CN114527091A - 新冠病毒快速筛查ai机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物和人工智能技术领域，具体涉及一种新冠病毒快速筛查AI机器人。筛查方法包括底样提取步骤、显化步骤、显化样提取步骤和判断步骤。本申请提供的新冠病毒快速筛查AI机器人及其筛查方法，能够通过对待测试样品进行显化处理，增加病毒特征吸收峰底样数据（显化前）和显化样数据（显化后）之间的差异性，提高新冠病毒的辨识度，快速得出待测试样品是否携带新冠病毒的结论，实现了对新冠病毒的快速定性检测，相比现有技术具有效率高、成本低、易于实施等技术优势。

Description

新冠病毒快速筛查AI机器人

技术领域

本发明属于生物和人工智能技术领域，具体涉及一种新冠病毒快速筛查AI机器人及其筛查方法。

背景技术

现有技术一般采用核酸测试的方式进行新冠病毒的排查。虽然核酸检验的方式具有可靠性高的优势，但同时也存在着技术门槛高、检测周期长、检测成本高、不适用于欠发达国家或地区使用等局限性。因此，迫切需要一种效率高、成本低、易于掌握的检测技术或检测装备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了新冠病毒快速筛查AI机器人及其筛查方法，以解决现有技术中存在的技术问题，满足新冠病毒的防治需求。

本发明为解决其技术问题而提供的新冠病毒快速筛查方法为：

一种新冠病毒快速筛查方法，包括如下步骤：

底样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰底样数据；

显化步骤，采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭；

显化样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到经过所述显化步骤处理后的样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰显化样数据；

判断步骤，对特征吸收峰底样数据和显化样数据进行运算，判断样品是否含有新冠病毒。

作为优选，显化步骤中采用新冠病毒的特异性扩增引物进行病毒的扩增，扩增过程中采用智能温控装置进行温度的自动化调控。

作为优选，显化步骤中采用紫外线发射器进行新冠病毒的杀灭，紫外线发射器能够发出C波段的紫外线。

作为优选，新冠病毒快速筛查方法还包括前置步骤，前置步骤中通过对新冠病毒样品和空白对比样品进行太赫兹扫描以得到新冠病毒特征吸收峰对应的频率或频段。

本发明为解决其技术问题而提供的新冠病毒快速筛查AI机器人为：

一种新冠病毒快速筛查AI机器人，其特征在于：

包括检测室、太赫兹波发生器、太赫兹波接收器、显化装置、控制单元；

太赫兹波发生器、太赫兹波接收器和显化装置均设置在检测室内，检测室用于放置待检测样品，太赫兹波发生器用于向检测室发射太赫兹电磁波，太赫兹波接收器用于接收反射的太赫兹电磁波，显化装置用于采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭，控制单元用于提供系统控制功能和运算功能；

控制单元内设置有特征峰数据库、数据存储模块、数据提取模块和结果判定模块；数据存储模块用于存储数据，数据提取模块用于根据太赫兹波发生器和太赫兹波接收器的检测数据计算新冠病毒特征吸收峰数据，结果判定模块用于判定待测试样品内是否含有新冠病毒。

作为优选，该新冠病毒快速筛查AI机器人采用如下步骤进行新冠病毒的快速筛查：

底样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰底样数据；

显化步骤，采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭；

显化样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到经过显化步骤处理后的样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰显化样数据；

判断步骤，对特征吸收峰底样数据和显化样数据进行运算，判断样品是否含有新冠病毒。

作为优选，快速筛查方法还包括前置步骤，前置步骤中通过对新冠病毒样品和空白对比样品进行太赫兹扫描以得到和新冠病毒特征吸收峰对应的频率或频段。

作为优选，显化装置包括扩增容器和智能温控装置，扩增容器用于存储特异性扩增引物，所述智能温控装置用于实现温度的自动化调控。

作为优选，显化装置包括包括紫外线发射器，紫外线发射器能够发出C波段的紫外线。

作为优选，该新冠病毒快速筛查AI机器人还包括用于输出检测结果的输出装置比如显示屏或语音设备等。

有益的技术效果：

本申请提供的新冠病毒快速筛查AI机器人及其筛查方法，能够通过对待测试样品进行显化处理，增加病毒特征吸收峰底样数据（显化前）和显化样数据（显化后）之间的差异性，提高新冠病毒的辨识度，快速得出待测试样品是否携带新冠病毒的结论，实现了对新冠病毒的快速定性检测，相比现有技术具有效率高、成本低、易于实施等技术优势。

