Skip Navigation Links > Home > O firmie > Aktualności > Wybór najlepszego rozwiązania do pomiaru temperatury ciała
Wybór najlepszego rozwiązania do pomiaru temperatury ciała
Podczas wyboru najlepszego rozwiązania do pomiaru temperatury ciała należy się kierować następującymi specyfikacjami:

1. Rozdzielczość-im większa tym lepsza, ze względu na większą ilość pikseli, które w systemach termowizyjnych można potocznie nazwać „punktami pomiarowymi”, a więc każdy piksel daje pomiar (tak jakby każdy piksel stanowił jeden termometr). Im większa rozdzielczość, tym więcej danych otrzymuje kamera i dzięki możliwości obliczenia temperatury z większej ilości danych, pomiar jest bardziej dokładny.

Kamera Dahua DH-TPC-BF5421 oferuje rozdzielczość termowizyjną 400x300 pikseli. W połączeniu z dostarczonym obiektywem umożliwia to spełnienie zaleceń ISO w zakresie ilości pikseli dostępnych do dokładnego pomiaru temperatury w kącikach oczu (med. Canthus). Więcej informacji dalej. Rysunki poniżej ilustrują wpływ dokładności pomiaru w zależności od rozdzielczości przetwornika termowizyjnego.

Rys. 1 – Porównanie kamer o niskiej i wysokiej rozdzielczości vs. Ich dokładność

Rys. 2 – Porównanie kamer o niskiej i wysokiej rozdzielczości vs. Ich dokładność

2. Obiektyw – przy wyborze kamery termowizyjnej ważną wytyczną jest również obiektyw – jego przesłona (aperture), która tylko w przypadku wartości F1.0 (Rys.3) umożliwia najlepszą jasność (obiektyw wykonany jest z germanu z odpowiednimi powłokami) nie ograniczając przepływu energii (emitowanego ciepła) oraz odpowiednia ogniskowa (focal length) dzięki której kadr termowizji skupiony jest na ograniczonym obszarze dając odpowiednią ilość pikseli pomiarowych na twarzy badanej osoby (odpowiednio małe IFOV-tzw. chwilowe pole widzenia).

W przypadku kamery Dahua DH-TPC-BF5421 obiektyw ma następujące parametry: przesłona F1.0, ogniskowa 13mm. Biorąc pod uwagę bezpieczeństwo i wygodę pomiaru, a także elastyczność instalacji- ustalając odległość linii optymalnego pomiaru na 3m (osoba od kamery), możliwe jest spełnienie zaleceń ISO/TR 13154:2017 oraz IEC 80601-2-59:2017, a więc uzyskanie co najmniej 9 pikseli pomiarowych (Rys. 19) w wewnętrznym kąciku oka (inner canthus). Więcej informacji dalej (sekcja „4. AI” ).

Rys. 3 – Wpływ przesłony na ilość światła/energii przepuszczanej.

3. NETD/”Czułość Termowizyjna”/”poziom szumów” – (noise equivalent temperature difference) – im niższa (liczbowo wyrażona w mK) tym lepsza. Chcąc dokonać precyzyjnego pomiaru temperatury, kamera termowizyjna musi posiadać odpowiednią czułość/rozdzielczość pomiarową. W przypadku kamery Dahua DH-TPC-BF5421 wartość NETD wynosi mniej niż 40mK, co przekłada się na precyzję pomiaru na poziomie 0.04°C.W takim wypadku kamera może dokonywać nie tylko precyzyjnego, ale również dokładnego pomiaru, ponieważ jest w stanie wykryć tak małe różnice temperatur, co przekłada się na większą ilość i dokładność informacji, którymi dysponuje kamera i algorytmy obliczające temperaturę „badanej” osoby. Należy zwrócić uwagę, że jest to faktyczna czułość całkowita, ponieważ kamera Dahua DH-TPC-BF5421 posiada przesłonę obiektywu na poziomie F1.0.

Dla kontrastu, gdyby przesłona wynosiła przykładowo F1.6 (ciemniejszy obiektyw termowizyjny), całkowita czułość wyniosłaby 102.4mK (czułość powyżej 0.1C), należy więc dokładnie analizować karty katalogowe takich rozwiązań (Rys.5).

