Wärmebilder in der Corona-Pandemie 05.05.2020, 06:59 Uhr

Fiebermessung mit Thermografiekameras: „Du kommst hier nicht rein“

Vor dem Museumsbuch erstmal Fieber messen: Ein solches Szenario könnte Wirklichkeit werden. Um das Coronavirus weiter einzudämmen, denken Kultureinrichtungen und auch Industrieunternehmen darüber nach, Thermografiekameras an Eingängen einzusetzen. Entwickeln wir uns immer mehr zum Überwachungsstaat?

Thermografie Industriekameras

Thermografiekameras machen Wärme auf Bildern sichtbar.

Foto: panthermedia.net/A.Peters

1880 hat der Astronom Samuel Pierpont Langley mit einer einfacher Wärmebildkamera die Temperatur einer Kuh aus einer Entfernung von 304 Meter aufgenommen. Zwei Jahre zuvor erfand Langley das Bolometer, ein Strahlungssensor zur Messung über das gesamte Wellenlängenspektrum der elektromagnetischen Wellen. Als Messprinzip dient Erwärmung und Absorption. Was damals schon mit der Kuh auf der Weide klappte, kann doch auch heute mit dem Menschen funktionieren.

Wer fiebert, kommt nicht rein: So einfach kann man sich das Prinzip vorstellen, das im Kulturbereich aber auch bei Arbeitgebern diskutiert wird. „Wenn Sie mich zu normalen Zeiten als Jurist gefragt hätten, hätte ich geantwortet, dass das gar nicht geht“, sagt Peter Wedde, Professor für Arbeitsrecht und Recht der Informationsgesellschaft an der Frankfurt University of Applied Sciences. Doch die Welt befindet sich seit Monaten in einem kompletten Ausnahmezustand. Erste Lockerungen in der Corona-Pandemie sind bereits umgesetzt – weitere werden folgen müssen, allein um die Wirtschaft wieder anzukurbeln, die schon jetzt schwer geschädigt ist. Den Gesundheitszustand eines Menschen zu erfassen, bestimmt aktuell den Alltag von Medizinern wie wohl noch nie zuvor. Geschäfte, Museen oder Arbeitgeber wollen keine infizierten Menschen in ihren Räumen haben. Aus diesem Grund entwickeln sich Ideen wie der Immunitätspass der Bundesregierung. Corona-Genesene könnten Sonderrechte erhalten, zum Beispiel eher reisen als andere. Voraussetzung ist der Nachweis, dass sie nicht ansteckend sind. Die Pläne lesen sich, wie eine Zweiklassengesellschaft.

Thermografiekameras an Eingängen sind eine weitere Idee, um kranke Menschen wieder nach Hause zu schicken. „Da muss man die Rahmendaten sehen. Wird direkt registriert, wer ich bin, ginge das nicht, es könnte allenfalls gesagt werden, wer Fieber hat, kommt hier für die Zeit der Corona-Pandemie nicht rein“, führt Wedde aus. Außergewöhnliche Zeiten, fordern auch außergewöhnliche Mittel – doch um jeden Preis? „Stellen Sie sich das mal für einen Lebensmittelladen vor. Wenn dort eine Wärmebildkamera hängt und Leute im Zweifelsfall nichts zu essen kaufen können. Da gibt es andere Möglichkeiten, wie die Schutzmaske. Messungen an öffentlichen Orten halte ich generell für einen zu großen Eingriff in Persönlichkeitsrechte. Das wäre auch in Zeiten von Corona nicht das mildeste Mittel“, so Peter Wedde gegenüber INGENIEUR.de.

Der Begriff “mildestes Mittel” gehört zum Grundsatz der Verhältnismäßigkeit. Kollidierende Interessen, Freiheiten oder Rechtsprinzipien werden nur dann in ein angemessenes Verhältnis zueinander gesetzt, wenn und soweit das zu wahrende Interesse, Freiheitsrecht oder Rechtsprinzip schwerer wiegt als das ihm Aufgeopferte. Als rechtsstaatliches Prinzip ist der Grundsatz der Verhältnismäßigkeit für jede hoheitliche Gewalt verbindlich. Es steht in enger Beziehung zum Übermaßverbot und soll, wie dieses, Konflikte von Interessen und Freiheiten zu einem schonenden Ausgleich bringen – also das “mildeste Mittel”.

Kritischer wird es in Betrieben. Die Automobilindustrie fährt ihre Produktion wieder hoch. Da sind zum Teil zwei Meter Abstände nicht möglich, da mehrere Mitarbeiter im Innenraum werkeln müssen. Wenn in Bereichen nicht sichergestellt werden kann, dass die Abstände ausreichend eingehalten werden, dann könnte der Einsatz einer Thermografiekamera sinnvoll sein. „Doch auch das ist in Sachen Datenschutz nicht korrekt, denn bei diesen Fällen wüsste man ja, wer Fieber hat“, erklärt Wedde. Betriebsräte diskutieren diese Ansätze vor dem Hintergrund das sichergestellt ist, dass keine personenbezogenen sowie medizinischen Daten gespeichert werden.

