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。 *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(**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**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*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**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**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。*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**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: **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。 **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**种修正。至于**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*小的是0.7℃,*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**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。