten Einfluss des Objektiv-Objekt-Abstandes.
Worin die Herausforderungen und Fehlerquellen bei der Messung der
Hauttemperatur mit Hilfe der IRT liegen, machten ZAPROUDINA et al. 2008 in ihren
Untersuchungen deutlich. So haben unter anderem technische Faktoren, wie
Messgenauigkeit der Kamera und Messtechnik bzw. Bildauswertung durch den
Untersucher, als auch die Umweltbedingungen und die physiologische Variabilität
der Blutgefäße (thermale Asymmetrien) einen Einfluss auf die Ergebnisse und sollten
bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Literaturübersicht 27
Andere Forscher halten die IRT aufgrund der vielen Einflussfaktoren und der
fehlenden Standardisierbarkeit unter realen Bedingungen für diese Anwendung nach
dem damaligen Stand der Wissenschaft nicht geeignet (CAMENZIND et al. 2006;
WONG u. WONG 2006). Der Einsatz dieser Screening Methode führt zu einem
Sicherheitsgefühl, das wissenschaftlich nicht belegt werden konnte (WONG u.
WONG 2006). HEUSCH u. MC CARTHY machten 2004 deutlich wie wichtig es für
die Ermittlung aussagekräftiger Werte ist, anthromorphe Befunde wie Körpergröße,
Körpergewicht und Hautfaltendicke zu beachten. Als Ergebnis wurde eine
signifikante Korrelation zwischen dem Körperfettanteil und der mittleren
Hauttemperatur gefunden, bzw. eine nahezu signifikante Korrelation zwischen dem
Körpertyp und der mittleren Hauttemperatur beim Menschen festgestellt.
In der Veterinärmedizin wurden zur Fieberdetektion bzw. Identifizierung von
Infektionskrankheiten u.a. Versuche mit Tollwutvirus infizierten Waschbären
durchgeführt, in denen zu Beginn der klinischen Symptome im Vergleich zum
Prodomalstadium erhöhte Oberflächentemperaturen der Nase mit Hilfe der IRT
nachgewiesen werden konnte, so dass die IRT als Screeningmethode denkbar wäre
(DUNBAR u. MAC CARTHY 2006). SCHAEFER et al. konnten 2007 in ihren
Versuchen an Kälbern, die mit Viren des Bovine Respiratory Disease (BRD)
Komplexes infiziert waren, nachweisen, dass eine Identifizierung von abgesetzten
Kälbern, im Frühstadium der BRD, noch bevor klinische Symptome auftraten mit
Hilfe von IR Aufnahmen der Augenregion möglich war. Damit bestätigten sie erste
diesbezügliche Ergebnisse aus 2006. Frühere Experimente, in welchen an mit BVDV
infizierten Kälbern ebenfalls der Einsatz der IRT zur Früherkennung von Infektionen
unter standardisierten Bedingungen getestet wurde, kamen zu ähnlichen
Ergebnissen (SCHAEFER et al. 2004). Auch im Bereich der Maul- und
Klauenseuche konnte die frühe Identifizierung von infizierten Rindern bzw.
Maultierhirschen aufgrund von IR Bildern der Gliedmaßen bestätigt werden
(RAINWATER-LOVETT et al. 2008; DUNBAR et al. 2009).
Bei der Anwendbarkeit der Infrarotmesstechnik zur Fieberdetektion beim Schwein
bestehen sehr unterschiedliche Ansichten. Zwischen 1973 und 2003 hat es einige
Untersuchungen bezüglich des Einsatzes eines Infrarotthermometers zur
Literaturübersicht 28
Hauttemperaturmessung beim Schwein gegeben. Das Ergebnis von Untersuchungen
an Sauen kurz vor bzw. nach der Geburt war eine schlechte Korrelation zwischen der
Hauttemperatur verschiedener Regionen und der Rektaltemperatur (ZINN et al.
1985). In anderen Untersuchungen lag eine signifikante Korrelation grundsätzlich vor
(EICKHOFF 1996; WENDT et al. 1997), aber es konnten viele Einflüsse aufgezeigt
werden und es fehlte eine angemessene Genauigkeit bzw. Reproduzierbarkeit.
ZEMIRLINE et al. sahen 2002 eine Möglichkeit der Anwendung als Herdenscreening.
Für RÖHLINGER et al. (1980) bestand unter Voraussetzung der Weiterentwicklung
der Geräte und der Messmethodik ein Potential der Strahlungstemperaturmessung
als Untersuchungsverfahren, aber auch sie wiesen auf die fehlende Standardisierung
und die beeinflussenden Faktoren hin.
Ein Ergebnis der Dissertationen von KÜPPERS (1973) war die signifikant positive
Korrelation der Hauttemperatur verschiedener Körperregionen mit der
Rektaltemperatur. Auch in den Untersuchungen von REINHART 1988 konnte eine
signifikante Korrelation verschiedener Hautregionen mit der Rektaltemperatur von
Sauen gefunden werden , er konnte jedoch keine signifikante Korrelation zwischen
Haut- und Rektaltemperatur in Zusammenhang mit dem Transport von
Mastschweinen, bzw. in einem Belegdichteversuch nachweisen.
Im Gegensatz zur IRT , bei der eine Vielzahl von Messpunkten zu einem Wärmebild
führen, gibt es bei einem Infrarotthermometer nur einen Messpunkt. Dieser errechnet
sein Ergebnis durch Bildung eines Mittelwertes aus den im Messfeld anwesenden
Hauttemperaturen. Je größer der Abstand des Gerätes zum zu messenden Objekt,
desto größer wird das Messfeld und ungenauer das Ergebnis (REINHART 1988;
OPTRIS 2011).
Im Bereich der Infrarotthermographie konnte 2001 von LOUGHMILLER et al. eine
signifikante positive Korrelation zwischen der durchschnittlichen
Körperoberflächentemperatur einer definierten Region und der Rektaltemperatur
unter standardisierten Bedingungen im Temperaturbereich von 10-32 °C gefunden
werden. Unter diesen Voraussetzungen sahen sie ein Potential der IRT als
Literaturübersicht 29
Alternativmethode zur standardmäßigen Rektaltemperaturmessung zur Detektion
von Fieber.
2010 bestätigten TRAULSEN et al. in ihren Untersuchungen an Sauen rund um den
Abferkelzeitpunkt eine positive Korrelation zwischen der Rektaltemperatur und der
Temperatur spezifischer Hautregionen.
Material und Methoden 30
3 Material und Methoden
3.1 Infrarotthermographie
3.1.1 Technische Daten
Zum Einsatz kam eine Infrarotkamera der Firma Flir Systems GmbH (Frankfurt,
Germany). Das Modell P640 ist eine handgehaltene Infrarotthermographiekamera
mit einem Focal Plane Array und ungekühltem Mikrobolometer als Detektor. Die
Auflösung beträgt 640x480 Pixel. Es wurde ein Weitwinkelobjektiv mit einem Sehfeld
von 45°x34° und einer Mindestfokusentfernung von 0,1 m eingesetzt. Das Gerät
besitzt neben der Infrarotkamera auch eine integrierte Digitalkamera (1280 x 1014
Pixel), welche u. a. die zeitgleiche Erhebung eines Infrarotbildes und eines
Tageslichtbildes ermöglicht. Die Kamera hat ein großes, lichtstarkes und
schwenkbares LCD Display, das dem Operateur trotz des aus
tierseuchenhygienischen Gründen erforderlichen Einpackens der Kamera in PE-
Flachbeutel eine gute Sicht ermöglicht. Die Kamera lässt sich sowohl automatisch
als auch manuell fokussieren, was bei der Tierbeobachtung ein erheblicher Vorteil
ist. Die geometrische Auflösung liegt bei 1,3 mRad. Die P640 hat eine thermische
Empfindlichkeit von 0,06°C bei 30 °C Umgebungstemperatur und eine Bildfrequenz
von 30 Hz. Die Genauigkeit liegt bei +/- 2°C bzw. 2 % des Ablesewertes. Der
Spektralbereich geht von 7,5-13 µm. Die Objektparameter können alle individuell in
der Kamerasoftware eingestellt werden. Die Bilder werden auf auswechselbare SD-
Speicherkarten gespeichert und können anschließend auf einen Computer überspielt
werden.
Material und Methoden 31
3.2 Kalibrierung für den praktischen Einsatz
3.2.1 Bestimmung des Transmissionsgrades
Da die Infrarotkamera aus hygienischen Gründen vor dem Betreten einzelner
Stallabteile der Isolierstation bzw. der einzelnen kommerziellen Betriebe mit einer
speziellen Technik in Low Density Polyethylen (LDPE) Flachbeutel eingepackt und
luftdicht mit Klebeband zugeklebt werden musste, waren Kalibrierungstests zur
Bestimmung des Transmissionswertes (Maß für die Durchlässigkeit eines Stoffes für
Infrarotstrahlung) dieser spezifischen Flachbeutel notwendig. Der ermittelte Wert
wurde anschließend in den Versuchen am Tier in der Kamera voreingestellt, um den
Fehler durch die Folie vor der IR Linse zu korrigieren. Die Infrarotkamera wurde auf
einem Kamerastativ befestigt und über ein Akkuladekabel kontinuierlich mit Strom
versorgt. Die zu testenden LDPE - Flachbeutel der Firma Transpak AG (Solms,
Germany) waren transparent und laut Herstellerangaben 25 µm dick. Des Weiteren
wurden normale Haushaltsgummis zur straffen Fixierung der Folie vor der
Kameralinse und ein Thermohydrometer (Temperaturstation, Art. Nr.: 650239-62,
Conrad Electronics SE, Hirschau, Germany) zur genauen Ermittlung der
Raumtemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit eingesetzt. Als Referenz wurde ein
Infrarotprüfstrahler, Modell PS 80 der Firma DIAS Infrared GmbH (Dresden,
Germany) verwendet.
Abb. 3.1: Transmissionsgrad von Polyethylen bei verschiedenen Wellenlängen und zweiverschiedenen Dicken (25µm und 250µm) (FLIRSYSTEMS GMBH a)
Material und Methoden 32
Abb. 3.2: Versuchsaufbau, hinten links der IR Prüfstrahler und vorne rechts die IR Kamera aufeinem Stativ im Abstand von 80 cm
Abb. 3.3: LDPE Folie vor der Linse, mit einem handelsüblichen Haushaltsgummi straffgespannt
Die Versuche wurden in normal temperierter (ca. 22 °C), warmer (ca. 29 °C) und
kalter (ca. 3°C) Umgebung durchgeführt. In der Kamera wurde vor den Messungen
die Raumtemperatur (= reflektierte Temperatur = Temperatur der externen Optik)
Material und Methoden 33
und die relative Luftfeuchtigkeit spezifisch eingestellt. Der Emissionsgrad des
Prüfstrahlers (E = 0,97), der Abstand zwischen dem Prüfstrahler und der
Kameralinse (0,8 m) und der zunächst eingestellte Transmissionswert von 1,0
blieben bei allen Messungen konstant. Vor jeder Messreihe wurde der IR Kamera
eine Aufwärmphase von mindestens 15 Minuten eingeräumt. Die
Referenztemperaturen wurden in Schritten von je 0,5 °C von 27°C bis 45 °C am
Prüfstrahler eingestellt und in der Kamera ein immer gleich großes Quadrat in die
homogen temperierte Prüfstrahlerfläche gelegt. Die Temperaturwerte, die dann mit
und ohne Flachbeutel vor der Kameralinse ermittelt wurden, entsprachen
Mittelwerten der Durchschnittswerte des Messrechteckes (geringfügige
Schwankungen waren vorhanden). Bei einer Prüfstrahlertemperatur wurden
nacheinander beide Messungen (mit und ohne Flachbeutel) gemacht. Kurz vor dem
Ablesen des Temperaturwertes wurde stets manuell die Selbstkalibrierung der IR
Kamera ausgelöst, um die Messungenauigkeit der IR Kamera so gering wie möglich
zuhalten.
Dieselben zwei Flachbeutel, welche am 29.01.08 in warmer Umgebung (ca. 29°C)
getestet wurden, wurden am 30.01.08 in kalter Umgebung (ca.3°C) und am 31.01.08
bei normaler Raumtemperatur (ca. 22°C) getestet. Bei der Auswertung musste
zunächst mit Hilfe eines Programms der Firma Dias Infrared (Dresden, Germany) die
zur ermittelten Temperatur gehörende Strahldichte errechnet werden. Aus diesen
Strahldichten wurde im Anschluss der Quotient Strahldichte „mit Tüte“/ Strahldichte
des Prüfstrahlers = Transmissionswert der Folie errechnet.
3.2.2 Ermittlung des Emissionsgrades von Schweinehaut
Der Emissionsgrad eines Stoffes gibt an, wie viel Strahlung im Vergleich zu einem
idealen Wärmestrahler bei gleicher Temperatur abgegeben wird. Er ist abhängig von
der Zusammensetzung des Stoffes, der Oberflächenbeschaffenheit, der Temperatur
und der Wellenlänge der emittierten Strahlung. Somit ist es notwendig, den
spezifischen Emissionsgrad von Schweinehaut zu kennen, um aussagefähige Werte
zu erhalten (RICHTLINIE 3511 VDI 1995). Zur Ermittlung des Emissionsgrades von
Material und Methoden 34
Schweinehaut wurden zunächst Hautproben frisch getöteter, klinisch gesunder
Schweine entnommen. Drei der sechs Tiere waren 15-20 kg schwer und gehörten
der Rasse deutsches Hybridschwein an. Ein weiteres Tier der Rasse deutsches
Hybridschwein und eine Pietrainkreuzung konnte in die Kategorie Mast eingeordnet
werden. Das sechste Tier war eine Altsau der Rasse dänisches Hybridschwein mit
247 kg Körpergewicht. Entnommen wurden die Ohren inklusive des Ohrgrundes
(Schnitt im Bereich der behaarten Haut), außerdem ein Stück der Rückenhaut caudal
der Schulterblätter circa eine Hand breit links und rechts der Medianen und circa drei
Hand breit lang. In die Tiefe ging es bei den Jungtieren bis zur Muskulatur, bei
Alttieren waren circa zwei bis drei Zentimeter Unterhautfett einbezogen. Im Labor
wurde die Haut vom Ohrknorpel abgetrennt und die Hautstücke wurden von
Muskulatur, Blut etc. befreit. Anschließend wurden sie abgewaschen, getrocknet und
für den Versand auf eine mit Aluminiumfolie beschichtete Pappe befestigt, mit
Aluminiumfolie mehrfach umwickelt und in einer Plastiktüte sicher verschlossen. Die
Proben wurden bei -80 °C eingefroren und per Kurier auf Trockeneis bzw. gefrorenen
Kühlakkus an das BAVARIAN CENTER FOR APPLIED ENERGY RESEARCH,
Abteilung: Funktionsmaterialien der Energietechnik, ZAE Bayern, Am Hubland,
97074 Würzburg verschickt.
Abb. 3.4: Hautproben nach der Bearbeitung, fertig zum Versand; linkes Bild die Ohrhaut desPietrain-Kreuzungstieres, rechtes Bild ein Stück Rückenhaut eines deutschenHybridschweines
Material und Methoden 35
Die Ermittlung des Emissionsgrades bei zwei verschiedenen Objekttemperaturen
(30°C und 40°C) erfolgte im weiteren Verlauf durch das ZAE. Zunächst wurde der
spektrale gerichtet-hemisphärische Reflexionsgrad der Proben mit einer Ulbricht-
Kugel bei Raumtemperatur gemessen. Aus dem spektralen gerichtet-
hemisphärischen Reflexionsgrad wurde dann der gerichtet-spektrale Emissionsgrad
senkrecht zur Oberfläche für nichttransparente Proben berechnet. Zur Messung der
Proben im Wellenlängenbereich von 2 μm bis 14 μm wurde ein Fourier-
Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR-Spektrometer) der Firma Bruker
verwendet (ARDUINI-SCHUSTER u. MANARA 2008). Aus dem so gewonnenen
spektralen Emissionsgrad wurde der thermische Emissionsgrad berechnet.
