МОДУЛЬНОЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРЫ КОЖНОГО ЛИЦЕВОГО ПОКРОВА РЕБЕНКА

Настоящая полезная модель относится к устройствам дистанционного бесконтактного измерения температуры кожного лицевого покрова людей для диагностических целей и предназначена для выявления заболевших детей, сопровождающих их взрослых и посетителей на входе в детские дошкольные, общеобразовательные, спортивные и иные аналогичные учреждения с целью снижения риска сезонной заболеваемости детей, повышения качества их жизни, создания превентивного оперативно-информационного барьера для предотвращения вспышек вирусных респираторных заболеваний на основе раннего обнаружения заболевших или потенциально больных людей, локализации заболевших и предотвращения их проникновения в детские коллективы. Оперативная локализация заболевших детей в карантинной зоне позволяет не только ограничить прямой контакт со здоровыми сверстниками, но и существенно (от 25% до 40%) уменьшить риск косвенного заражения через предметы, с которыми постоянно контактирует больной - дверные ручки, поверхности мебели, игрушки, предметы общего пользования и так далее. Внедрение рассматриваемого устройства в детские дошкольные, образовательные, спортивные и лечебно-профилактические учреждения позволит:
1) успешно решать вопросы успеваемости детей за счет снижения вероятности заражения от заболевших и непосредственно контактирующих сверстников;
2) повысить качество жизни детей благодаря уменьшению риска получения осложнений, вызванных поздно диагностированным заболеванием (ОРВИ, грипп и т.п.);
3) оперативно контролировать на уровне учреждений и городов (муниципальных районов) эпидемиологическую сезонную обстановку, качество и эффективность принятых мер в области здравоохранения.
Известны устройства дистанционного мониторинга параметров жизнедеятельности живого организма, таких как движение, дыхание и сердцебиение, позволяющие непрерывно на протяжении всего времени мониторинга отслеживать самочувствие организма, а также определять состояние его бодрствования, сна, пробуждения от сна, судорог, остановки дыхания (WO 2014046573 А1). Недостатком таких решений является непредназначенность для использования в общественных местах, в том числе для измерения температуры движущихся людей.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является система дистанционного мониторинга температуры тела человека (RU 113943). Указанная система предполагает крепление датчиков на теле человека, что является ее существенным недостатком.
Для устранения этого недостатка и расширения функциональности дистанционной температурной диагностики предлагается использовать комплексное модульное многоступенчатое устройство дистанционного бесконтактного мониторинга температуры открытого кожного лицевого покрова ребенка. В состав устройства входят следующие основные компоненты (фиг. 1):
- модуль быстродействующей пирометрической идентификации (101);
- модуль точного определения температуры и отображения данных (102);
- модуль управления (103);
- модуль обработки и консолидации данных (104).
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является повышение степени оперативности и автоматизации устройства дистанционного контроля температуры людей с целью определения заболевших.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что, во-первых, в устройство включен модуль быстродействующей пирометрической идентификации, в состав которого введена термопарная матрица, позволяющая производить предварительную оценку температуры движущихся людей; во-вторых, используется модуль точного определения температуры и отображения данных, соединенный с помощью самоорганизующейся mesh-сетью с модулем быстродействующей пирометрической идентификации, от которого поступает сигнал о необходимости дополнительной проверки температуры в случае обнаружения ее превышения и передается первичная пирометрическая информация (температурный профиль).
Функционирование устройства предполагает эффективное взаимодействие между собой внутренних и внешних, аппаратных и программных структурных компонентов, указанных выше.
Для решения поставленной задачи предлагается многоступенчатый полуавтоматический бесконтактный контроль температуры открытых поверхностей лица и кожного покрова ребенка.
Первая ступень контроля полностью автоматизирована и реализована на основе модуля быстродействующей пирометрической идентификации (МБПИ), установленного на входе в здание. МБПИ измеряет температуру фона (внешней среды) и среднестатистическую температуру открытых участков кожного покрова перемещающегося со средней скоростью ребенка, фиксируя дистанцию множественных измерений и обеспечивая тем самым возможность измерения температуры на открытых участках тела субъекта с учетом его роста.
МБПИ состоит из следующих основных элементов (фиг. 2):
1) термопарных матриц (201) с разрешением 64×62 или 84×62 элементов, в состав которых входят: интегрированная оптика с узким углом обзора, встроенная электроника для первичной обработки сигнала и температурной компенсации. Термопарная матрица имеет низкие энергопотребление и стоимость по сравнению с интегральными микроболометрическими сенсорами, широко использующимися в тепловизорах;
2) центрального микропроцессора (202), осуществляющего динамическое сканирование термопарных матриц, вторичную обработку полученной температурной карты, выделение базисных локальных температурных очагов и коммуникационные функции с внешними компонентами;
3) флэш-памяти (203) для хранения параметров протоколов маршрутизации сенсорной сети;
4) модуля связи в виде цифрового трансивера (204) для выполнения сетевых функций и организации самомаршрутизируемой коммуникационной сенсорной радиосети, отличающейся высоким уровнем надежности;
5) интегрального датчика температуры/влажности (205) для контроля параметров окружающей среды и компенсации аддитивной и мультипликативной динамических погрешностей;
6) звукового излучателя (206) для привлечения внимания оператора при обнаружении повышенной температуры кожного покрова.
