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Fieber Scanner - Modernes Zugangssystem zur kontaktlosen Temperaturbestimmung in Notaufnahmen

Mithilfe von Wärmebild-Sensorik und KI-basierter Software können Personen mit Fieber kontaktlos und in Echtzeit erkannt werden. Ziel dieser Technologie ist es, veränderte Körpertemperaturen als Anzeichen einer Infektion zu erkennen, um somit Infektionen frühzeitig   zu behandeln und Infektionsketten zu unterbrechen. Das Infrarotthermographie (IRT) Zugangssystem der Berliner Firma G2K wertet die Wärmesignaturen der ankommenden Personen mittels Wärmebildkamera und eines Blackbody (Schwarzkörperstrahler) aus, welcher als IR-Referenz-Strahler einem idealisierten physischer Körper gleicht, der alle einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert. Im Anwendungsbeobachtungszeitraum wurden 1832 Personen detektiert und kontaktlos vermessen. 1261 Personen (68,8%) wurden als Patienten in die Notaufnahme aufgenommen. 257 Patienten (20,4%) zeigten mittels IRT und IR Kontrolltemperaturmessung Infektionskrankheitsanzeichen, wovon 12 Patienten (4,7%) an Coronavirusinfektionen litten. 245 Patienten litten an bakteriellen und/oder viralen Erkrankungen mit Körpertemperaturerhöhung >37,3°C. Die in der Notaufnahme kontrollierte Messgenauigkeit betrug 98,6% und hat damit eine Abweichung von 1,4% zur Infrarottemperaturmessung im Ohr.

Einleitung: Die Messung der Körpertemperatur ist ein wichtiger Vitalparameter, welche in jedem Fall zur Triage von Akuterkrankungen und medizinischen Notfallsituationen gehört (1,2,3,4,). Temperaturveränderungen zeigen in jedem Fall eine erhöhte Priorität in der Behandlungsstrategie an (4,5,6). Die Körpertemperatur wird im Manchester Triage System (MTS) signifikant berücksichtigt. Darüber hinaus sind die ersten akutmedizinischen Evaluierungen mittels Early Warning Score (EWS) ohne die Bestimmung der Körpertemperatur nicht möglich und können somit zu schwerwiegenden medizinischen Fehleinschätzungen in der Klinik führen (7). Im Falle von Infektionskrankheiten ist die Temperaturmessung besonders wichtig (1-7). Eine Temperaturmessung kann technisch mit vielfältigen Methoden durchgeführt werden. Eine kontaktlose Temperaturmessung ist im Gesundheitswesen bisher nicht üblich. Mit der kontaktlosen Temperaturmessung wird der Sicherheitsabstand zur Aerosol- oder Tröpfcheninfektionsübertragung sichergestellt. Der Selbstschutz des Gesundheitspersonals ist in der Coronaviruskrise wichtiger denn je. Aufgrund der hohen Ansteckungsgefahr und der gebotenen Hygienevorschriften mit der Schutzkleidung ist die Berufsgruppe der Gesundheitspfleger und Ärzte durch die körperliche Nähe zum Patienten einem besonders hohen Infektionsrisiko ausgesetzt. Mit der Installation des „Fever Scanner“ wurde der Eingangsbereich einer Notaufnahme ausgestattet. Die zugrundeliegende Technologie ist derzeit die einzige marktreife Möglichkeit, um über die Symptomerkennung mögliche Rückschlüsse auf eine Infektion bspw. mit Covid-19 zu ziehen. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation zeigen im Schnitt 87,9% der Menschen, die positiv auf Covid-19 getestet werden, Fieber als eines der Symptome ihrer Infektion (8). In Deutschland vermeldet das Robert Koch-Institut eine Fieberrate von 42% unter Covid-19-Erkrankten (9).

Material und Methoden

Die Infrarot-Thermografie (IRT) ist eine schnelle, passive Methode, berührungslose und nicht-invasive Alternative zu herkömmlichen Fieberthermometern zur Überwachung der Körpertemperatur. Die IRT ermöglicht es die Körperoberflächentemperatur aus der Ferne abzubilden. Der „Fever Scanner“ macht sich diese Technologie zu Nutze, wertet hochauflösende thermografische Bilder in Echtzeit aus und prüft diese auf anormale Körpertemperaturwerte. Eine spezielle Linse der Wärmebildkamera fokussiert das von allen betrachteten Objekten ausgesandte Infrarotlicht. Das fokussierte Licht wird durch eine phasengesteuerte Anordnung von Infrarot-Detektorelementen  abgetastet.