Der thermische Emissionsgrad wird im Folgenden als Gesamtemissionsgrad
bezeichnet. Dies ist ein Maß für die Wärmemenge, die eine solche Oberfläche
insgesamt abstrahlt. Der Gesamtemissionsgrad in Abhängigkeit von der Temperatur
lässt sich aus dem spektralen Emissionsgrad durch Integration über alle
Wellenlängen mit der Planck-Funktion als Gewichtungsfunktion berechnen. Bei
dieser Untersuchung wurde der Gesamtemissionsgrad bei einer Temperatur von T =
303 K (ca. 30 °C) und T = 313 K (ca. 40 °C) ermittelt. Der gerichtet-spektrale
Emissionsgrad der untersuchten Proben senkrecht zur Oberfläche wurde an
mehreren Stellen der Proben gemessen (ARDUINI-SCHUSTER u. MANARA 2008).
Material und Methoden 36
3.3 Tierversuche unter standardisierten Bedingungen
3.3.1 Tiere, Haltungsbedingungen und tägliche Aufzeichnungen
Zwei Infektionsversuche des europäischen Referenzlabores (EURL) für KSP wurden
genutzt, um unter kontrollierten Bedingungen Infrarotmessungen vorzunehmen. Bei
den beiden Tierversuchen mit der Kennung V2008-1 und V2008-3 wurden Schweine
aus dem Bundes Hybrid Zucht Programm (BHZP) mit Naima Sauen als Muttertiere
aus dem Lehr- und Forschungsgut Ruthe der Stiftung Tierärztliche Hochschule
Hannover verwendet. Die Tiere waren bei der Einstallung zwischen sechs und zehn
Wochen alt und klinisch unauffällig.
Die Tiere wurden einstreulos bei einem negativen Luftdruck von -100 Pa unter S3
Sicherheitsbedingungen in einzeln abgetrennten Abteilen in Kleingruppen mit bis zu
sechs Tieren auf Asphaltboden gehalten. Die Fütterung der Tiere und Reinigung der
einzelnen Stallabteile erfolgte einmal täglich. Sie bekamen kommerziell erhältliches
Ferkel- bzw. Mastfutter (Hanno Ferkelstarter bzw. Hanno Mittel/ Endmast ME 260 der
Harzer Tiernahrung GmbH, Wallmoden, Germany). Wasser stand ihnen über eine
Selbsttränke ad libitum zu Verfügung. Zu Versuchsbeginn wurden alle Tiere
individuell mit Ohrmarken gekennzeichnet sowie auf Abwesenheit neutralisierender
Antikörper gegen Pestiviren untersucht.
Die Versuche wurden unter dem Aktenzeichen 33.42502-05-08A538
(Niedersächsisches Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit)
mit folgenden Zielsetzungen durchgeführt:
V2008-1
Die Erstellung von antigen- bzw. antikörperpositiven Referenzseren und Studien der
Klinik sowie der Pathogenese von modernen CSF Stämmen im Rahmen der
Aufgaben des EURL.
Material und Methoden 37
Des Weiteren fand in der Zeit des Tierversuches ein Workshop im Rahmen des
EURL statt, bei welchem den Teilnehmern u. a. die Klinik und Pathologie der
verschiedenen CSF Stämme veranschaulicht wurde. Außerdem wurde die
Infrarotthermographie als eine nicht invasive Methode der Hauttemperaturmessung
erprobt.
Zur Infektion wurden bei V2008-1 fünf verschiedenen CSFV Isolate verwendet
(CSF0864, CSF0382, CSF0870, CSF1027 und CSF1019), wobei CSF0864 und
CSF0382 jeweils bei zwei unterschiedlichen Altersgruppen eingesetzt wurden. Zu
Beginn des Versuches (18.03.08) waren 25 Tiere sechs bis acht Wochen und 6 Tiere
achtzehn Wochen alt. Sie wurden randomisiert in sieben Gruppen eingeteilt, wobei
zwei Gruppen aus je drei achtzehn Wochen alten Tieren bestanden.
Pro Isolat wurden drei Schweine intranasal infiziert. Die Virusisolate CSF0864,
CSF0870, CSF1027 und CSF1019 wurden alle am 27.03.08 inokuliert. Das
Virusisolat CSF0382 wurde eine Woche später an die Tiere verabreicht.
Material und Methoden 38
Tabelle 3.1: Beschreibung der eingesetzten KSP-Virusisolate im Tierversuch V2008-1
Virusstamm Details zum VirusisolatVirustiter/0,1 ml konz.Virussuspension (KID50)
CSF0382Originalname: Kozlov, aus der CzechischenRepublik, beim Hausschwein, Genotyp 1.1 103,25
CSF0864Jahr der Isolierung: 2007, Originalname: 275/4, ausBulgarien, beim Hausschwein, Genotyp 2.3
104,75-5,0
CSF0870Jahr der Isolierung: 2007, Originalname: 606/07,aus Kroatien, beim Hausschwein, Genotyp 2.3
105,5
CSF1027Jahr der Isolierung: 2007, Originalname: N719928/60, aus Ungarn, in Wildschweinen, Genotyp2.3
105,0-5,5
CSF1019Jahr der Isolierung: 2007, Originalname:Romania/TM/120/07, aus Rumänien, beimHausschwein, Genotyp 2.3
105,7
CSFV0382 wird als hoch virulent eingestuft und dient in vielen Versuchen als
„Referenzvirus“ (WIJNKER et al. 2008). CSFV0864 und CFSV0870 (FLOEGEL-
NIESMANN et al. 2009), CSFV1019 (LOHSE et al. 2010) und CSF1027 (EURL,
unveröffentlichte Daten) werden als moderat bis hoch virulent eingestuft.
Außer bei den zwei Abteilen mit den älteren Tieren wurden nach einem Tag pro
Gruppe noch zwei Kontakttiere hinzu gestallt. Dies ergibt eine Gesamtzahl von 31
Tieren. Die Datenaufzeichnungen gingen vom 26.03.08 bis zum 23.04.08.
Material und Methoden 39
V2008-3
Dieser Tierversuch diente der Herstellung von antigen- bzw. antikörperpositiven
Referenzseren, Studien der Klinik sowie der Pathogenese von zur Zeit kursierenden
CSF Stämmen im Rahmen der Aufgaben des EURL, Demonstrationszwecken für
einen Praxis-Workshop „KSP“ der EU Anfang November 2008 und der Überprüfung
der Anwendbarkeit der Thermographie zur Früherkennung von Fieber und zur
Gewinnung von Datenmaterial in Form von Fotos und Videoaufnahmen für
Lehrzwecke.
Die Tiere hatten vor der Infektion eine Eingewöhnungszeit von circa einer Woche.
Bei V2008-3 kamen vier verschiedene CSFV Isolate zum Einsatz, es handelte sich
um CSF0864, CSF0940, CSF0822 und CSF0382. Die Tiere waren zu Beginn
(07.10.08) ungefähr acht Wochen alt. Pro Virusisolat wurden vier Tiere infiziert
(außer CSF0864, hier waren es nur drei Tiere). Zu den Tieren, die mit CSF0864
infiziert wurden, wurden am folgenden Tag drei Kontakttiere hinzugestallt. Bei
CSF0822 waren es zwei Kontakttiere die hinzukamen. Die Infektionen mit CSF0864,
CSF0940 und CSF0822 fanden am 16.10.08 und beim Virusisolat CSF0382 am
28.10.08 statt. Insgesamt ergibt sich somit eine Anzahl von 20 Tieren. Die Infektion
fand ebenfalls intranasal statt.
Material und Methoden 40
Tabelle 3.2: Beschreibung der eingesetzten KSP-Virusisolate im Tierversuch V2008-3
Virusstamm Details zum VirusisolatVirustiter/ 0,1ml TCID50 (des
Inokulums: Original Titer wurdeverdünnt)
CSF0864Jahr der Isolierung: 2007, Originalname: 275/4,aus Bulgarien, beim Hausschwein, Genotyp 2.3
10 3,75
CSF0940C-Stamm, Riemser Arzneimittel, aus
Deutschland, Genotyp 1.110 3,0
CSF0822Jahr der Isolierung: 2003, aus Frankreich, in
Wildschweinen, Genotyp 2.3103,5
CSF0382Originalname: Kozlov, aus der CzechischenRepublik, beim Hausschwein, Genotyp 1.1
104,75
CSF0864 gilt als moderat bis hoch virulent (FLOEGEL-NIESMANN et al. 2009),
CSF0940 ist eine modifizierte Lebendvakzine, CSF0822 ist moderat virulent (EURL,
unveröffentlichte Daten) und CSF0382 ist ein hoch virulente Variante der
Schweinepest (WIJNKER et al. 2008).
Die Datenaufzeichnungen wurden vom 13.10.08 bis zum 31.10.08 durchgeführt.
Die IR Aufnahmen erfolgten stets vor Manipulation der Tiere, wie z.B.
Blutentnahmen. Zeitgleich wurde die rektale Temperatur aller Tiere gemessen
(Geratherm Plus, Modell 2020, CE 0118; Geratherm Medical AG, Geschwenda,
Germany) und mittels eines Clinical Score (MITTELHOLZER et al. 2000) der
klinische Gesundheitszustand der Tiere bestimmt.
Material und Methoden 41
Außerdem wurden alle Auffälligkeiten notiert, die einen möglichen Einfluss auf die IR
Bilder haben könnten (Dichte des Haarkleides, Verschmutzungen, Kameraabstürze
u. a.) und Tageslichtbilder angefertigt.
Um anschließend exakte Werte bei der Auswertung zu bekommen, wurde in jedem
Stallabteil ein Thermohydrometer (Temperaturstation, Art. Nr.: 650239-62; Conrad
Electronics SE, Hirschau, Germany) aufgestellt und vor den Messungen ein Abgleich
in der IR Kamera vorgenommen.
Wurden die Tiere im Verlaufe des Tierversuches moribund, so wurden sie
euthanasiert und einer Sektion unterzogen. Die restlichen Tiere wurden im Verlaufe
der Workshops bzw. nach Entwicklung einer effektiven Immunantwort gegen das
KSPV ebenfalls euthanasiert und mit Hilfe eines standardisierten
Untersuchungsschemas (FLOEGEL-NIESMANN et al. 2003) nach den akkreditierten
Untersuchungsverfahren des EURL obduziert. Die Euthanasie erfolgte durch
intravenöse Applikation einer Überdosis Pentobarbital (Narcoren ®, Merial GmbH,
Hallbergmoos, Germany).
3.3.2 Methodik im Stall
Die Objektparameter relative Luftfeuchtigkeit und Raumtemperatur (= reflektierte
Temperatur = Temperatur der externen Optik) wurden im jeweiligen Stallabteil zu
Beginn und zum Schluss der Messungen aufgezeichnet. Der Mittelwert wurde
anschließend bei der Auswertung in der Software eingestellt. Alle anderen
Objektparameter wie der Emissionsgrad von Schweinehaut (= 0,98), der
Transmissionsgrad der LDPE – Flachbeutel (= 0,95) und der Abstand zwischen
Kamera und Objekt (=1 m) waren konstant eingestellt. Die IR Bilder wurden
möglichst immer zu selben Zeit morgens früh bis zum späten Vormittag angefertigt.
Die IR Kamera hatte zu Beginn der Messungen eine Aufwärmphase von mindestens
15 Minuten. Die Messung der Rektaltemperatur und die Erhebung der IR Bilder
wurden bei den zahmen Versuchtieren kurz hintereinander durchgeführt. Die Tiere
wurden zuerst gefüttert und währenddessen die Rektaltemperatur gemessen. Dann
Material und Methoden 42
wurden im Versuch V2008-1 Einzelaufnahmen von jedem Tier mit möglichst
senkrechtem Messwinkel zur interessierenden Region gemacht. Darüber hinaus
wurden Gruppenbilder der Tiere am Trog von vorne und hinten angefertigt. Im
zweiten Experiment lag der Schwerpunkt des Interesses auf den Gruppenbildern, die
als erstes aus verschiedenen Blickwinkeln angefertigt wurden. Anschließend wurden
Ganzkörper-Einzeltieraufnahmen von der linken und rechten Körperseite im
Vergleich zu Einzeltieraufnahmen anderer spezifischer Messregionen aufgenommen.
Die Umgebungstemperatur als ein wichtiger Einflussfaktor wurde in diesem zweiten
Tierversuch mit berücksichtigt. Vom 20.10.08 bis zum 23.10.08 wurde die
Umgebungstemperatur in drei Stallabteilen auf ca. 30 °C hoch reguliert. In den zwei
weiteren Stallungen wurde die Temperatur auf 19°C herunter reguliert. In den
kälteren Abteilen wurden Wärmelampen aufgehängt, die eine Stunde vor den
Messungen ausgeschaltet wurden. Die Anzahl von fünf Abteilen ergab sich daraus,
dass die Tiere, die mit CSF0822 infiziert wurden, für diesen Temperaturversuch in
zwei Gruppen à drei Tiere (zwei infizierte Tiere und ein Kontakttier) aufgeteilt worden
waren. Alle Daten wurden in vorgefertigten Protokollblättern eingetragen.