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Wie funktioniert eine Thermografiekamera überhaupt?

Eine Thermografiekamera, auch Wärmebildkamera genannt, ist ein bildgebendes Gerät ähnlich einer herkömmlichen Kamera. Allerdings empfängt die Kamera Infrarotstrahlung. Wärmebildkameras nutzen aufgrund der typischen Emissionswellenlängen in der Nähe der Umgebungstemperatur den Spektralbereich von circa 3,5 bis 15 µm. Dieser Bereich eignet sich für die Messung und bildliche Darstellung von Temperaturen. Aufgebaut ist die Kamera wie eine normale elektronische Kamera für sichtbares Licht. Jedoch unterscheiden sich die Sensoren in Aufbau und Funktionsweise je nach zu detektierender Wellenlänge.

Farbpalette Thermografie

Thermografische Aufnahme der Rückseite des Oberkörpers mit unterschiedlichen Temperaturen in einer Farbpalette von blau mit kalter bis rot mit heißer Temperatur, die auf eine Gelenkentzündung hinweisen kann.

Foto: panthermedia.net/AnitaVDB

Messen der Körpertemperatur in Südkorea üblich

Wer den Wahlkampf in Südkorea verfolgt hat, weiß, dass sich die Wähler dort vor dem Gang zur Urne die Körpertemperatur messen lassen mussten. Zudem erhielt jeder Wähler Einmalhandschuhe. Ein striktes Vorhaben in der Coronakrise. Die 21. Parlamentswahl fand in Südkorea am 15. April statt. Warum sollten es also nicht auch Restaurantbesitzer so umsetzen? Wo ist die Grenze?

Wer in der Vergangenheit nach Asien reiste und eine glühende Stirn hatte, konnte Pech haben und tritt nicht einen Schritt raus aus dem Airport. Mitarbeiter der Gesundheitsbehörde warten schon auf die Reisenden aus aller Welt, um bei ihnen Fieber zu messen. Das geschieht mit der Hilfe eines Infrarot-Fieberthermometers. Eine klare Seuchenprävention. Fällt das Fiebermessen am Flughafen positiv aus, dann geht es erst einmal in Quarantäne. Doch ist dieses Verfahren wirklich verlässlich?

Fieberdiagnose mit Thermografiekameras ist nicht sicher

Ingenieurin Julia Richter von der TU Chemnitz forscht schon seit einigen Jahren mit Thermografie. Sie erklärt die Technik dahinter nochmal genauer: „Vom menschlichen Körper wird thermische Strahlung ausgesendet. In unserem Projekt haben wir Muskelaktivität nachweisen wollen. Die thermische Wärme, die bei der Bewegung auftritt, wird durch Wärmekameras erfasst. So könnte man auch Fieber in solchen Bildern erkennen.“

Die Strahlung, die ausgesendet wird, nennt sich Radiation. Das sind elektromagnetische Wellen in einer bestimmten Wellenlänge. Bei der thermischen Strahlung bewegen wir uns im langwelligen Infrarotbereich. Das nennt sich auch mittleres Infrarot. „Eine normale Kamera kann die sichtbare Sicht erfassen, also was wir als Blau- und Rotspektrum wahrnehmen. Die Infrarotkamera reicht in den langwelligen Bereich hinein“, erklärt Richter von der Professur Schaltkreis- und Systementwurf an der TU Chemnitz.

Den Einsatz von Thermografiekameras zur Fiebermessungen an Eingängen, sieht Richter zwiegespalten. „In Asien wurde im Zuge der damaligen Sars-Epidemie bereits mit Wärmebildkameras erforscht. Prinzipiell ist das natürlich möglich, umzusetzen. Allerdings muss es Standards bei der Messung geben, um auch wirklich verlässliche Daten zu haben“, gibt sie zu bedenken. Wenn Menschen zum Beispiel telefonieren und das Handy vom Ohr wegnehmen, dann wird sich eine Erwärmung im Gesicht feststellen lassen. Die Strahlung staut sich auf der Hautoberfläche und man würde es dann als erhöhte Körpertemperatur werten. Ein anderer Anwendungsfall ist das Flugzeug. „Wenn ich gerade auf einem Kissen geschlafen habe, wird sich diese Partie auch erwärmen. Oder wenn ich Sport getrieben habe, ist danach die Körpertemperatur auch erhöht“, so Richter. Selbst bei einem Sonnenbrand würde die Kamera Alarm schlagen. Die Fieberdiagnose ist demnach nicht wirklich sicher. „Es gibt hierbei eine sogenannte Falsch-Positiv-Rate und eine Falsch-Negativ-Rate. Also dass Fieber festgestellt wird, obwohl keines vorliegt oder kein Fieber feststellt, obwohl welches vorliegt. Das lässt sich nicht ausschließen“, sagt Richter.

