CN112472148A - 一种核酸检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种核酸检测装置，属于机器人领域。在本申请中，核酸检测装置能够通过拍摄设备确定患者的方向，同时自动向患者方向进行移动。在到达患者面前时，能够通过机械臂上的采样装置来靠近患者的口腔，控制器基于拍摄设备拍摄的图像，对机械臂上的采样装置进行控制，将采样装置伸入患者的口腔中。采样装置在控制器的控制下在患者的口腔中自动采集患者口腔中的组织样品，整个采样过程无需医护人员的干预，保障了医护人员的身体健康，同时采用核酸检测装置的采样的效率较高，降低了医护人员的工作负荷。

Description

一种核酸检测装置

技术领域

本申请涉及机器人领域，特别涉及一种核酸检测装置。

背景技术

核酸检测过程中，由于检测量大，受检人员过多、成本等众多因素，部分地区医护人员不能做到每人一套防护用品。手套没有及时更换，由于核酸检测位置特殊，病毒以气溶胶的形式附着在手套上，容易造成医护人员的交叉感染。

因此，亟需一种自动化的核酸检测装置。

申请内容

本申请实施例提供了一种核酸检测装置，能够避免医护人员的交叉感染，提高检测的效率。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种核酸检测装置，所述核酸检测装置包括：底座(1)、主体外壳(2)、机械臂(3)、显示设备(4)以及电源(5)；

所述底座下方设置有滚轮(6)，所述滚轮(6)由设置在所述主体外壳(2) 中的控制终端进行控制；

所述主体外壳(2)的下端与所述底座(1)的上端相连接，所述主体外壳 (2)外表面的第一位置上设置有第一拍摄装置(7)，所述第一拍摄装置(7) 与所述控制终端电性连接；

所述机械臂(3)与所述主体外壳(2)外表面的第二位置活动连接，所述机械臂(3)由所述控制终端进行控制；

所述显示设备(4)的下端与所述主体外壳(2)的上端相连，所述显示设备(4)与所述控制终端电性连接；

所述机械臂(3)的前端设置有采样装置(8)和第二拍摄装置(9)，所述采样装置(8)和所述第二拍摄装置(9)与所述控制终端电性连接；

所述控制终端用于执行下述步骤：响应于所述第一拍摄装置(7)获取的图像中存在目标患者，控制所述滚轮(6)转动，以使得所述核酸检测装置向所述目标患者所在的区域移动；

响应于所述核酸检测装置与所述目标患者之间的距离小于或等于目标距离阈值，控制所述滚轮(6)停止转动；

通过所述显示设备(4)显示提示信息，所述提示信息用于提示所述目标患者张开嘴巴；

响应于所述第一拍摄装置(7)拍摄到的图像中所述目标患者的嘴巴张开，控制所述机械臂(3)抬起，以使得所述第二拍摄装置(9)靠近所述目标患者嘴部；

通过所述第二拍摄装置(9)获取所述目标患者嘴部的图像，对所述目标患者嘴部的图像进行图像识别，确定进行核酸检测的采样区域的位置；

控制所述采样装置(8)向所述采样区域的位置进行移动，采集所述目标患者口腔中的组织样品。

在一种可能的设计中，所述主体外壳(2)上还设置有消毒装置，所述消毒装置用于在采样结束后对所述采样装置(8)进行消毒。

在一种可能的设计中，所述采样装置(8)上设置有拭子存储袋。

在一种可能的设计中，所述采样装置(8)上设求置有压力传感器。

在一种可能的设计中，所述机械臂(3)为蛇形机械臂。

在一种可能的设计中，所述第二拍摄装置(9)为双目内窥镜。

在一种可能的设计中，所述主体外壳(2)内设置有通讯设备。

在一种可能的设计中，所述显示设备(4)上还设置有扬声器。

在一种可能的设计中，所述显示设备(4)上还设置有麦克风。

在本申请中，核酸检测装置能够自动采集目标患者口腔中的组织样品，整个采样过程无需医护人员的干预，采样的效率较高，降低了医护人员的工作负荷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1时本申请实施例提供的一种接地电阻检测系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种核酸检测装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种机械臂的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种图像识别模型的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种图像识别模型的训练方法的流程图。

附图标记：1、底座；2、主体外壳；3、机械臂；4、显示设备；5、电源； 6、滚轮；7、第一拍摄装置；8、采样装置；9、第二拍摄装置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