3.3.3 Methodik der Auswertung
Die Infrarotbilder gingen nur in die Berechnungen ein, wenn die zuvor definierten
Messregionen eingehalten wurden, d.h. in der Ohrregion waren es die Ohrrückfläche
und haarlose Bereiche caudomedial an der Ohrbasis. Der Winkel war hier
unberücksichtigt, aber es musste mindestens ein Ohr komplett zu sehen sein. In der
Schulterregion mussten beide Buggelenke erkennbar sein. Die Rückenregion reichte
von caudal des Ellbogengelenkes bis zur cranialen Kniefalte, möglichst senkrecht
von oben, ca. 2/3 der Rückenfläche mit der Wirbelsäule als Mittellinie. Die seitliche
Region, welche beim Tierversuch V 2008-3 zusätzlich untersucht wurde, war definiert
als der Bereich caudal der Ellenbogen bis cranial zur Kniefalte als seitliche Ansicht
des Tieres.
Des Weiteren mussten einzelne Haare in den Messregionen erkennbar und die
Umrisse der Messregion deutlich abgrenzbar sein.
Material und Methoden 43
Im zweiten Schritt wurde mit Hilfe der Kamera kompatiblen Software Thermacam
Researcher ein Messrechteck auf die entsprechende Messregion gelegt. In diesem
Feld wurde nun der maximale Wert dieser Fläche angezeigt. Der Durchschnittswert
der maximalen Werte mehrerer Bilder einer Messregion ging dann in die
Korrelationsberechung mit der Rektaltemperatur ein. Die Rektaltemperatur war
während der IR-Bild Auswertung nicht bekannt.
Abb. 3.5: Messregion Schulter, die Umrisse sind scharf, die einzelnen Haare klar zu erkennen,die Winkel zwischen Kamera und Schulterpartie ist nahezu 90°
Material und Methoden 44
Abb. 3.6: Messregion Ohr, beide Ohren sind von hinten getroffen, der haarlose Bereich deslinken Ohres ist gut sichtbar, die Umrisse sind scharf und einzelne Haare erkennbar
Abb. 3.7: Messregion Rücken, die Umrisse sind scharf, die einzelnen Haare klar erkennbar, derWinkel zwischen Kamera und Rücken beträgt nahezu 90°
Material und Methoden 45
Abb. 3.8: Messregion Körperseite, die Umrisse sind scharf, die einzelnen Haare erkennbar, derWinkel zwischen Kamera und Rücken beträgt nahezu 90°
Zur Gruppenbildauswertung wurde in der Auswertungssoftware der für die
Altersgruppen spezifische Cut off der Seiten-/Rückenregion in den Bildern eingestellt.
Dieser wurde zuvor anhand der Einzeltierergebnisse durch den Statistiker Herrn Dr.
Ziller (Friedrich-Loeffler Institut, AG Biomathematik, Insel Riems) für die drei
Altersgruppen und die unterschiedlichen Regionen ermittelt, bzw. wurden für die
Hautregionen bei der Altersgruppe der Läufer Formeln aufgestellt, da hier die
Hauttemperatur signifikant von der Umgebungstemperatur abhängig ist.
Material und Methoden 46
Abbildung 3.9: Gruppenbild von Läufern, Rektaltemperaturen der Tiere von links nach rechts:38,4°C, 41,1°C, 39,4°C und 38,8°C; Cut off Wert der Hauttemperatur der Rücken- undKörperseitenregion: 37,7°C; Tier 2 ist laut Rektaltemperatur fieberhaft und wurde anhand derHauttemperatur ebenfalls als fieberhaft identifiziert, die übrigen drei Tiere haben kein Fieberund wurden auch entsprechend erkannt.
23,6°C
39,8°C
30
Material und Methoden 47
23,6°C
39,9°C
30
Abb. 3.10: Gruppenbild von Läufern, Rektaltemperaturen der Tiere von links nach rechts:40,0°C, 39,3°C, 39,7°C, 40,9°C und 40,9°C; Cut off Wert der Hauttemperatur der Rücken- undKörperseitenregion: 38,0°C; Tier 4 und 5 sind laut Rektaltemperatur fieberhaft und wurdenanhand der Hauttemperatur nicht als fieberhaft identifiziert, die übrigen drei Tiere haben keinFieber und wurden auch entsprechend erkannt.
Die Tiere wurden von links nach rechts durchnummeriert, wechselten sie während
der Bildaufnahmen den Platz, wurde trotzdem der Platz auf dem ersten Bild als
Lokalisation angenommen. Nun wurde für jedes Tier auf den Bildern die
Entscheidung, “fieberhaft“ oder “nicht fieberhaft“, anhand der Hauttemperaturen im
Rücken bzw. Körperseitenbereich getroffen und mit den Rektaltemperaturwerten
verglichen. Diese Werte wurden in einer Tabelle mit der ordinalen Skala 0= nicht
fieberhaft und 1= fieberhaft eingetragen.
Es wurden stets mehrere Bilder pro Tag/Gruppe angefertigt und eine Gruppe wurde
nur gewertet, wenn mindestens 3 auswertbare Bilder vorhanden waren. Sobald ein
Tier auf nur einem Bild fieberhaft war, wurde es als fieberhaft anhand der
Hauttemperatur eingestuft.
Material und Methoden 48
3.4 Betriebsbesuche kommerzieller Schweinebestände
Die Bestände, welche von August bis Dezember 2008 je vier Mal untersucht wurden,
befinden sich in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen. Es sind acht Betriebe, vier
Mastställe und vier Sauenhaltungen. Der Betrieb H wurde nur einmal besucht.
Tabelle 3.3: Beschreibung der Betriebe
Name desBetriebes
Postleitzahl OrtNutzungs-Richtung
RasseAnzahlderTiere
Haltungsform
A 49456 Bakum Sauen PIC, BHZP 680Kastenstände,Vollspalten
B 49456 Bakum Mast PIC 320 Vollspalten
C 49632Essen i.Oldenburg
Mast PIC 693 Vollspalten
D 49429 Visbek Sauen BHZP 300Gruppenhaltung +Kastenstände,Vollspalten
E 32694Dörentrup-Bega
Sauen
PIC,Schwäbisch –Hällisches,Hampshire, PICx Hampshire
270Gruppenhaltung +Kastenstände,Vollspalten + Stroh
F 32694Dörentrup-Bega
Sauen PIC, HYPOR 180Gruppenhaltung +Kastenstände,Vollspalten + Stroh
G 32694Dörentrup-Bega
Mast PIC, HYPOR 900 Vollspalten
H 49832 Beesten Mast PIC und BHZP 840Vollspalten,Teilspalten
Material und Methoden 49
Wie auch bei den Tierversuchen wurde die Kamera vor jedem Gebrauch in LDPE –
Flachbeutel eingepackt. Die Stalltemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit wurden
ebenfalls mit einem Thermohydrometer der Firma Conrad Electronics bestimmt.
Dafür wurde es im Gang vor der speziellen Bucht oder an der Wand bzw. auf die
Buchtenabtrennung aufgestellt. Für eine detaillierte Dokumentierung wurde zeitgleich
zu jedem IR-Bild auch ein Tageslichtbild gemacht. Vor jeder Messreihe hatte die IR
Kamera mindestens eine 15 minütige Aufwärmphase.
Es wurde versucht, durch die Erhebung der Daten möglichst zur selben Tageszeit,
durch Messung immer der gleichen Abteile und Buchten auf den Betrieben mit der
zeitgleichen Erhebung der IR Bilder und der Rektaltemperatur durch zwei Personen
und durch stete IR Bild Erhebung durch denselben Untersucher die Bedingungen
soweit dies möglich war zu standardisieren.
In den Kastenstandabteilen und Abferkelbuchten der Sauenhaltungen wurden die
Ohrmarken der zu messenden Einzeltiere sowie Besonderheiten, wie z.B. der
Abferkeltermin o. ä., notiert. Danach wurden die IR Aufnahmen gemacht. Es wurden
immer 25 % eines Abteils, d.h. jedes vierte Tier, beprobt. Gab es schon vorher
Informationen zu fieberhaften Sauen, wurden diese zusätzlich untersucht. Für die
einzelnen Betriebe wurden spezifische Schemata bezüglich der Verteilung der zu
untersuchenden Abteile ausgearbeitet. Bei Sauengruppen bzw. in Mastabteilen
wurden mindestens 25 % eines Abteils bzw. einer Bucht untersucht. Auch hier gab
es spezifische Beprobungspläne für die einzelnen Betriebe und ihre Abteile. Mithilfe
der Kamera wurde ein Übersichtseindruck der Tiere einer Bucht erstellt, um
besonders auffällige Tiere, d.h. mit einer besonders hohen oder niedrigen
Hauttemperatur, zu erkennen. Diese Tiere wurden dann mit einem Viehzeichenstift
mit einer Nummer auf dem Rücken markiert und es wurden IR Aufnahmen vom
Rücken und ggf. beider Körperseiten und den Ohren (Sauen, Bestand D) gemacht.
Anschließend wurde die Rektaltemperatur dieser Tiere mit einem elektronischen
Veterinär-Fieberthermometer (Mircolife VT 1831 Vet Temp, garantierte
Messgenauigkeit von +/- 0,1°C zwischen 34 und 42°C bei 18-28 °C
Umgebungstemperatur) möglichst zeitgleich bestimmt. Gab es keine besonders
auffälligen Tiere, wurden zufällig Tiere aus der Gruppe herausgesucht. Bei den
Material und Methoden 50
Sauen wurden Tiere aus Abferkelbuchten, Kastenständen und Gruppenhaltung in die
Daten miteinbezogen. Bei den Masttieren wurden nur Kleingruppen bis 15 Tiere pro
Bucht berücksichtigt, da Erfahrungswerte der ersten Messversuche gezeigt hatten,
dass die Evaluierung der Methode bei Absetzferkeln, Vormasttieren und Masttieren
in Großgruppen (bis 50 Tiere) aufgrund von zu viel Tierbewegung zu nicht
aussagefähigen Daten geführt hatte. In wenigen Fällen war es auch möglich
auswertbare Gruppenbilder anzufertigen. Die Daten wurden in vorgefertigten
Protokollen eingetragen.
3.5 Statistik
Zur Berechnung des Mittelwertes, zur Ermittlung der Standardabweichung und zur
Korrelationsanalyse nach Pearson wurde das Programm Microsoft Excel 2003
verwendet.
Die weitere Auswertung der Einzeltierergebnisse anhand einer linearen
Regressionsanalyse, die Tests auf Signifikanz und die Festlegung der Cut off Werte
erfolgte durch Herrn Dr. M. Ziller (FLI, Insel Riems) mit Hilfe des Statistik Programms
R, Version 2.8.1 (R DEVELOPMENT CORE TEAM 2008).
Ziel war es, einen Zusammenhang zwischen der gemessenen Hauttemperatur und
der Rektaltemperatur als Standardwert herzustellen. Dazu wurden weitere Einflüsse
wie die Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchte, betrachtet.
Für jede Hautregion und jede Tierklasse getrennt wurde mit Hilfe einer multiplen
linearen Regression (RASCH u. VERDOOREN 2003; HARTUNG u. ELPELT 2007)
die funktionale Abhängigkeit der Rektaltemperatur von der Hauttemperatur und den
weiteren Einflüssen modelliert. Dabei stellte sich heraus, dass die relative Luftfeuchte
in keinem Fall einen signifikanten Einfluss zeigte. Weiterhin war der Einfluss der
Umgebungstemperatur ausschließlich für die Läufer signifikant, für die anderen
Altersgruppen nicht. Dementsprechend wurden die Modelle reduziert.
Material und Methoden 51
Somit ergab sich für die Läufer ein multipler linearer Zusammenhang zwischen
Rektaltemperatur, Hauttemperatur und Umgebungstemperatur:
Rektaltemperatur = a + b x Hauttemperatur + c x Umgebungstemperatur
Damit konnte der bekannte Cut off Wert für die Rektaltemperatur direkt durch
Umstellung der Gleichung in einen Cut off Wert für die Hauttemperatur umgerechnet
werden:
Cut off Rektal = a + b x Cut off Haut + c x Umgebungstemperatur
b x Cut off Haut = Cut off Rektal - a - c x Umgebungstemperatur
Cut off Haut = 1/b x Cut-off Rektal - a/b - c/b x Umgebungstemperatur
Da der jeweilige rektale Cut off Wert bekannt ist, bleiben zwei Konstanten in der
Gleichung übrig:
a1 = 1/b x Cut off Rektal - a/b
a2 = - c/b
und das Ergebnis ist dann:
Cut off Haut = a1 + a2 x Umgebungstemperatur
Für die Ohrregion der Läufer ergab sich z.B.:
Cut off Haut = 36,70 + 0,1065 x Umgebungstemperatur
Für die anderen Altersgruppen ergab sich ein einfacher linearer Zusammenhang und
der Cut off Wert für die Hauttemperatur kann direkt aus dem Cut off Wert für die
Rektaltemperatur ausgerechnet werden:
Material und Methoden 52
Cut off Rektal = a + b x Cut off Haut
b x Cut off Haut = Cut off Rektal - a
Cut off Haut = 1/b x Cut-off Rektal - a/b
Da der jeweilige rektale Cut-off Wert bekannt ist, ist das Ergebnis hier eine feste
Zahl. Für die Anpassungsgüte des linearen Modells ist das r 2 (Quadrat der
Korrelation) ein aussagekräftiges Maß. Es kann als eine Varianzerklärung
interpretiert werden. Dabei werden die Fehler des Modells mit den Fehlern eines
Standardmodells verglichen. Der Wert gibt dann den Anteil der Fehlervarianz des
Standardmodells (meist in Prozent) an, der durch das betrachtete Modell erklärt wird.
Das multiple R-Quadrat spiegelt dabei das einfache Varianzverhältnis wieder. Das
korrigierte R-Quadrat ( adjusted r-squared) berücksichtigt zusätzlich noch die Anzahl
der geschätzten Parameter. Beim Vergleich verschiedener Modelle wird ein Modell
mit mehr geschätzten Parametern (weniger Freiheitsgraden) 'bestraft'. Das ergibt ein
realistischeres Bild der tatsächlichen Varianzerklärung. Je mehr Datenpunkte zur
Verfügung stehen, je geringer wird die 'Strafe' ausfallen.
