紅外體溫測(cè)量設(shè)備對(duì)進(jìn)入醫(yī)療機(jī)構(gòu)人員體溫監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性探討

□ 薛曉琦 XUE Xiao-qi 田金 TIAN Jin 許鋒 XU Feng 李亦林 LI Yi-lin 徐艷芳 XU Yan-fang

關(guān)鍵字 Key words：新型冠狀病毒肺炎 COVID-19；醫(yī)療機(jī)構(gòu) Medical institutions；紅外體溫測(cè)量設(shè)備 Infrared thermometers

前言

新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019，COVID-19)作為急性呼吸道傳染病已納入《中華人民共和國(guó)傳染病防治法》規(guī)定的乙類傳染病，并采取甲類傳染病的預(yù)防、控制措施。該病以發(fā)熱和/或呼吸道癥狀為主要臨床表現(xiàn)，多數(shù)患者體溫在37.2℃以上[1]。為了加強(qiáng)新型冠狀病毒肺炎的防控工作，北京市衛(wèi)生健康委員會(huì)在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)防控新型冠狀病毒感染的肺炎工作的通知》和《關(guān)于做好醫(yī)療機(jī)構(gòu)防控新冠肺炎疫情期間診療服務(wù)工作的通知》中要求各醫(yī)療機(jī)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)所有進(jìn)入醫(yī)院人員的體溫監(jiān)測(cè)，將發(fā)熱人員及時(shí)引導(dǎo)到發(fā)熱門診等場(chǎng)所進(jìn)行排查。

北京大學(xué)第三醫(yī)院2019 年門診422 萬人次，日均16888 人次/天；年急診量31 萬人次，日均848 人次/天；年出院患者13.8 萬人次，平均住院日4.96 天。疫情防控期間，日門診量最低也在3300 人次/天。如此大的門急診量，對(duì)來院人員的體溫檢測(cè)是疫情防控期間醫(yī)院的重要工作。特別是在一、二月份戶外氣溫低且測(cè)溫關(guān)口前移的情況下，選擇合適的測(cè)溫設(shè)備是醫(yī)院面臨的首要問題。

目前，在醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的紅外體溫測(cè)量設(shè)備主要包括手持額溫槍、立柱(門框)紅外測(cè)溫設(shè)備及紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備三種[2-3]。上述三種測(cè)溫設(shè)備對(duì)使用環(huán)境的要求不同，其自身測(cè)溫精度也存在差異[4-5]。同時(shí)，對(duì)同一患者的不同身體部位進(jìn)行體溫測(cè)量，結(jié)果也可能存在差異[6-7]。因此，有必要對(duì)體溫測(cè)量設(shè)備進(jìn)行計(jì)量，檢測(cè)其測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)體溫測(cè)量設(shè)備進(jìn)行日常巡檢，以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

方法與結(jié)果

為了應(yīng)對(duì)此次新型冠狀病毒肺炎疫情，醫(yī)學(xué)工程處累計(jì)采購(gòu)發(fā)放手持額溫槍100 余只、立柱式紅外體溫檢測(cè)儀5 臺(tái)，熱成像式紅外體溫檢測(cè)儀3 臺(tái)，確保了測(cè)溫關(guān)口前移、預(yù)檢分診二次測(cè)溫等工作的順利進(jìn)行。通過對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫比對(duì)，北京市計(jì)量院進(jìn)行檢測(cè)校準(zhǔn)，并分析檢測(cè)結(jié)果，我們對(duì)不同紅外體溫測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)比不同設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，找出了配置紅外體溫測(cè)量設(shè)備的最佳方案。

1.紅外體溫測(cè)量設(shè)備介紹。傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)和電子體溫計(jì)在人體溫度測(cè)量上具有較高精度，但無法實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，同時(shí)傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量也存在交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。與傳統(tǒng)體溫計(jì)相比，紅外體溫測(cè)量設(shè)備具有測(cè)量速度快、非接觸式測(cè)量、減少交叉感染、可動(dòng)態(tài)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，紅外體溫測(cè)量設(shè)備也具有一定不足，由于此類設(shè)備檢測(cè)到的溫度都是被測(cè)物體的表面溫度，因此受外界環(huán)境影響較大，不同的人體發(fā)射率、測(cè)量距離的遠(yuǎn)近、環(huán)境溫度的高低都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響[8-10]。新型冠狀病毒肺炎具有極高的傳染性，因此紅外體溫測(cè)量設(shè)備是醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)進(jìn)入人員體溫檢測(cè)的有效工具。根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境及不同測(cè)量要求，有針對(duì)性地選擇合適的紅外體溫測(cè)量設(shè)備是我們需要考慮的問題。

