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光学战“疫”
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    2020年新年伊始,受新型冠状病毒爆发的影响,全中国乃至全世界有越来越多的人加入到这场没有硝烟的战“疫”中。在疫情的冲击下,全国大部分企业开工时间均延迟或开工日期暂未确定,导致多行业经济滞缓;另外一方面,因武汉疫情严重,光学测温仪及荧光检测试剂盒等被纳入疫情控制重点物资,一时间,红外厂商、安防企业、AI企业、生物制品企业几乎都推出相应的测量或检测产品,以最快的速度驰援武汉肺炎阻击战。光学产业不断发挥自身优势,加入到这场战“疫”中来,体现中国速度。长春中国光学科学技术馆的科学普及在这场疫情中能发挥的作用也在不断被发掘。为打赢这场疫情阻击战,中国正在举全国之力和新冠肺炎以“光”速赛跑。
    经过艰苦努力,付出巨大牺牲,目前中国国内疫情防控形势持续向好,我国大部分地区已解除突发公共卫生相应,并全面复工复产。从武汉实施封城至3月25日零时起,武汉市以外地区解除离鄂通道管控,再到4月8日武汉解封,意味着我国国内新冠肺炎取得了阶段性成功。武汉在这个春天按下的“重启键”,让我们的努力向前变得更有意义。
    回顾2020年初新型冠状病毒疫情不断发展,导致中国的经济及世界经济都遭受一定程度的影响。而受到疫情影响,包括光学产业在内的多行业在此次疫情期间受到了多方面的行业冲击。疫情的出现大家都始料未及,这是一次突发事件,因此它带来的影响也是暂时的,这并不会影响光学产业长期延续的良好发展。或许我们会看到今年上半年大家的业绩没有达到预期,但这并不会是常态。
一、识时寻求自身发展,线上发布复工复产
    终端市场因本次疫情导致多家品牌的新机发布日期滞后,但是多个品牌厂商也另辟蹊径,将原本的发布会改为线上举行。继2月10日,小米10线上发布会圆满落幕后。近期又有一些品牌,因MWC大会的取消决定在线上发布新品。
    终端品牌积极准备线上及海外的产品发布的同时,供应链端也在紧锣密鼓的提升工厂复产率。根据分析机构预测,光学镜头厂商的模组客户复工率在近期明显改善。对于目前行业中发展稳定,且拥有良好客户体系的企业而言,随着客户端的复工复产率提升,需求也将逐渐回升至稳定水平。不论是订单量还是出货情况,也都将随之改善。值得一提的是,眼下得益于国内各地对肺炎疫情的防控和治疗工作的深入开展,大众的预防意识显著提高,使得目前疫情的扩散已经得到控制。虽然距离完全战胜疫情还有一段时间,带给产业链的影响或许也还将持续一段时间,但属于产业链的新机遇始终存在,在等待机遇来临的过程中,越是健康发展的企业脚步也将会更加稳健。
    另外一方面,在疫情的冲击下,快速排查及迅速确诊成为控制疫情蔓延必不可少的重要手段,红外测温仪及荧光检测试剂盒等重要检测物品被纳入疫情控制重点物资。据统计,大立科技、武汉高德红外、睿创微纳等红外龙头企业2020年春节期间与上游原料商一起赶工;光学零部件厂商信利国际及上下游配套生产部门加班加点,紧急生产;海康威视、宇视科技等光学企业快速担当,向疫区运送成百上千的不同类产品。同时,还有旷视、商汤科技等科技公司争分所秒,将红外测温与AI人脸识别结合,用人工智能技术助力疫情防控。
    武汉高德红外、大立科技、睿创微纳、信利国际等等众多有责任担当企业,形成应急小组,春节假期无休,他们生产出来的红外体温检测仪及测温模块全部供应疫情防控及社会防疫需求。大量的产品广泛应用至全国各地的机场、车站、海关口岸、医院等人流密集的公共场所处于疫情防疫第一线,保障肺炎疫情工作的顺利展开。
    遏制新型冠状病毒肺炎疫情蔓延,能快速检测病毒的试剂盒至关重要。国家卫健委公布新型冠状病毒诊疗方案,对标本进行实时荧光RT-PCR检测。随着疫情扩散,感染人数不断攀升,对检验试剂盒和检验仪器需求增加。北京卓诚惠生生物科技、华大基因及上海之江生物科技等多家生物制品企业进一步扩大新型冠状病毒核酸检测试剂供给能力,全力服务疫情防控需要。
    沈阳仪表院汇博光学公司第一时间响应,紧急与荧光PCR企业密切沟通、调配货源,并协调保障春节期间的生产和供应工作,迅速组织力量提供荧光PCR检测仪器关键光学器件,应用于新型冠状病毒核酸检测——荧光光学干涉滤光片。全力参与抗击疫情战斗!
二、新型检测发挥光学优势,体现中国速度
    疫情初期,人们对于新型冠状病毒十分陌生,在接到疑似病例时需要经过一系列流程进行诊断。从疫情爆发到检测出病毒基因序列再到检测试剂的研发生产,医务工作者和科研单位只用了十多天时间,这已经是了不起的壮举。而疾控中心每天可检测样本200多份,从开始采样到结果反馈需要约2天时间,传统的检测手段效率较低。
    为了应对检测效率低下的问题,12月26日,上海市公共卫生临床中心收集到来自武汉市的一份患者标本,经过长达10天地检测发现了类似SARS的新型冠状病毒,并获得了该病毒的全基因组序列,用相当快的速度完成了分离病毒并迅速研发出测试试剂。不同的公司和机构根据病毒基因组序列信息,设计和开发出不同的检测试剂或测试盒,但基本原理都是一致的。由于新型冠状病毒是RNA病毒,试剂盒检测基本都采用反转录加实时聚合酶链式反应法(RT-PCR)来扩增病原体的核酸(RNA),同时通过荧光探针实时检测扩增产物。

