detekciaGlobálne rozšírenie nového infekčného ochorenia Covid-19 spôsobujúceho závažný akútny respiračný syndróm mení celý náš život. Medzi bežné príznaky ochorenia patria horúčka, kašeľ a dýchavičnosť. Na skríning horúčky pre potreby odlíšenia potenciálne infekčných osôb vo verejných priestoroch sa používajú bezkontaktné infračervené teplomery a infračervené termografické kamery.

Kamery môžu poskytnúť veľkú presnosť pri odhadovaní telesnej teploty, ak sú k dispozícii kvalifikované systémy a dôsledne sa uplatňujú príslušné postupy. Avšak mnohé termografické kamery, ktoré sa v súčasnosti predávajú na trhu s označením na meranie horúčky, nie sú na túto aplikáciu vhodné. Veľkým nebezpečenstvom je, že na jednej strane sú prehliadaní ľudia, ktorí majú horúčku a sú chorí, a na druhej strane, ľudia, ktorí sú náhodne prehriati a prejavujú sa, akoby mali horúčku, sú zbytočne podrobovaní dôkladnejšiemu vyšetreniu.

* * * * *
Termografické kamery nie sú lekárske diagnostické nástroje na zisťovanie horúčky, ale technické meracie prístroje na snímanie teploty osôb.
* * * * *

Ukážeme si, aké sú obmedzenia na presné meranie teploty osôb pri skríningu sledovania horúčky. Presnosť termografickej diagnostiky môže byť totiž ovplyvnená environmentálnymi i ľudskými faktormi a nastaveniami prístrojov.

Environmentálne faktory
Monitorovanie nemôže byť efektívne ani vykonávané vonku a kamera nemôže byť umiestnená tak, aby v jej zornom poli bolo viditeľné osvetlenie, vonkajšie svetlo, odrazné – reflektujúce predmety alebo zástupy ľudí. Okolitá teplota je ústredným bodom kontrolovaného prostredia. Podľa normy ISO je odporúčaná optimálna hodnota 18 až 24 °C a vlhkosť 10 až 50 % r. v.

Ľudské faktory
Časový priebeh typickej horúčky možno rozdeliť do troch stupňov.
- Štádium vzostupu horúčky – horúčka nemusí byť v tomto štádiu dostatočne výrazná na to, aby sa dosiahla „cieľová“ teplota na detekciu.
- Štádium kulminácie horúčky – môže trvať najdlhšie z troch stupňov, keď je horúčka najaktívnejšia a najpravdepodobnejšie bude ľahko zistiteľná.
- Počas štádia poklesu horúčky sa teplota môže vrátiť k normálu, ale v tomto štádiu patogén vymizne.

Cieľová oblasť
Pretože termografia meria povrchovú teplotu tela, je len niekoľko oblastí na hlave skutočne vhodných na spoľahlivé meranie teploty: ušný kanál (bubienková membrána), ústna dutina a vnútorný kútik oka – slzný kanálik.
Vynikajúca vhodnosť kútika oka na detekciu zvýšenej telesnej teploty pomocou čelnej termografie oblasti tváre bola dokázaná v niekoľkých štúdiách. Tesne pod týmito malými plochami slzného kanálika zabezpečujú silné krvné cievy teplotu, ktorá je veľmi blízka vnútornej teplote tela. Majú však veľkosť iba niekoľko mm2, čo znamená, že sa vyžadujú vysoké nároky na geometrické rozlíšenie kamery. Tvár by nemala byť obmedzovaná vlasmi, okuliarmi a inými predmetmi, pretože ich prítomnosť narušuje schopnosť termografického monitorovania detegovať horúčkovitý stav.

Obr 1

Viaceré renomované firmy dôsledne využívajú na detekciu zvýšenej telesnej teploty termografické meranie teploty vo vnútornom kútiku očného viečka ako preukázateľne najbezpečnejšiu a najspoľahlivejšiu metódu teplotného skríningu.

Poznámky k výberu kamery
V súčasnosti sa stretávame so silným bezzásadovým marketingom. Mnoho predajcov ponúka termografické kamery na vyšetrenie horúčky, ktoré nie sú vhodné na tento účel. Majte na pamäti, že s akoukoľvek kamerou od akéhokoľvek výrobcu marketing nemení fyziku!

