红外体温计及其影响因素的研究进展

周香德，陈倩，何旭

（西南交通大学希望学院，四川 成都 610400）

0 引言

在 COVID-19 大流行期间，体温测量的可靠性变得至关重要，红外体温计是目前唯一可行的大规模发烧筛查方法，其中红外热成像系统、手持式非接触式红外温度计被认为是在传染病爆发期间筛查温度的最安全工具[1]。在新型冠状病毒肺炎之后，这些热筛查方式被广泛地应用在机场、国防机构、火车站、学校、体育中心、办公室、工作场所、商场、购物中心和酒店等地方。但如果将红外体温计用作检测 COVID-19 感染的唯一手段，那么这些测温设备是无效的，它仅仅是检测发热的一种方法和应对传染病大流行方法中的一部分。与直肠温度相比，红外体温计在估计中央核心温度时并不总是准确的[2]，因为红外体温计用于发热筛查时受个体对象、时间、空间、测量部位、环境条件（温度、湿度、光照条件、风流）、设备类型、使用方法（倾斜角度）等诸多因素的影响[2-4]，这些影响因素可能导致发热和不发热群体的错误分类，进而造成严重后果。因此如何科学、准确地使用热筛查工具，减少测量误差尤为必要。本文对红外体温计及其影响因素进行综述，了解红外体温计在体温监测领域中的应用现状，以期为红外体温计体温监测提供借鉴。

1 红外体温计的概述

1.1 红外体温计的定义

红外体温计是利用红外辐射的原理，通过红外传感器检测物体发射的红外线来测量物体温度，无需接触物体[5]。其通过检测红外辐射量，几乎可以实时估算体温，可以轻松地筛查大量人员，更迅速地隔离传染性个体。非接触式红外测温仪（non-contact infrared thermometers ，NCITs）和红外热像仪是目前在流行病期间用于发热筛查的主要设备类型。非接触式红外测温仪的测量部位主要包括：鼓室、颞动脉、额头等位置，前额是常用的部位，下文主要介绍非接触式红外测温仪的分类以及红外热像仪。

1.2 红外体温计的分类及测量部位

1.2.1 红外耳温仪

红外耳温仪（Infrared ear thermometers，IRETs）是通过测量人体鼓膜的热辐射来测得人体温度的一种非接触式测温仪器，广泛应用于婴幼儿。耳道靠近下丘脑即体温调节中枢，下丘脑的血流通过颈总动脉流经鼓膜，耳道是获得身体核心温度的理想部位，且耳道温度较为稳定，因而较为准确。在儿童中，红外体温计测量鼓膜体温，比常规腋窝或直肠体温更准确，且IRETs是测量2月至16岁儿童体温的最佳设备，但是在温度高于39.0℃的儿童中红外鼓膜体温的诊断准确性低[6]。鼓膜穿孔、非化脓性的中耳炎，中耳积液，通气管和小耳手术也不会影响红外鼓膜测温结果[7]。但是在传染病流行期间，红外耳温仪可能会造成交叉感染的风险，因为使用时需要手动拉耳廓，若使用一次性塑料罩可能会增加经济负担。而且体温计放置不准确或测量者操作失误，可能造成测量误差，因此，红外耳温仪使用时应掌握正确使用方法，结合被测对象的个体情况进行综合评估。

1.2.2 红外颞动脉温度计

红外颞动脉温度计（the temporal artery thermometer，TAT）是通过一个红外探头,掠过前额, 然后放置在耳朵后面来测量温度。研究显示[8]TAT具有令人满意的准确度、精密度和特异性，但在儿科患者中使用时灵敏度较低，它在发热筛查期间出现假阴性读数的比例很高，因此不能代替直肠温度。其次，在成人患者中，现有证据不支持颞动脉测温可以替代常见的有创和无创测温方法，因为测量温度的不确定性可能会产生严重的后果[9]。因此建议在儿童中使用时，应结合临床情况进行综合判断，避免在成人中使用红外颞动脉温度计，或对其读数的准确性和精确度保持谨慎态度。

1.2.3 红外额温计

红外额温计（non-contact infrared forehead thermometer ，NCIFT）是通过检测人体额头皮肤表面处的红外辐射，通过红外感温元件将数字信号转换为可视温度值的一种仪器。前额中心是测量部位，口腔（例如舌下）是参考部位。由于靠近颞动脉，前额是测量核心体温的最佳方法，并且在婴儿穿戴时更方便。如果说IRETs是测量小儿发热的好选择，那么NCIFT就是筛查小儿发热的好方法，但必须谨慎使用，因为它具有很高的偏差值[10]。总之，NCIFT可用于医院，学校，工作场所和家庭，温度计小巧，轻便且便宜，与水银温度计相比，测量精度不够高，可做定性筛查，不能作为医学判定使用。

1.2.4 红外热像仪

红外热成像技术（Infrared thermography，IFR）是一种非侵入性技术，可测量物体发出的中长波红外辐射并将其转换为温度。IFR具有以下特点：①没有有害辐射，可以长时间重复使用；②提供二维图像，比较目标区域之间的温度；③不仅可以快速扫描固定目标，还可以对快速移动的目标进行采集；④然而IFR价格昂贵。可以在传染病大流行期间进行发烧筛查，国外一项研究发现[11]，针对忙碌的儿童急诊科，2至6岁的儿童发热筛选，颈部外侧的IFR 扫描是一种可靠、舒适、快速且无创的发热筛查方法。而且对于NCITs，特别测量部位为额头的红外额温度计而言，校准准确性的IFR的发热筛查准确性更高，具有良好的特异性，原因是额头容易受环境温度和气流等环境因素的影响；另外与NCITs相比较，IRT 操作员不需要与受试者物理接近，可以实施完全自动化的方法，从而降低感染风险。不仅如此，它还可以提供来自一系列面部位置的温度数据[12]，所以IFR是人流量大的地区或高风险地区进行发烧筛查的更好选择。