Die Detektorelemente erzeugen ein sehr detailliertes Temperaturmuster, das als Thermogramm bezeichnet wird. Es dauert nur eine dreißigstel Sekunde, bis das Detektorarray die Temperaturinformationen für die Erstellung des Thermogramms erhält. Diese  Information wird aus mehreren tausend Punkten im Sichtfeld des Detektorarrays gewonnen. Das von den Detektorelementen erzeugte Thermogramm wird in elektrische Impulse übersetzt. Die Impulse werden an eine Signalverarbeitungseinheit gesendet, eine Leiterplatte mit einem speziellen Chip, der die Informationen von den Elementen in Daten für die Anzeige übersetzt. Die Signalverarbeitungseinheit sendet die Informationen an die Anzeige, wo sie je nach Intensität der Infrarotemission in verschiedenen Helligkeits- (Grauwerte) oder Farbstufen (Falschfarben) erscheinen. Die Kombination aller Impulse von allen Elementen erzeugt das Gesamtbild.

 

Abbildung 1: Infrarotthermographie

Der Blackbody (Schwarzkörperstrahler) ist ein IR-Referenz-Strahler der einem idealisierten physischer Körper, der alle einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert, unabhängig von der Frequenz oder dem Einfallswinkel sehr nahekommt. Der Blackbody wird im Sichtfeld der Wärmebildkamera platziert und dient dem Infrarotsensor als Kalibrierungsreferenz, um die Genauigkeit der erkannten Temperatur gegenüber der tatsächlichen Temperatur zu maximieren. Zu diesem Zweck wurde der Zugangsweg der Notaufnahme mit einer Wärmebildkamera ausgestattet, deren Sichtfeld von den Passanten durchquert werden muss, bevor sie den Wartebereich betreten. In der Triagierung der Notaufnahme wird das Krankenhauspersonal bei verdächtig erhöhten Körpertemperaturwerten der Passanten oder Patienten auf  einem  Bildschirm gewarnt. Die G2K Software läuft auf einem besonders leistungsfähigen Arbeitsplatzrechner (Workstation) der Firma Dell.

 

Abbildung 2: Systemaufbau G2K Fever Scanner

Die Notaufnahme setzt den „Fever Scanner“ ein, um alle Personen zu überprüfen, welche die Räumlichkeiten betreten. Dazu gehört neben Patienten, Besuchern und Lieferanten insbesondere auch das krankenhauseigene Gesundheitspersonal. IRT ist in der holistischen Verknüpfung von IoT Devices, Systemen, Algorithmen und weiterer Informationsquellen sowie der intelligenten Auswertung großer Datenmengen mithilfe künstlicher Intelligenz aktiv. Mit der  G2K Plattform  setzt IRT-G2K Maßstäbe in der Prozessautomatisierung und –optimierung.

Abbildung 3: Arbeitsplatz Triagierung Notaufnahme

Hierzu führt die Software eine Face Detection durch, um Personen zu erkennen. Anschließend ermittelt die Software den idealen Messpunkt, auf der Stirn, zwischen Augenbrauen und dem Haaransatz. Der Temperaturwert der dort abgestrahlten Energie wird von der Software extrahiert und mit dem Ideal- Temperaturbereich abgeglichen. Unter Face Detection versteht das System die Erkennung der Anwesenheit eines menschlichen Gesichts. Hierbei findet keine Identifikation statt (ergo keine Face Recognition). Diese Technik wir genutzt, um zu verstehen, welche Objekte in einem Bildbereich menschlich sind, und an welcher Stelle der Temperaturwert genommen werden muss. Insofern der ermittelte Temperaturwert über dem festgelegten Grenzwert liegt, alarmiert das System den Anwender über die Feststellung einer erhöhten Temperatur. Der Alarm beinhaltet die folgenden Informationen.

Alarmierungsinhalte:

  • Festgestellte Temperatur
  • Bild des zugehörigen Gesichts
  • Zeitstempel
  • Datumsstempel
  • Standort der Kameras

Ergebnisse

Während einer kontrollierten Anwendung wurden 1832 Personen mittels der kontaktlosen Wärmesignatur erfasst. In 257 vom 1261 Fällen (20,4%) wurde ein Fieberverdachtsfall festgestellt, von denen 245 Patienten in einer Sekundärmessung mit einem Fieberthermometer bestätigt wurden. 95,3% der Kontakte davon stellten sich als signifikante Infektionskrankheiten und 12 Fälle später als Corona-Fälle heraus. Bei den ermittelten Temperaturwerten zeigte das System eine durchschnittliche Abweichung von nur 1,4% im Vergleich zur Sekundärkontrolle mit dem Fieberthermometer. Die Tabelle zeigt  die  randomisierten  Vergleichstemperaturmessungen auf.

Tabelle 1: Vergleichsmessungen

Die Sensitivität des IRT-G2K Fever Scanners zur schnellen Erkennung eines Körpertemperaturerhöhung in unserer Notaufnahme war sehr überzeugend, da 98,6% aller vom System gemeldeten Personen im Nachhinein eine vergleichbare Temperatur mittels Infrarotohrthermometer hatten. Unter Ausschluss des Ausreißers in Zeile 15 steigt die Sensitivität sogar auf 99,1%. So konnte das Personal frühzeitiger vorbeugende Isolationsmaßnahmen ergreifen, bevor die potenziell infizierte Person mit weiterem Personal oder anderen Patienten in Kontakt kommt. Die Bestätigung des Verdachtsfalles durch eine zweite Kontrolle kann ebenso wie die Behandlung in einem separaten Infektionsbereich erfolgen, so dass die Ansteckung weiterer Personen vermieden wird.

