Využití termokamer (termovizních kamer) při screeningu infekčních onemocnění

Možnosti využití termokamer

Termokamera umožňuje měřit teplotu lidské kůže a je tedy účinná ve chvíli, kdy dochází k nárůstu tělesné teploty člověka. Průměrná tělesná teplota na povrchu kůže zdravého člověka se pohybuje v rozmezí přibližně 35,8 °C až 37 °C (tzv. přirozená teplota). Pokud lidská teplota (měřená na povrchu) překročí 37 °C, může se jednat o přehřátí organismu, či o obrannou reakci imunitního systému na infekci organismu (zde může k nárůstu povrchové teploty dojít až o 3 °C, tj. na tělesnou teplotu 40 °C).

Termokamery tak mohou být, ve spojitosti s nárůstem povrchové teploty kůže, použity pro detekci prakticky všech typů virových či bakteriálních onemocnění u lidí (ptačí chřipka, prasečí chřipka, SARS, coronavirus apod.).

Termokamera je schopna zaznamenat teplotní změny 0.05 °C nebo dokonce 0.03 °C. Zjistit změnu teploty u nemocného člověka (při porovnání s referencí) o velikosti 1 °C nebo dokonce 2 °C je poměrně jednoduchou záležitostí i při započtení všech myslitelných nejistot. Pro automatickou detekci pak lze použít funkci izoterma, která je nastavena na hraniční teplotu např. 37. 5°C.

Termokamery jsou natolik citlivé na změny teploty na povrchu lidské kůže, že jsou často a s velkými úspěchy nasazovány v onkologii i sportovní medicíně, kde jsou vyhodnocovány řádově menší změny teploty (desetiny) než v případě screeningu infekčních onemocnění. Obrazová frekvence u LWIR termokamer je nejčastěji 30 Hz. Termokamera je tedy schopna změřit teplotu snímané scény 30x za sekundu, tj. dostatečně rychle, aby snímání neomezovalo rychlost průchodu lidí. Screening tak nepředstavuje žádné omezení provozu.

Pro úplnost a zamezení nedorozumění uvádíme, že termokamery bývají také „lidově“ nazývány jako „termovize“ či „termovizní kamery“, jedná se však o stejný typ zařízení, který je jen nesprávně označen.

Obr. č. 1: Termokamera FLIR řady T (vhodným modelem je například termokamera FLIR T540) snímá tělesnou teplotu lidí procházejících ve vymezené oblasti. Funkce izoterma (červeně vyznačená oblast na obrazovce) pak detekuje zvýšenou teplotu u osob s podezřením na přítomnost infekce.

Princip detekce zvýšené teploty pomocí termokamery

Princip detekce pomocí termokamery (termovizní kamery) je založen na měření intenzity tepelného záření vyzařovaného z povrchu kůže. Tato intenzita je přes čtvrtou mocninu úměrná teplotě na kůži (Stefanův–Boltzmannův zákon, Planckův vyzařovací zákon). Toto tepelné záření zaznamenává infračervený obrazový senzor termokamery. U nejčastěji používaného typu přístroje, tj. LWIR termokamer, je jako senzor použit tzv. mikrobolometr, který mění svou vlastní teplotu vlivem změny intenzity dopadajícího tepelného záření z povrchu snímaných objektů.

Termokamera však neměří teplotu přímo, ale stanovuje ji na základě zadaných parametrů (emisivita a odražená zdánlivá teplota) a stanovené intenzity záření z měřeného povrchu. Výhodou lidské kůže je její vysoká emisivita (přibližně 0.97) a s tím související malý vliv odražené zdánlivé teploty.

Tedy pro tento typ povrchu je vysoká průkaznost měření a nároky na odbornou způsobilost obsluhy jsou výrazně menší. Podrobnosti jsou probírány na příslušném školení, jak je vysvětleno dále.

Obr. č. 2: Ukázka obslužnosti termokamerového (termovizního) systému pro screening potenciálně infekčních osob. 1) Osoba prochází místem, kde dochází ke screeningu termokamerou. Průchod je volný, vysoká rychlost snímání termokamerou nevytváří omezení. 2) Naměřené hodnoty jsou vyhodnoceny operátorem. 3) Potenciálně infekční osoby jsou dále vyšetřeny z hlediska možné infekčnosti.

Potřeba zaškolení

Vzhledem k výše řečenému je nezbytné zaškolení obsluhy přístroje, a to jak 1) z hlediska ovládání přístroje, tak 2) z hlediska vyhodnocování měření a porozumění základním zákonům termografie. Z hlediska ovládání přístroje dostačuje zaškolení v rozsahu cca 1 hodiny (přístroj je na ovládání jednoduchý), z hlediska fyzikální problematiky pak cca 2 hodiny (jedná se o vysvětlení základních souvislostí z fyziky). Jako vhodné je například školení Základy práce s termokamerou, které pořádá Centrum termografie. Vysvětlení fyzikálních souvislosti pak napomáhá stanovení správného měřicího postupu, ale také stanovení správných míst na povrchu lidského těla vhodných pro měření a nastavení měřicích funkcí termokamery.

Obr. č. 3: Praktická ukázka již nasazeného systému v rámci screeningu na letišti. Je použita ruční termokamera FLIR ve stacionárním provozu.

Přístrojové možnosti řešení screeningu

V zásadě se používají dva typy řešení, tj. ruční termokamery a stacionární termokamerový systém. Oba systémy fungují na stejném fyzikálním princip, používají stejné typy přístrojů, liší se však svým provedením a obslužností (možností záznamu, specifickými funkcemi apod.). Výhody a nevýhody obou řešení jsou shrnuty níže.

Mobilní termokamera

Výhody: ruční termokamera, lze libovolně přenášet, dlouhá výdrž na jedno nabití (4 hodiny + výměnné baterie), nižší pořizovací cena, v případě potřeby lze připojit na obrazovku a vytvořit tak semi-stacionární systém
Nevýhody: omezená možnost automatické detekce osob se zvýšenou teplotou (používá se funkce izoterma)

Stacionární termokamerový systém

Výhoda – vyšší přesnost (lze použít stacionární černé těleso jako referenci), lepší obslužnost, zvýšená možnost automatické detekce osob se zvýšenou teplotou, přímé napojení na PC a tvorba databáze, možnost vzdáleného přenosu a streamování videa pře TCP/IP, alarm může být vyhodnocen automaticky a může být upozorněn nadřazený systém a celá událost „zalogována“
Nevýhody: vyšší cena, časově náročnější montáž a příprava systému, omezená mobilita