В случае обнаружения повышенной температуры данные через модуль управления передаются в модуль точного определения температуры, находящийся на посту оперативного контроля (вахте), где подвергаются основной статистической обработке с целью дальнейшей консолидации данных.
Использование термопарной матрицы позволяет избавиться от существенного недостатка пирометрических медицинских радиационных сенсоров: генерации на их выходе сигнала, прямо пропорционального степени изменения мощности излучения на входе (фиг. 3), т.е. возможности фиксации только изменения уровня ИК-излучения. Сигнал на выходе термопарной матрицы прямо пропорционален мощности инфракрасного излучения, поступающего на его вход (фиг. 4), что делает возможным точное дистанционное бесконтактное измерение статических или медленно меняющихся уровней мощности без прерывания сигнала на входе приемника излучения с требуемой периодичностью, например, с помощью механической шторки. Таким образом, показания матрицы будут обновляться не менее 70 раз в секунду, обеспечивая возможность многократного измерения температуры движущегося объекта, не требуя временной пространственной фиксации.
Применение принципа многократного матричного сканирования в модуле быстродействующей пирометрической идентификации позволяет эффективно выделять из массива данных температур открытого кожного покрова лица ребенка так называемые агрессивные температурные зоны (глаза, лобные доли, крылья носа, уголки губ), т.е. области кожного покрова, позволяющие провести дистанционное измерение температуры в условиях воздействия мешающих факторов (температура окружающей среды, стекла очков и контактных линз, элементы одежды и т.п.) с максимально возможной точностью.
Для расширения пространственной разрешающей способности модуля быстродействующей пирометрической идентификации, компенсации фактора влияния роста и исключения преднамеренного или случайного перекрытия зоны измерения детьми и взрослыми измерительную головку пирометрического сенсора предлагается выполнить сферической, содержащей от 3 до 9 термопарных матриц с предлагаемой размерностью.
Вторая ступень контроля предполагает проведение ручного бесконтактного измерения температуры с помощью модуля точного определения температуры (МТОТ) в случае, если на первой стадии контроля обнаружилось повышение температуры.
МТОТ состоит из следующих основных элементов (фиг. 5):
1) термопарной матрицы с разрешением 32×31 элементов (501), имеющей интегрированную широкоугольную оптику, встроенную электронику для
обработки сигнала, температурную компенсацию, низкие энергопотребление и стоимость;
2) центрального микропроцессора (502), обеспечивающего опрос сенсора в соответствии с жестко заданным или выбираемым оператором алгоритмом измерения (дискретным или непрерывным) и обработку полученной информации;
3) флэш-памяти (503) для хранения стека протоколов самомаршрутизируемой сенсорной радиосети;
4) узла беспроводной передачи данных в виде цифрового трансивера (504) для выполнения телекоммуникационных сетевых функций;
5) ЖКИ дисплея (505) для визуализации измеренной температуры, отображения температурной карты и вида измерений;
6) органов управления (506).
При фиксировании повышенной температуры модулем быстродействующей пирометрической идентификации раздается звуковой предупреждающий сигнал, при этом через модуль управления передается значение температуры на модуль точного определения температуры на посту оперативного контроля, который, в свою очередь, издает звуковой сигнал для привлечения внимания оператора и указания необходимости проведения многократных индивидуальных дополнительных измерений, результаты которых будут статистически обработаны и консолидированы. Таким образом, дальнейшее движение ребенка внутрь здания (в группу, класс и т.п.) будет остановлено, и он будет передан медицинскому работнику.
Существенным преимуществом использования в МТОТ термопарной матрицы является возможность формирования на дисплее точечного температурного профиля агрессивных температурных зон лица или кожного покрова с целью обеспечения более качественного выявления повышенной температуры и исключения необходимости повторного сканирования.
Модуль управления в рассматриваемом устройстве является координатором mesh-сети, обеспечивает взаимную связь указанных выше функциональных модулей, взаимодействие с пользователем, осуществляет ретрансляцию данных и выполнения функций самодиагностики.
Модуль управления также позволяет увеличивать дальность радиоканала при низкой мощности излучения трансиверов и подключать дополнительные модули быстродействующей пирометрической идентификации и точного определения температуры и отображения данных с целью расширения функциональности устройства.
Дополнительные ступени контроля предполагают оснащение МТОТ медицинского кабинета и детских групп (классов). Любая завершенная серия измерений фиксируется и статистически обрабатывается модулем обработки и консолидации данных, поддерживающим облачные технологии. Количество и местоположение МТОТ не ограничивается, что удобно при проведении параллельных оперативных медицинских осмотрах, в том числе при возникновении эпидемии и реализации комплекса превентивных мероприятий.
Отметим, что указанные модули составляют устройство в своем конструктивном и функциональном единстве и достижение технического эффекта при их независимом использовании невозможно.
Полученные статические данные доступны для оперативного дистанционного, в том числе облачного, просмотра на планшете, ноутбуке или стационарном персональном компьютере, снабженном необходимым аппаратным драйвером и соответствующим ПО.
Поддержка облачных технологий позволяет сформировать внешние защищенные информационные хранилища, осуществить целостную систематизацию и консолидацию данных в объеме городского округа, района, области и т.д., а также предоставить необходимую аналитическую информацию заинтересованным и контролирующим организациям, например таким, как департаменты здравоохранения и образования.