คำนำ

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดกลายเป็นเครื่องมือในชีวิตประจำวันในช่วงที่เกิดโรคระบาด แต่คนส่วนใหญ่ที่ใช้เครื่องวัดอุณหภูมิทุกเช้ามีเพียงความคิดที่คลุมเครือว่าจะเกิดอะไรขึ้นระหว่างการชี้อุปกรณ์ไปที่หน้าผากกับการอ่านตัวเลขบนหน้าจอ ช่องว่างนั้นมีความสำคัญ เนื่องจากการทำความเข้าใจฟิสิกส์จะอธิบายทั้งจุดแข็งของเทคโนโลยีและสาเหตุที่การอ่านอาจผิดพลาดได้

คู่มือนี้ตอบคำถามว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดทำงานอย่างไรในรายละเอียดทางเทคนิคทั้งหมด ตั้งแต่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทุกชิ้นไปจนถึงเซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์ที่แปลงรังสีนั้นเป็นแรงดันไฟฟ้า และจากการประมวลผลสัญญาณภายในอุปกรณ์ไปจนถึงหลักฐานทางคลินิกเบื้องหลังการตรวจคัดกรองไข้หน้าผาก นอกจากนี้ยังครอบคลุมการใช้งานจริงด้วย เช่น ระยะการวัด สภาพเปล่งรังสี สภาพแวดล้อม เทคนิคของผู้ใช้ และความแตกต่างระหว่างเครื่องมือทางการแพทย์และเครื่องมืออุตสาหกรรม บทความนี้เขียนขึ้นสำหรับผู้ปกครองและผู้ดูแล พยาบาลและเจ้าหน้าที่คลินิก ทีมจัดซื้อประเมินอุปกรณ์ นักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ และใครก็ตามที่ต้องการใช้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดอย่างถูกต้องแทนที่จะเพียงแค่กดปุ่ม ในตอนท้าย การอ่านบนจอแสดงผลจะสมเหตุสมผลในฐานะจุดสิ้นสุดของเหตุการณ์ทางกายภาพที่วัดผลได้

สารบัญ

1. 1. เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดวัดค่าอะไรได้จริง
2. 2. ฟิสิกส์: การแผ่รังสีอินฟราเรด การแผ่รังสี และเอฟเฟกต์ซีเบค
3. 3. ภายในเซ็นเซอร์: เทอร์โมไพล์แปลงความร้อนเป็นค่าที่อ่านได้อย่างไร
4. 4. จากแรงดันไฟฟ้าถึงอุณหภูมิ: การประมวลผลสัญญาณและการชดเชย
5. 5. เหตุใดการวัดหน้าผากจึงเหมาะกับการคัดกรองไข้
6. 6. ปัจจัยด้านความแม่นยำ: ระยะทาง สภาพแวดล้อม และเทคนิค
7. 7. เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดทางการแพทย์และอุตสาหกรรม
8. 8. Finicare IR213: เทคโนโลยีในอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริง
9. 9. การซื้อ การใช้ และการดูแลรักษาเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด

1. เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดวัดค่าอะไรได้จริง

วัตถุทุกชิ้นที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในแถบอินฟราเรด และการกระจายความเข้มและความยาวคลื่นของการแผ่รังสีนั้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุ เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดจะรวบรวมส่วนหนึ่งของรังสีนี้ มุ่งไปที่เครื่องตรวจจับ และคำนวณอุณหภูมิของพื้นผิวที่ปล่อยออกมา ไม่มีหัววัดสัมผัสผิวหนัง ไม่มีความร้อนไหลจากผู้ป่วยไปยังอุปกรณ์ และไม่มีการสัมผัสใดๆ เลย นี่เป็นคำตอบสั้นๆ ว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดทำงานอย่างไร โดยตรวจวัดรังสีที่ปล่อยออกมา ไม่ใช่นำความร้อน

ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิพื้นผิวและอุณหภูมิแกนเป็นแนวคิดที่สำคัญที่สุดประการเดียวในการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดทางการแพทย์ เทอร์โมมิเตอร์วัดหน้าผากจะวัดอุณหภูมิของผิวหนังบริเวณหน้าผากและบริเวณหลอดเลือดแดงขมับ จากนั้นอาศัยความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิผิวหนังและอุณหภูมิภายในร่างกายเพื่อประเมินสิ่งที่แพทย์เรียกว่าอุณหภูมิแกนกลาง ความสัมพันธ์ดังกล่าวแข็งแกร่งเพียงพอสำหรับการคัดกรองไข้เมื่ออุปกรณ์ได้รับการตรวจสอบ มีการควบคุมสภาพแวดล้อม และผู้ใช้ปฏิบัติตามคำแนะนำ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเทคโนโลยีจึงได้รับการยอมรับในโรงพยาบาล สนามบิน โรงเรียน และที่บ้าน อย่างไรก็ตาม ก็ไม่แม่นยำ และไม่มีเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่สัมผัสตัวใดที่จะอ่านอุณหภูมิภายในร่างกายได้โดยตรง

