使用 3D 成像評估雜交肉牛的身體成分

有效管理身體成分對牛肉的健康和生產性能至關重要。了解其化學成分，包括水、脂質、蛋白質、礦物質和能量，對于優化飼料效率和滿足營養需求至關重要。傳統方法，如死后胴體研磨和化學分析，價格昂貴且不適合連續監測。傳統的基于視覺或觸診的方法（如體況評分）很常見，但需要手動操作且主觀性強。

3D成像技術 (3DIT ) 的出現為克服傳統方法的局限性提供了良好的機會。3DIT 的創新引起了人們的興趣，因為它可以準確、非侵入性地確定牛和其他牲畜的體重和成分。與傳統方法不同，3DIT 可以進行安全和非接觸式測量，從而促進形態性狀的高通量表型分析。值得注意的是，3DIT 已成功應用于生長或育肥牛，以估計平均日增重、胴體等級和身體成分等參數。

當前研究

Xavier 等人 (2023) 最近開展了一項研究，旨在校準和評估體內三維數字化成像 (3DIT) 技術在評估常見肉牛和奶牛雜交品種的空腹體和胴體成分方面的精度。該研究納入了 100 頭瑞士褐牛母牛與安格斯牛、利木贊?；蛭鏖T塔爾牛公牛的雜交雄性后代。

這些犢牛平均出生 31.5 天，體重 73.6 公斤，飼喂牛奶、干草、精飼料和玉米青貯飼料，直至體重達到 160 公斤。之后，它們被飼喂兩種全混合日糧中的一種，直至屠宰。根據評估身體成分的方式，數據分為兩組：首組使用直接死后分析，第二組使用通過第 11 根肋骨解剖法直接或間接估算。

·第 1 組：包括 48 頭小牛（每個雜交品種 16 頭），它們按照生長軌跡以不同的體重被屠宰，其中 18 頭以 517 公斤的體重被屠宰，可對這些小牛進行死后身體成分的直接測量。

·組 2：納入 70 頭犢牛（23 頭安格斯公牛，24 頭利木贊公牛，23 頭西門塔爾公牛），屠宰時體重為 517 公斤。本組犢牛的體成分測定方法為直接測定（n = 18）或通過第 11 肋骨解剖法間接測定（n = 52）。

熱胴體重量變化很大，從 34 公斤到 306 公斤不等，平均產量為 56 ± 3%。盡管存在這種變化，空腹體內的水分、蛋白質和礦物質比例保持穩定，而脂質和能量比例則表現出較大的變化性。

在空腹體 (r ≤ -0.99) 和胴體 (r ≤ -0.99) 中均觀察到水分和脂質比例之間的強烈負相關性，表明它們之間存在強烈的反比關系。無脂肪空腹體成分保持一致，約含 75.0 ± 1.1% 的水分、20.8 ± 1.0% 的蛋白質和 4.2 ± 0.2% 的礦物質，與無脂肪胴體成分相似。在終點（第 2 組），公牛達到商業屠宰重量 (517 ± 10 公斤體重)，熱胴體重量平均為 289.3 ± 10.0 公斤，胴體產量為 56 ± 2%。

空腹和胴體中的脂質比例再次表現出高數值的變異性（變異系數分別為17%和19%）。安格斯雜交公牛的脂質含量和能量儲存量高于利木贊牛或西門塔爾雜交公牛，且水分比例較低。

比較分析

在最終屠宰重量下，不同種公牛品種的化學成分差異明顯。與利木贊牛或西門塔爾牛雜交品種相比，安格斯雜交公牛的脂質和能量含量更高，但水分含量更低。

通過3DIT揭示了不同種公牛品種之間的獨特體型特征，利木贊雜交公牛在生長軌跡和終點時都比安格斯和西門塔爾雜交品種的尺寸更大。用于空體化學質量估算的關鍵3DIT變量包括大腿長度和臀高，其他變量可以增強預測效果，尤其是在生長軌跡階段。

此外，在大多數偏最小二乘模型中，六個補充變量和兩個比率始終對空體比例估算有貢獻。這六個補充變量分別是肩寬、心圍、胸深、臀寬、大腿圍和體長，而兩個始終有貢獻的比率是體長與心圍的比率以及肩寬與臀寬的比率。

本研究揭示了不同公牛品種間雜交公牛的化學成分存在顯著差異。與利木贊?；蛭鏖T塔爾牛雜交品種相比，安格斯雜交品種的脂肪和能量含量更高，但水分含量更低，這表明不同品種的胴體成分存在顯著差異。

利用3DIT技術，研究人員能夠識別不同公牛品種間獨特的體型特征，這對于估算不同生長階段的空重和胴體成分至關重要。與僅使用體重或體型等級的模型相比，加入3DIT變量顯著提高了估算的精度，尤其是脂肪質量和能量含量的估算精度。事實證明，基于3DIT變量的體重估算方法可靠，其體重估算精度與先前的研究結果相當。

放置相機

靠近水槽似乎是安裝 3D 攝像機監控飼養場牛群的理想位置。然而，保護攝像機免受各種因素的影響至關重要，這可能需要安裝防護罩或遮陽棚。

為了有效監控單個牛只，攝像機應安裝在適當的高度（2 米）和角度（45 度），以便在牛只靠近飲水時清晰地拍攝到圖像，從而閾值內大限度地減少其他牛只的干擾。

通常，一個尺寸為寬 6.5 英寸 x 高 12 英寸 x 長 26.5 英寸的飲水器足以容納 50 頭公牛，因此，一個容納 100 頭公牛的牛欄需要兩個這樣的飲水器和兩臺攝像機。

威斯康星大學麥迪遜分校最近開展了一項實驗（Padilla 等人，2021），評估了計算機視覺在監測肉牛生長發育中的應用。

實驗中，閹牛佩戴了 RFID 耳標，并在每個牛欄的水槽上方安裝了一臺 3DIT 攝像頭。當牛靠近水槽時，RFID 天線會觸發攝像頭捕捉俯視圖，圖像隨后傳輸到核心計算機，最終傳輸到云端。

研究人員開發了一種算法來過濾和處理圖像，提取相關的生物學特征，例如體長、體寬、體高、面積和體積。該系統成功處理了可用的圖像，展現了其實時生長監測的潛力。

在水槽頂部安裝 3D 攝像頭，提供了一種持續監測牛體成分的創新方法。這種放置方式充分利用了牛頻繁前往水源的便利，在不干擾其正常行為的情況下，提供了充足的數據收集機會。該裝置符合精準畜牧養殖的原則，可以對評估體成分至關重要的體征進行非侵入式實時評估。

如果成功實施，該方法可以將體成分監測無縫整合到日常工作中，從而重塑畜牧管理實踐，提高動物福利和生產效率。

啟示

在體重 (BW) 中添加 3DIT 變量可提高估算身體成分（尤其是脂質質量）的精度。成像技術具有技術簡便、非侵入性和安全性，在精準畜牧養殖中具有更廣泛的應用潛力。

使用 3DIT 精確估算肉牛和奶牛雜交公牛的身體和胴體成分是一項重大進步。持續的研究和改進有望增強精準畜牧養殖實踐，從而改善管理、提高牛群福祉，并提升畜牧生產者的經濟效益。