黑体辐射源标准装置研制与体温规律研究

2014-08-25

防控具有发烧特征的传染病的重要措施是在公共场所开展非接触快速体温筛查，而体温筛查仪器需要现场校准装置、方法和关键数据支持。2009年初，我国发生H1N1流感疫情， “黑体辐射源标准装置研制与体温规律研究”项目随之启动，为我国出入境口岸的体温筛检提供技术支持。项目组在不到两个月的时间内完成了黑体辐射源标准装置的研制，制定了具有很强针对性、实用性及可操作性的体温红外筛检仪器现场校准规范，取得了人体表面温度与体温统计规律研究方面的重要创新性理论与统计分析成果，为我国 “甲型流感”等具有发热特征的疫情防控策略的有效实施提供了技术保证和理论指导。

“黑体辐射源标准装置研制与体温规律研究”项目由中国计量科学研究院主持承担，主要完成人有原遵东、王铁军、郝小鹏、柏成玉、王景辉、邢波、王池、段宇宁、杨雪、董伟，项目成果获2013年度中国计量测试学会科技进步奖二等奖。

一、主要科技创新

1．系统研究了体位温度统计推测理论，提出了三参数双回归变量法和多项有关新概念，进行了全新的体温统计规律研究

　　此前的研究多针对正常体温人员，被测人员在确定的恒温条件下，处于静止状态，对身体不同部位进行小样本（通常为几十个）研究，给出的修正值不一致，没有不确定度信息。在方法上，由于采用单一回归变量的回归方法，忽略了自变量相对于统计规律的分散性，导致两种体温之间的回归结果不能双向互推，也无法合理解释应用中的推测结果分散性大的原因。

本项研究总结和发展了体位温差统计修正方法，提出体温推测测量、体温验证测量、统计估计的个体偏差概念与数学表达，形成三参数双回归变量线性回归及其不确定度评定方法。项目组采集了1117例含发烧人员的腋温、耳温和额温数据，获得了腋温–耳温、耳温–额温和腋温–额温的线性回归结果，不确定度为0.15℃；获得了腋温、耳温和额温的个体偏差概率分布函数，并得出个体偏差的随机性是影响体温筛检不确定度的首要因素的观点；分析评定了回归、推测、验证三个应用层次的不确定度；利用个体偏差概率分布定量估计了报警设定值与筛检漏报率和误报率的关系。项目还进行了理论模型研究和运动强度对体温规律影响统计研究。

　　2．研制成功BF-50C黑体辐射源标准装置，采用易于拆装的反射罩校准附件，使标准装置同时满足口岸红外体温筛检仪、耳温计和额温计等常用红外体温测量设备的溯源需求

2003年SARS期间，研究团队曾研制了一批黑体辐射源标准装置（BF-50B）作为现场校准设备配发到全国各口岸供校准体温筛检仪使用。此次为加强甲型H1N1流感的防控工作，项目组在BF-50B的基础上进行创新改进，研制推出BF-50C黑体辐射源标准装置。

与BF-50B相比，新研制的BF-50C黑体辐射源标准装置将法向发射率由0.997提高到0.998；增加了现场校准附件，使大出射角发射率为0.998；提供了法向和大出射角两组校准结果，使之在原有用途基础上适用于大视场角耳温计和额温计校准；改进了黑体空腔后部的绝热性能；采用印刷制版方式改进加热器；配备了便于现场应用的辅助设备。

　　项目所获两项发明专利，一项为通过黑体空腔后部的绝热设计减小腔底热流，从而提高温度均匀性和测温准确性（图1）；另一项是通过一个易于拆装的反射罩附件（图2）提高黑体腔的侧壁发射率，从而提高大出射角发射率，使之适用于大视场角的红外额温计和耳温计，扩大了辐射源的应用范围。

　　3．及时制定了覆盖出入境口岸不同生产厂商的多种体温红外筛检仪器的现场校准方法

　　体温红外筛检仪器厂商一般不提供校准模式和操作方法等信息，且术语、方法不一致，使得现场校准难以有效开展。项目组召集有关国内外厂商调研和实验验证，根据具体型号，制定了具有很强针对性、实用性和可操作性的校准方法。

二、成果应用情况　

　　项目研制了用于“甲流”防控的体温红外筛检仪、耳温计和额温计量值现场校准的标准黑体辐射源，其不确定度为0.08℃。在不到两个月的时间内迅速完成了53台，并且将其中51台配发给主要出入境口岸。

通过调研和实验验证，形成了体温红外筛检方法现场校准规范，并且在全国范围内推广应用，举办了全国范围内的现场校准培训班，开通了热线咨询电话。

　　研究形成的标准黑体辐射源成为各个省市计量院所30℃～50℃的标准装置，提升了我国耳温计、额温计和热像筛检仪的校准水平。研究形成的标准装置和现场校准方法已被全国计量院所应用于对出入境口岸的现场校准服务，装置被建标，并用于日常红外体温测量与筛检仪器的校准，部分被扩展应用于工业辐射温度计的校准检定。

　　两年来，深圳华盛昌、湖州晶觅、东阿阿胶医疗器械等耳温计生产企业购置了BF-50C黑体辐射源，用于其仪器生产质量检验和量值校准。

在项目进行期间和应用阶段，黑体辐射源设计方法获发明专利2项、实用新型专利2项，在国内外刊物发表人体表面温度与体温统计规律研究学术论文3篇，在葡萄牙马德拉TEMPMEKO2013国际温度会议和美国洛杉矶ITS-9国际温度会议上分别做口头报告。

三、社会经济效益

项目成果对我国 “甲型流感”等具有发热特征的疫情防控策略的有效实施起到了关键支撑作用，项目组被授予国家质检系统“甲流防控先进集体”荣誉称号。项目总投资为350万元，实施当年至验收后1年共4年的直接经济效益已超过总投入，直接经济效益显著。