Please reload

Недавние посты

Владимир Савинов: «Молодое поколение специалистов начнет свою работу уже с обновленной современной нормативной правовой базой»

September 22, 2020

1/6
Please reload

Избранные посты

Особенности применения систем для тепловизионного скрининга температуры тела

July 3, 2020

Содержание:
1. Предисловие
2. Какую температуру может измерить тепловизор?
3. Теория процесса
4. Практика процесса
5. Выводы

Предисловие

В рамках мер борьбы с атипичной пневмонией, вирусом свиного и птичьего гриппа, продолжающейся по сегодняшний день вспышкой коронавирусной инфекции 2019 года, широкое распространение получил метод тепловизионного скрининга температуры. Данный метод призван ускорить процесс прохождения температурного контроля на входе в крупные производственные предприятия, и имеет ряд преимуществ над известными средствами измерения температуры.

 

В странах Европы еще с 2017 года действует стандарт по применению тепловизоров для скрининга лихорадки, ведущие мировые ассоциации выпустили свои рекомендации по использованию этого оборудования, ряд научных организаций выступили с обоснованием применения тепловизора и его превосходства над точечными медицинскими пирометрами. 

 

Накопленный опыт произвел эффект разорвавшейся бомбы несколько месяцев назад,  когда не только российский, но и мировой рынок наполнили тепловизионные устройства десятка производителей, которые, несмотря на имеющиеся различия в характеристиках, в один голос стали утверждать что именно их высокоточные тепловизионные системы позволяют быстро, эффективно и своевременно обнаруживать признаки лихорадки у активных носителей инфекции и своевременно принимать комплекс мер для недопущения их взаимодействия со здоровыми людьми. 

Насколько это похоже на правду? Давайте попробуем разобраться.

 

Мы проанализировали имеющиеся материалы для того чтобы понять, насколько вообще эффективен тепловизор в качестве средства сдерживания инфекции. Мы изучили теоретические материалы, произвели собственные измерения, проанализировали рынок производителей и опыт, полученный в Китае, Европе и США.

 

 

Какую температуру может измерить тепловизор?

Что касается теоретической части, то наиболее информативным на наш взгляд является стандарт IEC 80601-2-59:2017 «Медицинское электрооборудование. Часть 2-59. Частные требования к базовой безопасности и основным характеристикам экранирующих термографов для скрининга на фебрильную температуру человека» и материалы исследования этого стандарта, приведенные в статье [1].

 

В соответствии с указанными документами и дополнительными изысканиями можно выделить несколько важных факторов для систем, которые производят скрининг температуры.

 

1. Первый из них это разрешение тепловизора. Для точного измерения температуры человека разрешение сенсора тепловизора должно составлять не менее 320х240 точек, при этом область лица составит 240х180 и размер пикселя будет равным одному миллиметру, С учетом того, что к признакам лихорадки можно отнести температуру в 37,5-38 градусов С, а также исходя из ряда практических измерений на затухание теплового излучения в зависимости от расстояния, существующих ограничений характеристик доступных тепловизионных систем и требований к помещениям, в которых нужно производить измерения, приемлемым может считаться разрешение до 2 мм на пиксель в рамках установленной погрешности в ±0,3 гр.°С.


Данное требование вызвано тем, что измерение температуры тела человека по лицу необходимо проводить исключительно по максимальной температуре областей уголка глаза, которые имеют особое строение (впадина защищена от охлаждения, при этом кожа достаточно тонкая, а сеть кровеносных сосудов дает на поверхности кожи практически любого человека наиболее коррелирующее с температурой ядра значение). Отсюда же показания по отсутствию на человеке очков, так как их материал является непрозрачным для инфракрасного излучения. Стоит также принять и факт того, что суточная температура тела человека является нормальной в пределах от 35,9 до 37,1 °С, что в теории должно быть существенным препятствием для поиска признаков лихорадки, но так как система должна детектировать порог в 37,5 °С минус погрешность в 0,3 °С, то настройки тревоги на 37,3 °С достаточно для определения нижнего порога максимально допустимой температуры и предупреждения о событии, требующем внимания проверяющих.

