红外体温测量设备对进入医疗机构人员体温监测的准确性探讨

□ 薛晓琦 XUE Xiao-qi 田金 TIAN Jin 许锋 XU Feng 李亦林 LI Yi-lin 徐艳芳 XU Yan-fang

关键字 Key words：新型冠状病毒肺炎 COVID-19；医疗机构 Medical institutions；红外体温测量设备 Infrared thermometers

前言

新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019，COVID-19)作为急性呼吸道传染病已纳入《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病，并采取甲类传染病的预防、控制措施。该病以发热和/或呼吸道症状为主要临床表现，多数患者体温在37.2℃以上[1]。为了加强新型冠状病毒肺炎的防控工作，北京市卫生健康委员会在《关于进一步加强医疗卫生机构防控新型冠状病毒感染的肺炎工作的通知》和《关于做好医疗机构防控新冠肺炎疫情期间诊疗服务工作的通知》中要求各医疗机构加强对所有进入医院人员的体温监测，将发热人员及时引导到发热门诊等场所进行排查。

北京大学第三医院2019 年门诊422 万人次，日均16888 人次/天；年急诊量31 万人次，日均848 人次/天；年出院患者13.8 万人次，平均住院日4.96 天。疫情防控期间，日门诊量最低也在3300 人次/天。如此大的门急诊量，对来院人员的体温检测是疫情防控期间医院的重要工作。特别是在一、二月份户外气温低且测温关口前移的情况下，选择合适的测温设备是医院面临的首要问题。

目前，在医疗机构使用的红外体温测量设备主要包括手持额温枪、立柱(门框)红外测温设备及红外热成像监控设备三种[2-3]。上述三种测温设备对使用环境的要求不同，其自身测温精度也存在差异[4-5]。同时，对同一患者的不同身体部位进行体温测量，结果也可能存在差异[6-7]。因此，有必要对体温测量设备进行计量，检测其测量结果是否准确。同时，还应当对体温测量设备进行日常巡检，以确保设备稳定运行。

方法与结果

为了应对此次新型冠状病毒肺炎疫情，医学工程处累计采购发放手持额温枪100 余只、立柱式红外体温检测仪5 台，热成像式红外体温检测仪3 台，确保了测温关口前移、预检分诊二次测温等工作的顺利进行。通过对上述设备进行测温比对，北京市计量院进行检测校准，并分析检测结果，我们对不同红外体温测量设备的准确性及稳定性进行监控，在实际应用中对比不同设备的优缺点，找出了配置红外体温测量设备的最佳方案。

1.红外体温测量设备介绍。传统的水银体温计和电子体温计在人体温度测量上具有较高精度，但无法实现快速测量，同时传统的接触式测量也存在交叉感染的风险。与传统体温计相比，红外体温测量设备具有测量速度快、非接触式测量、减少交叉感染、可动态检测等优势。当然，红外体温测量设备也具有一定不足，由于此类设备检测到的温度都是被测物体的表面温度，因此受外界环境影响较大，不同的人体发射率、测量距离的远近、环境温度的高低都会对测量结果产生一定的影响[8-10]。新型冠状病毒肺炎具有极高的传染性，因此红外体温测量设备是医疗机构对进入人员体温检测的有效工具。根据不同应用环境及不同测量要求，有针对性地选择合适的红外体温测量设备是我们需要考虑的问题。

1.1 手持红外式。手持额温枪通常内置单个红外传感器，其工作原理是：按下测温开关后，传感器将人体发出的红外辐射能量转换成电信号并发送至主控芯片，主控芯片计算出体温数据发送至显示屏进行显示。2003 年 SARS 疫情期间与 2009 年HIN1 型流感病毒流行期间，手持额温枪都得到了广泛应用。该类设备的优点是测量方法简单、测量速度快、方便携带、使用简便、测量时间短[11-12]，缺点是测量结果易受测量距离、环境温度、操作人员使用方法等因素的影响[13]。该类设备的正常工作的环境温度区间通常是10℃～40℃，为使测量结果相对准确，在室外使用时可选择人员的手腕、锁骨下方等被衣物覆盖的部位。

