SARS预防中的红外体温测量法及应注意的问题

一　什么是人体的真实温度 　　研究表明，人体不同部位的温度是不同的。代表人体真实温度的是心脏和脑部的血液温度，叫基础温度或核心温度（core temperature），记作tc。这个温度无法临床测量。 　　最接近基础温度的是人体内的肺动脉、膀胱内、食道内和鼓膜处的温度，可近似认为与基础温度相等，这叫局域温度。除了鼓膜外，在日常测量中也是很难测量的。 　　在日常体温测量中，是测量人体口腔（即舌下）、直肠（肛门内）或腋下的温度，分别记作to、tr和ta。这些部位的温度容易测量，也相当稳定。但这些局部的温度都互不相同，而且与基础温度有较大的差别，不代表人体的真实温度。不同的人这些温度与基础温度的差别也是不同的。文献报道，口腔温度to平均比肺动脉温度低0.4℃，腋下温度ta平均比肺动脉温度低0.7℃。传统上人们习惯把口腔温度to作为体温的代表，或称为体温的参照温度，以to=37.0℃作为发烧与否的参照标准。 　　当然也可以测量皮肤表面的温度（如额头温度）来作为体温参照温度，记作ts。但这样做太粗糙了。因为ts是不稳定、不确定的一个值，我们将在下面介绍皮肤表面红外温度计时再加以详细解释。 　　不论我们测量哪一个部位的温度（to、ta、tr或ts），他们与核心温度tc都有差别，这个温度差别是由人体生理因素形成的,叫做生理差别。 二 对测量体温仪表的要求 1．准确 即仪表本身准确，同时真实反映体温； 2．方便 即容易操作，并便于大量检查； 3．快速 4．价廉 三 红外测温法 1．接触式测温 　　传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表）、医用电子接触式温度计（常用热敏电阻作为它的感温元件）等插入人体内部（舌下、直肠）或置于腋下，通过接触使温度计的温度等于被测处的温度。 　　接触式医用温度计的优点是它本身很准确，很稳定，仪表的误差不超过0.1℃。它们容易使用，便宜，可作医疗使用，也可作家用。其缺点是测量的速度慢（约2分钟以上）。玻璃液体温度计还易碎，在医院使用时容易因消毒不彻底而引起交叉感染。在SARS预防的检测中，在需测量的人很多，时间又要短时，它们就不大适用了。因此不接触式的红外温度测量法就被广泛用于SARS预防的检测工作中。 2．红外测温法的原理 　　任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射出能量。所辐射能量的大小，直接与该物体的温度有关，具体地说是与该物体热力学温度的4次方成正比，用公式可表达为： (1) 式中：E ——辐射出射度，W/m3； σ——斯蒂芬—波尔兹曼常数，5.67×10-8 W/(m2·K4)； ε——物体的辐射率； T ——物体的温度，K； T0——物体周围的环境温度，K。 测量出所发射的E，就可得出温度。 　　利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。红外温度仪表可用于很宽温度范围的测温，从－50℃直至高于3000℃。在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温（0℃~100℃）范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表，其具体的设计也不同。 红外温度计最简单的原理图如图1所示。 红外温度计原理框图 图中：主光学系统有两个作用：a）把被测处的红外线集中到检测元件上；b）把进入仪表的红外线发射面限制在固定范围内。检测元件把红外线能量转换为电信号。信号处理单元把检测元件输出的信号，用电子技术和计算机技术进行处理，变成人们需要的各种模拟量和数字量信息。显示单元把处理过的信号变成人们可阅读的数字或画面。瞄准系统用于瞄准（或指示）被测部位。耳温计不需要瞄准系统。 根据式（1）的原理，仪表所测得的红外辐射为： （2） 式中：A ——光学常数，与仪表的具体设计结构有关； ε1——被测对象的辐射率； ε2——红外温度计的辐射率； T1 ——被测对象的温度，K； T2 ——红外温度计的温度，K，它由一个内置的温度检测元件测出。 辐射率ε是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数，数值由0至1.0。最理想的辐射物体是辐射率1.0的物体，物理上叫做黑体。这是一个理论上的概念，实际上并没有一种物体的辐射率能达到1.0。但可以制造出极为接近于ε=1.0的实际黑体，用于温度计的校准。