Des Weiteren wurden Sensitivität, Spezifität, Testeffizienz und prädiktive Werte
ermittelt, um die Güte eines neuen diagnostischen Tests zu beurteilen.
Die Sensitivität ist ein Maß dafür, wie viele richtig positive Ergebnisse im Vergleich
zur Anzahl aller positiven Ergebnisse, d.h. auch den falsch negativen Ergebnissen
vorhanden sind. Im Gegensatz dazu sagt die Spezifität etwas darüber aus, wie viele
richtig negative Ergebnisse im Vergleich zu allen negativen Ergebnissen, d.h. auch
den falsch positiven Ergebnissen vorhanden sind (SCHWARZER et al. 2002a).
Die Testeffizienz ist ein Maß wie viele richtig positive und richtig negative Ergebnisse
ein diagnostisches Verfahren liefert, gemessen an der Gesamtzahl der Messungen
(BREDNER 2013).
Prädiktive Werte beschreiben die Wahrscheinlichkeit der Richtigkeit eines
Testergebnisses (SCHWARZER et al. 2002 b).
Ergebnisse 53
4 Ergebnisse
4.1 Physikalische Parameter
4.1.1 Transmissionsgrad
Zur Ermittlung des Transmissionswertes (T-Wert) der LDPE-Flachbeutel wurden acht
Tüten des gleichen Herstellers untersucht. Zwei der Beutel wurden sowohl in normal
temperierter (22°C) Umgebung als auch in warmer (29°C) und kalter (3°C)
Umgebung getestet. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur führte zu höheren
Transmissionswerten, wohingegen eine Abnahme der Umgebungstemperatur durch
niedrigere Transmissionswerte im Vergleich zur normal temperierten Umgebung
gekennzeichnet war (Abb. 4.1). Je höher die Objekttemperatur desto geringer die
Differenz der Transmissionswerte in Bezug auf die Umgebungstemperaturen. Die
Körpertemperatur der untersuchten Schweine lag im Bereich von 27,0 °C – 42,0 °C.
Bezogen auf dieses Temperaturspektrum konnte ein Transmissionswert von 0,95 mit
einer Standardabweichung von 0,04 berechnet werden. Dieser Korrekturfaktor wurde
im Folgenden bei der Auswertung der Infrarotbilder verwendet.
Ergebnisse 54
Transmissionswert LDPE Flachbeutel
0,85
0,87
0,89
0,91
0,93
0,95
0,97
0,99
1,01
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45Objekttemperatur °C
T-W
ert
Tüte 1Tüte 2Tüte 3Tüte 4Tüte 5Tüte 6Tüte 7Tüte 8Tüte 7Tüte 8Tüte 7Tüte 8
Abbildung 4.1: Graphische Darstellung aller ermittelten Transmissionsgrade
4.1.2 Emissionsgrad
Die durch das ZAE Bayern ermittelten Emissionsgrade der Hautproben der sechs
Schweine ergaben einen Mittelwert von E = 0,98 mit einer Standardabweichung von
0,005. Bei der Berechnung wurden 36 Werte berücksichtigt, wobei der
Emissionsgrad jeweils bei 30°C und 40°C Objekttemperatur errechnet wurde
(Tab.4.1).
gelb: sechs verschiedene Flachbeutel bei einer Raumtemperatur von ca. 22°C
grün: Tüte 7 + 8 bei ca. 22 °C Raumtemperatur
rot: Tüte 7 + 8 bei ca. 29 °C Raumtemperatur
blau: Tüte 7 + 8 bei ca. 3 °C Raumtemperatur
Ergebnisse 55
Tabelle 4.1: Rohdaten der Emissionsgradauswertung
Rücken Ohr 1 Ohr 2
Schwein 1 30°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 1 40°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 2 30°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 2 40°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 3 30°C 0,99 0,99 0,98
Schwein 3 40°C 0,99 0,99 0,98
Schwein 4 30°C 0,99 0,97 0,98
Schwein 4 40°C 0,99 0,97 0,98
Schwein 5 30°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 5 40°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 6 30°C 0,98 0,98 0,98
Schwein 6 40°C 0,98 0,98 0,98
4.2 Auswertung der Infrarot-Bilder
4.2.1 Einzeltierauswertung
Nach Auswertung der IR-Bilder der einzelnen Tiere wurden die Mittelwerte der
Rohdaten mit Hilfe von statistischen Modellen (multiple lineare Regression) in
Zusammenarbeit mit Herrn Dr. Ziller (Friedrich–Loeffler-Institut, Insel Riems)
beurteilt. Die Ohrregion der Sauen, sowie die Schulterregion der Läufer und die
Rückenregion der Mastschweine erschienen dabei für die Bestimmung der
Körpertemperatur mittels IRT am geeignetsten. Bei den Läufern war die
Ergebnisse 56
Hauttemperatur stark Umgebungstemperatur abhängig, so dass hier für die
Berechnung des Cut off Wertes Funktionsgleichungen aufgestellt werden mussten.
Die Varianzerklärung (adjusted r2), d.h. das Maß für die Qualität des Modells
Hauttemperatur-Rektaltemperatur sah wie folgt aus (Tab.4.2).
Tab.4.2: Varianzerklärung für die Cut off Werte der verschiedenen Altersgruppen undKörperregionen
Sauen Mast Läufer
Ohr 0,48 0,15 0,38
Schulter 0,43 0,35 0,44
Rücken 0,29 0,39 0,43
Körperseite 0,06 - 0,36
Es ergaben sich folgende Cut off Werte:
Sauen: Ohrregion 35,8 °C
Schulterregion 35,2 °C
Rückenregion 34,9 °C
Körperseite 34,7 °C
Mastschweine: Ohrregion 36,9 °C
Schulterregion 36,0 °C
Rückenregion 35,8 °C
Körperseite nicht gemessen
Ergebnisse 57
Läufer: Ohrregion: 36,70 + 0,1065 x Umgebungstemperatur (in °C)
Schulterregion: 36,31 + 0,1001 x Umgebungstemperatur (in °C)
Rückenregion: 32,83 + 0,2071 x Umgebungstemperatur (in °C)
Körperseiten: 33,73 + 0,1733 x Umgebungstemperatur (in °C)
Die Körperseite der Sauen und die Ohrregion der Mastschweine wurden nicht weiter
ausgewertet, da der adjusted r2 bezüglich der Cut off Werte in diesen zwei Fällen
unter dem Wert von 0,25 lag und somit nur mit einem sehr geringen Prozentsatz
durch unser Modell (Hauttemperatur-Rektaltemperatur) erklärt werden konnte und
weitere Faktoren einen weit größeren Einfluß haben.
Berücksichtigt man als Beispiel bei den Mastschweinen den oben genannten Cut off
Wert der Hauttemperatur der Rückenregion (35,8 °C) und die durch Literaturangaben
(ELBERS 2007) für die Altersgruppe festgelegten Schwellenwerte bezüglich der
Rektaltemperatur (>40,0 °C) so ergibt sich folgendes Diagramm:
Ergebnisse 58
Mast
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
37 37,5 38 38,5 39 39,5 40 40,5 41 41,5 42
Rektaltemperatur [°C]
Rüc
kent
empe
ratu
r [°C
]
fieberhaft gesund
Abb. 4.2: Einzeltierergebnisse bezüglich der Hauttemperatur am Rücken mit dazugehörigerRektaltemperatur bei den Mastschweinen; Feld 1: alle falsch positiven Ergebnisse, Feld 2: allerichtig positiven Ergebnisse, Feld 3: alle richtig negativen Ergebnisse, Feld 4: alle falschnegativen Ergebnisse
In dem Diagramm der Mastschweine (Abb. 4.2), sind alle Wertepaare der Rücken-
Hauttemperatur und der Rektaltemperatur als Punkt abgebildet. Durch die Cut off
Werte der Rektaltemperatur und der Hauttemperatur wird das Diagramm in vier
Felder unterteilt. In Feld eins befinden sich alle falsch positiven Werte, wohingegen in
Feld zwei alle korrekt positiven Werte liegen, d.h. in diesen Fällen stimmen die Werte
der Rektal- und Hauttemperatur in Bezug auf fieberhafte Tiere überein. Das dritte
Feld kennzeichnet die korrekt negativen Werte, d.h. hier stimmen die Hauttemperatur
und die Rektaltemperatur in der Aussage “nicht fieberhaft“ überein. In Feld vier sind
die falsch negativen Werte lokalisiert. Diese Tiere wurden per Hauttemperatur nicht
als fieberhaft identifiziert, obwohl sie laut Rektaltemperatur Fieber hatten.
Bei den Läufern kann aufgrund der Abhängigkeit der Cut off Werte von der
Umgebungstemperatur kein einheitlicher Wert in einem Diagramm angegeben
werden. Aufgrund dessen wurden 31 Messungen beispielhaft betrachtet, wobei diese
1 2
43
Ergebnisse 59
alle bei einer Umgebungstemperatur von 24,2 °C durchgeführt worden waren, somit
war die Berechnung eines Cut off Wertes möglich.
Errechnet man anhand einer Kontingenztafel (Tab. 4.3) die Sensitivität, Spezifität
und Testeffizienz der Methodik bezogen auf die unterschiedlichen Altersgruppen und
Messregionen, so kommt man zu den folgenden Ergebnissen (Tab. 4.4). Die
Ohrregion der Sauen sei hier beispielhaft betrachtet, alle weiteren Vierfeldertafeln
finden sich in Anhang.
Tabelle 4.3: Vierfeldertafel der Einzeltiermessungen Sauen, Ohrregion
Sauen (52 Messungen) Ohrregionfieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nachHauttemperaturmessung
24 7 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
4 (falsch negativ) 17
Ergebnisse 60
Tabelle 4.4: Güte eines diagnostischen Verfahrens anhand der Sensitivität, Spezifität undTesteffizienz, gelb gekennzeichnet sind die laut statistischem Modell am besten geeignetenHautregionen
Sensitivität [%]
(95% Konfidenzinterval)
Spezifität [%]
(95% Konfidenzinterval)
Testeffizienz(%)
Cut off (°C) bei24,2°CUmgebungs-
temperatur
Sauen Ohr 85,7 (67,3;96,0) 70,8 (48,9;87,4) 79
SauenSchulter
75,0 (53,3;90,2) 63,3 (43,9;80,1) 69
SauenRücken
68,6 (54,1;80,9) 57,4 (43,2;70,8) 63
MastschweinSchulter
84,8 (71,1;93,7) 33,3 ( 7,5;70,1) 76
MastschweinRücken
63,6 (52,7;73,6) 76,2 (63,8;86,0) 69
Läufer Ohr 43,8 (19,8;70,1) 100,0 (78,2;100,0) 71 39,3
LäuferSchulter
60,0 (32,3;83,7) 93,3 (68,1;99,8) 77 38,7
LäuferRücken
43,8 (19,8;70,1) 92,9 (66,1;99,8) 67 37,8
LäuferKörperseite
100,0 (54,1;100,0) 57,1 (18,4;90,1) 77 37,9
Unter Berücksichtigung des prozentualen Anteils der laut Rektaltemperatur
fieberhaften Tiere ergeben sich folgende positive (PPV) und negative (NPV)
prädiktive Werte (Tab. 4.5).
Ergebnisse 61
Tabelle 4.5: positive und negative prädiktive Werte der Einzeltiermessungen bezogen auf diedrei Altersgruppen
fieberhafter Tiere (%) PPV NPV
Sauen Ohr 54 77 81
Sauen Schulter 44 62 76
Sauen Rücken 49 60 66
Mastschwein Schulter 84 87 30
Mastschwein Rücken 58 79 60
Läufer Ohr 52 100 63
Läufer Schulter 50 90 70
Läufer Rücken 53 88 59
Läufer Körperseite 46 67 100
Aus den Rohdaten der 262 fieberhaften und 262 nicht fieberhaften Tieren wurde der
Korrelationskoeffizient nach Pearson berechnet, wobei die Mittelwerte der vier
Körperregionen (Ohr, Schulter, Rücken, Seite) im Verhältnis zur Rektaltemperatur
gesetzt wurden. Der Korrelationskoeffizient für die Gesamtheit aller Tiere mit n = 524
beträgt für die Ohrregion 0,70 (p = 6,06E-52) (344 Messungen gingen hier in die
Berechnung ein), die Schulterregion 0,71 (p = 1,21E-54) (348 Messungen), die
Rückenregion 0,66 (p = 5,63E-63) (493 Messungen) und der Körperseite 0,79 (p =2,20E-17) (76 Messungen). Betrachtet man die einzelnen Altersgruppen so ergeben
sich die in Tabelle 4.6 nachstehenden Werte:
Ergebnisse 62
Tabelle 4.6: Korrelation von Haut- und Rektaltemperatur der verschiedenen Hautregionenaufgeteilt in die drei Altersgruppen (Signifikanzniveau: 0,05)
Mast (163 Tiere)
Ohr 0,40 (p = 0,005) (47 Messungen)
Schulter 0,60 (p = 1,29E-06) (55 Messungen)
Rücken 0,62 (p = 2,09E-17) (151 Messungen)
Läufer (248 Tiere)
Ohr 0,59 (p = 2,28E-24) (245 Messungen)
Schulter 0,65 (p = 4,39E-30) (239 Messungen)
Rücken 0,60 (p = 1,45E-24) (237 Messungen)
Seite 0,44 (p = 0,002) (46 Messungen)
Sauen (113 Tiere)
Ohr 0,70 (p = 7,69E-09) (52 Messungen)
Schulter 0,66 (p = 5,67E-08) (54 Messungen)
Rücken 0,54 (p = 2,77E-09) (105 Messungen)
Seite 0,30 (p = 0,11) (30 Messungen)
Bei der Betrachtung der Infrarotbilder unter Berücksichtigung der Rektaltemperatur
wurde deutlich, dass sich für jede Hautregion und Altersgruppe Temperaturspannen
(°C) ergeben die sich bei fieberhaften und nicht fieberhaften Tieren zum Teil deutlich
überlappen (Tab.4.7).
