紅外體溫計(jì)及其影響因素的研究進(jìn)展

周香德，陳倩，何旭

（西南交通大學(xué)希望學(xué)院，四川 成都 610400）

0 引言

在 COVID-19 大流行期間，體溫測量的可靠性變得至關(guān)重要，紅外體溫計(jì)是目前唯一可行的大規(guī)模發(fā)燒篩查方法，其中紅外熱成像系統(tǒng)、手持式非接觸式紅外溫度計(jì)被認(rèn)為是在傳染病爆發(fā)期間篩查溫度的最安全工具[1]。在新型冠狀病毒肺炎之后，這些熱篩查方式被廣泛地應(yīng)用在機(jī)場、國防機(jī)構(gòu)、火車站、學(xué)校、體育中心、辦公室、工作場所、商場、購物中心和酒店等地方。但如果將紅外體溫計(jì)用作檢測 COVID-19 感染的唯一手段，那么這些測溫設(shè)備是無效的，它僅僅是檢測發(fā)熱的一種方法和應(yīng)對傳染病大流行方法中的一部分。與直腸溫度相比，紅外體溫計(jì)在估計(jì)中央核心溫度時(shí)并不總是準(zhǔn)確的[2]，因?yàn)榧t外體溫計(jì)用于發(fā)熱篩查時(shí)受個(gè)體對象、時(shí)間、空間、測量部位、環(huán)境條件（溫度、濕度、光照條件、風(fēng)流）、設(shè)備類型、使用方法（傾斜角度）等諸多因素的影響[2-4]，這些影響因素可能導(dǎo)致發(fā)熱和不發(fā)熱群體的錯誤分類，進(jìn)而造成嚴(yán)重后果。因此如何科學(xué)、準(zhǔn)確地使用熱篩查工具，減少測量誤差尤為必要。本文對紅外體溫計(jì)及其影響因素進(jìn)行綜述，了解紅外體溫計(jì)在體溫監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為紅外體溫計(jì)體溫監(jiān)測提供借鑒。

1 紅外體溫計(jì)的概述

1.1 紅外體溫計(jì)的定義

紅外體溫計(jì)是利用紅外輻射的原理，通過紅外傳感器檢測物體發(fā)射的紅外線來測量物體溫度，無需接觸物體[5]。其通過檢測紅外輻射量，幾乎可以實(shí)時(shí)估算體溫，可以輕松地篩查大量人員，更迅速地隔離傳染性個(gè)體。非接觸式紅外測溫儀（non-contact infrared thermometers ，NCITs）和紅外熱像儀是目前在流行病期間用于發(fā)熱篩查的主要設(shè)備類型。非接觸式紅外測溫儀的測量部位主要包括：鼓室、顳動脈、額頭等位置，前額是常用的部位，下文主要介紹非接觸式紅外測溫儀的分類以及紅外熱像儀。

1.2 紅外體溫計(jì)的分類及測量部位

1.2.1 紅外耳溫儀

紅外耳溫儀（Infrared ear thermometers，IRETs）是通過測量人體鼓膜的熱輻射來測得人體溫度的一種非接觸式測溫儀器，廣泛應(yīng)用于嬰幼兒。耳道靠近下丘腦即體溫調(diào)節(jié)中樞，下丘腦的血流通過頸總動脈流經(jīng)鼓膜，耳道是獲得身體核心溫度的理想部位，且耳道溫度較為穩(wěn)定，因而較為準(zhǔn)確。在兒童中，紅外體溫計(jì)測量鼓膜體溫，比常規(guī)腋窩或直腸體溫更準(zhǔn)確，且IRETs是測量2月至16歲兒童體溫的最佳設(shè)備，但是在溫度高于39.0℃的兒童中紅外鼓膜體溫的診斷準(zhǔn)確性低[6]。鼓膜穿孔、非化膿性的中耳炎，中耳積液，通氣管和小耳手術(shù)也不會影響紅外鼓膜測溫結(jié)果[7]。但是在傳染病流行期間，紅外耳溫儀可能會造成交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槭褂脮r(shí)需要手動拉耳廓，若使用一次性塑料罩可能會增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。而且體溫計(jì)放置不準(zhǔn)確或測量者操作失誤，可能造成測量誤差，因此，紅外耳溫儀使用時(shí)應(yīng)掌握正確使用方法，結(jié)合被測對象的個(gè)體情況進(jìn)行綜合評估。