การวัดแบบไม่สัมผัสยังมอบประโยชน์ด้านสุขอนามัยที่ทำให้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดแพร่หลายไปอีกด้วย เนื่องจากอุปกรณ์ไม่เคยสัมผัสกับบุคคลที่ถูกตรวจวัด การปนเปื้อนข้ามระหว่างผู้ป่วยจึงลดลง และการฆ่าเชื้อระหว่างการอ่านค่าจะกลายเป็นเรื่องง่าย FDA อธิบายว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดแบบไม่สัมผัสเป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดอุณหภูมิพื้นผิวเพื่อลดการปนเปื้อนข้าม ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงกลายเป็นเครื่องมือคัดกรองเริ่มต้นในที่สาธารณะ

2. ฟิสิกส์: การแผ่รังสีอินฟราเรด การแผ่รังสี และเอฟเฟกต์ซีเบค

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดเริ่มต้นจากการแผ่รังสีความร้อน พื้นผิวใดก็ตามจะปล่อยพลังงานอินฟราเรดในอัตราที่สูงขึ้นอย่างมากตามอุณหภูมิ ตามความสัมพันธ์ของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์: การเพิ่มอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นสองเท่าจะเพิ่มพลังงานที่ปล่อยออกมาเป็นสิบหกเท่า ผิวหนังของมนุษย์ที่อุณหภูมิประมาณ 33 ถึง 37 องศาเซลเซียส ปล่อยรังสีที่มีความเข้มข้นในแถบอินฟราเรดไกลประมาณ 8 ถึง 14 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่ทะลุผ่านชั้นบรรยากาศและผ่านตัวกรองแสงที่ใช้ในเซ็นเซอร์เทอร์โมมิเตอร์ได้อย่างสะดวก

พื้นผิวทั้งหมดไม่เปล่งแสงเท่ากัน การแผ่รังสีจะอธิบายว่าพื้นผิวแผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใดเมื่อเทียบกับวัตถุสีดำที่สมบูรณ์แบบ โดยให้คะแนนตั้งแต่ 0 ถึง 1 ผิวหนังของมนุษย์มีค่าการแผ่รังสีประมาณ 0.98 ซึ่งใกล้เคียงกับวัตถุสีดำมาก ซึ่งถือเป็นโชคดีสำหรับเทอร์โมมิเตอร์ทางการแพทย์ โดยอุปกรณ์สามารถรับค่าการแผ่รังสีคงที่และยังคงได้รับการอ่านค่าที่สม่ำเสมอ โลหะมันเงา กระจกขัดเงา และกระจกมีการปล่อยรังสีต่ำและสะท้อนแสงโดยรอบแทนที่จะเปล่งออกมาเอง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเล็งเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดไปที่พื้นผิวโครเมียมจึงทำให้เกิดตัวเลขที่ไม่มีความหมาย

กลไกการตรวจจับอาศัยเอฟเฟกต์ Seebeck ซึ่งค้นพบในปี 1821 เมื่อมีโลหะสองชนิดที่ต่างกันเชื่อมต่อกันที่ปลายทั้งสองข้าง และจุดเชื่อมต่ออยู่ที่อุณหภูมิต่างกัน แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจะปรากฏขึ้นทั่ววงจรตามสัดส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิ หัวต่อเดี่ยวสร้างพลังงานได้เพียงไมโครโวลต์ ดังนั้นวิศวกรจึงเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลหลายตัวแบบอนุกรมเพื่อสร้างเทอร์โมไพล์ โดยจะเพิ่มสัญญาณให้อยู่ในช่วงที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงปฏิบัติสามารถขยายและแปลงเป็นดิจิทัลได้ จุดเชื่อมต่อร้อนดูดซับรังสีอินฟราเรดที่เข้ามา จุดเชื่อมต่อเย็นจะอยู่บนพื้นผิวเซ็นเซอร์ที่อุณหภูมิอ้างอิงที่ทราบ และแรงดันไฟฟ้าที่ได้จะเข้ารหัสความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวเป้าหมายและตัวเซ็นเซอร์เอง

3. ภายในเซ็นเซอร์: เทอร์โมไพล์แปลงความร้อนเป็นค่าที่อ่านได้อย่างไร

เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์ได้รับการปรับเทียบกับการอ้างอิงวัตถุสีดำก่อนการประกอบ