Termografické meranie teploty na detekciu zvýšenej teploty tela kladie vysoké požiadavky na vhodné termografické kamery. Medzi zásadné patria:
- vysoké teplotné rozlíšenie NETD, ktoré umožňuje zviditeľniť aj najmenšie teplotné rozdiely, dnes sa očakáva použitie kamier s NETD <40 mK a lepším,
- veľmi dobrá stabilita a presnosť merania. Vzhľadom vyžadovanie presnosti merania nemôžeme ignorovať dva piliere, t. j. emisivitu a odrazenú zdanlivú teplotu, ale ani ďalšie tri parametre, ktoré modelujú vplyv atmosféry – atmosférická teplota, vlhkosť a vzdialenosť medzi meraným objektom a termokamerou,
- ďalším veľmi dôležitým kritériom je požadované vysoké geometrické rozlíšenie IFOV, ktoré je vyjadrené rozlíšením jedného meracieho bodu detektora. IFOV a vzdialenosť od cieľa určuje priestorové rozlíšenie; udáva sa v oblúkových mierach mrad. Čím je IFOV menšie, tým bude mať termografická kamera vyššie priestorové rozlíšenie.
- mFOV je skutočné meracie zorné pole kamery, je to najmenšia veľkosť bodu na objekte, pri ktorom môže termografická kamera presne zmerať teplotu. Obvykle býva okolo 3 x IFOV, t. j. 3 x 3 meracích bodov – pixlov.

Ďalšie charakteristiky kvalitnej kamery
• Precízne zaostrenie objektívu na objekt je dôležité na dosiahnutie presného odčítania teploty. Stručne povedané, termografická kamera, ktorá nemá objektív s nastaviteľným zaostrovaním, pravdepodobne nie je vhodná na aplikácie termografického skríningu teploty pre zníženú kvalitu obrazu.
• Ak nie sú výrobné tolerancie kontrolované dostatočne prísne, majú za následok odchýlku od optických vlastností navrhovaných objektívov.
• Šošovky objektívov na termografické kamery sa tradične vyrábajú z drahého germánia s vysoko kvalitnými antireflexnými vrstvami. Kamery používané v bezpečnostnom priemysle využívajú šošovky vyrobené z chalkogenidu alebo iných podobných materiálov, ktoré sa dajú hromadne vyrábať za oveľa nižšie náklady. Tieto materiály často nerefraktujú dlhovlnné infračervené žiarenie ako germánium, čo sa prejavuje väčšou disperziou, na ktorú je mikrobolometer citlivý. Vďaka tomu môže byť zaostrenie obrazu „mäkké“. Dopad z hľadiska termografie je, že požiadavka na mFOV môže byť 5 x IFOV alebo väčšia.

Ak plánujete používať túto technológiu, mali by sa uvedené normy používať na dôkladný návrh metodiky testovania:
- IEC 80601-2-59:2017- Zdravotnícke elektrické prístroje. Časť 2 – 59: Osobitné požiadavky na základnú bezpečnosť a nevyhnutné prevádzkové vlastnosti skríningových termografov na skríning ľudí s horúčkou.
- ISO/TR 13154:2017 s prevádzkovými a implementačnými usmerneniami pre skríningovú termografiu. Zdravotnícke elektrické prístroje – nasadenie, implementácia a prevádzkové pokyny na identifikáciu ľudí s horúčkou pomocou skríningového termografu.

Pri aplikácii na skríning horúčky existujú dva prístupy k meraniu teploty, z ktorých každý rieši chybu v presnosti merania kamery iným spôsobom:
• metóda absolútnej prahovej teploty, napr. meraním bolo zistená teplota jednotlivca > 37,4 °C, metóda na kontrolu presnosti využíva referenčný panel absolútne čierneho telesa v zornom poli kamery,
• metóda kĺzavého priemeru, napr. teplota jednotlivca je > 1 °C vyššia ako priemer posledných 10 – 15 kontrolovaných ľudí.
Obidve metódy majú odlišné požiadavky na kamery a konfigurácie.

Metóda kĺzavého priemeru - skríningová metódu spriemerovania
Metódu kĺzavého priemeru na skríning teploty využívajú viacerí renomovaní výrobcovia termografickej techniky. Princíp metódy spočíva v tom, že kamery využívajú špeciálny režim „skríningu“ porovnávacou analýzou, v ktorom sa teplota ľudí meria vo vzťahu k vzorkovanej hodnote priemernej teploty. Táto hodnota je kĺzavý priemer alebo stredná hodnota nameraných teplôt kútikov oka posledných, napríklad 10 alebo 15 testovaných osôb bez zistenej zvýšenej telesnej teploty v testovacej zóne.
Obsluha kamery potom nastaví prahovú teplotu – „teplotu alarmu“ o 1 °C až 2 °C vyššiu ako je hodnota priemernej teploty a kamera zobrazí alarm, keď zistí, že sa u niekoho namerala teplota v zóne alarmu.
Metóda kĺzavého priemeru nie je absolútnym meraním teploty, nevyžaduje referenčné čierne teleso ani žiadne ďalšie vybavenie. To znižuje zložitosť zahrnutia ďalšieho hardvéru a rovnako aj výslednú cenu riešenia.
Táto komparatívna analýza v metóde kĺzavého priemeru sa v praktických podmienkach ukázala ako veľmi robustná. Ak má mať osoba zodpovedajúco vyššiu teplotu, je to spoľahlivo zistené (s presnosťou až do ± 0,3 K).