首先对本申请涉及的名词进行解释说明：

机器学习：机器学习是一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。它是人工智能的核心，是使计算机具有智能的根本途径。

图像识别：是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术，是应用深度学习算法的一种实践应用。现阶段图像识别技术一般分为人脸识别与商品识别，人脸识别主要运用在安全检查、身份核验与移动支付中；商品识别主要运用在商品流通过程中，特别是无人货架、智能零售柜等无人零售领域。

特征提取：是计算机视觉和图像处理中的一个概念。它指的是使用计算机提取图像信息，决定每个图像的点是否属于一个图像特征。特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域。特征的好坏对泛化性能有至关重要的影响。

下面对本申请提供的核酸检测装置的使用场景进行说明，本申请提供的核酸检测装置能够应用在多种场景中，比如应用在诊断传染性较强疾病的过程中，医务人员能够通过本申请提供的核酸检测装置实现自动采集患者的口腔组织样本，从而无需人工采集样本，避免了医务人员的二次感染。当然，本申请提供的核酸检测装置也能够应用在患者较多的场景中，当医务人员数量有限时，通过本申请提供的核酸检测装置能够快速采集患者的口腔组织样本，减少患者的等待时间，提高样本采集的效率，降低医务人员的工作量。

参见图1、图2和图3，本申请提供了一种核酸检测装置，核酸检测装置包括：底座1、主体外壳2、机械臂3、显示设备4以及电源5。底座下方设置有滚轮6，滚轮6由设置在主体外壳2中的控制终端进行控制。主体外壳2的下端与底座1的上端相连接，主体外壳2外表面的第一位置上设置有第一拍摄装置7，第一拍摄装置7与控制终端电性连接。机械臂3与主体外壳2外表面的第二位置活动连接，机械臂3由控制终端进行控制。显示设备4的下端与主体外壳2 的上端相连，显示设备4与控制终端电性连接。机械臂3的前端设置有采样装置8和第二拍摄装置9，采样装置8和第二拍摄装置9与控制终端电性连接。控制终端用于执行下述步骤：响应于第一拍摄装置7获取的图像中存在目标患者，控制滚轮6转动，以使得核酸检测装置向目标患者所在的区域移动。响应于核酸检测装置与目标患者之间的距离小于或等于目标距离阈值，控制滚轮6停止转动。通过显示设备4显示提示信息，提示信息用于提示目标患者张开嘴巴。响应于第一拍摄装置7拍摄到的图像中目标患者的嘴巴张开，控制机械臂3抬起，以使得第二拍摄装置9靠近目标患者嘴部。通过第二拍摄装置9获取目标患者嘴部的图像，对目标患者嘴部的图像进行图像识别，确定进行核酸检测的采样区域的位置。控制采样装置8向采样区域的位置进行移动，采集目标患者口腔中的组织样品。

下面对本申请提供的核酸检测装置的工作原理进行说明：医护人员需要对病房中的多个患者进行核酸检测时，按下核酸检测装置的启动按键后，电源5 为核酸检测装置的各个部分供电，控制终端能够通过控制移动底座下方的滚轮 6，来控制核酸检测装置的移动。第一拍摄装置7与控制终端电连接，控制终端能够接收第一拍摄装置7传送的信号。控制终端控制滚轮6转动，带动核酸检测装置转动一圈，将第一拍摄装置7获取的多张图像进行拼接，得到目标图像。控制终端对目标图像进行图像识别，确定病房中患者的数量和位置。控制终端控制滚轮6转动，向目标患者所在的位置移动。响应于控制终端通过第一拍摄装置7检测到前方目标距离内存在目标患者时，控制滚轮6的方向和转速，从而控制核酸检测装置向目标患者缓慢靠近。响应于控制终端通过第一拍摄装置7 检测到核酸检测装置与目标患者之间的距离小于或等于目标距离阈值，控制终端控制滚轮6停止转动，以使得核酸检测装置停止在目标患者面前。核酸检测装置停止在目标患者面前后，通过显示设备4显示提示信息，该提示信息用于提示目标患者张开嘴巴。在此之后，控制终端能够控制机械臂3抬起，以使得第二拍摄装置9靠近目标患者的嘴部。机械臂3在抬起的过程中，机械臂3前端的第二拍摄装置9开始工作，响应于第二拍摄装置9拍摄到目标患者张开的嘴巴，控制终端能够控制机械臂3停止移动。响应于机械臂3停止移动，控制终端控制机械臂3前端的第二拍摄装置9向目标患者张开的嘴巴移动。控制终端通过第二拍摄装置9获取目标患者口腔内部的图像，对目标患者口腔内部的图像进行图像识别，确定进行核酸检测的采样区域的位置。