ขั้นต่อไปของการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดจะเกิดขึ้นภายในส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กกว่าเมล็ดข้าว เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์สมัยใหม่คือชิปซิลิคอนที่กลึงด้วยไมโครแมชชีน โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่มิลลิเมตร แกนกลางของมันคือเมมเบรนบางๆ ของซิลิคอนไนไตรด์หรือวัสดุที่คล้ายกัน ซึ่งแขวนอยู่เหนือช่องที่ฝังอยู่ในสารตั้งต้น เมมเบรนมีมวลความร้อนต่ำมาก ดังนั้นจึงร้อนและเย็นลงเกือบจะทันทีเมื่อมีรังสีอินฟราเรดกระทบ บนเมมเบรนจะมีจุดเชื่อมต่อร้อนของซีรีส์เทอร์โมคัปเปิล ซึ่งถูกปกคลุมด้วยชั้นดูดซับสีดำที่จะแปลงการแผ่รังสีที่ตกกระทบให้เป็นความร้อน จุดเชื่อมต่อความเย็นวางอยู่บนโครงซิลิคอนหนา ซึ่งคงไว้ใกล้กับอุณหภูมิแวดล้อม

ส่วนประกอบเพิ่มเติมอีกสองชิ้นทำให้เซ็นเซอร์สมบูรณ์ เทอร์มิสเตอร์ที่รวมอยู่ในแพ็คเกจจะวัดอุณหภูมิอ้างอิงของจุดเชื่อมต่อเย็น เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างจุดเชื่อมต่อร้อนและเย็นมากกว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์ หากไม่มีการวัดอ้างอิงนี้ อุปกรณ์จะไม่สามารถแยกอุณหภูมิเป้าหมายออกจากอุณหภูมิเซ็นเซอร์ได้ ฟิลเตอร์กรองแสงซึ่งโดยปกติจะใช้ซิลิกอนจะบล็อกแสงที่มองเห็นและส่งผ่านเฉพาะแถบอินฟราเรดขนาด 8 ถึง 14 ไมโครเมตร เพื่อป้องกันแสงแดดและแสงในห้องไม่ให้ทำลายสัญญาณ

ออพติกส์จะกำหนดตำแหน่งของเซ็นเซอร์ เลนส์เฟรสเนลหรือตัวสะท้อนแสงขนาดเล็กจะรวบรวมรังสีจากกรวยที่กำหนดและส่งไปยังเมมเบรน เพื่อสร้างขอบเขตการมองเห็น อัตราส่วนของระยะการวัดต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดที่วัดได้ ซึ่งเรียกว่าอัตราส่วนระยะทางต่อจุด จะบอกผู้ใช้ว่าเป้าหมายต้องอยู่ห่างจากจุดใดเพื่อให้เซ็นเซอร์มองเห็นเฉพาะพื้นผิวที่ต้องการ เทอร์โมมิเตอร์วัดทางหน้าผากทางการแพทย์ใช้ระยะทางคงที่ในระยะสั้น โดยทั่วไปคือ 1 ถึง 5 เซนติเมตร โดยมีขอบเขตการมองเห็นขนาดเท่ากับผ้าปิดหน้าผาก เทอร์โมมิเตอร์ทางอุตสาหกรรมใช้ระยะทางที่ไกลกว่าและขอบเขตที่แคบกว่า บางครั้งต้องใช้การมองเห็นด้วยเลเซอร์เพื่อแสดงตำแหน่งของจุดนั้น

สายโซ่ที่สมบูรณ์ภายในอุปกรณ์เริ่มจากโฟตอนไปจนถึงแรงดันไปจนถึงตัวเลข การแผ่รังสีอินฟราเรดจะทำให้เมมเบรนร้อนขึ้น เทอร์โมไพล์จะสร้างสัญญาณระดับไมโครโวลต์ เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำจะยกระดับให้อยู่ในระดับที่ใช้งานได้ ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลจะแปลงสัญญาณให้เป็นดิจิทัล และไมโครคอนโทรลเลอร์จะใช้ค่าคงที่ของการสอบเทียบ สมมติฐานด้านการปล่อยรังสี และการชดเชยสภาพแวดล้อมเพื่อคำนวณอุณหภูมิเป้าหมาย กระบวนการทั้งหมด รวมถึงการตกตะกอนด้วยความร้อน จะใช้เวลาประมาณหนึ่งวินาทีในเทอร์โมมิเตอร์ทางการแพทย์ที่ออกแบบมาอย่างดี

4. จากแรงดันไฟฟ้าถึงอุณหภูมิ: การประมวลผลสัญญาณและการชดเชย

เอาต์พุตเซ็นเซอร์ดิบยังไม่เป็นอุณหภูมิ ไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องแก้สมการกัมมันตภาพรังสีที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีที่วัดได้กับอุณหภูมิพื้นผิว โดยใช้สมมติฐานการแผ่รังสีคงที่สำหรับผิวหนัง การอ้างอิงจุดเชื่อมต่อเย็น และข้อมูลการสอบเทียบจากโรงงานที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำ กระบวนการสอบเทียบที่ดำเนินการกับการอ้างอิงวัตถุดำที่อุณหภูมิหลายระดับ ช่วยแก้ไขความแปรผันของเซ็นเซอร์ต่อเซ็นเซอร์และการสูญเสียการส่งผ่านของเลนส์ หากไม่มีขั้นตอนนี้ อุปกรณ์สองชิ้นที่มีการออกแบบเหมือนกันอาจไม่เห็นด้วยในระดับหนึ่ง