Ergebnisse 63
Tabelle 4.7: Minimale und Maximale Temperaturen der unterschiedlichen Messorte differenziertin die drei Altersgruppen
Sauen Mast Läufer
nicht fieberhaft fieberhaft nicht fieberhaft fieberhaft nicht fieberhaft fieberhaft
Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max
RT 37,8 39 39,1 41,1 37,9 40 40,1 41,9 38,3 40,5 40,6 41,9
Ohr 31,3 36,6 34,2 37,7 37,6 38,4 36,4 39,6 36,3 40,2 37,1 40,8
Schulter 27,6 36,8 34,4 36,8 34,1 37,6 33,7 39,6 35,6 39,3 36,7 40,7
Rücken 26,7 37,2 33,7 38,2 30,9 37,5 31,5 39,6 34,8 38,6 36 40,3
Seite 32,3 35 32,7 35,6 36,5 38,6 37 39,7
Betrachtet man einzelne Tiere über mehrere Tage, so wird deutlich, dass
Korrelationen zwischen der Rektaltemperatur und den Hauttemperaturen der
verschiedenen Regionen bei ein und demselben Tier große Differenzen aufweisen
können (Tab. 4.8).
Ergebnisse 64
Tabelle 4.8: Beispiele von Messungen der gleichen vier Tiere über mehrere Tage, gelb markiertsind die Korrelationen der Hautmessregionen dieses einzelnen Tieres
Einzeltier Beispiele fieberhaft Einzeltier Beispiele nicht fieberhaft
Tier 188 Ohr 0,17 Tier 207 Ohr 0,39
Schulter -0,20 Schulter 0,47
Rücken -0,35 Rücken 0,51
RT Ohr Schulter Rücken RT Ohr Schulter Rücken
40,5 37,6 37,1 37,5 39,3 37,3 36,8 36,2
40,7 38,1 37 37,6 39,3 38,7 38,4 38,3
41,1 37,6 37,2 n.A. 38,6 37,7 37,2 36,8
40,6 38,6 37,5 38,1 38,6 37,9 37,1 36,7
40,2 37,7 37,3 n.A. 39,3 38,1 37,3 37,4
41 38,6 37,8 37,1 39,4 37,6 37,3 37,3
40,8 38,9 37,5 37 39,8 38,1 37,6 37
40,4 38,6 37,9 37,7 40,3 38,4 37,9 38,1
40,6 38,9 38,2 38,6
41,2 38,7 37,6 37,3
40,2 38,4 38,1 37,4
Tier 233 Ohr 0,53 Tier 241 Ohr -0,60
Schulter -0,09 Schulter -0,24
Rücken 0,95 Rücken -0,61
Seite 0,88 Seite -0,09
RT Ohr Schulter Rücken Seite RT Ohr Schulter Rücken Seite
41 39,6 39 38,6 n.A. 39,3 38,8 37,8 38 38,2
40,9 39,6 38,8 38,4 38,3 39,7 39 38,4 38,4 38,6
41,3 39,6 n.A. n.A. 39,7 39,5 38,8 37,9 38,1 n.A.
40,9 39,1 38,3 38,1 38,9 39,5 37,7 36 36,2 37,3
40,6 38,6 38,1 36,7 n.A. 39,8 38,1 36,4 36,7 37,3
40,6 39,5 39,2 37,3 38,2 40,2 37,2 36,7 36,1 37,1
41,2 39,4 38,4 n.A. 39 40,3 38 37,2 36,4 38,4
Ergebnisse 65
Tier 188: ca. 55 kg Körpergewicht, normal stark beharrt, mit dem bulgarischen Isolat
infiziert (CSF0864)
Tier 207: ca. 20 kg Körpergewicht, ggr. stärker beharrt als für diese Gewichtsklasse
üblich, mit Kozlov infiziert (CSF0382)
Tier 233 + 241: ca. 30 kg Körpergewicht, 233 normal behaart, 241 ggr. weniger
Haare als für diese Gewichtsklasse üblich, mit dem bulgarischen Isolat infiziert
(CSF0864)
Zur Ermittlung der Abhängigkeit der Hauttemperatur von der Umgebungstemperatur
wurden sieben Läufer vier Tage bei kälterer Umgebung (ca. 19°C) untersucht und 13
Läufer wurden unter warmen Umgebungsbedingungen (ca. 31 °C) beprobt. Für jede
Hautregion (Ohr, Schulter, Rücken, Seite) wurde jeweils eine lineare Regression
berechnet. Zielgröße war die Rektaltemperatur, diese sollte geschätzt werden, als
Ersatz für eine Messung und zur Definition, ob Fieber besteht oder nicht. Als
Einflußgrößen wurden Hauttemperatur und Umgebungstemperatur eingesetzt.
Bei diesen Daten zeigte sich für alle Hautregionen ein signifikanter Einfluss der
Umgebungstemperatur (M. Ziller, Insel Riems) (Tab.4.9).
Tab. 4.9: Ergebnisse des Temperaturtests; Signifikanzniveau: 0,05
p-Wert adjusted r 2
Ohr 1,55 E-11 46 %
Schulter 4,69 E-11 45 %
Rücken 5,29 E-08 34 %
Körperseite 1,96 E-08 40 %
Ergebnisse 66
4.2.2 Gruppenauswertung
Für die Auswertung der Gruppenbilder wurden die zuvor ermittelten Cut off Werte der
Rückenregion und Körperseite als Entscheidungsgrundlage verwendet. Nachfolgend
ist die Gruppenauswertung der Mastschweine mit 9 Gruppen (2-9 Tiere pro Gruppe)
als Beispiel dargestellt (Tab. 4.10). Für jedes Tier auf den Bildern wurde anhand der
Hauttemperaturen eine Entscheidung getroffen, ob fieberhaft oder nicht, und mit den
Rektaltemperaturwerten verglichen. Diese Werte wurden in einer Tabelle mit der
ordinalen Skala 0= nicht fieberhaft und 1= fieberhaft eingetragen.
Tabelle 4.10: Rohdaten der Mastschweine Gruppenbilder
Ergebnisse 67
Diese ordinalen Daten wurden anschließend mit Hilfe einer Vierfeldertafel
ausgewertet und führten zu den nachfolgenden Ergebnissen (Tab. 4.11 und 4.12).
Tabelle 4.11: Vierfeldertafel der Gruppenergebnisse der Läufer
Läufer (419 Messungen)fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nachHauttemperaturmessung
14 3 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
39 (falsch negativ) 363
Tabelle 4.12: Vierfeldertafel der Gruppenergebnisse der Mastschweine
Mastschweine (33 Messungen)fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nachHauttemperaturmessung
12 1 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
5 (falsch negativ) 15
Die Auswertung der Gruppenbilder ergab für die Läufer (103 Gruppen, 419 Tiere)
eine Sensitivität der Methodik von 26,4 % (Konfidenzintervall 95 %: 15,3; 40,3) und
eine Spezifität von 99,2 % (Konfidenzintervall 95 %: 97,6; 99,8) bei einer
Testeffektivität von 90 %. Bei den Masttieren (9 Gruppen, 33 Tiere) lagt die
Sensitivität bei 70,6 % (Konfidenzintervall 95 %: 44,0; 89,7) und die Spezifität bei
93,8 % (Konfidenzintervall 95 %: 69,8; 99,8) mit einer Testeffektivität von 82%. Unter
Berücksichtigung der Anzahl fieberhafter Tiere ergaben sich bei den Läufern ein PPV
von 0,82 und ein NPV von 0,90 bei 12,7% fieberhaften Tieren. Sowie bei den
Masttieren ein PPV von 0,92 und ein NPV von 0,75 bei 51,5% fieberhaften Tieren.
Auch hier gilt zu beachten das die Rohdaten von denselben Tieren an mehreren
Tagen erhoben wurden.
Ergebnisse 68
Während der Datenerhebungen kam es immer wieder zu technischen Ausfällen der
Infrarotkamera (Software Inkompatibilitäten, „Aufhängen“ der Kamera während der
Messungen), die aber laut Herstellerangaben (persönliche Mitteilungen) in keiner
Weise die Ergebnisse beeinflusst haben.
Diskussion 69
5 DiskussionDer Einsatz der IRT hat in der Veterinärmedizin in den letzten Jahren deutlich
zugenommen und als ein nicht invasives bildgebendes Verfahren Anwendung
gefunden. Mit dieser Technik können abnorme Temperaturverteilungen auf der
Körperoberfläche festgestellt werden, aus denen Rückschlüsse auf Erkrankungen
der Haut oder dicht darunter liegender Strukturen gezogen werden können
(SCHUSTER u. KOLOBRODOV 2004, S. 316).
In der Humanmedizin wurden in Zuge von SARS, H5N1 und H1N1 Infektionen immer
häufiger Versuche unternommen, mit Hilfe der IRT fieberhafte Menschen zu
detektieren. Einige Arbeitsgruppen halten die IRT zur Fieberdetektion beim
Menschen mit Hilfe spezifischer Cut off Werte für einsetzbar, jedoch wird immer
wieder betont, wie wichtig die Berücksichtigung der unterschiedlichen
Einflussfaktoren ist, wie z.B. Umgebungsbedingungen, physiologische
Gegebenheiten, die Art und Weise der Bildaufnahmen und die Beachtung der
Grenzen dieser Methodik (CHAN et al. 2004; NG et al. 2004; CHIANG et al. 2008;
ZAPROUDINA et al. 2008; CHEUNG et al. 2012). Andere Forscher halten die IRT
gerade aufgrund der vielen Einflussfaktoren und der fehlenden Standardisierbarkeit
unter realen Bedingungen, sowie einer für diese Zwecke nicht ausreichenden
Genauigkeit, für diese Anwendung nicht geeignet. Ihrer Meinung nach führt der
Einsatz dieser Methode zu einem Sicherheitsgefühl, das wissenschaftlich nicht
belegt werden kann (CAMENZIND et al. 2006; WONG u. WONG 2006; CHAN et al.
2013).
Im Bereich der Fieberdetektion in der Veterinärmedizin wurden nach Infektion mit
verschiedenen Viren bei Tierarten wie Waschbären (DUNBAR u. MAC CARTHY
2006), Kälbern (SCHAEFER et al. 2004; SCHAEFER et al. 2006; SCHAEFER et al.
2007) bzw. Rindern (RAINWATER-LOVETT et al. 2008), Maultierhirschen (DUNBAR
et al. 2009) und Schafen (PEREZ DE DIEGO et al. 2013) positive Ergebnisse
Diskussion 70
bezüglich der Brauchbarkeit dieser Methode zur Früherkennung von Infektionen
erzielt.
Zwischen 1973 und 2003 hat es einige Untersuchungen bezüglich des Einsatzes von
Infrarotthermometern bzw. Thermoelementen, d.h. mit Hilfe eines
Kontaktthermometers, zur Hauttemperaturmessung beim Schwein gegeben. Die
Anwendbarkeit der Infrarotmesstechnik als Alternativmethode zur
Körpertemperaturbestimmung wurde in diesen Untersuchungen sehr unterschiedlich
bewertet (KÜPPERS 1973; DEBBELT 1975; EWALD 1978; RÖHLINGER et al. 1980;
ZINN et al. 1985; REINHART 1988; EICKHOFF 1996; WENDT et al. 1997;
ZEMIRLINE et al. 2002; DEWULF et al. 2003). Im Gegensatz zur
Infrarotthermographie , bei der eine Vielzahl von Messpunkten zu einem Wärmebild
führen, gibt es bei einem Infrarotthermometer nur einen Messpunkt. Dabei wird das
Ergebnis durch Bildung eines Mittelwertes aus den im Messfeld bestehenden
Temperaturen berechnet. Je größer der Abstand des Gerätes zum zu messenden
Objekt, desto größer wird das Messfeld und ungenauer das Ergebnis (RICHTLINIE
3511 VDI 1995; OPTRIS 2011). Bei einem Kontaktthermometer hat der angelegte
Druck, in diesem Falle auf die Haut, einen großen Einfluss auf die Ergebnisse
(HARMS 1959; LEINEWEBER 1961; KÜPPERS 1973).
Im Bereich der IRT konnten von LOUGHMILLER et al. (2001) eine positive
Korrelation zwischen der durchschnittlichen Körperoberflächentemperatur einer
definierten Region und der Rektaltemperatur unter standardisierten Bedingungen in
einem Temperaturbereich von 10-32 °C beim Schwein gefunden werden, jedoch ist
hierbei anzumerken, das eine für diesen Temperaturbereich ungeeignete IR Kamera
verwendet wurde. Auch TRAULSEN et al. (2010) fanden bei ihren Untersuchungen
an Sauen eine positive Korrelation zwischen der Hauttemperatur spezifischer
Regionen und der Rektaltemperatur, wobei hier eine sehr kurze Distanz zwischen IR
Kamera und Tier gewählt wurde.
Insgesamt hat es in der Vergangenheit einige Versuche gegeben die Korrelation
zwischen Haut- und Rektaltemperatur bei Schweinen zu bestimmen, aber die
Ergebnisse sind aufgrund der sehr variablen Versuchsanordnungen (z.B.
Diskussion 71
unterschiedliche Hautareale, maximale Temperaturen oder
Durchschnittstemperaturen der Haut) bzw. Messtechniken wie z.B. IRT
(LOUGHMILLER et al. 2001; TRAULSEN et al. 2010), IR Thermometrie (KÜPPERS
1973; EICKHOFF 1996; ZEMIRLINE et al. 2002), Thermoelemente (HARMS 1959;
LEINEWEBER 1961; DEBBELT 1975) bzw. subkutane Transponder (LOHSE et al.
2010; SONNENBERG 2011) sehr schwierig bis unmöglich zu vergleichen. Bezüglich
der Einflussfaktoren auf die Hauttemperatur und ihrer Relevanz wurden sehr
unterschiedliche Ergebnisse erzielt.
Mit der vorliegenden Studie sollte überprüft werden, ob die IRT als eine nicht
invasive Methode geeignet ist, fieberhafte Schweine in einer Gruppe, sowohl unter
standardisierten als auch unter Feldbedingungen zu detektieren. Für die Diagnose
von anzeige- und damit bekämpfungspflichtigen Krankheiten des Schweines mit
fieberhaftem Verlauf wie z.B. KSP, würde eine solche nicht invasive Methode
erhebliche Vorteile mit sich bringen. Der Körpertemperaturmessung kommt bei der
Diagnosestellung eine besondere Bedeutung zu, was sich auch in der Entscheidung
der Kommission 2002/106/EG zur Genehmigung eines Diagnosehandbuchs mit
Diagnosemethoden, Probennahmeverfahren und Kriterien für die Auswertung von
Laboruntersuchungen zur Bestätigung der KSP widerspiegelt (ENTSCHEIDUNG
2002/106/EG). Darin ist festgelegt, dass bei einer klinischen Untersuchung in
Restriktionsgebieten u.a. die Körpertemperatur gemessen werden muss. Zunächst
bei klinisch auffälligen bzw. verdächtigen Tieren, ansonsten nach dem Zufallsprinzip.
