Узнает из тысячи

До появления эффективной вакцины против COVID-19 мир вынужден противостоять болезни методами, которые не имеют отношения к фармакологии. Один из них – это скрининг, включающий измерение температуры. Совместно с холдингом «Швабе» Госкорпорации «Ростех» рассказываем, как и зачем в разных странах измеряют температуру во время эпидемий и насколько эффективно это помогает сдерживать распространение заболеваний.

Все повторится вновь

Пандемия COVID-19 – не первый случай, когда человечество сталкивается с опасным коронавирусом. В ноябре 2002 года SARS-CoV положил начало двухлетней эпидемии тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС). Спустя несколько месяцев после начала эпидемии пассажиры международных рейсов вывезли заболевание за пределы азиатского региона. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отреагировала, впервые в своей истории выпустив особые рекомендации для путешественников и авиалиний.

К началу 2003 года ситуация осложнилась. На экстренном саммите в Гонконге страны Ассоциации государств Юго-Восточной Азии (ASEAN) при участии Китая и Японии отказались закрывать границы из-за возможных экономических последствий. Вместо этого было принято решение внедрить массовый скрининг пассажиров, покидающих территорию стран-участниц ASEAN или возвращающихся обратно. Государства объявили о расширении сотрудничества с ВОЗ и призвали прочие страны последовать их примеру.

Отныне на границе пассажиров ожидал двухэтапный контроль. Первичное анкетирование и осмотр выявляли человека с подозрительными симптомами и/или историей контактов с зараженными SARS-CoV. Ответ «да» на любой из вопросов анкеты («У вас есть температура?», «Вы наблюдаете у себя один из перечисленных симптомов?» и так далее) или нездоровый внешний вид означал переход ко второму этапу – измерению температуры ротовой полости и более подробному обследованию медработником, по результатам которого человека могли направить в больницу.

Наиболее пострадавшей страной за пределами азиатского региона стала Канада. Острым респираторным синдромом переболел 251 человек, еще 44 погибли. Источником первого случая заражения, зафиксированного в марте 2003 года в Торонто, оказался гражданин Гонконга. Вспышку заболевания не удавалось подавить, и с мая по июль государство усилило меры контроля в канадских аэропортах. Тогда же в качестве альтернативного метода контроля в Торонто и Ванкувере Министерство здравоохранения Канады (Health Canada) опробовало тепловизоры, которые были настроены на обнаружение температуры выше 38 градусов Цельсия.

Бесконтактный осмотр

Инфракрасные камеры и термометры улавливают электромагнитное тепловое излучение объекта. Чем выше температура, тем более интенсивно излучение – и тем больше показатели или ярче объект на экране. Получается, что человек с лихорадкой не пройдет мимо такого устройства незамеченным.

После SARS бесконтактное измерение температуры неоднократно использовали для сдерживания вирусных заболеваний. В 2009 году инфракрасное сканирование применяли в ходе борьбы с эпидемией птичьего гриппа. Из-за угрозы распространения вируса Эболы в 2014 году в некоторых африканских аэропортах температуру контролировали с помощью инфракрасных термометров.

В 2020 году пассажиры международных рейсов снова вынуждены проходить через скрининг перед вылетом и после приземления. Но теперь измерение температуры происходит уже на первом этапе.

Плюсы и минусы различных устройств для температурного скрининга обобщает доклад EU Health Programme. Ручные инфракрасные термометры доступны, просты в обращении и не уступают в точности аналогам, предполагающим контакт с человеком. Возможность избежать контакта составители, само собой, тоже считают плюсом. Системы инфракрасного сканирования дороже, сложнее и измеряют температуру с меньшей точностью – зато справляются быстрее и с большего расстояния, а также сканируют несколько человек одновременно.

Вместе с тем ни того, ни другого не достаточно для эффективного выявления заболевших, отмечают авторы доклада. Термометры дают ложноотрицательные результаты и ложные срабатывания. К тому же устройства измеряют не температуру тела, а температуру кожи, которая подвержена влиянию множества факторов (среди них: употребление алкоголя, холод или жара) и склонна меняться в течение дня. Именно поэтому человека с повышенной температурой по-прежнему отправляют к медицинскому работнику для более тщательного обследования.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) разрешило использовать инфракрасные термометры и тепловизоры для обнаружения больных COVID-19 и опубликовало требования к подобным устройствам. Согласно документу, погрешность системы не может превышать 0,5 градуса Цельсия, а термическое смещение – 0,2 градуса Цельсия. В качестве температурного эталона комплект должен включать абсолютно черное тело.

Абсолютно черным телом называют объект, не отражающий падающий на него свет и испускающий вовне только собственный. Такой объект используется в качестве эталона температуры для камеры: с заданным значением она сравнивает окружающую обстановку, в данном случае – проходящих мимо людей.