การชดเชยสภาพแวดล้อมก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน เมื่อเทอร์โมมิเตอร์เคลื่อนจากรถเย็นไปยังคลินิกที่อบอุ่น ฝาครอบเซ็นเซอร์ เลนส์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในยังไม่ถึงสมดุลทางความร้อน และอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปจะบิดเบือนการวัด อุปกรณ์ที่ดีประกอบด้วยอัลกอริธึมที่สร้างแบบจำลองสถานะความร้อนของเซ็นเซอร์และปรับเอาต์พุตตามนั้น นี่คือเหตุผลที่ผู้ผลิตระบุช่วงอุณหภูมิในการทำงาน ซึ่งโดยทั่วไปคือ 10 ถึง 40 องศาเซลเซียส และเหตุใดคำแนะนำจึงบอกผู้ใช้ให้ปล่อยให้อุปกรณ์ปรับตัวเข้ากับสภาพภายในอาคารก่อนทำการวัด หลักการเดียวกันนี้ใช้กับผู้ป่วย: ผู้ที่เดินทางมาจากอากาศเย็นกลางแจ้งต้องใช้เวลาอยู่ในอาคาร 15 ถึง 30 นาทีก่อนที่จะสามารถอ่านค่าทางหน้าผากได้

ขั้นตอนการแสดงผลขั้นสุดท้ายจะเพิ่มความสะดวกทางคลินิก ไมโครคอนโทรลเลอร์จะตรวจสอบผลลัพธ์ตามเกณฑ์วัดไข้ เปิดใช้งานไฟแสดงสถานะที่มีรหัสสี ส่งเสียงเตือน และจัดเก็บการอ่านค่าไว้ในหน่วยความจำ โดยทั่วไปความละเอียดจะอยู่ที่ 0.1 องศาเซลเซียส ในขณะที่ความแม่นยำที่ประกาศไว้สำหรับโหมดอุณหภูมิของร่างกายโดยทั่วไปจะบวกหรือลบ 0.2 องศาเซลเซียส ภายในช่วงที่เกี่ยวข้องทางคลินิกประมาณ 35 ถึง 42 องศาเซลเซียส ตัวเลขสองตัวนี้อธิบายคุณสมบัติที่แตกต่างกัน: ความละเอียดคือขนาดของขั้นตอนที่แสดงน้อยที่สุด และความแม่นยำคือค่าที่แสดงนั้นใกล้เคียงกับอุณหภูมิอ้างอิงที่แท้จริงเพียงใด

ทุกสิ่งที่อธิบายไว้จนถึงตอนนี้คือการตัดสินใจต่อเนื่องกันในการสอบเทียบและการชดเชย ซึ่งอธิบายว่าทำไมการตอบคำถามว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดทำงานอย่างเต็มที่ได้อย่างไรนั้น จึงต้องอาศัยความเข้าใจเฟิร์มแวร์พอๆ กับเซนเซอร์ อุปกรณ์สองเครื่องที่มีเทอร์โมไพล์เหมือนกันสามารถทำงานได้แตกต่างกันมาก หากอุปกรณ์เครื่องหนึ่งมีการสอบเทียบแบบหลายจุดและการสร้างแบบจำลองโดยรอบอย่างระมัดระวัง และอีกเครื่องหนึ่งใช้การชดเชยจากโรงงานเดียว

5. เหตุใดการวัดหน้าผากจึงเหมาะกับการคัดกรองไข้

อ่านค่าหน้าผากที่บ้าน 1 วินาที โดยให้อุปกรณ์อยู่ห่างจากผิวหนัง 1-5 ซม.

คำตอบว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดทำงานอย่างไรจะมีประโยชน์ทางคลินิกก็ต่อเมื่อเซ็นเซอร์เล็งไปที่ตำแหน่งที่ติดตามอุณหภูมิแกนกลาง และหน้าผากคือบริเวณที่สัมผัสได้ดีที่สุด บริเวณหน้าผากซ้อนทับสาขาส่วนหน้าของหลอดเลือดแดงขมับ ซึ่งเป็นหลอดเลือดผิวเผินที่นำเลือดจากการไหลเวียนของหลอดเลือดแดงภายนอก อุณหภูมิผิวหนังบริเวณนี้จะติดตามอุณหภูมิภายในได้ใกล้ชิดกว่าพื้นผิวสัมผัสอื่นๆ ส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องวัดอุณหภูมิทางหน้าผากจึงกลายเป็นสถานที่อ้างอิงสำหรับการคัดกรองแบบไม่สัมผัส เมื่อร่างกายเพิ่มค่าที่ตั้งไว้ในช่วงที่มีไข้ หลอดเลือดตีบตันบริเวณแขนขาและการไหลที่เพิ่มขึ้นในศีรษะและคอ จะทำให้หน้าผากเป็นตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้