Die Rektaltemperaturmessung ist momentan der Goldstandard, aber auch diese
Methode birgt Fehlerquellen, wie z. B. erhöhte Messwerte bei hoher
Umgebungstemperatur oder bei gestressten Tieren, so dass schon seit geraumer
Zeit nach neuen Methoden gesucht wird.
Bevor die Anwendbarkeit der IRT im Bereich der Schweinehaltung in der
vorliegenden Studie getestet werden konnte, mussten einige physikalische
Parameter berücksichtigt werden. Außerdem war aus allgemeinen hygienischen
Gründen eine Einwegumhüllung der Kamera vor Betreten der Stallungen zwingend
notwendig. Dafür wurde ein kostengünstiges Material mit einer möglichst konstant
guten Infrarotdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 8-14 µm benötigt. Die
Diskussion 72
Funktionen der Kamera durften nicht beeinflusst werden. Aus physikalischen
Gründen war es sinnvoll, eine Umhüllung aus Kunststoff zu wählen. Anhand einer
Referenztabelle der Firma Flir Systems bezüglich der Infrarotdurchlässigkeit
verschiedener Kunststoffarten bei unterschiedlichen Wellenlängen war ersichtlich,
dass Polyethylen bzw. LDPE aufgrund seiner relativ konstanten Transmissionswerte
im Wellenlängenbereich von 8 – 14 µm das Material der Wahl ist (FLIR SYSTEMS
GMBH a; OPTRIS 2011). Es gilt die Gesetzmäßigkeit, je dünner der Kunststoff desto
durchlässiger für Infrarotstrahlung (BURSELL 2007; OPTRIS 2011), deshalb wurden
Tüten mit 25 µm Dicke eingesetzt, da dies die dünnste LDPE Folie ist, die noch zu
einem Beutel verschweißt werden kann. Ein weiterer Gesichtspunkt für die Wahl
dieser Folienstärke war, dass bei dünneren Folien (d < 20 µm)
Interferenzerscheinungen auftreten können (BERNHARD 2004, S. 1047).
Es gibt keine exakt einzuhaltenden Richtwerte bezüglich der gleichmäßigen Dicke
und Gleichheit mehrerer Folien. Die Folien werden sehr häufig in Fernost hergestellt
und deutsche Händler übernehmen keine Gewähr bezüglich der Qualität. Aufgrund
dessen musste der Transmissionswert (Maß für die Durchlässigkeit eines Stoffes für
Infrarotstrahlung) unserer spezifischen LDPE Flachbeutel ermittelt werden. Da die
Standardabweichung der acht untersuchten Flachbeutel mit 0,04 als gering
angesehen werden konnte, wurde für die folgenden Untersuchungen der
Transmissionswert von 0,95 konstant eingestellt, obwohl stets ein neuer Flachbeutel
verwendet wurde. BURSELL kam 2007 bei seinen Untersuchungen zu einem
ähnlichen Ergebnis.
Des Weiteren spielt der Emissionsgrad des zu messenden Objektes, in diesem Falle
der Emissionsgrad von Schweinehaut, für den Erhalt von aussagekräftigen
Messwerten eine zentrale Rolle. Jeder Körper, dessen Temperatur über dem
absoluten Nullpunkt liegt, sendet Wärmestrahlung aus. Der Emissionsgrad eines
Körpers gibt an, wie viel Strahlung er im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler,
einem sogenannten „Schwarzen Körper“, abgibt (OPTRIS 2011). Da in der Literatur
keine verlässlichen Angaben zum Emissionsgrad von Schweinehaut gefunden
werden konnten, musste dieser zunächst ermittelt werden. Hierfür gibt es
verschiedene Methodenvorschläge, wie z.B. das Einsprühen mit schwarzer matter
Diskussion 73
Farbe oder Bekleben mit schwarzem Klebeband, mit Hilfe eines
Kontaktthermometers (OPTRIS 2011) oder durch Einsprühen mit weißem
Kreidespray (Hr. Büttner, Fa. Flir Systems, persönliche Mitteilung). Um den
unbekannten Emissionsgrad eines Stoffes herauszufinden, muss der exakte
Emissionsgrad des Referenzmediums bekannt sein. Sowohl bei den Farben als auch
bei dem Isolierband gab es viele unterschiedliche Angaben in der Literatur, so dass
diese Methoden für eine exakte Berechnung nicht geeignet erschienen. Der Einsatz
eines Kontaktthermometers erschien aus vorher genannten Gründen auch hier nicht
sinnvoll. Aus diesem Grund wurde der Emissionsgrad von Schweinehaut für unsere
Versuche mit Hilfe einer Emissionsgrad-Messanlage (EMMA) des ZAE Bayern
ermittelt. Die erreichte Standardabweichung von 0,005 bei einem Emissionsgrad von
0,98 macht deutlich, das bezüglich der Wärmeabstrahlung von Schweinehaut die
Rasse und das Alter, also eine vorhandene oder nicht vorhandene Pigmentierung
der Haut, eine unterschiedliche Behaarung und unterschiedliche Objekttemperaturen
keinen großen Einfluss auf den Emissionsgrad haben. Somit wurde dieser Wert bei
den folgenden Messungen konstant eingestellt.
Aufgrund des atmosphärischen Fensters bei 8-14 µm und des geringen Messgerät-
Objektabstandes von weniger als 10 Metern, konnte der Einfluss des Abstandes in
Bezug auf die Übertragungsstrecke in der Luft außer Acht gelassen werden (FOUAD
u. RICHTER 2006, S. 23 ff).
Der reale Abstand zwischen den sich bewegenden Tieren und der IR Kamera betrug
in der vorliegenden Studie ein bis drei Meter. An der Kamera wurde ein Meter als
Abstand konstant eingestellt. Der entstehende Messfehler wurde aufgrund der
Tatsache, dass mehrere Bilder pro Region und pro Tier/Tag ausgewertet wurden und
eine IR Kamera mit guter geometrischer Auflösung verwendet wurde, als gering
eingestuft.
Bei wissenschaftlichen Untersuchungen anderer Arbeitsgruppen wurde ein
signifikanter Einfluss des Objektiv-Objekt Abstandes nachgewiesen (CAMENZIND et
al. 2006; CHIANG et al. 2008; CHEUNG et al. 2012; CHAN et al. 2013).
Diskussion 74
CAMENZIND et al. (2006) begründeten dieses Ergebnis ihrer Studie u.a. durch den
Einsatz unterschiedlicher Kameraqualitäten. Nicht jede Thermographiekamera ist für
diese Anwendung geeignet. Hauptfaktoren bezüglich der Güte bzw. größtmöglichen
Aussagekraft eines IR-Bildes sind u.a. ein geeigneter Detektortyp mit einer guten
Auflösung, die thermische Empfindlichkeit des einzelnen Messpunktes, die
geometrische Auflösung, der richtige Wellenlängenbereich und ein geeignetes
Sichtfeld.
SCHUSTER u. KOLOBRODOV (2004, S. 317) definierten ebenfalls notwendige
Voraussetzungen bezüglich der thermischen und geometrischen Auflösung, der
minimalen Pixelanzahl und dem Vorhandensein von Echtzeitbildern für den Einsatz
einer IRT Kamera im medizinischen Bereich.
Die Bildschärfe einer IR-Aufnahme ist ein weiterer wichtiger physikalischer
Parameter, der maßgeblich für die Auswertbarkeit ist. Ein und dasselbe Bild in
scharfer und unscharfer Einstellung kann zu Temperaturdifferenzen von 0,4 °C
führen (eigene Daten, unveröffentlicht). Bei der Auswertung der Infrarotaufnahmen
bestand eine gewisse Subjektivität bezüglich der Definition, ob ein Bild scharf genug
und damit auswertbar ist oder nicht, da Bilder von Tieren mit wenig Behaarung
immer weniger Kontrast bzw. Merkmale zur Erkennung der Bildschärfe geben als
Bilder von Tiere mit mehr Behaarung. Ein scharfes Bild eines wenig behaarten Tieres
würde bei einem normal behaarten Tier ggf. als unscharf gelten, weil die einzelnen
Haare nicht so gut erkennbar sind. Aus diesem Grund wurden auch stets Digitalbilder
der Tiere angefertigt, um die Behaarung bei der späteren Auswertung
berücksichtigen zu können.
Die reflektierte scheinbare Temperatur, d.h. die Umgebungsstrahlung von anderen
Objekten im Raum kann zu einer Verfälschung der Messwerte führen. In der Literatur
sind einige Methoden zur Ermittlung dieses Wertes beschrieben, wie z.B. der Einsatz
geknitterter Alufolie, die Aufnahme von IR-“Luftbildern“ (FLIRSYSTEMS GMBH 2006;
TESTO 2013) oder das Abhängen des Raumes mit einem schwarzen Tuch (Hr.
Nagel, Fa. Dias Infrared GmbH, persönliche Mitteilung). Bei den vorliegenden
Untersuchungen waren diese Methoden nicht geeignet. Da aber gilt, je höher der
Diskussion 75
Emissionsgrad, desto weniger Einfluss durch die Umgebungsstrahlung, wurde in
dieser Studie die Umgebungsstrahlung der Raumtemperatur gleichgesetzt und nicht
weiter berücksichtigt.
Weiterhin ist der optimale Winkel zwischen Kamera und Objekt wichtig. Laut Literatur
ist bei 45°C Abweichung von der Flächennormalen das Maximum erreicht, da der
Emissionsgrad abhängig vom Abstrahlwinkel ist (CLARK u. CENA 1977;
RICHTLINIE 3511 VDI 1995; RHEINHART 1988). Dies ist bei sich bewegenden
Objekten aber nicht standardisierbar. Beim Schwein war dies besonders bei der
Auswertung an den Ohren mit der wärmeren Ohrfalte an der Ohrrückseite, in der
Schulterblattkuhle (sie ist je nach Ernährungszustand unterschiedlich tief) und durch
einen unterschiedlich dicken Bauch in der Rückenregion bezüglich der
Reproduzierbarkeit der Messwerte zu berücksichtigen, so dass mehrere Bilder pro
Tier pro Region und Tag gemacht und daraus ein Mittelwert errechnet wurde.
Mit der in der vorliegenden Studie verwendeten Kamera (Infrarotkamera P640, Flir
Systems, Frankfurt) kam es während der Datenerhebungen immer wieder zu
technischen Ausfällen. Laut Herstellerangaben führten Software-Inkompatibilitäten zu
den Störungen während der Messungen. Diese Probleme hatten keine
Beeinflussung der Messergebnisse zur Folge, allerdings war der praktische Einsatz
der Kamera zeitweise eingeschränkt.
Neben den oben erwähnten technisch-physikalischen Parametern sollten auch
Umweltparameter, wie die Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit,
bei den Messungen beachtet werden.
Die Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit konnten extern ermittelt,
in der Kamera eingestellt und somit bei den Messungen direkt berücksichtigt werden.
Ein Ergebnis der vorliegenden Studie ist, dass die relative Luftfeuchtigkeit keinen
signifikanten Einfluss auf die Hauttemperatur hat. Zu diesem Ergebnis kam auch
EICKHOFF 1996 bei ihren Untersuchungen. Im Gegensatz dazu ermittelten andere
Autoren einen signifikanten Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf die
Hauttemperatur beim Schwein (LEINEWEBER 1961; RÖHLINGER, 1979; KÜSTER
2004). Auch die Luftgeschwindigkeit (RÖHLINGER et al. 1980) und direktes
Diskussion 76
Sonnenlicht (CENA u. CLARK 1977) sollten laut anderer Untersuchungen nicht
außer Acht gelassen werden.
Die vorliegenden Untersuchungen zeigten, dass nur bei jungen Tieren (Läufern) ein
signifikanter Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Hauttemperatur besteht.
Dies lässt sich durch die noch nicht so ausgeprägte, isolierende subkutane
Fettschicht erklären. Der adjusted R-squared, d.h. das Maß für die Qualität eines
Tests, ist mit Werten zwischen 29 % und 48 % nicht gut, was deutlich macht, dass es
noch weitere Faktoren gibt, die zwar auf die Hauttemperatur, aber nicht direkt auf die
Rektaltemperatur wirken. TRAULSEN et al. (2010) konnten in ihren Versuchen
zeigen, dass ein signifikanter Einfluss der Lufttemperatur auf die Hauttemperatur bei
Sauen besteht. Auch EICKHOFF konnte 1996 einen signifikanten Einfluss der
Umgebungstemperatur sowohl bei Sauen als auch bei Läufern/Ferkeln feststellen.
Der Einfluss tierindividueller Faktoren wie z.B. Tagesrhythmus (RÖHLINGER et al.
1980), aktive Bewegung, Stress (HARMS 1959), unterschiedliche Behaarung
(CLARK u. CENA 1977) und Feuchtigkeit auf der Haut (HARMS 1959) wird in der
Literatur diskutiert und wurde bei den Messungen, soweit dies möglich war,
berücksichtigt.
Anhand der Messergebnisse einzelner Tiere über mehrere Tage wird deutlich, wie
groß die Messwert-Schwankungen bei ein und demselben Tier sein können.
Des Weiteren ist es wichtig, die Thermoregulation des Schweines nicht außer Acht
zu lassen. Schweine sind homiotherme Lebewesen, d.h. sie sind in der Lage ihre
Körperkerntemperatur mit Hilfe einiger Regulationsmechanismen trotz wechselnder
Umgebungstemperaturen in gewissen Grenzen konstant zu halten. Dies erfolgt über
ein Thermoregulationssystem im Körper. Ihre Besonderheit ist, das sie inkomplett
thermoreguliert sind, d.h. die Sollwerterhaltung erfolgt mehr durch Steuerung der
Wärmeproduktion, als durch Regulation der Wärmeabgabe (STEPHAN (1978) zit.
nach EWALD 1978; SONNENBERG 2011).