1.1 手持紅外式。手持額溫槍通常內(nèi)置單個(gè)紅外傳感器，其工作原理是：按下測(cè)溫開關(guān)后，傳感器將人體發(fā)出的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并發(fā)送至主控芯片，主控芯片計(jì)算出體溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送至顯示屏進(jìn)行顯示。2003 年 SARS 疫情期間與 2009 年HIN1 型流感病毒流行期間，手持額溫槍都得到了廣泛應(yīng)用。該類設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方法簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、方便攜帶、使用簡(jiǎn)便、測(cè)量時(shí)間短[11-12]，缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果易受測(cè)量距離、環(huán)境溫度、操作人員使用方法等因素的影響[13]。該類設(shè)備的正常工作的環(huán)境溫度區(qū)間通常是10℃～40℃，為使測(cè)量結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，在室外使用時(shí)可選擇人員的手腕、鎖骨下方等被衣物覆蓋的部位。

2.立柱紅外式。立柱式紅外體溫測(cè)量設(shè)備通常由底座、立柱式固定支架、立柱式外殼、液晶顯示器、語音報(bào)警裝置、電源、主控板等部件組成，在垂直方向安裝多個(gè)紅外傳感器。該類設(shè)備根據(jù)單個(gè)紅外傳感器的探測(cè)角度及預(yù)期的探測(cè)高度范圍確定探頭的數(shù)量，例如當(dāng)采用探測(cè)角度為7 度的紅外傳感器時(shí)，在豎直方向間隔安裝14 個(gè)傳感器即可使設(shè)備具有0.6 ～2 米的高度探測(cè)范圍。該類設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快，被測(cè)對(duì)象以正常步行速度從設(shè)備旁經(jīng)過，即可探測(cè)出被測(cè)對(duì)象的體溫，從而實(shí)現(xiàn)在通過中進(jìn)行測(cè)量。缺點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確性受環(huán)境溫度影響較大，該類設(shè)備的正常工作溫度區(qū)間通常是10℃～35℃，在室外使用時(shí)可以選擇測(cè)量掌心、手腕等被衣物覆蓋的部位。與手持額溫式紅外體溫測(cè)量設(shè)備相比，立柱式紅外體溫測(cè)量設(shè)備能夠更好地滿足高人流量區(qū)域的體溫檢測(cè)需求。

1.3 紅外熱成像監(jiān)控式。熱成像式紅外體溫監(jiān)控設(shè)備通常由紅外熱成像攝像頭、視頻攝像頭、黑體、主控電腦等部件組成[14-16]。紅外熱成像攝像頭可將被測(cè)人體向外輻射的紅外能量通過放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換等步驟轉(zhuǎn)換成可見的偽彩色熱圖像，通過顯示屏上不同的顏色來表示不同的溫度。該類設(shè)備工作時(shí)，視頻攝像頭實(shí)時(shí)采集體溫測(cè)量區(qū)域的視頻影像，紅外熱成像攝像頭實(shí)時(shí)采集區(qū)域內(nèi)的熱源信號(hào)，主控電腦將來自視頻攝像頭的視頻影像進(jìn)行人臉識(shí)別，結(jié)合紅外熱成像攝像頭采集的熱源信號(hào)完成配準(zhǔn)與圖像融合，最終實(shí)時(shí)顯示以便操作者進(jìn)行查看。該類設(shè)備的正常工作溫度區(qū)間是0℃～30℃，優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快，可實(shí)時(shí)測(cè)量多個(gè)被測(cè)對(duì)象且被測(cè)對(duì)象無需停留，滿足高人流量區(qū)域的測(cè)溫要求。同時(shí)，該類設(shè)備可以通過自帶的黑體對(duì)紅外熱成像攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，操作者可以使用隨機(jī)配備的軟件對(duì)測(cè)溫算法進(jìn)行修正，以減少環(huán)境溫度對(duì)設(shè)備的影響。該類設(shè)備的缺點(diǎn)是采購(gòu)價(jià)格相對(duì)較高，在室外安裝部署時(shí)需要一定時(shí)間進(jìn)行調(diào)試。

