Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Dr hab. Armand Cholewka, prof. UŚ z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, zastępca dyrektora Instytutu Inżynierii Biomedycznej oraz prezes Polskiego Towarzystwa Diagnostyki Termowizyjnej w Medycynie, jest kierownikiem projektu pn. „Weryfikacja metody zapobiegającej rozprzestrzenianiu się zakażenia wirusem SARS-CoV-2 dzięki zastosowaniu procedury bezdotykowego pomiaru temperatury osób wchodzących do szpitala i wychodzących ze szpitala, uwzględniającej wpływ warunków klimatycznych takich jak: temperatura powietrza, wilgotność, prędkość wiatru na wartości pomiarowe”, który otrzymał dofinansowanie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach konkursu pn. „Wsparcie szpitali jednoimiennych w walce z rozprzestrzenianiem się zakażenia wirusem SARS-CoV-2 oraz w leczeniu COVID-19”. Liderem przedsięwzięcia jest Uniwersytet Śląski w Katowicach, a partnerem – Szpital Miejski nr 4 w Gliwicach.

Kiedy kilkanaście lat temu w Azji wybuchły epidemie świńskiej grypy oraz SARS, na lotniskach w Chinach ustawiono kamery termowizyjne, które rozpoznawały twarze i jednocześnie mierzyły temperaturę ciała wielu osób. Dzięki temu rozwiązaniu można było szybciej wskazać ludzi z podwyższoną temperaturą, czyli potencjalnych nosicieli wirusa. Do podobnej praktyki przyzwyczailiśmy się również my w okresie pandemii SARS- -CoV-2. Przed wejściem do wielu budynków, takich jak szpitale, przychodnie czy uczelnie, najpierw sprawdzana jest temperatura naszego ciała, aby – jak czytamy na stronie Ministerstwa Zdrowia – zapobiegać rozprzestrzenianiu się koronawirusa.

Chińskie rozwiązanie sprzed kilkunastu lat miało jednak pewne wady. Wskazuje je dr hab. Armand Cholewka, prof. UŚ.

– Wyobraźmy sobie, że znajdujemy się na takim lotnisku. Jeden człowiek nosi okulary, inny właśnie zdjął czapkę, ktoś ma założoną maseczkę albo pochylił głowę… Co tak naprawdę mierzymy w takich przypadkach? Na pewno nie temperaturę wewnętrzną ciała – stwierdza naukowiec.

Dziś w domach najczęściej wykorzystywane są kontaktowe termometry elektroniczne. Powszechnie w warunkach pandemii korzysta się natomiast z termometrów bezdotykowych skanujących niewielką powierzchnię ciała (zazwyczaj czoła), które wykorzystują detekcję promieniowania podczerwonego, jednakże z wybranego miejsca. Taki pomiar jest obciążony pewnymi istotnymi ograniczeniami.

– Mając tę świadomość, pomyśleliśmy o wykorzystaniu w tym celu kamer termowizyjnych. Kamery takie od razu dają obraz z różnych rejonów twarzy oraz natychmiast pokazują temperaturę wybranej powierzchni ciała. Aby uzyskać miarodajny wynik, człowiek powinien spojrzeć prosto w obiektyw kamery, a urządzenie musi zarejestrować maksymalną temperaturę ciała – wyjaśnia naukowiec i podkreśla, że możliwości zastosowania technologii termowizyjnej w medycynie jest naprawdę dużo i będzie ich coraz więcej. Już teraz prowadzi się szeroko zakrojone badania, w których termografię w podczerwieni wykorzystuje się w diagnostyce oraz ocenie efektów leczenia zmian nowotworowych skóry, chorób gruczołu piersiowego czy w badaniach niewydolności kończyn dolnych i skrzywień kręgosłupa. Wspomaganie działań służących zapobieganiu rozprzestrzeniania się koronawirusa to zatem kolejny interesujący obszar zastosowania termowizji.

Warunkiem wykorzystania w praktyce tego pomysłu była analiza różnych czynników, które mają znaczący wpływ na rejestrację wspomnianej już wcześniej temperatury ciała. Na początku należy zaproponować sposób ustawienia progu temperatury, czyli pewnej wartości, powyżej której zakłada się, że temperatura ciała jest wyższa, niż powinna być w danych warunkach środowiskowych w zdrowym organizmie.

