紅外體溫計及其影響因素的研究進展

周香德，陳倩，何旭

（西南交通大學希望學院，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重要，紅外體溫計是目前唯一可行的大規模發燒篩查方法，其中紅外熱成像系統、手持式非接觸式紅外溫度計被認為是在傳染病爆發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用在機場、國防機構、火車站、學校、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用作檢測 COVID-19 感染的唯一手段，那么這些測溫設備是無效的，它僅僅是檢測發熱的一種方法和應對傳染病大流行方法中的一部分。與直腸溫度相比，紅外體溫計在估計中央核心溫度時并不總是準確的[2]，因為紅外體溫計用于發熱篩查時受個體對象、時間、空間、測量部位、環境條件（溫度、濕度、光照條件、風流）、設備類型、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致發熱和不發熱群體的錯誤分類，進而造成嚴重后果。因此如何科學、準確地使用熱篩查工具，減少測量誤差尤為必要。本文對紅外體溫計及其影響因素進行綜述，了解紅外體溫計在體溫監測領域中的應用現狀，以期為紅外體溫計體溫監測提供借鑒。

1 紅外體溫計的概述

1.1 紅外體溫計的定義

紅外體溫計是利用紅外輻射的原理，通過紅外傳感器檢測物體發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，幾乎可以實時估算體溫，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熱篩查的主要設備類型。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，廣泛應用于嬰幼兒。耳道靠近下丘腦即體溫調節中樞，下丘腦的血流通過頸總動脈流經鼓膜，耳道是獲得身體核心溫度的理想部位，且耳道溫度較為穩定，因而較為準確。在兒童中，紅外體溫計測量鼓膜體溫，比常規腋窩或直腸體溫更準確，且IRETs是測量2月至16歲兒童體溫的最佳設備，但是在溫度高于39.0℃的兒童中紅外鼓膜體溫的診斷準確性低[6]。鼓膜穿孔、非化膿性的中耳炎，中耳積液，通氣管和小耳手術也不會影響紅外鼓膜測溫結果[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險，因為使用時需要手動拉耳廓，若使用一次性塑料罩可能會增加經濟負擔。而且體溫計放置不準確或測量者操作失誤，可能造成測量誤差，因此，紅外耳溫儀使用時應掌握正確使用方法，結合被測對象的個體情況進行綜合評估。

1.2.2 紅外顳動脈溫度計

紅外顳動脈溫度計（the temporal artery thermometer，TAT）是通過一個紅外探頭,掠過前額, 然后放置在耳朵后面來測量溫度。研究顯示[8]TAT具有令人滿意的準確度、精密度和特異性，但在兒科患者中使用時靈敏度較低，它在發熱篩查期間出現假陰性讀數的比例很高，因此不能代替直腸溫度。其次，在成人患者中，現有證據不支持顳動脈測溫可以替代常見的有創和無創測溫方法，因為測量溫度的不確定性可能會產生嚴重的后果[9]。因此建議在兒童中使用時，應結合臨床情況進行綜合判斷，避免在成人中使用紅外顳動脈溫度計，或對其讀數的準確性和精確度保持謹慎態度。

1.2.3 紅外額溫計

紅外額溫計（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字信號轉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，并且在嬰兒穿戴時更方便。如果說IRETs是測量小兒發熱的好選擇，那么NCIFT就是篩查小兒發熱的好方法，但必須謹慎使用，因為它具有很高的偏差值[10]?？傊?，NCIFT可用于醫院，學校，工作場所和家庭，溫度計小巧，輕便且便宜，與水銀溫度計相比，測量精度不夠高，可做定性篩查，不能作為醫學判定使用。

1.2.4 紅外熱像儀

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

總之，紅外體溫計具體有經濟、非接觸、便捷、讀數快等優勢，可以作為發燒患者的初篩。但是發熱篩查時發現，不同體溫計測量同一人群，彼此之間測量的溫度讀數是不一致的[13]，所以醫療機構人員使用紅外體溫計應保持謹慎態度，對患者進行綜合評估。

2 影響紅外體溫計測量的因素

盡管紅外體溫計具有測量速度快、操作簡便以及非接觸性等突出優點，然而在設計時，以及對人體進行測溫時，諸多因素影響了最終測量結果。如：測量距離、環境因素、發射率、反射溫度、皮膚位置、測溫算法和內部溫度等因素。