1.2.2 紅外顳動脈溫度計(jì)

紅外顳動脈溫度計(jì)（the temporal artery thermometer，TAT）是通過一個(gè)紅外探頭,掠過前額, 然后放置在耳朵后面來測量溫度。研究顯示[8]TAT具有令人滿意的準(zhǔn)確度、精密度和特異性，但在兒科患者中使用時(shí)靈敏度較低，它在發(fā)熱篩查期間出現(xiàn)假陰性讀數(shù)的比例很高，因此不能代替直腸溫度。其次，在成人患者中，現(xiàn)有證據(jù)不支持顳動脈測溫可以替代常見的有創(chuàng)和無創(chuàng)測溫方法，因?yàn)闇y量溫度的不確定性可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果[9]。因此建議在兒童中使用時(shí)，應(yīng)結(jié)合臨床情況進(jìn)行綜合判斷，避免在成人中使用紅外顳動脈溫度計(jì)，或?qū)ζ渥x數(shù)的準(zhǔn)確性和精確度保持謹(jǐn)慎態(tài)度。

1.2.3 紅外額溫計(jì)

紅外額溫計(jì)（non-contact infrared forehead thermometer ，NCIFT）是通過檢測人體額頭皮膚表面處的紅外輻射，通過紅外感溫元件將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為可視溫度值的一種儀器。前額中心是測量部位，口腔（例如舌下）是參考部位。由于靠近顳動脈，前額是測量核心體溫的最佳方法，并且在嬰兒穿戴時(shí)更方便。如果說IRETs是測量小兒發(fā)熱的好選擇，那么NCIFT就是篩查小兒發(fā)熱的好方法，但必須謹(jǐn)慎使用，因?yàn)樗哂泻芨叩钠钪礫10]。總之，NCIFT可用于醫(yī)院，學(xué)校，工作場所和家庭，溫度計(jì)小巧，輕便且便宜，與水銀溫度計(jì)相比，測量精度不夠高，可做定性篩查，不能作為醫(yī)學(xué)判定使用。

1.2.4 紅外熱像儀

紅外熱成像技術(shù)（Infrared thermography，IFR）是一種非侵入性技術(shù)，可測量物體發(fā)出的中長波紅外輻射并將其轉(zhuǎn)換為溫度。IFR具有以下特點(diǎn)：①沒有有害輻射，可以長時(shí)間重復(fù)使用；②提供二維圖像，比較目標(biāo)區(qū)域之間的溫度；③不僅可以快速掃描固定目標(biāo)，還可以對快速移動的目標(biāo)進(jìn)行采集；④然而IFR價(jià)格昂貴。可以在傳染病大流行期間進(jìn)行發(fā)燒篩查，國外一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)[11]，針對忙碌的兒童急診科，2至6歲的兒童發(fā)熱篩選，頸部外側(cè)的IFR 掃描是一種可靠、舒適、快速且無創(chuàng)的發(fā)熱篩查方法。而且對于NCITs，特別測量部位為額頭的紅外額溫度計(jì)而言，校準(zhǔn)準(zhǔn)確性的IFR的發(fā)熱篩查準(zhǔn)確性更高，具有良好的特異性，原因是額頭容易受環(huán)境溫度和氣流等環(huán)境因素的影響；另外與NCITs相比較，IRT 操作員不需要與受試者物理接近，可以實(shí)施完全自動化的方法，從而降低感染風(fēng)險(xiǎn)。不僅如此，它還可以提供來自一系列面部位置的溫度數(shù)據(jù)[12]，所以IFR是人流量大的地區(qū)或高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行發(fā)燒篩查的更好選擇。