* * * * *
Táto technológia má potenciál byť veľkou pomocou počas obdobia krízy, ak sa správne použije . Pre zamestnávateľov má pridanú hodnotu aj do budúcnosti. Systém možno využívať aj počas sezónnych chrípkových epidémií - obzvlášť vo veľkých korporácií sú každoročné náklady, spojené s čerpaním nemocenských dávok zamestnancov, veľmi veľké.
* * * * *

Funkcia FeverDetection
Aj Testo SE & Co. KGaA ako významný výrobca termografických kamier implementoval túto unikátnu metódu skríningu do funkcie „Feverdetection" – detekcia horúčky s premennou a aktualizovanou priemernou teplotou do termografickej kamery testo 890, ktorá reflektuje na zmenu povrchovej teploty osôb v priebehu dňa (typicky ranné, popoludňajšie i nočné smeny v podnikoch, atď.).

Termografická kamera testo 890 sa môže používať na:
- mobilné použitie: inšpektor používa termografickú kameru na okamžitú kontrolu osôb,

obr 2

- polostacionárne použitie: termografická kamera je umiestnená na statíve a prepojená s monitorom (cez HDMI), inšpektor sleduje teploty a reaguje na upozornenia.

Obr. 3

V menu kamery sú dva režimy skenovania:
1. Automatický: 15 základných nameraných hodnôt teploty sa automaticky zapisuje do pamäte. Kamera vypočítava a upravuje prahovú hodnotu (= základná línia) – nepretržite.
2. Manuálny: hodnoty teploty sa zadávajú do kamery pomocou tlačidla na uloženie do pamäti. Prebieha výpočet priemernej hodnoty.

Teplota kĺzavého priemeru sa s každou ďalšou osobou aktualizuje, a tak výsledná hodnota môže byť presnejšia ako pri meraní metódou absolútnej teploty, pretože predstavuje veľa potenciálnych variácií v skríningu počas dňa vrátane kolísania priemerných teplôt osôb v dôsledku prirodzených zmien prostredia, ako sú napríklad teploty okolia. To môže znížiť vplyv zmeny teploty pokožky z človeka na človeka a z prostredia na prostredie a maximalizovať presnosť skríningu zvýšenej teploty pokožky.
Asistent funkcie FeverDetection zistí najteplejší bod osoby a porovná ho s progresívnou strednou hodnotou predchádzajúcich osôb. V prípade odchýlky (rozdiel odchýlok je možné manuálne nastaviť v položke ponuky Tolerancia) od tejto strednej hodnoty spustí termografická kamera zvukový a vizuálny alarm. Ak kamera indikuje prítomnosť zvýšenej telesnej teploty, kvalifikovaný a licencovaný lekár posúdi jednotlivca.

obr4a obr4b

 

Záver
Technológia teplotného zobrazovania je vynikajúca. Má veľa fantastických aplikácií a môže byť efektívne použitá na skríningové aplikácie so zvýšenou telesnou teplotou. Je však dôležité porozumieť obmedzeniam tejto technológie. Termografické kamery vytvárajú pekné obrázky, vďaka ktorým je veľmi ľahké uspieť vo falošnom pocite bezpečnosti, že všetko je v poriadku. Existuje mnoho termografických kamier, ktoré nikdy neboli navrhnuté na presné meranie teploty, ktoré sa rýchlo označujú a uvádzajú na trh ako „kamera na detekciu koronavírusov“. Žiadna kamera nedokáže zistiť koronavírus. Kamera môže merať iba rozdiely povrchovej teploty, čo môže byť znakom zvýšenej telesnej teploty a môže byť príčinou problému s touto osobou. Iba lekár s licenciou môže určiť, či má „horúci“ jedinec neobvyklý zdravotný stav.

Text/Foto Ing. Dušan Kiseľ, CSc.; Testo