所有真实的物体，包括人体各部位的表面，其ε值都是某个低于1.0的数值。由于ε值极难测量而又不确定，所以在仪表测出E后，按式（2）计算出的T1就会有误差。在实际工作中，仪表是在ε=1.0的黑体上校准好出厂的，只有测量ε=1的对象，其示值才代表对象的实际温度，如果对象ε不等于1，则仪表读数不代表对象的实际温度，要进行修正。 3．红外测温法的优缺点 （1）优点： －与被测对象不接触，在测体温时不会造成不必要的感染； －快速。通常测量时间小于1s，一般不会超过2s。 因此十分适合于在SARS预防检测中应用。 （2）缺点： －仪表本身准确度不如接触式的医用温度计，通常不会优于0.2℃； －测量结果受许多因素影响，重要的是被测对象辐射率不确定性，不容易测出被测对象实际温度；测量距离变化和环境温度变化也会带来误差； －仪表本身比较复杂，使用也比接触式医用温度计复杂，使用者要经一定培训才能正确使用； －价格较高。 四 几种用于体温测量的红外温度仪表 1．测量皮肤表面温度的红外温度计 　　它们一般是便携式的，俗称手枪式的，通常有一个激光瞄准系统。激光束所指的地方就是测量温度的部位。这种温度计使用十分方便，只需一按开关，一秒钟内就可直接读出温度。 仪表所测的皮肤表面温度，通常是测量额头的温度（因为方便）。皮肤温度的测量结果受以下两个因素的很大影响： 　　a. 皮肤本身的温度取决于皮肤下面血流分布的情况，也取决于皮肤附近的传热情况（如风速大小，风温高低等），因此其温度在不同位置、不同时间、不同条件下是不同的，变化较大。 　　b. 皮肤的辐射率ε的值偏离1.0较大，而且不同的人，同一人不同部位的ε值不同，变化范围较大，约为0.94~0.99之间。 　　因此直接测出的温度并不是皮肤的实际温度。如果要通过测量皮肤的温度而知道口腔温度，则要进行两种修正： 　　第一种：把测得的温度修正为皮肤的实际温度。这就要知道皮肤的ε值，而这是做不到的（ε难测且每人不同），只能根据一个统计平均值来修正。这就会产生一个误差。 　　第二种：再把实际的皮肤温度折算到口腔温度to，这就要知道to与皮肤温度的生理差别。但这也不可能做到，因为这个差值随不同人、不同条件而变化，所以也只能是一个统计平均值，实际上连统计平均值也难以获得。 　　一部分专用于皮肤温度测量的红外温度计在设计时，根据某个统计平均值，在仪表内已自动进行上述两种修正。这时仪表虽然瞄准皮肤来测量，但读数就是口腔温度。但大部分仪表是没有自动加上这两种修正值的，需要使用者自己去修正才能得到相应的口腔温度。目前市场上大部分红外温度计，并非专门为测量人体温度而设计的，主要是为工业测量而设计的，只是它们其中一些的测量范围包含了体温的范围而已。不过这些仪表上都有“ε选择”按钮，可由使用者根据自己对被测对象ε值的了解，自行设定ε值。这样就实现了第一种修正。至于第二种修正，一般是没有的，要使用者自己去估计折算。实际上无论自动修正，还是人为去修正，或是不修正，结果的不确定性都是很大的。 　　表1是对10个体温正常人的腋下温度和额头温度测量数据。腋下温度与额头温度之差最小的是0.7℃，最大为3.6℃。 图 红外耳温计 图 用耳温计测量耳温 2．红外耳温计 它是一种专门用于测量耳道温度的红外辐射温度计，其原理与前面所述的测量表面温度的红外温度计是一样的。由于专用，它没有瞄准系统，主光学系统也比较简单。耳温计的外形如图2所示，使用时，将耳温计插入耳道内，即可读数。耳温计都配有一次性使用的探头盖，以维持清洁，防止感染。仪表校准时是连探头盖一起进行的，因此测量时一定要装好探头盖。用耳温计测量耳温的示意图见图3。 在第一节中已介绍，鼓膜温度可近似认为是人体的基础温度，而耳道壁和鼓膜形成的腔体，十分接近黑体（即ε=1.0），因此用耳温计测量时，对象辐射率ε不确定的影响很小，测得的温度会接近耳道的实际温度。 应该注意，所测得的耳温te并不等于鼓膜温度。图4是用耳温计测量时，进入耳温计视场的图，即耳温计实际测量部位图。由图可见，耳温计测量的是包括鼓膜和部分耳道壁的一个面的综合辐射能。它的读数反映了与之对应的综合温度，与鼓膜温度是有差别的。这个差别，随仪表的设计不同而不同。即使对同一种仪表，由于不同人耳道结构大小、形状都不相同，这个差别也不同。这个差别，因主要与仪表设计有关，叫仪表温差。如果要得到鼓膜的温度（可视为核心温度），要加上一个数值等于仪表温差的修正值。按美国ASTM标准的要求，每个医用耳温计的生产厂应提供这个修正值以及如何获得这个值的说明。只有知道这个修正值，才能把耳温计测出的耳温折算到口腔<