2.立柱红外式。立柱式红外体温测量设备通常由底座、立柱式固定支架、立柱式外壳、液晶显示器、语音报警装置、电源、主控板等部件组成，在垂直方向安装多个红外传感器。该类设备根据单个红外传感器的探测角度及预期的探测高度范围确定探头的数量，例如当采用探测角度为7 度的红外传感器时，在竖直方向间隔安装14 个传感器即可使设备具有0.6 ～2 米的高度探测范围。该类设备的优点是检测速度快，被测对象以正常步行速度从设备旁经过，即可探测出被测对象的体温，从而实现在通过中进行测量。缺点是测量准确性受环境温度影响较大，该类设备的正常工作温度区间通常是10℃～35℃，在室外使用时可以选择测量掌心、手腕等被衣物覆盖的部位。与手持额温式红外体温测量设备相比，立柱式红外体温测量设备能够更好地满足高人流量区域的体温检测需求。

1.3 红外热成像监控式。热成像式红外体温监控设备通常由红外热成像摄像头、视频摄像头、黑体、主控电脑等部件组成[14-16]。红外热成像摄像头可将被测人体向外辐射的红外能量通过放大、滤波、A/D 转换等步骤转换成可见的伪彩色热图像，通过显示屏上不同的颜色来表示不同的温度。该类设备工作时，视频摄像头实时采集体温测量区域的视频影像，红外热成像摄像头实时采集区域内的热源信号，主控电脑将来自视频摄像头的视频影像进行人脸识别，结合红外热成像摄像头采集的热源信号完成配准与图像融合，最终实时显示以便操作者进行查看。该类设备的正常工作温度区间是0℃～30℃，优点是检测速度快，可实时测量多个被测对象且被测对象无需停留，满足高人流量区域的测温要求。同时，该类设备可以通过自带的黑体对红外热成像摄像头进行实时校准，操作者可以使用随机配备的软件对测温算法进行修正，以减少环境温度对设备的影响。该类设备的缺点是采购价格相对较高，在室外安装部署时需要一定时间进行调试。

2.红外体温测量设备测温方法及效果分析

2.1 测温方法对比。为了对三种红外设备的测温效果进行对比，分别在室内与室外两个场景记录三种设备的测温结果，方法如下：设置温度测量点，在测量点用围挡隔出体温测量通道。在通道入口处安排1 名测温人员使用手持额温枪测量进入人员的体温，在通道中部安装1 台立柱式测温设备，在通道出口安装1台热成像式测温设备。被测人员经过测温点时，会依次接受三种设备的体温测量。通过记录100 名人员的三个体温数据并使用SPSS 软件进行分析，探讨三种设备的优缺点及适用范围。

2.2 室内场景对比。室内场景的测温点设置在医院门诊楼大厅，室外环境温度为5℃，大厅内的温度为20℃，对100 名被测者的体温测量数据进行记录，其中，手持额温枪测量的温度为(33.388±0.312)℃，立柱式测温设备测量的温度为(36.202±0.175)℃，热成像式测温设备测量的温度为(36.207±0.170)℃。三种设备的测量对比结果如表 1 所示。从表1 统计学分析可知，手持式与立柱式、热成像式测温设备的对比，差异有统计学意义(p＜0.05)，立柱式与热成像式测温设备的对比，差异无统计学意义(p＞0.05)。同时，现场测量中发现，立柱式及热成像式测温设备能够较好地满足大流量、快速测量的需要。

表1 三种测温设备室内环境测温结果对比

2.3 室外场景对比。室外场景的测温点设置在医院大门入口处的测温帐篷内，室外环境温度为5℃，帐篷内的温度为6℃，对100 名被测者的体温测量数据进行记录。其中，手持额温枪测量的温度为(30.866±0.171)℃，立柱式测温设备测量的温度为(36.200±0.228)℃，热成像式测温设备测量的温度为(36.189±0.178)℃。从表2 统计学分析可知，手持式与立柱式、热成像式测温设备的对比，差异有统计学意义(p＜0.05)，立柱式与热成像式测温设备的对比，差异无统计学意义(p＞0.05)。由于手持额温枪建议使用的环境温度在10℃以上，室外测温时必须放在大衣内进行保暖，否则无法正常工作。同样，在室外测温时立柱式测温设备受环境温度影响，也无法对被测者进行快速通过式测量，被测者需要露出手腕靠近设备测温探头才能完成测量。