Die Wärmebildung erfolgt über chemische Vorgänge wie z.B. Energiefreisetzung bei
der Verdauung oder durch Muskelaktivität und wird u.a. von der Schilddrüse
beeinflusst. Die Wärmeabgabe erfolgt über physikalische Vorgänge. Sobald
Diskussion 77
zwischen dem Körperinneren und der Umgebung ein Temperaturgefälle besteht, wird
Körperwärme an die Umgebung abgegeben. Die Haut dient als Grenzfläche
zwischen dem Körperinneren und der Umwelt. Bei höheren
Umgebungstemperaturen kommt es zu einer peripheren Vasodilatation, um die
Wärmeabgabe zu erleichtern, bei niedrigen Umgebungstemperaturen kommt es im
Gegensatz dazu zu einer Vasokonstriktion wodurch die Wärme im Körper gehalten
wird.
Durch die geringe Behaarung beim Schwein besteht nur ein sehr dünnes bis nicht
vorhandenes Luftpolster zwischen den Haaren. Hier ist das subkutane Fett ein Maß
für die Wärmeabgabefähigkeit, da die Wärmeleitfähigkeit von Fett schlechter als die
von Muskulatur ist. Mast- und Zuchtschweine können aufgrund dessen schlechter
Wärme abgeben als Ferkel und sind daher eher durch hohe Temperaturen belastet
(SONNENBERG 2011).
Da die apokrinen Schlauchdrüsen in der Haut eines Schweines keine Funktion
haben, weil die Ausführungsgänge verlegt sind und nur in verhältnismäßig geringer
Anzahl vorhanden sind bzw. keine funktionelle Innervation besteht, ist thermales
Schwitzen für Schweine nicht oder nur sehr begrenzt möglich. Die Wärmeabgabe
erfolgt in diesem Fall über die vermehrte Atmung und Änderung von
Verhaltensweisen, wie z.B. das Suhlen, um eine gewisse Verdunstungskälte zu
erreichen. Die Futteraufnahme und damit eine zusätzliche Quelle für
Wärmeproduktion sinkt. Sind die Kompensationsmechanismen erschöpft, kommt es
zur Erhöhung der Rektaltemperatur (KÜPPERS 1973).
In der vorliegenden Arbeit wurde in zwei Tierversuchen, in denen ein Teil der Tiere
mit verschiedenen KSPV Isolaten infiziert worden war, unter standardisierten
Bedingungen die Korrelation der Oberflächentemperatur vier verschiedener
Hautregionen mit der Rektaltemperatur von fieberhaften und nicht fieberhaften
Schweinen unterschiedlichen Alters (Mastschweine und Läufer) untersucht. Diese
spezifischen Hautregionen wurden, nach ersten eigenen Voruntersuchungen, für die
Anwendung am Schwein in Bezug auf die vorliegende Fragestellung für am besten
Diskussion 78
geeignet befunden. Eine Auswertung der Gruppenbilder erfolgte nach Ermittlung von
altersspezifischen Schwellenwerten.
Zusätzlich wurden kommerzielle Schweinebetriebe besucht, um die Methode auch
unter Feldbedingungen (Mastschweine) und an einer weiteren Altersgruppe (Sauen)
zu testen.
Die Erhebung der Daten fand möglichst zur selben Tageszeit statt. Durch Messung
immer derselben Abteile und Buchten in den Betrieben mit der zeitgleichen Erhebung
der IR Bilder und der Rektaltemperatur durch zwei Personen bzw. der Messung der
Rektaltemperatur und der Erhebung der IR Bilder kurz hintereinander bei den
zahmen Versuchtieren, wurde versucht, die Untersuchungen, soweit dies möglich
war, zu standardisieren. Außerdem fand die IR Bilderhebung immer durch denselben
Untersucher statt.
Unter Feldbedingungen konnte die IRT Messmethode bei den Masttieren nur an
Kleingruppen der Mittel- und Endmast bis zu 15 Tiere evaluiert werden, da bei
Absetzferkeln, Vormasttieren und in Großgruppen durch zu viel körperliche Aktivität
die Werte nicht zeitgleich und ohne Stress erhoben werden konnten. Zu ähnlichen
Ergebnissen kam HARMS (1959) in seinen Untersuchungen.
Die Auswertung der Ergebnisse der Hauttemperaturmessungen, zeigte eine
signifikante Korrelation zwischen der Hauttemperatur der verschiedenen
Körperregionen und der Rektaltemperatur, mit Ausnahme der Körperseiten-
Hauttemperatur der Sauen. In diesem Falle spielte der zum Teil nicht ideale
Aufnahmewinkel eine große Rolle. Des Weiteren konnten nur wenige Daten erhoben
werden, so dass für eine abschließende Aussage diesbezüglich noch weitere Tests
gemacht werden müssten. Betrachtet man die Korrelationen der unterschiedlichen
Hautregionen für alle Tiere gemeinsam und differenziert dann in die drei
verschiedenen Altersgruppen so wird deutlich, dass eine mittlere Korrelation
zwischen der Rektaltemperatur und der Hauttemperatur durchgängig besteht. Die
sich daraus ergebenden Temperaturspannen zeigen jedoch auch, wie stark sich die
Hauttemperaturen bei fieberhaften und nicht fieberhaften Tieren bezüglich einer
Messregion überschneiden, so dass die Festlegung eines geeigneten Cut off Wertes
Diskussion 79
schwierig ist. Die Cut off Werte der Mastschweine sind generell höher als bei den
Sauen. Dies spiegelt sich auch in der Rektaltemperatur wieder und ist alters- bzw.
gewichtsabhängig (HEINZE 1968). Bei den Mastschweinen ist zu beachten, dass
aufgrund der Umstände bei den Messungen die Messergebnisse für die Körperseite
nicht erhoben wurden bzw. im Bereich der Ohrregion schlechter zu Messen war, als
bei den anderen Altersgruppen, da die Tiere dicht gedrängt beieinander standen und
der Kopf dem Untersucher sehr häufig zugewandt und somit die Messung der
Ohrrückseite nicht ohne Weiteres möglich war.
Untersucht man die anhand der Cut off Werte ermittelten Kontingenztafeln im
Bereich der Einzeltiermessungen in Hinblick auf die Güte eines diagnostischen
Verfahrens, so liegt die Testeffizienz je nach Hautregion zwischen 63% und 79%.
Das bedeutet 21% bis 37% der Ergebnisse sind falsch klassifiziert. Die Sensitivität
schwankt zwischen 43,8% und 100%. Die Spezifität liegt zwischen 33,3% und 100%.
Vergleicht man diese Ergebnisse mit der Auswertung der Gruppenbilder, so besteht
bei den Gruppenbildern der Läufer eine schwache Sensitivität von 26,4% und eine
Spezifität von 99,2 % mit einer Testeffektivität von 90%. Bei den Mastschweinen
ergibt sich eine mäßige Sensitivität von 70,6% , eine Spezifität von 93,8% und eine
Testeffektivität von 82%. Bei der Bewertung der Gruppenbilder muss beachtet
werden, dass die am besten geeignete Region bei den Läufern die Schulter ist. Aus
messtechnischen Gründen wurde aber auch hier die Rücken-/Körperseitenregion
ausgewertet, da diese Region bei den Gruppenbildern bei allen Tieren gleichzeitig
gut sichtbar war und damit besser ausgewertet werden konnte.
Die ermittelten positiven und negativen prädiktiven Werte sind in diesen
Untersuchungen von eher untergeordneter Bedeutung, da es im Falle eines
Tierseuchenausbruches wichtiger ist zu wissen, mit wie vielen falsch negativen
Ergebnissen man zu rechnen hat , als zu wissen wie viel Prozent der fieberhaften
Tiere richtig diagnostiziert wurden.
Bei der Gruppenauswertung ist weiterhin zu beachten, dass Tiere die dicht
beieinander stehen, Wärme erzeugen. Sind die Seitenflächen eines Tieres aufgrund
dessen wärmer als der Schwellenwert, wurden diese als nicht fieberhaft bewertet.
Diskussion 80
Kleinere Punkte an denen die Temperatur oberhalb des Schwellenwertes liegt, z. B.
aufgrund einer lokalen Entzündung, wurden - wenn das Tier ansonsten normal
temperiert ist - ebenfalls als nicht fieberhaft klassifiziert. Die Altersgruppe der Sauen
wurde bei den Gruppenbildern aus arbeitstechnischen Gründen nicht berücksichtigt,
da ein Teil der Sauen in Gruppenhaltung mit Abruffütterung gehalten wurden und
somit keine Bilder von der Rückenregion mehrerer Sauen auf einmal gemacht
werden konnten. Der andere Teil der Sauen stand in Kastenständen, in denen die
Metallstangen auf einem Gruppenbild zu Messwertverfälschungen geführt hätten.
Der dritte Punkt war die Tatsache, dass die Größe der einzelnen Sauen zu einer
Limitierung der Anzahl von Tieren auf einem IR Bild geführt hätte.
Dass der Einsatz der IRT zur Darstellung von Oberflächentemperaturen im Prinzip
funktioniert, konnte anhand der Transmissionsgradmessungen der LDPE Flachbeutel
dargestellt werden. Anhand der Ergebnisse der Tiermessungen wird allerdings
deutlich, dass es trotz bestmöglich versuchter Standardisierung nicht möglich ist, alle
beeinflussenden Faktoren zu berücksichtigen. Sie spielen zum Teil soweit
ineinander, dass eine Aussage über die Größe des durch einen einzelnen Störfaktor
verursachten Messfehlers gar nicht möglich ist. Dadurch erhält man eine erhebliche
Streuung der Hauttemperaturen bei verschiedenen Tieren mit gleicher
Rektaltemperatur. Es besteht generell eine signifikante Korrelation zwischen der
Hauttemperatur der unterschiedlichen Regionen und der Rektaltemperatur, mit einer
altersabhängig mäßigen bis schlechten Sensitivität.
RING u. AMMER (2012) ziehen in ihren Untersuchungen die Schlussfolgerung, dass
es seit der Freigabe zur nicht-militärischen Nutzung eine gewaltige
Weiterentwicklung der IRT gegeben hat, aber dass standardisierte Protokolle für eine
sinnvolle medizinische Anwendung in der Humanmedizin unumgänglich sind.
2009 wurden ISO Standards „ISO/TR 13154:2009 Medical electrical equipment –
Development, implementation and operational guidelines for identifying febrile
humans using a screening thermograph” aufgestellt, um die Richtung für einen
konstruktiven IRT Einsatz im humane Bereich bezüglich der Detektion von Fieber
vorzugeben (MERCER u. RING 2009). Außerdem betonen MERCER u. RING (2009)
Diskussion 81
auch noch einmal, wie wichtig die Festlegung von Standards bezüglich der
Kameraqualität für den medizinischen Einsatz ist.
Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die Frage, ob die IRT als nicht invasive
Screeningmethode für den Einsatz im Tierseuchenverdachtsfall beim Schwein
geeignet ist, um fieberhafte Tiere zu entdecken und damit gezielter Blutproben
nehmen zu können. Es konnte gezeigt werden, dass Schweine, die im IR Bild
auffällig sind, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit Fieber haben, allerdings kann aus
negativen Befunden eines IR Bildes nicht zwangsläufig der Schluss abgeleitet
werden, dass keine fieberhaften Tiere vorhanden sind. In diesem Falle müssten die
Blutproben nach dem bekannten Schlüssel gezogen werden. Damit ist die Eignung
dieser Methode im Sinne der Fragestellung grundsätzlich gegeben, aber limitiert.
82
6 Zusammenfassung
Hanna Gerß
Anwendung der Infrarotthermographie zur nicht-invasiven Detektionfieberhafter Tiere in Schweinegruppen – Einschätzung der Anwendbarkeit imTierseuchenkrisenfall am Beispiel der Klassischen Schweinepest
Die Klassische Schweinepest (KSP) ist eine weltweit vorkommende anzeigepflichtige
Infektionskrankheit beim Schwein mit großer wirtschaftlicher Bedeutung. Der Erreger
ist ein kleines behülltes RNA-Virus aus dem Genus Pestivirus der Familie
Flaviviridae.
Die KSP verläuft in vielen Fällen mit unspezifischen Symptomen: Erkrankte Tiere
zeigen hohes Fieber, Inappetenz, Apathie, Diarrhoe und/oder Atemwegsinfekte.
Charakteristische Symptome wie petechiale Blutungen und größere Hämorrhagien
der Unterhaut sowie zentralnervöse Störungen finden sich weniger häufig. Dies
erschwert eine zeitnahe und sichere klinische Diagnose und die KSPV-Infektion kann
in einem Bestand längere Zeit unentdeckt bleiben. Als Folge kann sich das Virus
unbemerkt ausbreiten und erhebliche wirtschaftliche Verluste verursachen,
besonders in Regionen mit hoher Schweinedichte.
Da Fieber eines der ersten zweifelsfrei feststellbaren klinischen Symptome bei
KSPV-infizierten Schweinen ist, wurde gesetzlich festgelegt, dass die rektale
Körpertemperatur der Tiere als Entscheidungshilfe für das weitere Vorgehen bei
ungeklärten Krankheitszuständen, wie z.B. bei Verdacht oder Ausschluss der KSP,
heranzuziehen ist. Die rektale Temperaturmessung bei einzelnen Tieren kann in
Buchten jedoch häufig zu erheblichem Stress der gesamten Gruppe und damit auch
zu einer Erhöhung der Körpertemperatur mit Verfälschung der Messwerte führen.
Zudem stellt sie einen nicht unerheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand dar.
Zusammenfassung
83
Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher die Einsatzmöglichkeit der
Infrarotthermographie als nicht invasive Methode zur Körpertemperaturmessung bei
Schweinen untersucht. In Vorversuchen wurden relevante physikalische Parameter
ermittelt. Anschließend wurde in zwei Tierversuchen unter standardisierten
Bedingungen die Korrelation der Oberflächentemperatur verschiedener Hautregionen
mit der Rektaltemperatur von fieberhaften und nicht fieberhaften Schweinen
unterschiedlichen Alters untersucht. Anhand dieser Einzeltierergebnisse wurden
Schwellenwerte (Cut offs) festgelegt und damit Gruppenbilder ausgewertet. Nach
Auswertung der vier Messregionen erschienen die Ohrregion bei Sauen, die
Schulterregion bei Läufern und die Rückenregion bei Mastschweinen am
geeignetsten. Bei Sauen und Mastschweinen konnten feste Cut off Werte für die
einzelnen Hautregionen zur Feststellung von Fieber angegeben werden. Für Läufer
zeigte sich, dass die Hauttemperatur stark abhängig von der Umgebungstemperatur
ist. Daher mussten für die Cut off Werte Funktionsgleichungen aufgestellt werden. In
einer weiteren Versuchsreihe wurden kommerzielle Schweinebetriebe besucht, um
die Methode unter Feldbedingungen zu testen.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine signifikante Korrelation zwischen der
Oberflächentemperatur der unterschiedlichen Hautregionen und der
Rektaltemperatur besteht. Allerdings besteht eine mäßige bis schlechte Sensitivität
und eine gute bis mäßige Spezifität bei der Auswertung von Gruppenbildern, so dass
die Infrarotthermographie im praktischen Einsatz nur eine begrenzte Aussagekraft
besitzt. Ausschlaggebend dafür ist, dass die Hauttemperaturmessung beim Schwein
stark von technisch-physikalischen Faktoren (wie z.B. Bildschärfe, Winkel, Abstand,
Qualität der IR Kamera), Umweltfaktoren (wie z.B. die Umgebungstemperatur) und
individuellen Faktoren (wie z.B. Alter, Stress, aktive Bewegung) beeinflusst wird. Die
Anwendung der Infrarotthermographie kann daher zur nicht-invasiven Detektion
fieberhafter Tiere in Schweinegruppen nur unter Einschränkungen empfohlen
werden.