 

 

 

Немаловажным является тот факт, что средняя температура для каждого отдельно взятого индивидуума не является стабильным и, тем более, верным значением. На показания значительно влияют холодные области лица измеряемого, температура носа, наличие и объем волос, фактура, жирность и влажность области лба. Наличие головных уборов, косметики, охлаждение или нагрев тканей лица в зависимости от состояния среды вне помещения, в котором производится измерения также серьезно влияют на показания минимальной температуры, соответственно способ вычисления температуры тела человека и поиск признаков лихорадки не по максимальной, а по средней температуре лица человека является заведомо ложным.

 

 

 

2. Следующим показателем, который напрямую будет влиять на измеряемую температуру кожи уголка глаза является расстояние. Существует прямая математическая зависимость между минимальным размером объекта измерения и расстоянием до него, также стоит учесть, что атмосфера не является полностью прозрачной для инфракрасного излучения и на определенных дистанциях это приводит к уменьшению температуры для удаленных объектов. В рамках статьи достаточным будет обозначить следующий факт: на разных людях мы провели несколько измерений тепловизором с разрешением 320х240 точек и горизонтальным углом обзора в 25° и выявили прямую зависимость, которая выражается в том, что на расстоянии более 1 метра отрицательный прирост к максимальной температуре по области лица составляет 0,15°С. На практике это показывает то, что на расстоянии в 1 метр температура может быть определена как 36,5°С, на расстоянии в 6 метров она будет 36,5 - (0,15 х 5) = 35,75°С, а в 10 метрах значение с тепловизора будет не более 35°С. Учитывая полученные данные мы можем рассчитать и обратную корректировку для других разрешений и типов объективов, но учитывая различия в физиологии людей, а также неспособность тепловизоров и идущих в комплекте камер достаточно точно определять расстояние до измеряемых лиц мы весьма скептично относимся к точности подобного подхода, в особенности для больших расстояний и групп людей в кадре.

 

 

Выводы, которые мы можем сделать исходя из полученных данных:

 

  1. Тепловизор не является средством диагностики заболевания, а лишь позволяет выявить признаки лихорадки путем измерения температуры в уголке глаза;

  2. Для максимально точного измерения человек должен находиться на фиксированном расстоянии от тепловизора;

  1. На больших расстояниях тепловизор с низким разрешением будет неэффективен, а его показания не позволят выявить человека с высокой температурой.


Практическая сторона вопроса

На сегодняшний день на рынке существует несколько производителей с разными типами разрешения и угла обзора, каждый из которых по заявлению производителей обладают точностью измерения в ±0,3°С. Мы произвели сравнение, в котором за основу взяли камеры со следующими характеристиками:
 

Далее мы произвели математические расчеты на снижение показаний тепловизора исходя из разрешающей способности камер и их углов обзора:

 

Мы видим ожидаемый результат, который показывает максимальное отклонение от исходной температуры на расстоянии в 10 метров, которое составляет всего 0,7°С для сенсора с разрешением в 640 точек по горизонтали и имеет наибольшее значение в 6°С для сенсора с разрешением в 160 точек с углом обзора в 50 градусов по горизонтали. Данные расчеты показывают, что измеряемая температура не может быть равной на разных расстояниях, а показания температуры должны увеличиваться при приближении человека к точке установки камеры. Также для двух людей с равной температурой, находящихся на разном расстоянии значения температуры не могут быть одинаковыми.

 

 

Следующим этапом мы провели анализ области обзора на расстоянии, на котором размер пикселя не будет превышать 2мм и получили занимательную таблицу, в которой ожидаемо лидирует тепловизор с высоким разрешением. Данные расчеты наглядно показывают, что фактически невозможно добиться точного измерения температуры более чем одного человека для сенсоров с разрешением менее 640х480 при расположении камеры на высоте человеческого роста.

 

А теперь попробуем перейти к практической стороне вопроса. Совместно с производителем мы провели анализ работы системы от Инжиниринговой компании INTRATOOL - INTRAVISION TS-6. Данное оборудование единственное из представленных на рынке имеет разрешение в 640х480 пикселей, а ее горизонтальный угол обзора составляет 25 градусов. Система INTRAVISION TS предназначена для установки исключительно в помещении, что характерно для всех типов оборудования для температурного скрининга, включает в состав блок АЧТ и программное обеспечение, совместимое с ОС Windows. Интерфейс подключения – Ethernet, что удобно при размещении оборудования на удалении от поста контроля. По части автоматического контроля предусмотрены автоматическое звуковое и визуальное предупреждение о срабатывании порога температуры и запись ИК и видимых снимков.