Rys. 4 – Różnice w czułości detekcji kontrastu temperatur w zależności od NETD.

 

Rys. 5 – Wpływ przesłony obiektywu na całkowitą czułość/poziom szumów NETD.

4. AI – kamera DH-TPC-BF5421 posiada wbudowane algorytmy sztucznej inteligencji AI (Artificial Intelligence), dzięki czemu kamera wykrywa twarz, a następnie dokonuje pomiaru w kluczowych miejscach (patrz zielony znak „+” na Rys. 6):

  • Nie uśrednia temperatury twarzy (wahania temperatury w różnych punktach twarzy są znaczne – Rys. 7 )
  • Nie ogranicza obszaru detekcji do samego czoła, miejsce pomiaru jest dynamicznie wybierane przez algorytm AI (wbrew popularnemu przekonaniu środek czoła nie jest to najlepszym obszarem pomiarowym, Rys. 8)
  • Nie uśrednia temperatury całego czoła (tylko ściśle wyznaczone punkty na tym obszarze mogą dawać zbliżony do rzeczywistości pomiar – Rys. 6, 7 , 12)
  • Nie generuje fałszywych alarmów mierząc temperaturę np. w ustach (Rys. 9)
  • Nie generuje fałszywych alarmów jeżeli osoby trzymają w dłoniach gorące napoje, ani jeśli spożywają gorące napoje (Rys. 10)
  • Nie generuje fałszywych alarmów jeśli osoba obróci głowę (Rys. 11)

Rys. 6 - DH-TPC-BF5421 z wbudowanymi algorytmami AI i pomiar w miejscach kluczowych w odniesieniu do termogramu twarzy człowieka.

Rys. 7 – Termogram twarzy dziecka. Analogiczny rozkład temperatury jak u dorosłego człowieka.

Rys. 8 – Porównanie systemów bez algorytmów AI z kamerą DH-TPC-BF5421 z algorytmem AI nieograniczającym obszaru pomiaru do samego czoła (w przypadku czapki itd.).

Rys. 9 - – Porównanie systemów o niskiej rozdzielczości i błędnych założeniach algorytmów AI z kamerą DH-TPC-BF5421 z algorytmem AI ignorującym obszar ust (temperatura wydychanego powietrza jest wyższa niż właściwa).

Rys. 10 – Algorytm AI w kamerach Dahua ignoruje fałszywe alarmy spowodowane piciem gorących napojów.

Rys. 11 - Algorytm AI w kamerze Dahua DH-TPC-BF5421 nie generuje fałszywych alarmów, gdy osoba w kadrze obróci głowę w bok.

Dzięki użyciu algorytmów Sztucznej Inteligencji w połączeniu z wysoką rozdzielczością (400x300 pikseli) oraz odpowiednim kątem widzenia, który zapewnia obiektyw 13mm o przesłonie F1.0 kamera DH-TPC-BF5421 umożliwia pomiar we wspomnianych wcześniej kącikach oczu (rekomendowane przez ISO/TR 13154:2017). Opracowania naukowe również wyraźnie potwierdzają, że najlepszym obszarem pomiaru temperatury są okolice oczu, a w szczególności kąciki oczu (inner canthus), ponieważ to tam temperatura będzie najwyższa, przez co możliwe będzie wykrycie nie tylko gorączki, ale również wczesne wykrycie stanu podgorączkowego (Rys. 12,13,14).

Zakładając, że pomiar dokonywany będzie swobodnie i nie zawsze zachowane będą najlepsze warunki i rekomendacje (osoba nie zdejmie okularów), kamera DH-TPC-BF5421 ze względu na wysoką rozdzielczość i odpowiedni obiektyw (zachowana mała wielkość minimalnego obiektu pomiarowego, IFOV oraz odpowiednio duża ilość pikseli) umożliwia dokonanie pomiaru również w innych strategicznych punktach, gdzie temperatura też będzie podwyższona (naczynia krwionośne np. na czole, tzw. supratrochlear vein), co prezentują Rys. 6 i 12. Ilustracje potwierdzają również, że rozkład temperatury na twarzy jest podobny zarówno u dorosłych, jak i dzieci.