การวิจัยทางคลินิกเกี่ยวกับอุปกรณ์อุณหภูมิอินฟราเรดโดยทั่วไปพบว่ามีข้อตกลงที่ยอมรับได้กับเทอร์โมมิเตอร์อ้างอิง เมื่อใช้อุปกรณ์อย่างถูกต้อง โดยมีความเบี่ยงเบนโดยทั่วไปภายในครึ่งองศาเซลเซียส และมีความไวสูงพอสมควรในการตรวจหาไข้ในการตั้งค่าการตรวจคัดกรอง ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับคุณภาพของอุปกรณ์ สภาพแวดล้อม และเทคนิค และนักวิจัยตั้งข้อสังเกตอย่างสม่ำเสมอว่าอุปกรณ์ที่ไม่สัมผัสไม่สามารถแทนที่เทอร์โมมิเตอร์แบบสัมผัสในการตัดสินใจทางคลินิกที่สำคัญได้ FDA เน้นย้ำเช่นกันว่าอุปกรณ์เหล่านี้วัดอุณหภูมิพื้นผิวและต้องใช้ตามคำแนะนำของผู้ผลิต โดยอุณหภูมิร่างกายปกติมักอยู่ในช่วง 97 ถึง 99 องศาฟาเรนไฮต์

ข้อได้เปรียบในทางปฏิบัติอธิบายถึงความคงอยู่ของเทคโนโลยีแม้จะมีคำเตือนเหล่านี้ก็ตาม อุปกรณ์ที่ผ่านการรับรองจะอ่านค่าได้ภายในเวลาประมาณหนึ่งวินาที ทำงานโดยไม่ต้องปลุกเด็กที่กำลังหลับอยู่ ไม่ต้องใช้ปลอกหุ้มโพรบหรือฆ่าเชื้อระหว่างผู้ใช้ที่มีสุขภาพดี และสามารถคัดกรองกลุ่มขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว สำหรับการตรวจสอบเข้าโรงเรียน การคัดเลือกคลินิก การคัดกรองสถานที่ทำงาน และการตรวจสอบที่บ้าน การผสมผสานระหว่างความเร็วและสุขอนามัยมีมากกว่าความแม่นยำปานกลางที่ต้องแลกมา โดยที่ผู้ใช้เข้าใจเงื่อนไขที่การอ่านนั้นถูกต้อง

ข้อจำกัดก็มีจริงไม่แพ้กัน ผิวหนังหน้าผากจะเย็นลงอย่างรวดเร็วเมื่อโดนลม อุ่นเมื่อโดนแสงแดดโดยตรง และมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีเหงื่อออก เครื่องสำอาง และการออกกำลังกายล่าสุด การอ่านค่าครั้งเดียวที่ทางเข้าประตูเย็นจะใกล้กับการวัดทางเข้าประตูมากกว่าของผู้ป่วย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดจึงจำเป็นต้องมีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมในร่ม การวัดซ้ำ และการยืนยันด้วยเทอร์โมมิเตอร์แบบสัมผัส เมื่อผลลัพธ์ดูเหมือนไม่สอดคล้องกับสภาพของผู้ป่วย

6. ปัจจัยด้านความแม่นยำ: ระยะทาง สภาพแวดล้อม และเทคนิค

การคัดกรองทางคลินิก Triage: ระยะทาง มุม และสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่มั่นคงจะกำหนดความแม่นยำ

การทำความเข้าใจว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดทำงานอย่างไรในระดับฟิสิกส์จะส่งผลต่อวินัยของผู้ใช้โดยตรง ปัจจัยหกประการมีอิทธิพลต่อความแม่นยำในโลกแห่งความเป็นจริง

ระยะทางเป็นอันดับแรก เซ็นเซอร์จะเฉลี่ยทุกสิ่งที่อยู่ในขอบเขตการมองเห็น ดังนั้นการถืออุปกรณ์ไว้ไกลเกินไปจะผสมรังสีที่หน้าผากเข้ากับรังสีพื้นหลังจากห้อง เทอร์โมมิเตอร์ทางการแพทย์ได้รับการออกแบบสำหรับระยะทางสั้นๆ โดยเฉพาะ และหลายรุ่นมีตัวบ่งชี้ระยะทางหรือคำแนะนำให้แตะหน้าผากเบาๆ ด้วยตัวเรือนโพรบเพื่อแก้ไขช่องว่าง

สมมติฐานเรื่องการแผ่รังสีมาเป็นอันดับสอง อุปกรณ์ได้รับการปรับเทียบกับผิวหนังที่ประมาณ 0.98 ดังนั้นจึงไม่สามารถอ่านผ่านเสื้อผ้า เครื่องสำอางหนาๆ หรือผ้าเปียกได้ เหงื่อที่หน้าผากทำให้อุณหภูมิพื้นผิวลดลงผ่านการระเหย และเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงของผิวหนัง ทำให้ค่าที่อ่านได้ต่ำจนเกินไป