当然，在控制终端控制第二拍摄装置9向目标患者张开的嘴巴移动的过程中，控制终端能够通过第一拍摄装置7和第二拍摄装置9得到的图像调整第二拍摄装置9的移动方向，以使得第二拍摄装置9能够成功获取到目标患者口腔内部的图像。响应于第二拍摄装置9进入目标患者的口腔，控制终端控制采样装置(8)向采样区域的位置进行移动。响应于采样装置8到达采样区域的位置，控制终端能够控制采样装置8弹出咽拭子，控制弹出咽拭子的采样装置8在采样区域移动，通过咽拭子采集目标患者口腔中的组织样品。

下面对控制终端对目标患者嘴部的图像进行图像识别的方法进行说明：

控制终端上部署有训练完毕的图像识别模型，图像识别模型是基于标注后的样本口腔图像训练得到的，其中，标注的位置也即是进行核酸检测的采样区域，具有从图像中识别出进行核酸检测的采样区域的能力。控制终端获取到目标患者口腔内部图像后，能够将目标患者口腔内部图像输入图像识别模型中，由该图像识别模型对目标患者口腔内部图像进行特征提取、卷积处理、全连接处理以及归一化处理，得到进行核酸检测的采样区域所在的位置。

换句话说，图像识别模型为一个二分类模型，其作用是对目标患者嘴部的图像中的像素点进行分类，确定出属于核酸检测的采样区域的像素点以及不属于核酸检测的采样区域的像素点，将属于核酸检测的采样区域的像素点进行聚类，得到核酸检测的采样区域在图像中的位置。随后，控制终端对目标患者的口腔进行三维建模，选定坐标原点建立三维坐标系，将核酸检测的采样区域在图像中的二维坐标转化为目标患者的口腔中的三维坐标，为采样装置8提供运动的目的地，控制终端控制采样装置8向目的地移动，从而采集患者口腔中的样品。

在这种设计下，核酸检测装置能够自动采集目标患者口腔中的组织样品，整个采样过程无需医护人员的干预，采样的效率较高，降低了医护人员的工作负荷。

在一种可能的设计中，主体外壳2上还设置有采样管，采样管用于收集采样装置8采集的样本。

其中，采样管能够为立方体，也能够为圆柱，本申请实施例对此不做限定。采样管的数量能够为多个，多个采样管用于保存不同患者得到组织样本。

在核酸检测装置通过采样装置8采集到的目标患者的口腔组织样本之后，控制终端能够控制机械臂3向远离目标患者的方向移动，机械臂3带动采样装置8向目标患者的口腔外移动。响应于机械臂3移动至目标位置，控制终端能够控制机械臂3带动采样装置8向采样管方向移动。响应于采样装置8与采样管之间的距离小于距离阈值，控制终端控制采样装置8缓慢伸入采样管。响应于采样装置8完全进入采样管，控制终端控制采样装置8释放咽拭子，这样能够实现目标患者的组织样本的采集。

当然，采样管上能够标注有不同的序号，不同的序号对应于不同患者的组织样本，在放置多个采样管的过程中，医护人员能够按照固定顺序进行排列，控制终端也能够按照顺序向采样管中放置组织样品，同时控制终端中记录每个患者对应的序号，这样能够方便医护人员后续将组织样品与患者形成对应。

在这种设计中，核酸检测装置能够将采集到的患者组织样本保存在采样管中，便于后续医护人员对组织样本的分析和测试。

在一种可能的设计中，主体外壳2上还设置有消毒装置，消毒装置用于在采样结束后对采样装置8和第二拍摄装置9进行消毒。

在核酸检测装置将采样装置8采集的组织样本保存到采样管后，控制终端能够控制机械臂3带动采样装置8和第二拍摄装置9向消毒装置的方向移动。响应于采样装置8和第二拍摄装置9与消毒装置之间的举例小于距离阈值，控制终端能够控制采样装置8和第二拍摄装置9进入消毒装置，同时控制消毒装置启动，对采样装置8和第二拍摄装置9进行消毒。

