紅外熱成像儀在新型冠狀病毒肺炎防控中的應(yīng)用

王元，孟令廣

鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備部 （河南鄭州 450008）

2019年12月，湖北省武漢市部分醫(yī)院陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多例不明原因的肺炎病例，隨后證實(shí)是新型冠狀病毒引起的呼吸道傳染病[1-2]。2020年1月20日，國家衛(wèi)生健康委將該病納入《中華人民共和國傳染病防治法》規(guī)定的乙類傳染病，并按甲類傳染病管理[3]。2020年2月11日，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）將新型冠狀病毒所致的疾病命名為新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）[4]。COVID-19的主要傳播途徑是呼吸道飛沫和接觸傳播，患者的臨床表現(xiàn)包括發(fā)熱和（或）呼吸道癥狀、肺炎影像學(xué)特征及白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)量變化等[5-6]。因此，加強(qiáng)體溫篩查，特別是對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)、大型商場(chǎng)、學(xué)校、銀行、車站等密集型場(chǎng)所人員的體溫監(jiān)測(cè)對(duì)防控疫情具有十分重要的意義。

體溫監(jiān)測(cè)的常用方法包括水銀溫度計(jì)、便攜式紅外線測(cè)溫儀及紅外熱成像儀等[7-8]。（1）水銀溫度計(jì)具有測(cè)量精度高、操作簡單、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)仍然采用；但水銀溫度計(jì)存在測(cè)量時(shí)間較長、易碎、易發(fā)交叉感染風(fēng)險(xiǎn)等不足，不適用于密集型場(chǎng)所人員體溫的快速篩查[9]。（2）便攜式紅外測(cè)溫儀具有操作簡單、容易攜帶、測(cè)量速度快等優(yōu)勢(shì)，但存在受環(huán)境影響較大的問題[10]。（3）紅外熱成像儀具有測(cè)量時(shí)間短、非接觸式遠(yuǎn)距離測(cè)量、靈敏度相對(duì)較高等優(yōu)勢(shì)，比較適用于密集型場(chǎng)所人員體溫的快速篩查[11]。本研究探討COVID-19疫情下，運(yùn)用紅外熱成像儀在密集型場(chǎng)所篩查發(fā)熱人員的可行性，首先，安裝調(diào)試紅外熱成像儀，確定最佳測(cè)量區(qū)域并進(jìn)行測(cè)溫參數(shù)配準(zhǔn)；其次，以醫(yī)療機(jī)構(gòu)門診的就診患者為研究對(duì)象，紅外熱成像儀篩查出體溫>37.3 ℃的就診人員，同時(shí)用水銀溫度計(jì)進(jìn)行復(fù)測(cè)，記錄兩種方法的測(cè)量結(jié)果；最后，對(duì)兩種測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，科學(xué)評(píng)價(jià)紅外熱成像儀的精確性及可重復(fù)性。

1 材料與方法

1.1 材料

（1）武漢華中數(shù)控股份有限公司紅外熱成像儀（HY-2005B）：非制冷焦平面探測(cè)器，探測(cè)像素640×512，溫度分辨力0.05 ℃，測(cè)溫范圍20～50 ℃。（2）JQ-70MYZ1B 黑體：工作溫度40 ℃（環(huán)境溫度5～50 ℃可調(diào)），有效輻射面70 mm×70 mm，溫度穩(wěn)定性±（0.1～0.2）℃/30 min，有效發(fā)射率0.97。（3）東阿阿膠阿華醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)的水銀體溫計(jì)。

1.2 研究對(duì)象

2020年1月31日至4月20日，運(yùn)用HY-2005B 紅外熱成像儀篩查出的體溫>37.3 ℃的就診人員100名。

1.3 測(cè)量方法

運(yùn)用HY-2005B 紅外熱成像儀對(duì)就診人員進(jìn)行體溫初篩，對(duì)于體溫>37.3 ℃的人員，向其說明需要進(jìn)行水銀溫度計(jì)復(fù)測(cè)的原因，取得就診人員的合作，水銀溫度計(jì)測(cè)量腋下溫度10 min，記錄數(shù)據(jù)[12]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 紅外熱成像儀的安裝調(diào)試

2.1 最佳測(cè)量范圍

根據(jù)紅外熱成像儀的安裝環(huán)境，設(shè)置合理的人員通道，吊裝高度為2.2 m，垂直視場(chǎng)角25°。通過試驗(yàn)分析距離對(duì)紅外熱成像儀測(cè)量精確度的影響，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置最佳測(cè)量點(diǎn)，以保證測(cè)量的精確性。

2.1.1 試驗(yàn)方法

將JQ-70MYZ1B黑體溫度設(shè)置為35 ℃，高度調(diào)節(jié)為1.7 m，從距離2 m 處開始測(cè)量，每隔1 m 測(cè)量1次，隨后將黑體溫度設(shè)置成37、40 ℃，重復(fù)上述步驟。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

如表1所示，測(cè)量距離對(duì)紅外熱成像儀的測(cè)量精度影響較大，距離過大或過小均會(huì)影響測(cè)量的精確度。在紅外熱成像儀吊裝高度為2.2 m、被測(cè)黑體高度1.7 m 的情況下，9 m 及以外區(qū)域超過有效距離，無法進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量；在4 m 以內(nèi)及7 m 以外的測(cè)量有效距離內(nèi)，測(cè)量誤差相對(duì)較大；測(cè)量距離為5～7 m 時(shí)，測(cè)量結(jié)果最接近于黑體真實(shí)溫度。