總之，紅外體溫計(jì)具體有經(jīng)濟(jì)、非接觸、便捷、讀數(shù)快等優(yōu)勢，可以作為發(fā)燒患者的初篩。但是發(fā)熱篩查時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同體溫計(jì)測量同一人群，彼此之間測量的溫度讀數(shù)是不一致的[13]，所以醫(yī)療機(jī)構(gòu)人員使用紅外體溫計(jì)應(yīng)保持謹(jǐn)慎態(tài)度，對患者進(jìn)行綜合評估。

2 影響紅外體溫計(jì)測量的因素

盡管紅外體溫計(jì)具有測量速度快、操作簡便以及非接觸性等突出優(yōu)點(diǎn)，然而在設(shè)計(jì)時(shí)，以及對人體進(jìn)行測溫時(shí)，諸多因素影響了最終測量結(jié)果。如：測量距離、環(huán)境因素、發(fā)射率、反射溫度、皮膚位置、測溫算法和內(nèi)部溫度等因素。

2.1 測量距離

一般情況下，紅外體溫計(jì)距離目標(biāo)越遠(yuǎn)，測量結(jié)果越不準(zhǔn)確。距離增大可以導(dǎo)致以下兩種結(jié)果：一是大氣透過率減小, 二是輸出信號降低，這兩者容易導(dǎo)致測溫誤差。上述紅外體溫計(jì)都受距離的影響。紅外耳溫儀在使用時(shí)，耳道彎曲可能變得難以觸及鼓膜，尤其在新生兒中，不僅如此，耳道充血或耳垢的存在也會干擾測量結(jié)果[14]。有資料顯示[5]NCIFT測溫時(shí)，要保證測溫探頭離額頭的距離在3-5cm左右，紅外線束正對前額正中眉心上方并保持垂直，并去除額頭上方的頭發(fā)遮擋。2014年加拿大藥物和衛(wèi)生技術(shù)局也報(bào)告了[15]，根據(jù)測溫設(shè)備差異，非接觸式紅外溫度計(jì)距離患者3-15cm，通常可測量前額或太陽穴上的溫度。紅外熱像儀測溫時(shí)，如果目標(biāo)距離攝像機(jī)的距離較長，透過大氣將出現(xiàn)傳輸損耗，損耗取決于水蒸氣的量和物體本身的溫度。此外，紅外體溫計(jì)測溫時(shí)，應(yīng)保持測量部位皮膚無汗。

2.2 環(huán)境因素

環(huán)境影響人體表面的溫度。我國頒布的《紅外人體表面溫度快速篩檢儀通用技術(shù)條件》[16]（以下簡稱篩查儀）中就規(guī)定了篩查儀正常工作條件為：環(huán)境溫度16.0℃ ～32.0℃，相對濕度≤85%。放存環(huán)境-20.0℃ ～50.0℃，相對濕度不超過90%。除了篩查儀總體通用條件外，紅外耳溫儀有單獨(dú)的國家標(biāo)準(zhǔn)。國標(biāo)《醫(yī)用紅外體溫計(jì)第1部分:耳腔式》[17]中規(guī)定，IRETs正常工作條件如下：環(huán)境溫度16.0℃～35.0℃；相對濕度≤85%；大氣壓力70kPa～106kPa。此外，IRETs測量時(shí)，容易受環(huán)境因素的影響，如：環(huán)境溫度變化、出汗、血管灌注情況等因素[18]。郝小鵬等[19]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，環(huán)境溫度變化2℃，造成額頭溫度變化約 0.5℃；不僅如此，對流換熱系數(shù)變化時(shí)，額頭溫度也會隨之變化。因此，紅外額溫計(jì)測溫時(shí)，應(yīng)使被測人員處于靜息狀態(tài)下，在空氣對流小，環(huán)境溫度變化小的室內(nèi)進(jìn)行測量。對于IRT來說，Rubén等[20]的研究表明，IRT高度依賴工作環(huán)境，如周圍的溫度，氣流或濕度。唯一用于發(fā)燒篩查的IRT性能評估的國際標(biāo)準(zhǔn)：IEC 80601-2-59也規(guī)定了在每次測試之前，IRT均需穩(wěn)定15min后使用[21]。