– Znów musimy się odwołać do naszego codziennego doświadczenia. Jeśli na zewnątrz jest piękna pogoda, świeci słońce, a nasz bohater ma czarną koszulkę, uzyskamy wyższą wartość temperatury niż u osoby, która założyła białe ubranie. Przy pomiarze znaczenie może mieć warstwa makijażu na kobiecej twarzy czy też pot na czole. Wartości temperatury czoła, policzka, nosa czy kącika oczu mogą się różnić w zależności od ilości podkładu, różu czy pudru. To tylko kilka przykładów, ale już na tej podstawie widać, że każdy szczegół ma znaczenie – przekonuje prof. Armand Cholewka.

Naukowcy chcą zatem nie tylko wskazać najlepsze miejsce pomiaru na ciele człowieka, lecz również wziąć pod uwagę jak najwięcej czynników zewnętrznych.

Badania związane z wykorzystaniem kamer termowizyjnych prowadzone są na Uniwersytecie Śląskim od kilkunastu lat. Dotychczasowe doświadczenia międzynarodowej grupy naukowców należących do Europejskiego Towarzystwa Termologicznego wykazały, że najbardziej wiarygodny jest pomiar wykonany w kącikach oczu.

– Z jednej strony wskazano optymalne miejsce pomiaru, z drugiej – pozostaje jeszcze kwestia wpływu warunków zewnętrznych/środowiskowych na mierzoną temperaturę ciała. Ten drugi temat jest głównym przedmiotem realizowanego przez nas projektu, który został dofinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju – podkreśla naukowiec.

Zespół prof. Armanda Cholewki wykorzysta nie tylko czujniki temperaturowe i kamery termowizyjne, ale także stacje meteorologiczne dostarczające informacji na temat takich czynników, jak wilgotność powietrza, temperatura czy prędkość wiatru, które w sposób znaczący wpływają na temperaturę powierzchni ciała. Naukowcy chcą przeanalizować m.in. zależności pomiędzy temperaturą ciała a warunkami atmosferycznymi o określonej porze dnia czy roku. Na tej podstawie ustalany jest próg temperaturowy, powyżej którego uznaje się, że dana osoba ma podwyższoną temperaturą ciała, co może świadczyć o infekcji, czyli potencjalnie może być nosicielem wirusa SARS-CoV-2.

– Ambitnym celem naszych działań jest opracowanie procedur, na podstawie których próg temperaturowy będzie ustalany automatycznie w urządzeniu pomiarowym, w oparciu o aktualne warunki atmosferyczne i inne czynniki zewnętrzne – wyjaśnia zastępca dyrektora Instytutu Inżynierii Biomedycznej. W badaniach prof. Armanda Cholewkę wspierać będzie dr inż. Teresa Kasprzyk-Kucewicz, która od dziesięciu lat zajmuje się wykorzystaniem termografii w sporcie, w tym w ocenie wydolności sportowców czy jakości ich specjalistycznego ubioru.

Opracowywana przez naukowców metoda zostanie przetestowana w kilku szpitalach oraz na terenie Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach na wybranej grupie badawczej. – Sam pomiar z wykorzystaniem kamery termowizyjnej potrwa krócej niż minutę. Poprosimy różne osoby, aby spojrzały w obiektyw kamery termowizyjnej, wykonamy również kontrolne pomiary tertermometrem do ucha i pod pachę, wszystko oczywiście z zachowaniem zasad reżimu sanitarnego – mówi lider zespołu badawczego.

Współpraca, w ramach której wykonywany jest przesiewowy pomiar temperatury osób wchodzących do klinik z wykorzystaniem kamer termowizyjnych, jest realizowana niemal od początku pandemii. Kamery termowizyjne Uniwersytetu Śląskiego ustawione są zarówno w Uniwersyteckim Centrum Klinicznym im. prof. K. Gibińskiego Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach, jak i w Narodowym Instytucie Onkologii im. M. Skłodowskiej-Curie Państwowym Instytucie Badawczym Oddział w Gliwicach.