图1:PCR荧光检测试剂盒
    各试剂生产厂商和医疗器械公司加紧开始与医院进行紧密合作,扩大PCR实验室规模同时加强对测试人员的培训。目前该技术可在上机60分钟之内检测出结果,可以快速筛查和监测感染人群。
    除了PCR(聚合酶链式反应)检测试剂盒检测之外,胸部CT影像同样也是判定新冠肺炎临床重要参考依据。而AI计算机视觉技术与CT影像的结合,则能够加快新冠肺炎患者的筛查和治疗。中科院临床研究医院应对疫情科技攻关联合指挥部已经完成“新冠肺炎影像辅助诊断平台”建设,由科大讯飞负责建设。现阶段已与中科大附一院联合建设的人工智能辅助诊断平台,正在为1200余家医疗机构提供医疗影像辅助诊断服务。

2:在中科大附一院南区,影像科医生正在使用新冠肺炎影像辅助诊断平台

    以往在实际生活中,影像科医生每诊断一个病例需要5至15分钟时间,针对新冠肺炎确诊患者更是一倍以上的阅片量。新冠肺炎AI影像辅助诊断系统的上线,不仅可加快医生诊断时间,更能提高精准识别新冠肺炎的可靠度。目前该系统可在3秒内完成一例新冠肺炎病例辅助诊断,阳性病例全召回,病灶召回率达到90%。目前,在中科大附一院南区,该AI影像辅助诊断平台已经在使用。

3:红外测温仪

    热成像红外测温、物联网测温枪、人脸感温产品层出不穷。如百度、商汤、旷视等公司,都推出 AI 红外测温产品及其配套测温方案。而国内的大疆近日也试行通过“无人机+红外”来筛查可疑患者。2020年2月4日,北京海淀区牡丹园地铁站,一套用于发热及潜在被感染对象识别、筛查与分析的新系统正式投用。乘客进站无需停留,红外设备可自动检测体温,每分钟测试数量达300人。一旦发现乘客体温超标,即便因佩戴口罩遮挡了面部,也能通过“升级版”的人脸识别技术精准锁定,并提示工作人员进行二次检查,有效筛查疑似高热人员。而这套系统是由旷视科技最新研发出来,用人工智能技术助力疫情防控。
    近段时间以来,值得一提的是,为满足湖北武汉等防疫一线的需求,国内多个省份的多家红外体温计传感器生产商,正在加足马力生产红外体温计传感器。比如,在厦门,相关传感器生产企业仅一天的传感器出货量便达到100多万支,还有一部分光学制造商快速担当,向疫区运送不同类医疗产品、现金及技术,以支援新型冠状病毒感染疫情防控工。 
    防控疫情,速度是至关重要的,其中雷神山医院和火神山医院的建设中,我们也看见了许多光学科技企业的身影,响应国家号召,积极主动承担企业的社会责任,向雷神山、火神山两所医院提供了大量的科学仪器。另外,谱育科技调动了全部可能物资,从研发、生产、技术应用等层面力保红外热成像测温产品的生产和运送,目前谱育科技已经有近百套AI智能型红外热成像分析系统紧急派往前线,助力疫情监测防控。 
三、战“疫”中的光学技术应用
    面对公共场所庞大的流动人口,要在移动状态下快速、准确、及时检测并筛查出非正常体温就至关重要。非接触式的红外测温仪发挥了主要功效,是一种能达到医用计量标准和参数指标要求的高精度、高可靠和高稳定性、一致性的红外温度传感器。
 