2.紅外體溫測(cè)量設(shè)備測(cè)溫方法及效果分析

2.1 測(cè)溫方法對(duì)比。為了對(duì)三種紅外設(shè)備的測(cè)溫效果進(jìn)行對(duì)比，分別在室內(nèi)與室外兩個(gè)場(chǎng)景記錄三種設(shè)備的測(cè)溫結(jié)果，方法如下：設(shè)置溫度測(cè)量點(diǎn)，在測(cè)量點(diǎn)用圍擋隔出體溫測(cè)量通道。在通道入口處安排1 名測(cè)溫人員使用手持額溫槍測(cè)量進(jìn)入人員的體溫，在通道中部安裝1 臺(tái)立柱式測(cè)溫設(shè)備，在通道出口安裝1臺(tái)熱成像式測(cè)溫設(shè)備。被測(cè)人員經(jīng)過測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，會(huì)依次接受三種設(shè)備的體溫測(cè)量。通過記錄100 名人員的三個(gè)體溫?cái)?shù)據(jù)并使用SPSS 軟件進(jìn)行分析，探討三種設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。

2.2 室內(nèi)場(chǎng)景對(duì)比。室內(nèi)場(chǎng)景的測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置在醫(yī)院門診樓大廳，室外環(huán)境溫度為5℃，大廳內(nèi)的溫度為20℃，對(duì)100 名被測(cè)者的體溫測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，其中，手持額溫槍測(cè)量的溫度為(33.388±0.312)℃，立柱式測(cè)溫設(shè)備測(cè)量的溫度為(36.202±0.175)℃，熱成像式測(cè)溫設(shè)備測(cè)量的溫度為(36.207±0.170)℃。三種設(shè)備的測(cè)量對(duì)比結(jié)果如表 1 所示。從表1 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，手持式與立柱式、熱成像式測(cè)溫設(shè)備的對(duì)比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)，立柱式與熱成像式測(cè)溫設(shè)備的對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，立柱式及熱成像式測(cè)溫設(shè)備能夠較好地滿足大流量、快速測(cè)量的需要。

表1 三種測(cè)溫設(shè)備室內(nèi)環(huán)境測(cè)溫結(jié)果對(duì)比

2.3 室外場(chǎng)景對(duì)比。室外場(chǎng)景的測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置在醫(yī)院大門入口處的測(cè)溫帳篷內(nèi)，室外環(huán)境溫度為5℃，帳篷內(nèi)的溫度為6℃，對(duì)100 名被測(cè)者的體溫測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。其中，手持額溫槍測(cè)量的溫度為(30.866±0.171)℃，立柱式測(cè)溫設(shè)備測(cè)量的溫度為(36.200±0.228)℃，熱成像式測(cè)溫設(shè)備測(cè)量的溫度為(36.189±0.178)℃。從表2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，手持式與立柱式、熱成像式測(cè)溫設(shè)備的對(duì)比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)，立柱式與熱成像式測(cè)溫設(shè)備的對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。由于手持額溫槍建議使用的環(huán)境溫度在10℃以上，室外測(cè)溫時(shí)必須放在大衣內(nèi)進(jìn)行保暖，否則無法正常工作。同樣，在室外測(cè)溫時(shí)立柱式測(cè)溫設(shè)備受環(huán)境溫度影響，也無法對(duì)被測(cè)者進(jìn)行快速通過式測(cè)量，被測(cè)者需要露出手腕靠近設(shè)備測(cè)溫探頭才能完成測(cè)量。

表2 三種測(cè)溫設(shè)備室外環(huán)境測(cè)溫結(jié)果對(duì)比

根據(jù)上述結(jié)果可知，在室內(nèi)環(huán)境下，手持額溫槍的測(cè)量結(jié)果偏低。這是由于測(cè)溫雖在室內(nèi)但靠近樓宇大門，被測(cè)人員多為從室外低溫環(huán)境下進(jìn)入室內(nèi)，體表溫度尚為恢復(fù)至室溫，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)值偏低。立柱式及熱成像式測(cè)溫設(shè)備在室內(nèi)環(huán)境下溫度測(cè)量結(jié)果正常。

在室外環(huán)境下，由于環(huán)境溫度過低，手持額溫槍的測(cè)量結(jié)果無法反映被測(cè)者的真實(shí)體溫，立柱式測(cè)溫設(shè)備則需要貼近探頭才能夠正常測(cè)溫。熱成像式測(cè)溫設(shè)備的測(cè)溫結(jié)果較為準(zhǔn)確并仍舊能夠進(jìn)行快速、高流量測(cè)量，因?yàn)樵撛O(shè)備配備了黑體部件，可根據(jù)使用環(huán)境進(jìn)行校準(zhǔn)與算法調(diào)整，從而在低溫環(huán)境下維持設(shè)備的正常工作。