以下结合说明书附图和具体实施方式，对本申请的技术方案和技术效果进行详细介绍。

附图说明

图1：新冠病毒快速筛查方法实现流程图；

图2：第一优选实施例系统结构图；

图3：第二优选实施例系统结构图。

具体实施方式

㈠紫外线对新冠病毒的灭活原理说明：

冠状病毒在系统分类上属冠状病毒科，病毒颗粒的直径约60～200nm，平均直径为100nm。

《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》（试行第五版 修正版）中说明，“对冠状病毒理化特性的认识多来自对SARSr-CoV和MERSr-CoV的研究”，且明确说明，冠状病毒对紫外线和热敏感。

紫外线是电磁波谱中波长为10～400纳米电磁波的总称，一般将紫外线按照电磁波的波长范围分为A、B、C、D四个波段，其中C（200-280nm）波段紫外线特别是253.7nm附近的紫外线能被微生物遗传物质DNA和RNA吸收，引起DNA和RNA的损毁，从而具有良好的消毒功能。而冠状病毒是具有外套膜的正链单股RNA病毒。可知，冠状病毒对紫外线的敏感性是基于其内部的RNA对紫外C波段紫外能量的吸收而引起的冠状病毒内部RNA的损毁。

通过基因分析，新冠状病毒与SARS病毒在基因结构上具有较高的相似性。据周鹏、杨兴娄和王先广在《自然》杂志上发表的文章《A pneumonia outbreak associated with anew coronavirus of probable bat origin》中介绍，新冠状病毒与SARS冠状病毒有79.5%的序列一致。由此我们可由对SARS冠状病毒紫外消毒的研究成果来窥探一下新冠状病毒对紫外线的敏感性。同时据Hiroaki Kariwa， Nobuhiro Fujii 和IKuo Takashima所完成论文“聚乙烯吡咯烷酮碘，物理方法和化学消毒对于SARS病毒的灭活比较（Inactivation ofSARS coronavirus by means of povidone-iodine, physical conditions andchemical reagents”）一文中介绍，其用134μW/cm2强度紫外线照射位于培养基内的SARS病毒15分钟后，测试SARS病毒灭活率达到了99.9995%以上。

【以上四段内容均来自《紫外线对新冠病毒消毒有效性分析》一文，网址链接为：https://trojantechnologies.com.cn/news02202020】

㈡冠状病毒太赫兹波特征吸收峰的原理说明：

THz生物和医疗诊断。THz披在生命科学研究和医疗诊断领域具有重要的应用价值。由于很多生物大分子和DNA 分子的旋转及振动能级大都处于THz波段，生物体对THz波具有独特的响应，因此可利用THz辐射进行疾病诊断和对生物体的探测。在医疗诊断方面，由于THz波的光子能量低，不易产生有害的电离，因而THz波适合于对生物组织进行活体检查。THz辐射对水分子很敏感，并且有可能区分束缚水分子和自由水分子，所以通过探测生物体中的水分子可以区别健康组织和病态组织，有望在癌症诊断方面取得突破。基因分析是一个活跃的研究领域，很多蛋白质和DNA的集团振动能量处于THz波段，所以THz波可用来揭示生物分子的构象信息。THz光谱技术以及成像技术也被用于研究DNA碱基序列和细胞结构等，例如，可以利用THz TDS技术对DNA分子结构、生化试剂和酶的特性进行研究。另外，利用THz辐射直接检测基因物质（如DNA和RNA）的结合状态，可以实现在生物芯片技术中基因分析的无标记工作方式。相信在不久的将来，在突破一些技术瓶颈以后，将会产生一批用于疾病诊断的THz医疗仪器，这将带来巨大的商业机会。【本段内容来源于学术著作《半导体太赫兹源、探测器与应用》，曹俊成，科学出版社】

目前已批准的10个新冠病毒核酸检测试剂，有8个采用的都是荧光PCR法，剩余的检测方法分别是联合探针锚定聚合测序法和恒温扩增芯片法。

PCR法指的是聚合酶链式反应，能将微量的DNA大幅增加。用于检测新冠病毒时，由于新冠病毒是RNA病毒，需要先将病毒RNA逆转录为DNA，再进行PCR检测。荧光PCR检测的原理为，随着PCR的进行，反应产物不断累积，荧光信号强度也等比例增加。最后通过荧光强度变化监测产物量的变化，从而得到一条荧光扩增曲线图。

【以上两段内容来源于《6种新冠检测方法，它们是如何检出病毒的》，网址链接：https://www.zkung.com/h-nd-3565.html】

从标题㈠和㈡的内容可知：1、冠状病毒能够在太赫兹波中形成自己的特异性指纹谱（特征吸收峰），该指纹谱对应太赫兹波的某一频率或某一频段。2、可以利用C波段的紫外线进行新冠病毒的有效灭活。3、可以利用新冠病毒的PCR扩增技术（传统核酸测试技术的基础）实现新冠病毒在待测试样品中的倍增。