4:红外体温计传感器
 
    简单来说,红外传感器在接收到物体发出的能量后,通过其光学系统将红外能量转换成电信号,通过模型算法及参数校准,将其转换为医用级的高精度温度值。相对于其他类型的测温方式,红外测温方式的优势在于快速、直观、非接触检测。在此类设备中,不论是红外测温仪,还是耳温枪、额温枪等红外检测设备,都离不开基础的热红外传感器元件。例如,耳温枪是一种典型的非接触式的红外测温仪,它是利用检测鼓膜(相当于下视丘) 所发出的红外线光谱(6~15μm)来测量体温。根据玻耳兹曼定律,物体温度越高,辐射能量越大。E=σεTⁿ(σ=常量,T物体绝对温度,ε比辐射率,n=4)。只要测出物体所发射的辐射能量,就可以确定它的温度。

图5:耳温枪工作示意图

    具体来说,红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。待测目标的红外辐射信号,经过光学接收器传输给调制器滤除大面积的背景干扰信号,然后经过红外探测器将红外辐射信号转变成电信号,该信号经过放大器和信号处理电路,并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后,最中可转变为被测目标的温度值。
 
6:红外测温仪原理图
 
    “AI+红外测温”在为了避免因检测环境因素干扰下应运而生,助力新型冠状病毒疫情防控。基于“人体发出的热辐射比较稳定,在特定范围内,能够与周围环境进行‘分割’”的理论,国内创业公司开始研发AI红外测温产品,红外测温开始尝试与AI相关的脸部识别算法相结合使用。
   
    为助力抗击疫情,广东移动创新推出“5G+红外”测温信息化应用,能在人流密集的各类场所进行精准度高、安全性强的长时间连续体温筛查,有效减少接触式测温引起的交叉传染风险,助力守住防控疫情的第一道关口。截至目前,全省已有超过100家单位向广东移动提出使用“5G+红外”测温应用需求。据了解,“5G+红外”测温应用可实现对多人同时扫描,红外精密温感探测仪在距离10米处就开始探测,可以记录被测人员的头像图片及对应体温,实现24小时全天候监测。

图7:AI智能红外测温仪

    旷视研发人员表示,此系统的智能疑似高热报警宽带可达到每秒15人,且一套系统可以部署16个通道,基本保证一个地铁口管控,这样一来,人流量较大的通道在AI系统的辅助下,仅需1名工作人员就能够管控现场,大大降低一线工作人员被感染的风险。除了旷视科技外,其他AI等科技公司都推出自己的测量产品,驰援肺炎阻击战。
    总的来说,面对严峻的疫情防控形势,对于前期筛查而言,在人群中发现疑似发烧人员,进一步采用各类红外传感器检测设备进行精确的体温测量及后续检查,显得非常重要。
四、光学战“疫”,科普落地
    为全力做好新型冠状病毒肺炎疫情防控工作,有效避免人员聚集可能引发的交叉感染,最大限度保障参观者和工作人员身体健康安全,根据疫情防控的切实需要,为了避免疫情继续扩散,自2020年2月3日起全国科技馆都已经开启闭馆模式。
    受疫情影响,全国科技馆都暂停对外开放,全国大中小幼陆续延期开学,即便如此,对科学的探究不能停。抗击疫情期间,为了让大家在家也能学习光学知识,长春中国光学科学技术馆从线下科普转战到线上普及。顺应互联网时代发展及普惠需求,我馆目前不仅积极参与科普联动共克时艰,助力战“疫”誓竟全功——新型冠状病毒肺炎科普知识有奖竞答线上有奖竞答活动和致敬医务工作者等活动,同时发布了多个原创科普视频以及线上互动:开学第一课及光学小达人邀您做实验等科普互动活动。
    在这场疫情中作为一个作为光学科学技术普及的推广者,发现了跟多能做可做的,我馆陆续还将开展更多切合实际的光学科普活动,发布更多相关科普资源。让公众足不出户的非常时期也能感受到光学知识的魅力,为祖国贡献一份力量。随着抗“疫”战争取得的阶段性成功,吉林省也逐步开放了展览馆等公共场所。2020年3月20日长春中国光学科学技术馆已面向公众正常开放。当一切慢慢恢复往常的繁荣,预示着疫情终将消散,春天即将到来,让我们共同期待。
                   
                                    长春中国光学科学技术馆业务交流中心——王爽 王磊
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