可选地，消毒装置中可以装有医用酒精，控制终端能够将采样装置8和第二拍摄装置9进入消毒装置，消毒装置能够向采样装置8和第二拍摄装置9上喷射医用酒精，喷射完成之后，消毒装置能够对采样装置8和第二拍摄装置9 进行烘干，使得采样装置8和第二拍摄装置9表面上的酒精蒸发，从而进行下一次的采样。

在这种设计下，在每次采样结束后，核酸检测装置均能够通过消毒装置对采样装置8进行消毒，避免患者之间的交叉感染。

当然，除了在核酸检测装置将采样装置8采集的组织样本保存到采样管后再通过消毒装置对采样装置8进行消毒以外，控制终端也能够在对目标患者进行采样前，通过消毒装置对采样装置8进行消毒，保证在对目标患者进行采样时采样装置8上不携带有病毒，保障了目标患者的生命安全。

在一种可能的设计中，采样装置8上设置有拭子存储袋。拭子存储袋中存储有多个咽拭子，响应于采样装置8到达目标患者口腔中的采样区域，控制终端能够控制采样装置弹出拭子存储袋中存储的咽拭子，从而对目标患者的口腔进行采样。当然，拭子存储袋中也能够设置有检测装置，响应于拭子存储袋中存储的咽拭子消耗完毕，检测装置能够向控制终端发送咽拭子用尽信号，控制终端接收到咽拭子用尽信号之后，能够控制核酸检测装置向指定位置移动，该指定位置为补充咽拭子的位置。当核酸检测装置移动至指定位置之后，医护人员能够为核酸检测装置补充咽拭子，补充完毕之后，核酸检测装置能够进行下一轮的检测。

在一种可能的设计中，采样装置8上设置有压力传感器。响应于采样装置8 进入目标患者的口腔，控制终端能够控制压力传感器开始工作。响应于压力传感器获取的压力信号所指示的压力大于压力阈值，控制终端控制采样装置8向远离目标患者的方向移动，以保证采样过程不会伤害目标患者。当然，压力传感器也能够用于在采样装置8通过咽拭子在目标患者的口腔中移动时与目标患者口腔之间的接触程度，通过压力传感器的反馈，来使得咽拭子能够成功采集到目标患者口腔中的组织样本。因此，在这种设计下，能够保证成功采集到的目标患者口腔中的组织样本的基础上，不对目标患者造成伤害。

在一种可能的设计中，机械臂3为蛇形机械臂。相较于传统的机械臂，蛇形机械臂在工作时更加灵活，由于不同患者口腔的大小均不相同，采用蛇形机械臂能够进入不同患者的口腔，提高了核酸检测装置的使用范围。

在一种可能的设计中，第二拍摄装置9为双目内窥镜。响应于采样装置8 和拍摄装置9进入目标患者的口腔，控制终端能够控制双目内窥镜启动，通过双目内窥镜获取目标患者口腔中的图像，根据目标患者口腔中的图像，确定对目标患者口腔进行采样的采样区域，由于双目内窥镜能够提供高清的3D解剖场景，因此控制能够更加精准的确定采样区域，在采样区域中进行采样能够得到更加精准的组织样本，从而提高后续检测的准确性。

在一种可能的设计中，主体外壳2内设置有通讯设备。本申请提供的核酸检测装置除了能够自动对患者的口腔进行采样以外，医护人员也能够通过通讯设备控制核酸检测装置的各个动作，通讯设备也能够将控制终端获取的信息传送给医护人员使用的终端，医护人员能够通过终端查看患者的情况。除此之外，医护人员也能够通过通讯设备向现实设备4发送不同的提示信息，从而实现与医护人员与患者之间的沟通。

在一种可能的设计中，显示设备4上还设置有扬声器。扬声器能够向患者发出语音提示信息，该语音提示信息能够用于告知患者张口嘴巴，或者，扬声器能够向患者输出医护人员的指示。

在一种可能的设计中，显示设备4上还设置有麦克风。麦克风能够采集周围的声音信号，麦克风能够将采集到的声音信号传送给控制终端，控制终端能够对声音信号进行语音识别，从而得到声音信号对应的语音指令，并根据语音指令控制核酸检测装置的动作。