请参阅图1，基于上述科学原理，本申请公开了一种新的新冠病毒快速筛查方法，其包括如下步骤：

前置步骤，通过对新冠病毒样品和空白对比样品进行太赫兹扫描得到新冠病毒特征吸收峰对应的频率和/或频段。比如通过对新冠病毒样品和空白对比样品的太赫兹波谱进行对比确定新冠病毒的特征吸收峰对应的频率为0.243THz（主峰频率）。

底样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到样品上，获得特征吸收峰底样数据。采用0.243THz的太赫兹波照射样品，通过太赫兹探测器测量反射的太赫兹波，获得样品在特征吸收峰的底样数据。采用的太赫兹源可以是现有技术中的各种专用太赫兹发生装置，比如上海昊量光电设备有限公司供应的各种太赫兹源，也可以采用半导体太赫兹源或者能够发射新冠病毒特征吸收峰对应太赫兹波的电子元器件比如雪崩二极管、耿氏二极管等。反射太赫兹波的接收可以采用现有技术中的各种太赫兹探测器比如上海昊量光电设备有限公司供应的高速太赫兹探测器、太赫兹探针等探测器。该公司的网址为https://www.auniontech.com/details-1087.html。

显化步骤，采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭。比如可以采用新冠病毒的特异性扩增引物进行病毒的扩增，并在扩增过程中采用智能温控装置进行温度的自动化调控。也可以采用紫外线发射器进行新冠病毒的杀灭，紫外线发射器能够发出C波段的紫外线。

显化样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到经过显化步骤处理后的样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰显化样数据。

判断步骤，对特征吸收峰底样数据和显化样数据进行运算，判断样品是否含有新冠病毒。比如若特征吸收峰底样数据和显化样数据之间没有差别则说明待测试样品中不存在新冠病毒RNA，若特征吸收峰底样数据和显化样数据之间差别明显则说明待测试样品中存在新冠病毒RNA。

技术效果对比：

1、与荧光PCR检测相比，在本申请采用C波段紫外线进行病菌显化处理的实施例中，由于可以省略扩增和荧光分析过程，因而在检测效率、检测成本和实施难度方面均有优势。在本申请采用扩增手段进行病菌显化处理的实施例中，虽然同样采用了扩增手段，但与传统荧光PCR检测相比，扩增的程度满足显化的目的即可实现病菌的快速检测，同时也不需要进行荧光分析，在检测效率、检测成本和实施难度方面同样具有优势。

2、与太赫兹波核酸检测相比，虽然理论上通过检测新冠病毒在太赫兹吸收波谱中的特征吸收峰可以将病菌检测出来，但是由于新冠病毒在太赫兹波吸收谱中的指纹特性并非非常明显（因为蛋白质分子体量比较大，在太赫兹波段的峰很宽，不具备比较好的“指纹谱”特征），因而直接采用太赫兹波谱进行新冠病毒的检测容易产生多方面的误差（比如噪音或杂质数据），因而需要通过显化手段加大特征吸收峰底样数据和显化样数据之间的差别，同时还需要对底样数据和显化样数据进行差值运算以消除杂质信号的影响，得出比较客观的检测结果。另外，在获取特征吸收峰的底样数据和显化样数据时，本申请公开的太赫兹检测方法并不需要进行全波段的太赫兹扫描，只需要采用征吸收峰对应的主峰频率或频段即可实现新冠病毒的定性检测。因而在检测效率、检测成本和实施难度方面同样具有优势。

3、另外，与现有技术不同，本申请公开的新冠病毒快速筛查方法使用的样品可以为气体，比如待检测人可通过气嘴将气体吹入检测室或检测气管内。以采用C波段紫外线实现显化效果的实施例为例，从气体呼入检测室内至显化样数据提取完成可以在几分钟内全部完成。在检测效率、检测成本和实施难度方面具有明显的技术优势。

请参阅图2和图3，与新冠病毒快速筛查方法相对应，本申请还公开了一种能够完成新冠病毒快速筛查的专用设备或称新冠病毒快速筛查AI机器人，其包括包括检测室、太赫兹波发生器、太赫兹波接收器、显化装置、控制单元。太赫兹波发生器、太赫兹波接收器和显化装置均设置在检测室内，检测室用于放置待检测样品，太赫兹波发生器用于向检测室发射太赫兹电磁波，太赫兹波接收器用于接收反射的太赫兹电磁波，显化装置用于采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭，控制单元用于提供系统控制功能和运算功能。

控制单元内设置有特征峰数据库、数据存储模块、数据提取模块和结果判定模块；数据存储模块用于存储数据，数据提取模块用于根据太赫兹波发生器和太赫兹波接收器的检测数据计算新冠病毒特征吸收峰数据，结果判定模块用于判定待测试样品内是否含有新冠病毒。