3.紅外體溫測(cè)量設(shè)備計(jì)量方法及結(jié)果。紅外體溫測(cè)量設(shè)備的計(jì)量檢測(cè)可依據(jù)JJF1107-2003《測(cè)量人體溫度的紅外溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》[17-18]，采用黑體輻射源作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，紅外體溫測(cè)量設(shè)備的性能應(yīng)當(dāng)滿足表3 中的要求，計(jì)量校準(zhǔn)時(shí)針對(duì)不同測(cè)溫設(shè)備的黑體溫度設(shè)定值如表4 所示。

表3 紅外體表溫度計(jì)[17-18]

表4 黑體設(shè)定溫度[17-18]

紅外體表溫度計(jì)的計(jì)量方法如下：測(cè)試前，被測(cè)設(shè)備應(yīng)當(dāng)在測(cè)試溫、濕度條件下穩(wěn)定30 分鐘或者更長(zhǎng)(如果制造商規(guī)定)，使用被測(cè)設(shè)備在表4 規(guī)定的黑體設(shè)定溫度下重復(fù)測(cè)量黑體溫度，在每個(gè)黑體設(shè)定溫度對(duì)黑體進(jìn)行不少于4 次的測(cè)量讀數(shù)，記錄被測(cè)設(shè)備的溫度讀數(shù)和黑體實(shí)際溫度，確定各次測(cè)量的誤差。誤差ei,j 定義為

其中，i 代表黑體設(shè)定溫度的序數(shù)；tBBi是第i 個(gè)黑體設(shè)定溫度下的黑體實(shí)際溫度；ti,j是被測(cè)設(shè)備測(cè)量tBBi時(shí)的第j 個(gè)溫度讀數(shù)；j 表示讀數(shù)的順序。在各個(gè)tBBi下，測(cè)量誤差ei,j應(yīng)當(dāng)符合表3 中的要求。

3.1 手持紅外式測(cè)溫設(shè)備計(jì)量結(jié)果。在對(duì)三種測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)手持額溫槍在室外低溫環(huán)境下無法正常工作或測(cè)溫結(jié)果偏低。因此要在穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，待設(shè)備穩(wěn)定一段時(shí)間后再進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)。對(duì)20 臺(tái)手持額溫槍進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量合格率為100%。

3.2 立柱紅外式測(cè)溫設(shè)備計(jì)量結(jié)果。在對(duì)三種測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)立柱式測(cè)溫設(shè)備在室外低溫環(huán)境下使用其測(cè)溫效率開始降低，需要被測(cè)人員用手腕靠近探頭才能完成體溫檢測(cè)。因此對(duì)該類設(shè)備的計(jì)量校準(zhǔn)，也要在穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下進(jìn)行。對(duì)5 臺(tái)立柱式測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量合格率為100%。

3.3 紅外熱成像監(jiān)控式測(cè)溫設(shè)備計(jì)量結(jié)果。為了驗(yàn)證熱成像式測(cè)溫設(shè)備在室外環(huán)境下使用時(shí)測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)于該類設(shè)備的計(jì)量校準(zhǔn)在醫(yī)院大門入口處的測(cè)溫帳篷內(nèi)進(jìn)行。計(jì)量開始前使用熱成像設(shè)備自帶的黑體進(jìn)行自校準(zhǔn)，隨后開始計(jì)量，結(jié)果符合計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 紅外體溫測(cè)量設(shè)備測(cè)溫結(jié)果分析。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度下，手持式、立柱式、熱成像式測(cè)溫設(shè)備的計(jì)量結(jié)果均符合計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，其測(cè)量結(jié)果是準(zhǔn)確、可靠的。

結(jié)論

綜上所述，手持式和立柱式這兩類設(shè)備可用于進(jìn)入醫(yī)院樓宇內(nèi)的二次測(cè)溫，如分診臺(tái)預(yù)檢分診。熱成像式測(cè)溫設(shè)備自帶黑體可實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，并且可根據(jù)不同環(huán)境溫度調(diào)整測(cè)溫算法，因此可用于進(jìn)入醫(yī)院前的室外測(cè)溫。

新型冠狀病毒肺炎疫情對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)提出了巨大的挑戰(zhàn)，為了加強(qiáng)新型冠狀病毒肺炎的防控工作，對(duì)所有進(jìn)入醫(yī)院的人員進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)，是篩查發(fā)熱人員的必要措施。醫(yī)療機(jī)構(gòu)在應(yīng)用紅外體溫測(cè)量設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮測(cè)溫環(huán)境、測(cè)溫區(qū)域人流密度等因素，在不同測(cè)溫地點(diǎn)選用合適的設(shè)備。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行計(jì)量以及日常的巡檢與校準(zhǔn)，保證設(shè)備正常運(yùn)行，做好疫情期間的測(cè)溫防控工作。