สภาพแวดล้อมอันดับที่สาม แสงแดดโดยตรง ช่องระบายอากาศ เครื่องทำความร้อน และหน้าต่างที่เปิดอยู่ ล้วนทำให้อุณหภูมิของผิวหนังเปลี่ยนแปลงโดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิแกนกลาง ตัวอุปกรณ์เองยังต้องอยู่ในช่วงการทำงาน โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 40 องศาเซลเซียส และเคยชินกับห้องแล้ว

เทคนิคดังต่อไปนี้ เซ็นเซอร์จะต้องตั้งฉากกับหน้าผากและเล็งไปที่กึ่งกลาง ไม่ใช่แนวเส้นผมหรือขมับ ผม ผ้าคาดผม และหมวกช่วยป้องกันรังสีอินฟราเรด ผู้ใช้ควรรอเสียงบี๊บดังเสร็จแทนที่จะดึงอุปกรณ์ออกก่อนกำหนด

สถานะของแบตเตอรี่และความสะอาดของเลนส์มีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ใช้คาดหวัง แบตเตอรี่ที่อ่อนอาจส่งผลต่อแสงด้านหลัง ความเอียงของเซ็นเซอร์ หรือทั้งสองอย่าง และเลนส์ที่มีรอยเปื้อนจะกระจายรังสีและลดความแรงของสัญญาณ การทำความสะอาดเลนส์ด้วยสำลีแอลกอฮอล์และปล่อยให้แห้งเพื่อคืนประสิทธิภาพการทำงาน

ในที่สุด การทำซ้ำจะช่วยแก้ไขความคลุมเครือ เมื่อค่าที่อ่านได้สูงขึ้นหรือต่ำอย่างไม่น่าเชื่อ การตอบสนองที่ถูกต้องคือทำซ้ำการวัดหลังจากหยุดชั่วครู่ ในสภาพแวดล้อมที่มั่นคง และเปรียบเทียบกับวิธีที่สองว่าผลลัพธ์จะส่งผลต่อการดูแลหรือไม่ ไม่มีการอ่านค่าอินฟราเรดเพียงครั้งเดียวถือเป็นการวินิจฉัย

7. เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดทางการแพทย์และอุตสาหกรรม

หลักการเทอร์โมไพล์แบบเดียวกันนั้นให้พลังงานกับอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นสำหรับงานที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง และทำให้ทั้งสองประเภทสับสนถือเป็นความผิดพลาดในการซื้อทั่วไป

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดทางการแพทย์เหมาะสำหรับร่างกายมนุษย์ โดยจะใช้การแผ่รังสีคงที่ใกล้กับ 0.98 ช่วงอุณหภูมิร่างกายที่แคบ ระยะการวัดที่สั้น และเฟิร์มแวร์ที่ปรับให้เหมาะกับโหมดหน้าผากและบางครั้งในหูหรือสิ่งของ อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการควบคุมในฐานะอุปกรณ์ทางการแพทย์: ในสหรัฐอเมริกา โดยทั่วไปอุปกรณ์เหล่านี้ต้องมีการกวาดล้าง 510(k) ในฐานะอุปกรณ์ Class II และประสิทธิภาพได้รับการประเมินตามมาตรฐาน เช่น ASTM E1965 และ ISO 80601-2-56 ข้อมูลการตรวจสอบทางคลินิก สัญญาณเตือนไข้ และตัวบ่งชี้สีอยู่ในหมวดหมู่นี้

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดทางอุตสาหกรรมได้รับการปรับให้เหมาะกับพื้นผิว โดยให้ค่าการแผ่รังสีที่ปรับได้ตั้งแต่ประมาณ 0.1 ถึง 1.0 ช่วงการวัดขยายจากจุดเยือกแข็งจนถึงหลายร้อยหรือหลายพันองศา การมองเห็นด้วยเลเซอร์ และอัตราส่วนระยะห่างต่อจุด เช่น 12:1 ที่ให้ผู้ใช้วัดจากระยะห่างที่ปลอดภัย สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการตรวจสอบทางคลินิกสำหรับอุณหภูมิของร่างกาย และไม่ควรใช้สำหรับการตรวจคัดกรองไข้ แม้ว่าเทคโนโลยีเซ็นเซอร์พื้นฐานจะเหมือนกันก็ตาม

ประเภทที่สาม "ปืนหน้าผาก" ของผู้บริโภคที่จำหน่ายโดยไม่มีทะเบียนทางการแพทย์ ครอบครองพื้นที่ตรงกลางที่ไม่เอื้ออำนวย อาจทำงานเป็นตัวบ่งชี้คร่าวๆ แต่ขาดระเบียบวินัยในการสอบเทียบและการทบทวนกฎระเบียบที่อุปกรณ์ทางการแพทย์ได้รับ ผู้ซื้อที่ต้องการการอ่านค่าที่สามารถป้องกันได้ควรตรวจสอบการลงทะเบียนอุปกรณ์ทางการแพทย์ แทนที่จะอาศัยภาษาทางการตลาด