表2 三种测温设备室外环境测温结果对比

根据上述结果可知，在室内环境下，手持额温枪的测量结果偏低。这是由于测温虽在室内但靠近楼宇大门，被测人员多为从室外低温环境下进入室内，体表温度尚为恢复至室温，导致测量数值偏低。立柱式及热成像式测温设备在室内环境下温度测量结果正常。

在室外环境下，由于环境温度过低，手持额温枪的测量结果无法反映被测者的真实体温，立柱式测温设备则需要贴近探头才能够正常测温。热成像式测温设备的测温结果较为准确并仍旧能够进行快速、高流量测量，因为该设备配备了黑体部件，可根据使用环境进行校准与算法调整，从而在低温环境下维持设备的正常工作。

3.红外体温测量设备计量方法及结果。红外体温测量设备的计量检测可依据JJF1107-2003《测量人体温度的红外温度计校准规范》[17-18]，采用黑体辐射源作为计量标准器具，红外体温测量设备的性能应当满足表3 中的要求，计量校准时针对不同测温设备的黑体温度设定值如表4 所示。

表3 红外体表温度计[17-18]

表4 黑体设定温度[17-18]

红外体表温度计的计量方法如下：测试前，被测设备应当在测试温、湿度条件下稳定30 分钟或者更长(如果制造商规定)，使用被测设备在表4 规定的黑体设定温度下重复测量黑体温度，在每个黑体设定温度对黑体进行不少于4 次的测量读数，记录被测设备的温度读数和黑体实际温度，确定各次测量的误差。误差ei,j 定义为

其中，i 代表黑体设定温度的序数；tBBi是第i 个黑体设定温度下的黑体实际温度；ti,j是被测设备测量tBBi时的第j 个温度读数；j 表示读数的顺序。在各个tBBi下，测量误差ei,j应当符合表3 中的要求。

3.1 手持红外式测温设备计量结果。在对三种测温设备进行测温比较时，发现手持额温枪在室外低温环境下无法正常工作或测温结果偏低。因此要在稳定的实验室环境条件下，待设备稳定一段时间后再进行计量校准。对20 台手持额温枪进行计量，计量合格率为100%。

3.2 立柱红外式测温设备计量结果。在对三种测温设备进行测温比较时，发现立柱式测温设备在室外低温环境下使用其测温效率开始降低，需要被测人员用手腕靠近探头才能完成体温检测。因此对该类设备的计量校准，也要在稳定的实验室环境条件下进行。对5 台立柱式测温设备进行计量，计量合格率为100%。

3.3 红外热成像监控式测温设备计量结果。为了验证热成像式测温设备在室外环境下使用时测温结果的准确性和可靠性，对于该类设备的计量校准在医院大门入口处的测温帐篷内进行。计量开始前使用热成像设备自带的黑体进行自校准，随后开始计量，结果符合计量标准要求。

3.4 红外体温测量设备测温结果分析。在适当的环境温度下，手持式、立柱式、热成像式测温设备的计量结果均符合计量标准要求，其测量结果是准确、可靠的。

结论

综上所述，手持式和立柱式这两类设备可用于进入医院楼宇内的二次测温，如分诊台预检分诊。热成像式测温设备自带黑体可实时校准，并且可根据不同环境温度调整测温算法，因此可用于进入医院前的室外测温。

新型冠状病毒肺炎疫情对医疗机构提出了巨大的挑战，为了加强新型冠状病毒肺炎的防控工作，对所有进入医院的人员进行体温监测，是筛查发热人员的必要措施。医疗机构在应用红外体温测量设备时应当考虑测温环境、测温区域人流密度等因素，在不同测温地点选用合适的设备。同时，还应当对设备进行计量以及日常的巡检与校准，保证设备正常运行，做好疫情期间的测温防控工作。