举例来说，患者能够发送“机器人过来”的语音，控制终端通过麦克风采集到的该语音后，能够识别该语音对应的指令，并控制核酸检测装置向患者移动。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

在本申请中，核酸检测装置能够自动采集目标患者口腔中的组织样品，整个采样过程无需医护人员的干预，采样的效率较高，降低了医护人员的工作负荷。

由于图像识别模型是本申请提供的技术方案能够实现的核心部分，下面将着重对本申请提供的图像识别模型进行介绍：

参见图4，图像识别模型可以包括：输入层401、特征提取层402、卷积层 403、全连接层404以及输出层405。

输入层401用于向图像识别模型中输入图像。

特征提取层402用于提取图像的特征信息。

卷积层403用于对特征图进行卷积处理，得到特征图。

全连接层404用于对特征图进行全连接处理，得到分类信息。

输出层405用于基于分类信息进行处理，得到图像中不同像素点所属的类别。

当然，上述图像识别模型的结构仅仅是为了示例性描述而示出的，在其他可能的实施方式中，也可以存在其他结构的图像识别模型，本申请实施例对于图像识别模型的结构不做限定。

图5是本申请实施例提供的一种图像识别模型的训练方法的流程图，参见图5，图像识别模型能够由服务器在云端进行训练，训练完毕之后由服务器下发至控制终端进行实用，方法包括：

501、服务器获取样本图像。

502、服务器将参考样本图像输入图像识别模型，通过图像识别模型对样本图像进行特征提取、卷积处理、全连接处理以及归一化处理，预测样本图像中不同像素点所属的类型。

503、服务器根据预测类型和实际类型之间的差异，对图像识别模型的模型参数进行调整。

上述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核酸检测装置，其特征在于，所述核酸检测装置包括：底座(1)、主体外壳(2)、机械臂(3)、显示设备(4)以及电源(5)；

所述底座下方设置有滚轮(6)，所述滚轮(6)由设置在所述主体外壳(2)中的控制终端进行控制；

所述主体外壳(2)的下端与所述底座(1)的上端相连接，所述主体外壳(2)外表面的第一位置上设置有第一拍摄装置(7)，所述第一拍摄装置(7)与所述控制终端电性连接；

所述机械臂(3)与所述主体外壳(2)外表面的第二位置活动连接，所述机械臂(3)由所述控制终端进行控制；

所述显示设备(4)的下端与所述主体外壳(2)的上端相连，所述显示设备(4)与所述控制终端电性连接；

所述机械臂(3)的前端设置有采样装置(8)和第二拍摄装置(9)，所述采样装置(8)和所述第二拍摄装置(9)与所述控制终端电性连接；

所述控制终端用于执行下述步骤：响应于所述第一拍摄装置(7)获取的图像中存在目标患者，控制所述滚轮(6)转动，以使得所述核酸检测装置向所述目标患者所在的区域移动；

响应于所述核酸检测装置与所述目标患者之间的距离小于或等于目标距离阈值，控制所述滚轮(6)停止转动；

通过所述显示设备(4)显示提示信息，所述提示信息用于提示所述目标患者张开嘴巴；

响应于所述第一拍摄装置(7)拍摄到的图像中所述目标患者的嘴巴张开，控制所述机械臂(3)抬起，以使得所述第二拍摄装置(9)靠近所述目标患者嘴部；

通过所述第二拍摄装置(9)获取所述目标患者嘴部的图像，对所述目标患者嘴部的图像进行图像识别，确定进行核酸检测的采样区域的位置；

控制所述采样装置(8)向所述采样区域的位置进行移动，采集所述目标患者口腔中的组织样品。

2.根据权利要1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述主体外壳(2)上还设置有采样管，所述采样管用于收集所述采样装置(8)采集的样本。

3.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述主体外壳(2)上还设置有消毒装置，所述消毒装置用于在采样结束后对所述采样装置(8)进行消毒。

4.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述采样装置(8)上设置有拭子存储袋。

5.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述采样装置(8)上设求置有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述机械臂(3)为蛇形机械臂。

7.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述第二拍摄装置(9)为双目内窥镜。

8.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述主体外壳(2)内设置有通讯设备。

9.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述显示设备(4)上还设置有扬声器。

10.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述显示设备(4)上还设置有麦克风。

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