8. Finicare IR213: เทคโนโลยีในอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริง

Finicare IR213 เครื่องวัดอุณหภูมิหน้าผาก: จอ LCD สีเขียวเรืองแสง อ่านค่าได้ 1 วินาที หน่วยความจำ 35 กลุ่ม

Finicare ก่อตั้งขึ้นในปี 2560 และบูรณาการการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการขาย เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์การแพทย์ในเซินเจิ้นซึ่งส่งออกไปยังกว่า 80 ประเทศ กลุ่มผลิตภัณฑ์ของบริษัท ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์ เครื่องวัดความดันโลหิต เครื่องวัดออกซิเจน และเครื่องพ่นยา แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีข้างต้นกลายเป็นผลิตภัณฑ์ในการขนส่งได้อย่างไร และเครื่องวัดอุณหภูมิทางหน้าผาก IR213 เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดในชีวิตประจำวัน

IR213 จับคู่ตัวเครื่องสีขาวตามหลักสรีระศาสตร์กับจอ LCD สีเขียวสว่างที่แสดงตัวเลขสีดำขนาดใหญ่ สามารถอ่านได้ในสถานรับเลี้ยงเด็กที่มีแสงสลัวหรือทางเดินของคลินิกที่สว่างสดใส ปุ่มกลมสองปุ่มอยู่ใต้จอแสดงผล: ปุ่มหนึ่งมีข้อความ M สำหรับหน่วยความจำ และอีกปุ่มหนึ่งมีไอคอนเทอร์โมมิเตอร์สำหรับการวัด อุปกรณ์วัดอุณหภูมิหน้าผากในเวลาประมาณหนึ่งวินาที เก็บค่าที่อ่านได้ 35 กลุ่มเพื่อตรวจสอบแนวโน้ม สลับระหว่างเซลเซียสและฟาเรนไฮต์ วัดอุณหภูมิวัตถุและอุณหภูมิห้องในโหมดแยกกัน และมีโหมดเด็กพร้อมไฟแสดงสถานะสามสีและสัญญาณเตือนไข้ที่จะเปลี่ยนตัวเลขดิบให้เป็นสัญญาณที่เข้าใจได้ทันที

ภายในอุปกรณ์นั้นเป็นไปตามสถาปัตยกรรมที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้: เซ็นเซอร์อินฟราเรดที่มีการปล่อยผิวหนังคงที่ เฟิร์มแวร์การชดเชยสภาพแวดล้อม การสอบเทียบจากโรงงาน และไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ขับเคลื่อนการแสดงผลและลอจิกสัญญาณเตือน ไฟล์ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการรับรองประกอบด้วยใบรับรอง FDA 510(k), CE (MDR), TGA, MDL, UKRP, NMPA, FSC, FCC และ RoHS ในขณะที่โรงงานดำเนินงานภายใต้ ISO 13485 พร้อมการยอมรับ MDSAP และการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางสังคมของ BSCI ใบรับรองทุกใบสามารถตรวจสอบกับหน่วยงานที่ออกใบรับรองได้ และขอแนะนำให้ผู้ซื้อประเมินอุปกรณ์ดังกล่าว

9. การซื้อ การใช้ และการดูแลรักษาเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด

ผู้ซื้อควรเริ่มต้นด้วยเอกสารประกอบ ยืนยันว่าอุปกรณ์ได้รับการลงทะเบียนเป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ในตลาดเป้าหมาย ความถูกต้องที่ประกาศไว้นั้นครอบคลุมช่วงอุณหภูมิของร่างกาย และผู้ผลิตสามารถให้ข้อมูลการตรวจสอบทางคลินิกและบันทึกการสอบเทียบได้ ตรวจสอบมาตรฐานที่อ้างถึงในไฟล์ทดสอบ โดยทั่วไปคือ ASTM E1965 และ ISO 80601-2-56 สำหรับเทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิก และตรวจสอบใบรับรองกับหน่วยงานที่ออกใบรับรอง แทนที่จะรับสำเนาตามมูลค่าที่ตราไว้

ผู้ใช้ควรอ่านคำแนะนำอย่างละเอียดหนึ่งครั้ง โดยจะระบุระยะการวัด ตำแหน่งหน้าผากที่ถูกต้อง ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน เวลาในการปรับตัว และวิธีการทำความสะอาด การทำตามคำแนะนำเหล่านั้นไม่ใช่รายละเอียดของระบบราชการ มันเป็นความแตกต่างระหว่างการอ่านที่สะท้อนถึงผู้ป่วยและการอ่านที่สะท้อนห้อง