Российские линзы, китайский алгоритм

Инфракрасное сканирование понемногу внедряется и в России. Холдинг «Швабе», входящий в госкорпорацию Ростех, по распоряжению правительства от 21 марта наладил производство собственных систем измерения температуры.

Сейчас тепловизоры IR236 проходят испытания на вокзалах в Москве. В обозримом будущем устройства могут также появиться в административных зданиях, на предприятиях, в аэропортах, а также в музеях и частных медицинских клиниках, школах и торговых центрах.

Корреспонденты N + 1 отправились на Красногорский завод им. С. А. Зверева, где собираются и тестируются готовые изделия, чтобы посмотреть на них своими глазами.

Проходя на территорию завода через турникеты, мы попадаем в поле зрения инфракрасной камеры. Тепловизор установили здесь два месяца назад. Во время объявленных в связи с пандемией нерабочих дней сотрудники завода ходили на работу под присмотром системы, которую сами же собирают и настраивают.

На экран выводится изображение одновременно в инфракрасном и видимом диапазонах. В местах, где линзы очков закрывают глаза, на моем лице возникают две черные дыры. Стекло блокирует инфракрасное излучение, но температура все равно появляется на экране – 36,3 градусов Цельсия. Оператор, наблюдающий за проходной, не возражает: можем идти дальше.

Завод отвел под настройку тепловизоров светлое помещение. Большая часть комнаты заполнена коробками под устройства. За столами сотрудники разбирают и собирают наборы, готовые к отправке заказчику.

Один стол – одна линия сборки.

Тепловизор по крайней мере частично собран из отечественных компонентов. Линзы для камеры изготавливаются путем выращивания монокристаллов германия. Из одного кристалла получается 15-20 линз для объектива тепловизора.

Помимо камеры и абсолютно черного тела в комплект входит компьютер с предустановленным программным обеспечением. Камера измеряет температуру по открытым участкам тела – в частности, по лицу или по рукам – которые обнаруживает самостоятельно. «Распознавание» лиц в людском потоке осуществляется благодаря проприетарному алгоритму, который учитывает как низкоуровневые (края и текстуры), так и высокоуровневые (глаза и рот) черты лица.

За точность «распознавания» отвечает компания Wuhan Guide Infrared, один из крупнейших производителей инфракрасного оборудования в Китае, поставщик китайской армии и правительства. Используемая IR236 сверточная нейросеть была обучена на миллионах лицевых характеристик с учетом различных углов обзора и аксессуаров вроде масок и очков.

Система в реальном времени сравнивает температуру проходящих людей с температурой черного тела, объясняет начальник сборочного цеха КМЗ Сергей Сергеев и показывает на экран: «Мы с вами видим, что у меня температура 36,4. Повышенную температуру мы проверяем так: растираем ладони или лоб либо берем стакан теплой или горячей воды, и ей нагреваем лоб. Человек встает [в поле зрения тепловизора], и система распознает повышенную температуру».

Предполагается, что комплекс будет устанавливаться в местах с плотным трафиком, и положение камеры относительно абсолютного черного тела не изменится. Если проходящие мимо люди заденут устройство, на перекалибровку потребуется две-три минуты, рассказывает Сергеев. Впрочем, камеру можно установить хоть высоко под потолком, где ее никто не достанет. Так сделали в одном из зданий мэрии Москвы, укрепив тепловизор около лифта на кронштейнах.

Распознавание лиц работает на расстоянии до 10 метров и охватывает площадь порядка 20 квадратных метров. Допустимый интервал температурных значений и нюансы поля зрения камеры настраиваются пользователем. Так, например, система позволяет вручную экранировать посторонние источники тепла: рекламные щиты, батареи отопления и лампочки.

Обнаружение лица и замер температуры занимает менее секунды. Хотя камера способна единовременно фиксировать до ста источников повышенной температуры, сотрудники завода ориентируются на реальный сценарий использования. Максимальное число источников тепла Сергей Сергеев рекомендует ограничить десятью – в противном случае за всплывающими окнами оператору будет трудно разглядеть показания камеры.

Чай з малинавым варэннем

Отправляясь на производство тепловизоров, мы решили провести эксперимент. Говорят, что малиновое варенье, благодаря содержанию в плодах салициловой кислоты, способствует снижению температуры и потому особенно полезно при простуде. Встречается и противоположная версия: будто малина повышает температуру тела. Мы предположили, что такой чувствительный прибор как тепловизор заметит изменение температуры. Заботливая редакция выдала мне в дорогу банку варенья, а сотрудники завода заварили чай.

После нескольких чашек чая, который по заданию редакции пришлось заедать вареньем, стало жарко. Следуя примеру сотрудников, я начал прикладывать горячие чашки ко лбу: сначала одну, потом сразу две. Алгоритм каждый раз реагировал на повышение температуры в области лба. Однако помимо этого температура никак не изменилась.