Darüber hinaus ermöglicht G2K die Vernetzung einzelner Kliniken auf einer zentralen webbasierten Plattform, um eine effiziente Kollaboration und holistische Analysen zu  ermöglichen.

Das System ist fachanwaltlich geprüft und datenschutzkonform aufgesetzt. Die IRT- G2K-Gruppe hat weder Zugang zu den gesammelten Daten noch Einblick in diese, die Datenhoheit liegt beim Anwender.

Der „Fever Scanner“ steht neben dem Einsatz im medizinischen Bereich auch für andere neuralgische Orte wie Flughäfen, Produktionsstätten oder Supermärkte zur Verfügung. Das Produkt ist Teil der „COVID Control Suite“, die IRT-G2K speziell für die Eindämmung des neuartigen Coronavirus bereitstellt. Sie besteht außerdem aus der „First Contact App”, welche die geführte und digitalisierte Registrierung von Verdachtsfällen inklusive der Symptomerfassung  und allen relevanten Informationen zum Contact Tracing ermöglicht. Darüber hinaus bietet G2K mit dem „Health Data & Decision Center“ eine digitale Schaltzentrale für Länder und Ministerien, um die Ausbreitung und Entwicklung der Infektionen in Echtzeit zu verfolgen.

Zusammenfassung: Durch die schnelle und berührungslose Messung der Körpertemperatur ist dieses System mit dem implementierten Verfahren der IRT auch im hektischen Klinikalltag praktikabel und wertvoll, um das Potential der septischen Infektionen zu detektieren und das Risiko für Neuinfektionen zu reduzieren. Wie wir in der jüngsten Vergangenheit erfahren haben, kann die Infektion eines medizinischen Mitarbeiters bereits verheerende Folgen für den Klinikbetrieb haben. Diesen Logarithmus versuchen wir mit dem „Fever Scanner“ zu verhindern, um unsere Mitarbeiter zu schützen und erhebliche Defizite in der Behandlungsverfügbarkeit und

-kapazität zu vermeiden. Die angegebene Messgenauigkeit: von ± 0,3 °C (mit Schwarzkörperstrahler) erfüllte sich bei der Mehrheit aller randomisierten Kontrollmessungen.   Die mögliche Entfernung der zu messenden Person mit bis zu 3 Metern wurde voll umgesetzt. In 257 vom 1261 Fällen (20,4%) wurde ein Fieberverdachtsfall festgestellt, von denen 245 Patienten in einer Sekundärmessung mit einem Fieberthermometer bestätigt wurden. 95,3% der Kontakte davon stellten sich als signifikante Infektionskrankheiten und 12 Fälle später als Corona-Fälle heraus.

Literatur:

  1. Panknin, H., Trautmann, M. Erkrankungsschwere rasch abschätzen. ProCare 25, 14–16 (2020). https://doi.org/10.1007/s00735-020-1167-7
  2. Fuchs, A., Pletz, M.W. & Kaasch, A.J. Sepsis-Diagnostik und empirische Therapie in der  Notaufnahme. Notfall Rettungsmed 22, 198–204 (2019). https://doi.org/10.1007/s10049-018-0472-1
  3. Zhang J, Zhou L, Yang Y et al (2020) Therapeutic and triage strategies for 2019 novel corona-virus disease in fever clinics. LancetRespir Med8(3):e11–e12
  4. Hansen HC. (2019) Von der Erstversorgung zur Diagnosefindung und kausalen Therapie: Prinzipien. In: Hansen HC., Dohmen C., Els T., Haupt W., Wertheimer D., Erbguth F. (eds) Notfälle mit Bewusstseinsstörungen und  Koma.  Springer,  Berlin, Heidelberg
  5. Cajöri, G., Lindner, M. & Christ, M. Früherkennung von Sepsis − die Perspektive Rettungsdienst. Notfall Rettungsmed 22, 189–197 (2019). https://doi.org/10.1007/s10049-018-0468-x
  6. Dodt C.Sepsis in der Notaufnahme.Notaufnahme up2date 2019; 1(01): 83-95 DOI: 10.1055/a-0926-1000
  7. Royal College of Physicians (2012): National Early Warning Score (NEWS). Standardising the assessment of acuteillness severity in the NHS. London, RCP
  8. World Health Organization (2020): Report of the WHO-China Joint Mission on Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/who-china-joint-mission-on-covid-19- final-report.pdf
  9. Robert Koch-Institut (2020): SARS-CoV-2 Steckbrief zur Coronavirus-Krankheit-2019 (COVID-19) Stand: 30.4.2020.     https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Steckbrief.html

Autor: Prof. Dr. med. Olaf Schedler; Chefarzt Zentrale Notaufnahme und Rettungsmedizin Helios Klinikum Bad Saarow