2.1 測量距離

一般情況下，紅外體溫計距離目標越遠，測量結果越不準確。距離增大可以導致以下兩種結果：一是大氣透過率減小, 二是輸出信號降低，這兩者容易導致測溫誤差。上述紅外體溫計都受距離的影響。紅外耳溫儀在使用時，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果[14]。有資料顯示[5]NCIFT測溫時，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遮擋。2014年加拿大藥物和衛生技術局也報告了[15]，根據測溫設備差異，非接觸式紅外溫度計距離患者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，如果目標距離攝像機的距離較長，透過大氣將出現傳輸損耗，損耗取決于水蒸氣的量和物體本身的溫度。此外，紅外體溫計測溫時，應保持測量部位皮膚無汗。

2.2 環境因素

環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條件》[16]（以下簡稱篩查儀）中就規定了篩查儀正常工作條件為：環境溫度16.0℃ ～32.0℃，相對濕度≤85%。放存環境-20.0℃ ～50.0℃，相對濕度不超過90%。除了篩查儀總體通用條件外，紅外耳溫儀有單獨的國家標準。國標《醫用紅外體溫計第1部分:耳腔式》[17]中規定，IRETs正常工作條件如下：環境溫度16.0℃～35.0℃；相對濕度≤85%；大氣壓力70kPa～106kPa。此外，IRETs測量時，容易受環境因素的影響，如：環境溫度變化、出汗、血管灌注情況等因素[18]。郝小鵬等[19]的實驗結果也表明，環境溫度變化2℃，造成額頭溫度變化約 0.5℃；不僅如此，對流換熱系數變化時，額頭溫度也會隨之變化。因此，紅外額溫計測溫時，應使被測人員處于靜息狀態下，在空氣對流小，環境溫度變化小的室內進行測量。對于IRT來說，Rubén等[20]的研究表明，IRT高度依賴工作環境，如周圍的溫度，氣流或濕度。唯一用于發燒篩查的IRT性能評估的國際標準：IEC 80601-2-59也規定了在每次測試之前，IRT均需穩定15min后使用[21]。

2.3 發射率、反射溫度

目標物體的發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，因此發射率對紅外測溫結果有決定性影響。在計算溫度時，IRT不僅基于測得的總輻射，也取決于內部攝像機的校準和物體輻射能量的發射率。發射率、反射溫度是使用IRT測量溫度最重要的兩個校準參數，因此需要校準設置合理發射率和反射溫度以獲得準確的測量結果。此外，測溫設備的差異對發射率也有影響。

2.4 皮膚位置

紅外體溫計篩查發熱患者時，皮膚既不恒定、也不均勻，且受環境影響，因此，皮膚位置的選擇成為最能反映體溫的重要因素。IRT的主要目標之一是額頭，但有調查顯示[22]，臉部溫度最高的小區域在眼眶內側、鼻子和內眼角的皮膚，原因是此區域眼動脈提供血流供應。美國國家標準[23]也規定，靠近內眼角的中間區域可以準確估計核心體溫，是發燒篩查的首選地點。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）和后頸三個部位，與數字電子溫度計測量的腋溫比較，結果發現頸部紅外線體溫測量結果可能更準確。分析原因是在脖子側面與額頭區域的顳動脈相比，它更靠近大動脈（頸動脈）。因此，紅外體溫計篩查發熱患者時，應謹慎選擇皮膚位置。

2.5 測溫算法、內部溫度

紅外體溫計測溫速度快，然而一次性測溫結果易受外界干擾，易出現測溫誤差。有研究中[25]采用了連續采集十次溫度值，計算其平均值作為采集到的實際溫度以提高測溫的準確度。不僅如此，IRT的內部溫度影響測溫結果。非制冷IRT雖然體積小，成本低，但是由于其沒有制冷系統，內部溫度會隨著環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，為了減少測量誤差，探測器工作溫度應為25℃～40℃。

3 小結

目前，非接觸式紅外測溫儀和紅外熱像儀發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。然而操作時多種因素會影響測量結果，特別對于在商店、工作場所和公共建筑入口處進行溫度檢查的組織而言，測量距離、環境因素（溫度、濕度、光照條件）可能都會對體溫測量造成影響，所以紅外體溫計是一種不可靠的獨立溫度篩查工具，體溫測量應仔細考慮，測量的時間、孔家、工作距離、傾斜角度、光線條件及個人的具體情況等，以便有效地提高測量的可靠性。