表1 距離對(duì)紅外熱成像儀精確度的影響

2.1.3 設(shè)置最佳溫度測(cè)量點(diǎn)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，紅外熱成像儀高度設(shè)置為2.2 m，垂直視場(chǎng)角為25°，人員通道中距離紅外熱成像儀6 m 左右的區(qū)域設(shè)置為最佳溫度測(cè)量點(diǎn)。

2.2 測(cè)溫參數(shù)配準(zhǔn)

紅外探頭只能測(cè)量物體表面的溫度，而實(shí)際需要的是腋下溫度，HY-2005B 可通過溫差曲線將體表溫度轉(zhuǎn)換成腋下溫度，即輸入幾個(gè)頂點(diǎn)的體表溫度與腋下溫度的對(duì)應(yīng)值，系統(tǒng)自動(dòng)線性插值生成溫差曲線，溫差曲線由9個(gè)溫度點(diǎn)將曲線分為8個(gè)溫度段，范圍為32.0～41.9 ℃，每個(gè)溫度段內(nèi)的溫度值視為一種線性關(guān)系。

3 結(jié)果

3.1 兩種方法的測(cè)量結(jié)果比較

100名就診人員中，紅外熱成像儀測(cè)量結(jié)果為（37.556±0.241）℃，水銀溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果為（37.341±0.400）℃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=7.183，P<0.05）。

3.2 兩種方法測(cè)量結(jié)果之間的線性關(guān)系

運(yùn)用Origin 軟件對(duì)兩種方法的測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行線性分析，發(fā)現(xiàn)水銀溫度計(jì)與紅外熱成像儀測(cè)量結(jié)果成正相關(guān)（r=0.665），見圖1。

圖1 兩種方法測(cè)量結(jié)果之間的線性關(guān)系

3.3 紅外熱成像儀篩查效果評(píng)價(jià)

3.1結(jié)果表明，兩種方法測(cè)量結(jié)果之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，紅外熱成像儀不能完全替代水銀溫度計(jì)，但如表2所示，紅外熱成像儀與水銀溫度計(jì)測(cè)量差值在0.4 ℃以內(nèi)的人員占84%，說明兩種方法測(cè)量結(jié)果非常接近（紅外熱成像儀測(cè)量結(jié)果略高于水銀溫度計(jì)），可以起到很好的體溫篩查效果。我們對(duì)兩種方法測(cè)量結(jié)果偏差較大的人員進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人員劇烈運(yùn)動(dòng)、室內(nèi)外溫差較大等因素均會(huì)影響紅外熱成像儀的準(zhǔn)確性。

表2 紅外熱成像儀與水銀溫度計(jì)的測(cè)量差值分布

4 討論

體溫監(jiān)測(cè)是防止COVID-19傳播的有效方式，有利于疫情防控。紅外熱成像儀因具有響應(yīng)快、非接觸、靈敏度高等優(yōu)勢(shì)，受到普遍關(guān)注。本研究通過對(duì)紅外熱成像儀的安裝調(diào)試及對(duì)我院就診人員體溫的篩查結(jié)果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。（1）測(cè)量距離對(duì)紅外熱成像儀的測(cè)量精確度影響較大，距離過大或過小均會(huì)影響測(cè)量的精確度；確定紅外熱成像儀吊裝高度2.2 m 及垂直視場(chǎng)角25°等因素后，利用黑體找出最佳測(cè)量范圍，即測(cè)量距離為5～7 m 時(shí)，測(cè)量誤差較小，結(jié)果最接近于真實(shí)體溫。（2）紅外熱成像儀安裝位置盡量避免室內(nèi)外交界、風(fēng)口等溫度變化較大的地點(diǎn)，溫度變化較大會(huì)影響儀器的測(cè)量精確度，合理的人員通道及安裝位置是精確測(cè)量的基礎(chǔ)，應(yīng)引起充分的重視。（3）由于紅外探頭只能測(cè)量人員體表的溫度，需要通過溫差曲線將體表溫度轉(zhuǎn)換成腋下溫度，為消除紅外熱成像儀測(cè)量不確定度、環(huán)境影響等因素造成的發(fā)熱患者漏篩，疫情防控期間，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度校準(zhǔn)因子，使得紅外熱成像儀測(cè)量結(jié)果略高于真實(shí)體溫，達(dá)到更好的篩查效果。（4）運(yùn)用HY-2005B 紅外熱成像儀對(duì)就診人員進(jìn)行體溫初篩時(shí)，對(duì)于儀器測(cè)量溫度>37.3 ℃的人員，應(yīng)向其說明原因并立即用水銀溫度計(jì)復(fù)測(cè)。

本研究結(jié)果顯示，水銀溫度計(jì)與紅外熱成像儀測(cè)量結(jié)果成正相關(guān)（r=0.665）；兩種方法測(cè)量結(jié)果比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），但紅外熱成像儀與水銀溫度計(jì)測(cè)量差值在0.4 ℃以內(nèi)的人員占84%，說明兩種方法測(cè)量結(jié)果非常接近（紅外熱成像儀測(cè)量結(jié)果略高于水銀溫度計(jì)），可以起到很好的體溫篩查效果。

綜上所述， COVID-19疫情防控期間，紅外熱成像儀因具有響應(yīng)快、非接觸、精確度高等特點(diǎn)，適用于密集型場(chǎng)所人員體溫的篩查。

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