Hier ist die Frage, wie man damit umgeht. Richten sich Anwender nach der Falsch-Positiv-Rate, ziehen sie mehr Menschen aus Sicherheitsgründen raus. Aber wenn die Falsch-Negativ-Rate greift, das heißt Menschen sind krank, aber sie kämen trotzdem ins Museum, weil sie nicht erkannt wurden, wäre das fatal.

Sportmedizin mit Wärmebildern: Digitaler Coach

In der Sportmedizin werden Wärmebildkameras hingegen schon sehr erfolgreich eingesetzt. Julia Richter hat INGENIEUR.de etwas mehr über ihr abgeschlossenes Projekt erzählt. Bei Reha-Übungen kamen Kameras zum Einsatz, die zeigten, ob die Übungen auch korrekt ausgeführt wurden. Falls nicht, konnte unmittelbar eine Rückmeldung gegeben werden – wie eine Art digitaler Coach. „Es wurde geschaut, ob der Muskel, der wirklich aktiv sein sollte, das auch war“. Dafür wurde ein Kameraverbund aus einer Kinect und Wärmebildkamera aufgesetzt. Die Kinect wurde verwendet, um die Bewegung des Muskels zu lokalisieren. Die Kinect liefert Skelettmodelle mit. Es wurden Schulter- und Gelenkpunkte verwendet, um daraus die Bizepsregion zu bestimmen und einen Mittelwert einer Temperatur errechnet. Die Probanden haben sich im Raum erstmal akklimatisiert und dann Übungen mit einer Hantel begonnen. Mit dem Kameraverbund wurden die Temperaturen gemessen. „Der Muskel hat sich während der Übung nur geringfügig erwärmt. Die höhere Erwärmung fand erst nach der Übung statt“, erklärt Richter. Die Kamera hat eine Auflösung von 50 Millikelvin.

Messung in der Augenhöhle unter Richtlinien

Für alles gibt es im Leben Richtlinien – natürlich auch die Messung mit Thermografiekameras. Hierbei sei es „wichtig, die spezifizierte Messunsicherheit der Kameras bei der Bewertung der Ergebnisse zu berücksichtigen und die Messung unter den in DIN EN 80601-2-59 festgelegten Bedingungen, also in der Augenhöhle, durchzuführen“, sagt Ingenieur Erik Marquardt von den VDI-Fachbereichen Optische Technologien und Produktionstechnik und Fertigungsverfahren gegenüber vdi.de.

Die Analyse funktioniere am besten über die Augenhöhle. Laut Marquard ist der Grund folgender: „In dem Thermografiebild sieht man, dass die Stirn deutlich kühler ist. Die gemessene Temperatur auf der Stirn kann sich durch die Verdunstung von Schweiß, durch körperliche Anstrengungen oder durch den Aufenthalt in besonders kalten oder warmen Räumen verändern“. Im Vergleich hierzu sei die Messung in der Augenhöhle, an der eine gut durchblutete Ader vorbeiläuft, viel aussagekräftiger.

Fraunhofer testet am Robert-Bosch-Krankenhaus

Vor dem Haupteingang des Robert-Bosch-Krankenhauses in Stuttgart testen derzeit die Fraunhofer-Institute IPA und IAO zusammen mit den Medizinern ein Verfahren, das die Eingangskontrollen vereinfachen soll. Alle Parameter werden aus einer Entfernung von einem Meter aufgenommen. Ein Mitarbeiter, der die Messung am Laptop durchführt, hält einen Abstand von mindestens 1,5 Metern. Das Fraunhofer-Verfahren misst nicht nur die Körpertemperatur mit einer Thermokamera, sondern auch die Herz- und die Atemfrequenz mit Hilfe von Mikrowellen. Dabei kommt ein Radarmodul mit Mikrodopplerverfahren zum Einsatz. Die Daten werden mit denen aus dem Krankenhaus verglichen. Wenn sich die Patientendaten, mit den Informationen von der Thermografiekamera decken, könnte ein Einsatz praktikabel sein.

Thermografie erhält in der Coronakrise eine neue Bedeutung

Thermografiekameras können einen Beitrag leisten, um Seuchen einzudämmen und weitere Infektionen zu verhindern. Allerdings ist die rechtliche Lage noch unklar und auch technisch ist die Messung nicht zu 100 % verlässlich. Neu ist die Technik nicht, doch in der Coronakrise bekommt sie eine neue Bedeutung.

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