2.3 發(fā)射率、反射溫度

目標(biāo)物體的發(fā)射率可以反映物體表面的輻射能力，而測量物體輻射可以得到物體表面的溫度，因此發(fā)射率對紅外測溫結(jié)果有決定性影響。在計(jì)算溫度時(shí)，IRT不僅基于測得的總輻射，也取決于內(nèi)部攝像機(jī)的校準(zhǔn)和物體輻射能量的發(fā)射率。發(fā)射率、反射溫度是使用IRT測量溫度最重要的兩個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)，因此需要校準(zhǔn)設(shè)置合理發(fā)射率和反射溫度以獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。此外，測溫設(shè)備的差異對發(fā)射率也有影響。

2.4 皮膚位置

紅外體溫計(jì)篩查發(fā)熱患者時(shí)，皮膚既不恒定、也不均勻，且受環(huán)境影響，因此，皮膚位置的選擇成為最能反映體溫的重要因素。IRT的主要目標(biāo)之一是額頭，但有調(diào)查顯示[22]，臉部溫度最高的小區(qū)域在眼眶內(nèi)側(cè)、鼻子和內(nèi)眼角的皮膚，原因是此區(qū)域眼動脈提供血流供應(yīng)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)[23]也規(guī)定，靠近內(nèi)眼角的中間區(qū)域可以準(zhǔn)確估計(jì)核心體溫，是發(fā)燒篩查的首選地點(diǎn)。在2至6歲兒童中，有研究[24]比較了額頭，頸部（在頸動脈上方）和后頸三個(gè)部位，與數(shù)字電子溫度計(jì)測量的腋溫比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頸部紅外線體溫測量結(jié)果可能更準(zhǔn)確。分析原因是在脖子側(cè)面與額頭區(qū)域的顳動脈相比，它更靠近大動脈（頸動脈）。因此，紅外體溫計(jì)篩查發(fā)熱患者時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇皮膚位置。

2.5 測溫算法、內(nèi)部溫度

紅外體溫計(jì)測溫速度快，然而一次性測溫結(jié)果易受外界干擾，易出現(xiàn)測溫誤差。有研究中[25]采用了連續(xù)采集十次溫度值，計(jì)算其平均值作為采集到的實(shí)際溫度以提高測溫的準(zhǔn)確度。不僅如此，IRT的內(nèi)部溫度影響測溫結(jié)果。非制冷IRT雖然體積小，成本低，但是由于其沒有制冷系統(tǒng)，內(nèi)部溫度會隨著環(huán)境溫度的變化而變化。張曉龍等[26]研究表明，在使用非制冷長波紅外熱像儀時(shí)，為了減少測量誤差，探測器工作溫度應(yīng)為25℃～40℃。

3 小結(jié)

目前，非接觸式紅外測溫儀和紅外熱像儀發(fā)熱篩查是減輕如新型肺炎等流行性傳染疾病的威脅唯一可行的方法。然而操作時(shí)多種因素會影響測量結(jié)果，特別對于在商店、工作場所和公共建筑入口處進(jìn)行溫度檢查的組織而言，測量距離、環(huán)境因素（溫度、濕度、光照條件）可能都會對體溫測量造成影響，所以紅外體溫計(jì)是一種不可靠的獨(dú)立溫度篩查工具，體溫測量應(yīng)仔細(xì)考慮，測量的時(shí)間、孔家、工作距離、傾斜角度、光線條件及個(gè)人的具體情況等，以便有效地提高測量的可靠性。