 

Rys. 12 – Termograf dziecka I osoby dorosłej. Kolor biały i czerwony oznacza najwyższy zakres temperatur.

ing, E.F.J.; Jung, A.; Kalicki, B.; Zuber, J.; Rustecka, A.; Vardasca, R. Infrared thermal imaging for fever detection in children. In Medical Infrared Imaging Principles and Practices; Diakides, M., Bronzino, J.B., Peterson, D.R., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2013; Chapter 23

Rys. 13 - Inner Canthus

-Typical Output by Type Two Thermal Scanner. Left photo shows slight fever of 37.7 degrees Centigrade; right photo show elevated temperature of 38.2 degrees Centigrade. Reference temperature is 36.9 degrees Centigrade in both photos. (Wang, 2004)

Rys. 14 – Stan podgorączkowy zaczyna się w kącikach oczu.

Biorąc pod uwagę wielkość oka i proporcje budowy, szacuje się, że kącik oka (canthus) to mały punkt o wielkości ok 4mm. (Rys. 16 ). Obliczając IFOV i minimalną wielkość punktu pomiarowego (najmniejszy obiekt jakiemu kamera jest w stanie zmierzyć temperaturę w danej odległości od kamery), potwierdza się, że kamera Dahua DH-TPC-BF5421 jest w stanie zmierzyć temperaturę obiektowi o wielkości 3,9mm znajdującego się w odległości 3m od kamery (Rys. 17 i 18). Dodatkowo stosując wytyczne ISO, które odnoszą się do konstrukcji przetworników termowizyjnych, minimalna liczba pikseli wymagana do pomiaru temperatury danego punktu to 9, gdzie punkt pomiaru to piksel pośrodku, otoczony dodatkową warstwą pikseli wokół tworząc matrycę 3x3 (patrz Rys.19 )

Rys. 15 – Średnie rozmiary oka w zależności od wieku, użyte do obliczeń.

Rys. 16 - Canthus, kącik oka o wielkości ok. 4mm.

Rys. 17 -

Rys. 18 – Minimalny rozmiar obiektu, który kamera DH-TPC-BF5421 może wykryć to 3,9mm przy zachowaniu odległości 3m od obiektu.

Rys. 19 – Rekomendowany obszar pomiaru temperatury małego punktu (środek, oznaczony kolorem).

Biorąc pod uwagę powyższe wytyczne oraz uwarunkowania biologiczne, można zauważyć, że przy zachowaniu warunków bezpieczeństwa pomiaru z 3 metrów za pomocą kamery o parametrach nie niższych niż kamera DH-TPC-BF5421 można uzyskać wymaganą liczbę punktów pomiarowych zgodnie z wytycznymi standardu ISO/TR 13154:2017, a nawet więcej – patrz Rys.20 . Najistotniejszymi parametrami, które są minimalnym warunkiem spełnienia wytycznych są: rozdzielczość 400x300, ogniskowa 13mm (z danymi kątami widzenia) oraz algorytm AI, który nie ogranicza pola pomiaru jedynie do czoła ani nie uśrednia pomiaru temperatury z całej twarzy.

Rys. 20 – Liczba pikseli, które można użyć do pomiaru. [Errata – Forehead size in pix miało być Face size in pix, a więc liczba pikseli przypadająca na całą twarz]

Rys. 21 - Rekomendowane pole pomiaru (inner canthus wraz z przylegającym obszarem powyżej)

Rys. 22 - Symulacja (z zachowaniem proporcji) potwierdzająca odpowiednią ilość pikseli pomiarowych uzyskanych za pomocą kamery DH-TPC-BF5421, mierząc z odległości 3 metrów.

Do obliczeń zastosowana została tabela średniego rozmiaru twarzy (50 percentile).