การบำรุงรักษาทำได้ง่ายแต่ไม่ใช่ทางเลือก ทำความสะอาดเลนส์และตัวเรือนโพรบด้วยสำลีแอลกอฮอล์ ห้ามจุ่มอุปกรณ์ลงในน้ำ เปลี่ยนแบตเตอรี่ก่อนที่ประสิทธิภาพจะลดลง และเก็บเทอร์โมมิเตอร์ให้ห่างจากความร้อนและแสงแดดโดยตรง คลินิกที่อาศัยความแม่นยำในการคัดกรองควรตรวจสอบอุปกรณ์เป็นระยะโดยเทียบกับเทอร์โมมิเตอร์อ้างอิงในอ่างน้ำที่มีการควบคุมหรือวัตถุดำอินฟราเรด และควรเลิกใช้อุปกรณ์ที่อยู่นอกเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ประกาศไว้ เทอร์โมมิเตอร์เป็นเครื่องมือวัด และเช่นเดียวกับเครื่องมืออื่นๆ เทอร์โมมิเตอร์ก็สมควรได้รับการยืนยันเป็นระยะว่ายังคงวัดค่าตามที่กล่าวอ้างได้ การบำรุงรักษานี้จะไม่เปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด แต่ช่วยให้อุปกรณ์มีความแม่นยำตามที่ออกแบบไว้

สรุป

คำตอบว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดทำงานอย่างไรครอบคลุมทั้งฟิสิกส์ อิเล็กทรอนิกส์ และการปฏิบัติงานทางคลินิก วัตถุทุกชิ้นปล่อยรังสีอินฟราเรดตามสัดส่วนของอุณหภูมิพื้นผิว เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์ซึ่งสร้างจากเทอร์โมคัปเปิลเป็นอนุกรมโดยใช้เอฟเฟกต์ Seebeck จะแปลงการแผ่รังสีดังกล่าวให้เป็นสัญญาณไมโครโวลต์ และไมโครคอนโทรลเลอร์จะใช้การปรับเทียบ ค่าการปล่อยรังสีของผิวหนังคงที่ประมาณ 0.98 และการชดเชยสภาพแวดล้อมเพื่อแสดงอุณหภูมิ การวัดหน้าผากได้ผลเพราะผิวหนังบริเวณหลอดเลือดแดงขมับติดตามอุณหภูมิแกนกลางอย่างใกล้ชิดเพียงพอสำหรับการตรวจคัดกรอง โดยจะมีอคติทางคลินิกโดยทั่วไปภายในครึ่งองศาเซลเซียสเมื่อมีการตรวจสอบและใช้อุปกรณ์อย่างถูกต้อง

การใช้งานที่แม่นยำขึ้นอยู่กับการควบคุมระยะห่าง การปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมในร่ม การทำความสะอาดเลนส์ การเลือกโหมดที่ถูกต้อง และการทำซ้ำเมื่อการอ่านดูผิด อุปกรณ์ทางการแพทย์ผ่านการรับรองและมาตรฐาน 510(k) เช่น ASTM E1965 ในขณะที่เทอร์โมมิเตอร์ทางอุตสาหกรรมที่สามารถปรับค่าการแผ่รังสีและการมองเห็นด้วยเลเซอร์นั้นไม่ใช่เครื่องมือทางคลินิก Finicare ก่อตั้งขึ้นในปี 2017 และบูรณาการการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการขาย โดยผลิตอุปกรณ์การแพทย์ที่บ้านที่ได้รับการรับรอง ซึ่งรวมถึงเทอร์โมมิเตอร์วัดหน้าผาก IR213 พร้อมจอ LCD สีเขียวที่มีแสงพื้นหลัง อ่านค่าได้ 1 วินาที หน่วยความจำ 35 กลุ่ม สัญญาณเตือนไข้ และโหมดวัตถุ/ห้อง โดยส่งออกไปยังกว่า 80 ประเทศ โดยมีการรับรองผลิตภัณฑ์ ได้แก่ FDA 510(k), CE (MDR), TGA, MDL, UKRP, NMPA, FSC, FCC และ RoHS และการรับรองโรงงาน รวมถึง ISO 13485, MDSAP และ BSCI การทำความเข้าใจเทคโนโลยีเป็นก้าวแรกสู่การใช้งานที่ดี และอุปกรณ์ที่คุณเข้าใจการทำงานคืออุปกรณ์ที่คุณเชื่อถือได้ภายในขีดจำกัด

อ้างอิง

1. เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์: คำแนะนำสำหรับการวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส - EDN https://www.edn.com/thermopile-sensors-a-guide-to-non-contact-temperature-measurement/

2. เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดแบบไม่สัมผัส - สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา https://www.fda.gov/medical-devices/general-hospital-devices-and-supplies/non-contact-infrared-thermometers

3. ความแม่นยำทางคลินิกของอุปกรณ์วัดอุณหภูมิอินฟราเรด - PMC https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11046542/

4. เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์ MEMS แบบอินฟราเรดระยะไกลสำหรับการวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส - ScienceDirect https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092442472501060X