 

В соответствии с заявленными характеристиками система позволяет выявить одновременно до 8 человек в кадре, что вполне возможно при установке выше высоты человеческого роста, что видно из представленных материалов и проводимых тестов.

 

Для эффективной работы системы рекомендовано соответствовать следующим условиям:

  1. Оптический путь между АЧТ и тепловизором не должен загораживаться;

  2. Установка тепловизора должна производиться выше человеческого роста;

  3. АЧТ устанавливается на высоте выше человеческого роста на стене или потолке таким образом, чтобы всегда находиться в поле зрения тепловизора;

  4. Расстояние от АЧТ до тепловизора не должно превышать 5 метров;

  5. Установка должна исключать наличие горячих предметов в области измерения, в том числе отопительных и электрооборудования;

  6. Установка должна исключать попадания в кадр нагретого солнцем асфальта и элементов автомобилей при открытии дверей

  7. Расстояние для максимально точного измерения должно составлять менее 3 метров;

  8. Камера не должна быть направлена на измеряемый поток людей под острым углом, что приведет к некачественному измерению области глаз и отсутствию измерения при наличии головных уборов.

  1. На периоды возникновения резких температурных перепадов на улице рекомендовано оставлять буферную зону для стабилизации температуры входящих людей и принимать меры по их проходу к области контроля после стабилизации температуры.

 

Одной из особенностей систем INTRAVSION TS помимо разрешения является наличие функции снижения размера области измерения, что особенно актуально в теплое время года. Нам известны случаи ложного срабатывания систем для скрининга на волосы, головные уборы, воротники, средства защиты органов дыхания. При активации этой функции количество ложных срабатываний становится минимальным.

 

Несмотря на кажущуюся простоту установки и настройки оборудования INTRAVSION TS, хотелось бы обратить особое внимание на то, что применение систем для скрининга температуры тела будет эффективным только при комплексном подходе, выраженном в тщательном выборе и анализе мест установки и характеристик рассматриваемого оборудования. Эффективность работы данных систем напрямую влияет на безопасность и здоровье сотрудников.

 

 

 

Выводы

Итак, благодаря существующему уровню развития технологического прогресса и условной доступности технологии тепловизор действительно может выступать в качестве средства выявления человека с признаками лихорадки, что актуально не только для сегодняшней ситуации, связанной с коронавирусом COVID–19, но и для сдерживания сезонных вспышек заболеваний, деструктивное воздействие которых на качество жизни и производственные процессы мы неизменно наблюдаем из года в год. 

 

Но стоит обратить внимание, что метод не будет являться эффективным без дополнительных организационных мер, связанных с ограничением пропускной способности в местах контроля, ведь сам по себе тепловизор ни сегодня, ни в ближайшей перспективе не способен точно выявлять людей с высокой температурой в группах из десятка человек на больших расстояниях. 

 

При выборе метода контроля стоит с большой осторожностью относиться к подобному типу предложениям и полагаться на мнение экспертов и профессионалов в области тепловизионного контроля, ведь задачи, поднимаемые при постановке вопроса об оснащении системой температурного скрининга сводятся не к формальному закрытию потребностей из области контроля доступа или видеонаблюдения, а к обеспечению нормального функционирования организационной деятельности и к недопущению негативного воздействия на состояние  здоровья и жизни окружающих уже сегодня.

 

 

Материал подготовлен в сотрудничестве с Инжиниринговой компанией NTRATOOL.
 

Инжиниринговая компания INTRATOOL одной из первых столкнулась с высоким спросом на тепловизоры для измерения температуры человека и приняла меры для скорейшего внедрения автоматизированных тепловизионных комплексов, предназначенных для мониторинга и эффективного выявления лиц с повышенной температурой на проходных предприятий и в местах массового скопления людей.

 

В рамках направления «Системы промышленного мониторинга» компания предлагает самые современные новые технические решения, позволяющие проводить непрерывный контроль температуры лица человека при его движении в потоке, совместно с ведущими производителями разрабатывает рекомендации для его применения в местных климатических условиях, оказывает услуги по подбору и установке оборудования для разных объектов.


 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Ghassemi P, Pfefer TJ, Casamento JP, Simpson R, Wang Q, “Best practices for standardized performance testing of infrared thermographs intended for fever screening”, PLoS ONE 13(9): e0203302 , 2018

 

Share on Facebook
Share on Twitter
Please reload

Мы в соцсетях
Please reload

Поиск по тегам