Невсевидящее око

В конце января государства чартерными рейсами начали возвращать на родину граждан, оказавшихся в эпицентре вспышки COVID-19. За несколько месяцев из Уханя было эвакуировано чуть более 8,5 тысяч человек. Риск проникновения болезни в домашние регионы государства пытались минимизировать с помощью скрининга в аэропортах: репатриантов проверяли перед отбытием и по приземлению в стране назначения. Вместе с ними надежду на это разделяла ВОЗ. В январских правилах для путешественников организация отметила, что измерение температуры может помочь в предотвращении завоза болезни на территорию страны. Между тем, ученые сходятся во мнении, что процент обнаруженных случаев должен быть, по меньшей мере, невелик.

Во многом это объясняется особенностями COVID-19. Более 80 процентов людей, по данным ВОЗ, переносят заболевание со слабыми симптомами или вовсе бессимптомно. В течение инкубационного периода, который может длиться от двух до 14 дней, никаких проявлений болезни не наблюдается. Скорее всего, человек беспрепятственно пройдет скрининг на границе, если не окажется в списке потенциальных контактов известного носителя SARS-Cov-2.

Моделируемые исследования и обзоры (например, 1 и 2), которые это учитывают, демонстрируют преимущественно далекие от позитивных показатели: количество упущенных скринингом случаев заражения SARS-Cov-2 при различных сценариях может составлять от 50 до 80 процентов.

На невысокую эффективность скрининга указывает и систематический обзор литературы, накопившейся за последние 15 лет и посвященной исключительно контролю в аэропортах (информации о проверках на суше и в морских портах оказалось недостаточно) во время эпидемий Эболы, SARS и пандемии гриппа (H1N1). В общей сложности авторы изучили 82 научные статьи, шесть докладов и 26 отчетов международных организаций. На данный момент Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует внедрять только скрининг по прибытию, считая его более эффективным, нежели проверку при посадке. Контроль на границе, включающий измерение температуры, при этом должен обязательно сопровождаться анкетированием пассажиров, сбором и анализом данных.

По другую сторону границы

Более чем вероятно, что COVID-19 остается с нами надолго. И наряду с тем, как социальное дистанцирование становится новой нормой, меняя отношения между людьми, рынок труда и рабочие места, так и практика температурного скрининга стремительно выходит за рамки пограничного контроля и становится чем-то обыденным.

На предприятиях «Ростеха», которые нам довелось посетить в течение июня, у нас каждый раз проверяли температуру и пользовались для этого, как правило, ручными термометрами. Два тепловизора были установлены на проходных Красногорского завода им. С. А. Зверева. Нам сообщили, что устройства также работают в центральном офисе «Ростеха». По словам Сергея Сергеева, устройство на Красногорском заводе вычислило несколько сотрудников с высокой температурой, после чего они отправились домой – то же самое ожидало заболевших сотрудников центрального офиса Корпорации.

Установку техники, способной фиксировать сразу несколько объектов и не требующей создания живой очереди, планируется расширить и на других объектах Ростеха.

Сегодня тепловизоры и другие бесконтактные приборы для измерения температуры в США применяют на предприятиях, в больницах, церквях даже некоторых ресторанах. В разгар борьбы с вирусом в Китае пункты контроля температуры организовывались повсеместно. Корпорации Apple и Amazon внедрили для сотрудников, которые не могли позволить себе работать удаленно, регулярные проверки температуры. Над внедрением контроля ломают голову не только американские работодатели.

Против повсеместного скрининга с помощью устройств, использование которых в медицинских целях без предварительных испытаний временно разрешило FDA, выступил Американский союз защиты гражданских свобод (ACLU). Организация призвала экспертов со стороны разобраться, действительно ли скрининг способен повлиять на распространение вируса. А если нет, считают они, значит от контроля температуры можно и нужно отказаться.

Возможно ли, что в условиях, когда люди каждый день подолгу находятся в одном и том же месте, температурный скрининг показывает себя лучше, нежели в транспортных хабах?

Сотрудники городской больницы Та-Дун города Гаосюна, что в Тайване, опубликовали в Journal of Hospital Infection короткую заметку. С учетом того, что детям необходимо как минимум 10 минут для акклиматизации (все это время измерения бесконтактным термометром будут весьма неточными), авторы посоветовали поликлиникам спустя некоторое время повторно проверять температуру пациентов. Таким образом, если на входе сотрудникам Та-Дун удалось обнаружить пятерых пациентов с повышенной температурой, то после второго замера число потенциальных зараженных COVID-19 выросло сразу на 37 человек.

Считается, что проверки температуры могут создавать обманчивое чувство безопасности. Вместе с тем имеет место и обратный эффект: скрининг удерживает от нарушения режима самоизоляции людей, которые знают, что больны. При этом немаловажно, отмечают исследователи, что наличие мер контроля приводит к повышению осведомленности населения о COVID-19. Однако эффективность, а значит и необходимость тех или иных мер, включая повсеместный температурный скрининг, только предстоит оценить.