Zusammenfassung
84
Summary
Hanna Gerß
Practicability of Infrared Thermography for non-invasive detection of febrileanimals in groups of pigs - Assessment of practicability of this method in caseof animal disease outbreaks, e.g. Classical Swine Fever
Classical swine fever is a notifiable infectious disease of pigs with a great commercial
relevance throughout the world. The pathogen is a small enveloped RNA-virus of the
genus Pestivirus, within the family Flaviviridae. In many cases the symptoms of a
CSFV infection are unspecific, e.g. fever, inappetence, apathy, diarrhoea and/or
respiratory diseases. Characteristic symptoms, e.g. petechial bleedings, major
bleedings in the subcutis as well as neurological symptoms are not necessary
present. Thus, a prompt clinical diagnosis is difficult and the infection may remain
undetected in a farm for a prolonged time. This may result in an unnoticed spread of
the virus causing major economic losses, especially in regions with high density of
pigs.
Because fever is a most reliable clinical symptom that arises early in CSFV infected
pigs, it is stated in the relevant legislation that rectal temperature has to be measured
as an indicator in unclear situations, for example suspicion or exclusion of CSF.
However, the manual rectal temperature measurement in pigs can lead to stress
reactions affecting the whole group and this might result in increased body
temperatures in more animals of the group giving misleading measurements.
Additionally, it is a very time consuming and labour intensive method.
In the present study the use of Infrared Thermography as a non-invasive tool to
detect body temperature of pigs was investigated. In preliminary tests relevant
physical parameters were determined. Thereafter the correlation of the surface
temperature of different skin regions and the rectal temperature of febrile and non
Zusammenfassung
85
febrile pigs was measured in two animal experiments under standardized conditions.
The results were used to calculate cut off values. Using these values it was
attempted to analyse infrared pictures of groups of pigs. After statistical analysis the
ear region of sows, the shoulder region of weaners and the back region of fatteners
seemed to be most suitable for the analysis. For sows and fatteners it was possible
to obtain fixed cut off values for detection of febrile animals. However the skin
temperature of weaners was significantly influenced by ambient temperature. This
required a correction of the cut off values using functional equations. In another
series of experiments commercial pig farms were visited to evaluate the method
under field conditions.
Although there was a significant correlation between skin temperature and rectal
temperature we observed a rather low sensitivity and specificity for analyses of group
pictures. The skin temperature measurement of pigs is influenced by technical-
physical factors (e.g. focus of images, angle of shot, distance, quality of IR camera),
environmental factors (e.g. ambient temperature) and individual factors of the
animals (e.g. age, stress, active movement), so the value of this method in practice is
restricted. Consequently, the use of Infrared Thermography to detect febrile animals
in groups of pigs can only be recommended to a limited extent.
Zusammenfassung
Literaturverzeichnis 86
7 Literaturverzeichnis
ARDUINI-SCHUSTER, M. u. J. MANARA (2008):
Bericht: Bestimmung des Emissionsgrades von Schweinehaut.
Report ZAE 2 - 0408 - 12 (2008), ZAE Bayern, Würzburg
BERNHARD,F. (2004):
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RICHTLINIEN UND ENTSCHEIDUNGEN
1995
Richtlinie 3511 des VDI/VDE über Technische Temperaturmessungen, Blatt 4
Strahlungsthermometrie, Verein deutscher Ingenieure, Düsseldorf 1995
2001
Richtlinie 2001/89/EG des Rates vom 23. Oktober 2001 über Maßnahmen der
Gemeinschaft zur Bekämpfung der Klassischen Schweinepest, 1.12.2001 DE
Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften L 316/5 - L 316/35
Literaturverzeichnis 106
2002
Entscheidung 2002/106/EG der Kommission vom 1. Februar 2002 zur Genehmigung
eines Diagnosehandbuchs mit Diagnosemethoden, Probennahmeverfahren und
Kriterien für die Auswertung von Laboruntersuchungen zur Bestätigung der
Klassischen Schweinepest, 9.2.2002 DE Amtsblatt der Europäischen
Gemeinschaften L 39/71 - L39/88; Aktenzeichen K (2002) 381
8 Anhang
8.1 Tabellen und Abbildungen
Nachfolgend sind die Vierfeldertafeln abgebildet anhand derer die Sensitivität,
Spezifität und die Testeffizienz der Individualtiere errechnet wurden (außer
Sauen/Ohrregion, hier siehe Ergebnisse). Bei den Läufern wurden beispielhaft alle
Tiere, die bei 24,2 °C Raumtemperatur beprobt worden waren, ausgewertet.
Sauen (54 Messungen) Schulterregionfieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 18 11 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
6 (falsch negativ) 19
Sauen (105 Messungen) Rückenregionfieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 35 23 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
16 (falsch negativ) 31
Anhang 107
Mastschweine (55 Messungen) Schulterregion fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 39 6 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 7 (falsch negativ) 3
Mastschweine (151 Messungen) Rückenregionfieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 56 15 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 32 (falsch negativ) 48
Läufer (31 Messungen) Ohrregionfieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nachHauttemperaturmessung
7 0 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
9 (falsch negativ) 15
Läufer (30 Messungen) Schulterregionfieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 9 1 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
6 (falsch negativ) 14
Anhang 108
Läufer (30 Messungen) Rückenregion fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nach Hauttemperaturmessung 7 1 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
9 (falsch negativ) 13
Läufer (13 Messungen) Körperseitefieberhaft nachRektaltemperaturmessung
nicht fieberhaft nachRektaltemperaturmessung
fieberhaft nachHauttemperaturmessung
6 3 (falsch positiv)
nicht fieberhaft nachHauttemperaturmessung
0 falsch negativ) 4
8.2 Abbildungsverzeichnis
ABBILDUNG 2.1: MESSSTRECKE LUFT 19ABBILDUNG 2.2: WELLENLÄNGENSPEKTRUM 21ABBILDUNG 3.1: TRANSMISSIONSGRAD VON POLYETHYLEN 31ABBILDUNG 3.2: VERSUCHSAUFBAU IR PRÜFSTRAHLER UND IR KAMERA 32ABBILDUNG 3.3: LDPE FOLIE VOR DER LINSE 32ABBILDUNG 3.4: HAUTPROBEN 34ABBILDUNG 3.5: MESSREGION SCHULTER 43ABBILDUNG 3.6: MESSREGION OHR 44ABBILDUNG 3.7: MESSREGION RÜCKEN 44ABBILDUNG 3.8: MESSREGION KÖRPERSEITE 45ABBILDUNG 3.9: GRUPPENBILD VON LÄUFERN 1 46ABBILDUNG 3.10: GRUPPENBILD VON LÄUFERN 2 47ABBILDUNG 4.1: DARSTELLUNG ALLER TRANSMISSIONSGRADE 54ABBILDUNG 4.2: EINZELTIERERGEBNISSE RÜCKEN BEI DEN MASTTIEREN 58
Anhang 109
8.3 Tabellenverzeichnis
TABELLE 3.1: BESCHREIBUNG DER EINGESETZTEN VIREN IN V2008-1 38TABELLE 3.2: BESCHREIBUNG DER EINGESETZTEN VIREN IN V2008-3 40TABELLE 3.3: BESCHREIBUNG DER BETRIEBE 48TABELLE 4.1: ROHDATEN DER EMISSIONSGRADAUSWERTUNG 55TABELLE 4.2: VARIANZERKLÄRUNG CUT OFF WERTE 56TABELLE 4.3: VIERFELDERTAFEL SAUEN/OHRREGION 59TABELLE 4.4: SENSITIVITÄT, SPEZIFITÄT UND TESTEFFEKTIVITÄT 60TABELLE 4.5: POSITIVE UND NEGATIVE PRÄDIKTIVE WERTE 61TABELLE 4.6: KORRELATION VON HAUT- UND REKTALTEMPERATUR 62TABELLE 4.7: MIN UND MAX DER UNTERSCHIEDLICHEN MESSORTE 63TABELLE 4.8: MESSUNGEN DERSELBEN TIERE ÜBER MEHRERE TAGE 64TABELLE 4.9: TEMPERATURTEST 65TABELLE 4.10 ROHDATEN DER MASTSCHWEINE-GRUPPENBILDER 66TABELLE 4.11: VIERFELDERTAFEL LÄUFER 67TABELLE 4.12: VIERFELDERTAFEL MASTTIERE 67
Anhang 110
9 Danksagung
Als erstes möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. V. Moennig für die Überlassung desThemas, die wissenschaftliche Betreuung der Arbeit sowie die freundliche Aufnahmeim Institut für Virologie bedanken.
Ich danke Frau Prof. Dr. B. Grummer für ihre unkomplizierte Hilfe und Betreuung,ihre Diskussionsbereitschaft und ihre konstruktiven Vorschläge.
Ein großer Dank geht an Herrn Günther Thiem für seine Hilfe während derTierversuche, insbesondere auch während der Bestandsbesuche.
Frau Dr. S. Blome danke ich für die wichtige Begleitung der ersten und letztenSchritte der Arbeit.
Meiner lieben Freundin und Weggefährtin Anastasia danke ich sehr für ihre Hilfesowohl bei praktischen Arbeiten als auch bei konstruktiven Diskussionen.
Moni, Holger und Gabi, vielen Dank für euere Unterstützung sowohl inpraktischen/technischen Fragen als auch für die Aufmunterungen.
Frau PD Dr. E. große Beilage von der Außenstelle Bakum und Frau Dr. F. Seehusenaus der Pathologie danke ich für die Möglichkeiten erster Tests. Außerdem danke ichFrau PD Dr. E. große Beilage und Herrn Dr. N. Dülmer für die große Hilfe bei derSuche nach geeigneten Schweinebeständen.
Den Landwirten danke ich sehr für ihre Unterstützung und Geduld.
Christina, danke für deine spontane Hilfe bei den Bestandsbesuchen.
Ich danke Ludger für seine schnelle Hilfe bei meinen Problemen mit dem ProgrammExcel von Microsoft.
Herrn M. Büttner (Firma Flir Systems) danke ich für die Hilfe bei der Auswahl desrichtigen Kamera Modells, den fachlichen Rat und das kostenlose zur Verfügungstellen spezieller Auswertungssoftware.
Der Firma DIAS Infrared danke ich für das großzügige kostenlose zur Verfügungstellen des Infrarotprüfstrahlers und insbesondere Herrn Dr. F. Nagel für seinefachliche Unterstützung und stete Diskussionsbereitschaft.
Der Klinik für kleine Klauentiere der Tierärztlichen Hochschule Hannover,insbesondere Herrn Prof. Dr. M. Wendt und Frau Dr. Thies danke ich für das zurVerfügung stellen der Schweinehautproben.
Herrn Dr. Manara, der Uni Würzburg danke ich für die Diskussionsbereitschaft, diekonstruktiven Vorschläge und die Untersuchung der Hautproben.
Dem FLI Insel Riems, insbesondere Herrn Dr. M. Beer und Frau Dr. E. Lange sowieden Mitarbeitern in den Versuchstierstallungen gilt mein Dank für die Unterstützungbei den ersten Tests.
Herrn Dr. M. Kramer, Herrn Dr. C. Staubach, Herrn Dr. Fröhlich, Herrn Dr. Teuffertund Herrn Dr. Gethmann aus dem FLI in Wusterhausen gilt mein Dank für diekonstruktiven Diskussionen und Herrn Dr. M. Ziller ganz besonders für die großeHilfe bei den statistischen Berechnungen und die fachliche Unterstützung.
Allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts für Virologie gilt mein herzlicherDank für die freundliche Aufnahme und stete Hilfsbereitschaft.
Meinen Freunden und meiner Familie danke ich sehr für ihren Zuspruch, ihre Geduldund Unterstützung.
Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die Dissertation „Anwendung der Infrarotthermographiezur nicht-invasiven Detektion fieberhafter Tiere in Schweinegruppen – Einschätzungder Anwendbarkeit im Tierseuchenkrisenfall am Beispiel der KlassischenSchweinepest“ selbstständig verfasst habe.
Bei der Anfertigung wurde folgende Hilfen Dritter in Anspruch genommen:
· Die Ermittlung des Emissionsgrades von Schweinehaut erfolgte durch dasBAVARIAN CENTER FOR APPLIED ENERGY RESEARCH, Abteilung:Funktionsmaterialien der Energietechnik, ZAE Bayern, Am Hubland, 97074Würzburg, Germany.
· Die Ermittlung der Strahlendichten aus den zugehörigen Temperaturwertenerfolgte mit einem Programm der Firma Dias infrared GmbH.
· Die statistische Auswertung der Temperaturwerte erfolgte mit Hilfe von HerrnDr. M. Ziller aus dem Friedrich Loeffler Institut auf der Insel Riems.
Ich habe keine entgeltliche Hilfe von Vermittlungs- bzw. Beratungsdiensten(Promotionsberater oder anderer Personen) in Anspruch genommen. Niemand hatvon mir unmittelbar oder mittelbar entgeltliche Leistungen für Arbeiten erhalten, die inZusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen.
Ich habe die Dissertation an folgenden Institutionen angefertigt:
· Institut für Virologie, Europäisches Referenzlabor für Klassische Schweinepest
Die Dissertation wurde bisher nicht für eine Prüfung oder Promotion oder für einenähnlichen Zweck zur Beurteilung eingereicht.
Ich versichere, dass ich die vorstehenden Angaben nach bestem Wissen vollständigund der Wahrheit entsprechend gemacht haben.
Datum
Hanna Gerß