5. Black Body – biorąc pod uwagę prawa fizyki, oraz fakt, że pomiar temperatury nie będzie wykonywany w warunkach laboratoryjnych, a więc zmieniać się może temperatura otoczenia, wilgotność powietrza, emisyjność obiektów w danym pomieszczeniu, koniecznym jest użycie zewnętrznego emitera/kalibratora pot. zwanego Black Body (ze względu na specjalistyczną przednią powierzchnię urządzenia, które ma właściwości zbliżone do ciała idealnie czarnego). Urządzenie to pełni funkcję stabilnego punktu odniesienia dla kamery, która znając jego dokładne umiejscowienie, stabilną temperaturę oraz emisyjność powierzchni przedniej (której charakterystyczną właściwością jest pochłanianie zakłóceń z zewnątrz) w razie zmiany warunków w pomieszczeniu automatycznie dokona re-kalibracji, aby pomiar zawsze był jednakowo dokładny. Użycie kalibratora Black Body jest rekomendowane przez standardy ISO/TR 13154:2017 oraz IEC 80601-2-59:2017 (Rys. 23)

Filmy porównujące działanie kamer o wysokiej rozdzielczości (400x300) z kamerami o niskich rozdzielczościach, a także błędy pomiarowe kamer, które nie używają black body można zobaczyć pod adresem: https://www.youtube.com/playlist?list=PLDfpmXpBDSSZ4cZ9fBlEB49hFg22eqPWt

Rys. 23 – Zalecenie ISO dot. użycia kalibratora black body.


Zalecenia:

Zgodnie z wytycznymi ISO, IEC oraz FDA, zaleca się aby:

  • Monitoring temperatury odbywał się swobodnie, jednak w zawężonym polu widzenia (można utworzyć „lejek” jeśli wejście jest szerokie lub wejść jest więcej. W razie potrzeby szybszego przepływu większej ilości osób rekomendowane jest użycie dodatkowych kamer obsługujących dodatkowe drzwi w zakresie jednego wejścia). Zawężenie ruchu osób ułatwia również ewentualne odizolowanie konkretnej osoby w razie potrzeby (i sprawdzenie temperatury certyfikowanym urządzeniem medycznym) oraz zachowanie bezpiecznego dystansu. Zaleca się również, aby osoba monitorowana spokojnym tempem poruszała się w stronę kamery termowizyjnej i żeby jej twarz skierowana była w stronę kamery. Praktyka pokazuje, że rekomendowane rozwiązanie umożliwia pomiar temperatury nawet w przypadku, gdy twarz osoby monitorowanej skierowana jest pod kątem 80° do kamery, jednak aby pomiar był najbardziej dokładny dobrze jest ograniczyć kąt między twarzą a kamerą do około 40°, aby wewnętrzny i zewnętrzny kąt oka były widoczne.
  • Ściągnąć nakrycia głowy, ściągnąć okulary, ściągnąć maskę na chwilę pomiaru. Jak wykazano wyżej, nie jest to warunek konieczny, ponieważ rozwiązanie jest w stanie zmierzyć temperaturę nawet gdy osoba ma ubrane okulary czy czapkę, jednak jest to najlepszy scenariusz, który umożliwi najdokładniejszy pomiar.
  • Tło znajdujące się za osobą w punkcie pomiarowym było w miarę możliwości kontrolowane – jasne, nie odbijające promieniowania podczerwonego (najlepiej unikać szkła, luster, metali)
  • W miejscu pomiarowym nie było silnych źródeł ciepła, nawiewu powietrza ani bezpośredniego światła słonecznego/silnego oświetlenia sztucznego
  • W sytuacji zimnej, gorącej pogody, należy spodziewać się możliwych zaniżonych/zawyżonych odczytów. Nie jest to wadą rozwiązania – termometr medyczny wskazałby identyczne pomiary, ponieważ jeśli skóra na twarzy ulegnie schłodzeniu (zima) lub ogrzaniu (lato, wysiłek fizyczny, a nawet silny stres, czy okres owulacji u kobiet), wtedy kamera termowizyjna dokona prawidłowego odczytu temperatury, która faktycznie jest niższa bądź wyższa niż zazwyczaj. W takim wypadku rekomenduje się przykładowo: stworzenie alejek np. taśmami podobnymi jak na lotniskach, gdzie ruch prowadzony jest „wężykiem”, przez co osoba będzie miała więcej czasu aby organizm ogrzał się/wystudził od wejścia do budynku do momentu pomiaru. Zaleca się, aby temperatura w pomieszczeniu pomiaru była w zakresie wyznaczonym przez FDA oraz ISO – około 20-25°C.

Rys. 24-

Rys. 24 – Odpowiednie kierowanie ruchem osób w sytuacji wejścia do środka z gorącej/zimnej pogody.

Rys. 25. Źródło: FDA

Rys. 26. Żródło: FDA