总之，红外体温计具体有经济、非接触、便捷、读数快等优势，可以作为发烧患者的初筛。但是发热筛查时发现，不同体温计测量同一人群，彼此之间测量的温度读数是不一致的[13]，所以医疗机构人员使用红外体温计应保持谨慎态度，对患者进行综合评估。

2 影响红外体温计测量的因素

尽管红外体温计具有测量速度快、操作简便以及非接触性等突出优点，然而在设计时，以及对人体进行测温时，诸多因素影响了最终测量结果。如：测量距离、环境因素、发射率、反射温度、皮肤位置、测温算法和内部温度等因素。

2.1 测量距离

一般情况下，红外体温计距离目标越远，测量结果越不准确。距离增大可以导致以下两种结果：一是大气透过率减小, 二是输出信号降低，这两者容易导致测温误差。上述红外体温计都受距离的影响。红外耳温仪在使用时，耳道弯曲可能变得难以触及鼓膜，尤其在新生儿中，不仅如此，耳道充血或耳垢的存在也会干扰测量结果[14]。有资料显示[5]NCIFT测温时，要保证测温探头离额头的距离在3-5cm左右，红外线束正对前额正中眉心上方并保持垂直，并去除额头上方的头发遮挡。2014年加拿大药物和卫生技术局也报告了[15]，根据测温设备差异，非接触式红外温度计距离患者3-15cm，通常可测量前额或太阳穴上的温度。红外热像仪测温时，如果目标距离摄像机的距离较长，透过大气将出现传输损耗，损耗取决于水蒸气的量和物体本身的温度。此外，红外体温计测温时，应保持测量部位皮肤无汗。

2.2 环境因素

环境影响人体表面的温度。我国颁布的《红外人体表面温度快速筛检仪通用技术条件》[16]（以下简称筛查仪）中就规定了筛查仪正常工作条件为：环境温度16.0℃ ～32.0℃，相对湿度≤85%。放存环境-20.0℃ ～50.0℃，相对湿度不超过90%。除了筛查仪总体通用条件外，红外耳温仪有单独的国家标准。国标《医用红外体温计第1部分:耳腔式》[17]中规定，IRETs正常工作条件如下：环境温度16.0℃～35.0℃；相对湿度≤85%；大气压力70kPa～106kPa。此外，IRETs测量时，容易受环境因素的影响，如：环境温度变化、出汗、血管灌注情况等因素[18]。郝小鹏等[19]的实验结果也表明，环境温度变化2℃，造成额头温度变化约 0.5℃；不仅如此，对流换热系数变化时，额头温度也会随之变化。因此，红外额温计测温时，应使被测人员处于静息状态下，在空气对流小，环境温度变化小的室内进行测量。对于IRT来说，Rubén等[20]的研究表明，IRT高度依赖工作环境，如周围的温度，气流或湿度。唯一用于发烧筛查的IRT性能评估的国际标准：IEC 80601-2-59也规定了在每次测试之前，IRT均需稳定15min后使用[21]。

2.3 发射率、反射温度

目标物体的发射率可以反映物体表面的辐射能力，而测量物体辐射可以得到物体表面的温度，因此发射率对红外测温结果有决定性影响。在计算温度时，IRT不仅基于测得的总辐射，也取决于内部摄像机的校准和物体辐射能量的发射率。发射率、反射温度是使用IRT测量温度最重要的两个校准参数，因此需要校准设置合理发射率和反射温度以获得准确的测量结果。此外，测温设备的差异对发射率也有影响。

2.4 皮肤位置

红外体温计筛查发热患者时，皮肤既不恒定、也不均匀，且受环境影响，因此，皮肤位置的选择成为最能反映体温的重要因素。IRT的主要目标之一是额头，但有调查显示[22]，脸部温度最高的小区域在眼眶内侧、鼻子和内眼角的皮肤，原因是此区域眼动脉提供血流供应。美国国家标准[23]也规定，靠近内眼角的中间区域可以准确估计核心体温，是发烧筛查的首选地点。在2至6岁儿童中，有研究[24]比较了额头，颈部（在颈动脉上方）和后颈三个部位，与数字电子温度计测量的腋温比较，结果发现颈部红外线体温测量结果可能更准确。分析原因是在脖子侧面与额头区域的颞动脉相比，它更靠近大动脉（颈动脉）。因此，红外体温计筛查发热患者时，应谨慎选择皮肤位置。

2.5 测温算法、内部温度

红外体温计测温速度快，然而一次性测温结果易受外界干扰，易出现测温误差。有研究中[25]采用了连续采集十次温度值，计算其平均值作为采集到的实际温度以提高测温的准确度。不仅如此，IRT的内部温度影响测温结果。非制冷IRT虽然体积小，成本低，但是由于其没有制冷系统，内部温度会随着环境温度的变化而变化。张晓龙等[26]研究表明，在使用非制冷长波红外热像仪时，为了减少测量误差，探测器工作温度应为25℃～40℃。

3 小结

目前，非接触式红外测温仪和红外热像仪发热筛查是减轻如新型肺炎等流行性传染疾病的威胁唯一可行的方法。然而操作时多种因素会影响测量结果，特别对于在商店、工作场所和公共建筑入口处进行温度检查的组织而言，测量距离、环境因素（温度、湿度、光照条件）可能都会对体温测量造成影响，所以红外体温计是一种不可靠的独立温度筛查工具，体温测量应仔细考虑，测量的时间、孔家、工作距离、倾斜角度、光线条件及个人的具体情况等，以便有效地提高测量的可靠性。