检测室可以是封闭的检测容器比如试管或气管等。使用者将气体呼入检测室即可进行是否携带新冠病毒的定性检测。

太赫兹波发生器可以是现有技术中的各种专用太赫兹发生装置，比如上海昊量光电设备有限公司供应的各种太赫兹源，也可以采用半导体太赫兹源或者能够发射新冠病毒特征吸收峰对应太赫兹波的电子元器件比如雪崩二极管、耿氏二极管等。

太赫兹波接收器可以采用现有技术中的各种太赫兹探测器比如上海昊量光电设备有限公司供应的高速太赫兹探测器、太赫兹探针等探测器。该公司的网址为https://www.auniontech.com/details-1087.html。

显化装置可以采用C波段紫外线灭活装置比如能够发出C波段紫外线的紫外发射器，也可以采用扩增装置以及相应的扩增液，比如扩增容器和智能温控装置，扩增容器用于存储特异性扩增引物，智能温控装置用于实现温度的自动化调控。

新冠病毒快速筛查AI机器人采用前述新冠病毒快速筛查方法实现新冠病毒的快速定性检测，需要说明的是，本申请前置步骤中用来确定新冠病毒太赫兹波特征吸收峰对应频率或频段的工作是预先完成的，通过对病毒样品和空白样品进行波谱对比确定用来标识新冠病毒特征吸收峰的频率或频段并将之存储在控制单元内。以下为一次完整的检测过程：

样品采集步骤，待检测者通过气嘴将口气呼入检测气管内；

太赫兹发生器将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到样品上，太赫兹接收器测量反射的太赫兹波数据，控制单元内的数据提取模块根据入射和反射的太赫兹波数据确定底样数据；

紫外线发射器发出C波段紫外线对样品进行灭活处理也即显化处理；

太赫兹发生器将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到显化后的样品上，太赫兹接收器测量反射的太赫兹波数据，控制单元内的数据提取模块根据入射和反射的太赫兹波数据确定显化样数据；

控制单元内的判断模块对底样数据和显化样数据进行差值运算，并根据二者的差异性做出是否含有新冠病毒的判断。

本申请通过对待测试样品进行显化处理，增加了病毒特征吸收峰底样数据（显化前）和显化样数据（显化后）之间的差异性，提高了新冠病毒的波谱辨识度，实现了对新冠病毒的快速定性检测。

以上结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案和技术效果进行了详细阐述，应该说明的是，说明书中公开的具体实施方式仅是本发明较佳的实施例而已，所述领域的技术人员还可以在此基础上开发出其他的实施例；任何不脱离本发明创新理念的简单变形和等同替换均涵盖于本发明，属于本专利的保护范围。

Claims (5)

1.新冠病毒快速筛查AI机器人，其特征在于：包括检测室、太赫兹波发生器、太赫兹波接收器、显化装置、控制单元；

所述太赫兹波发生器、太赫兹波接收器和显化装置均设置在所述检测室内，所述检测室用于放置待检测样品，所述太赫兹波发生器用于向所述检测室发射太赫兹电磁波，所述太赫兹波接收器用于接收反射的太赫兹电磁波，所述显化装置用于采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭，所述控制单元用于提供系统控制功能和运算功能；

所述控制单元内设置有特征峰数据库、数据存储模块、数据提取模块和结果判定模块；所述数据存储模块用于存储数据，所述数据提取模块用于根据太赫兹波发生器和太赫兹波接收器的检测数据计算新冠病毒特征吸收峰数据，所述结果判定模块用于判定待测试样品内是否含有新冠病毒；

该新冠病毒快速筛查AI机器人采用如下步骤进行新冠病毒的快速筛查：

样品采集步骤，将待检测的样品置入检测室；

底样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰底样数据；

显化步骤，采用扩增或消杀的方式实现样品中新冠病毒的扩增或杀灭；

显化样提取步骤，将和新冠病毒特征吸收峰对应的太赫兹电磁波照射到经过所述显化步骤处理后的样品上，通过测量入射太赫兹波和反射太赫兹波的数据，获得特征吸收峰显化样数据；

判断步骤，对特征吸收峰底样数据和显化样数据进行运算，判断样品是否含有新冠病毒。

2.根据权利要求1所述的新冠病毒快速筛查AI机器人，其特征在于：

还包括前置步骤，所述前置步骤中通过对新冠病毒样品和空白对比样品进行太赫兹扫描以得到新冠病毒特征吸收峰对应的频率或频段。

3.根据权利要求1所述的新冠病毒快速筛查AI机器人，其特征在于：

所述显化装置包括扩增容器和智能温控装置，所述扩增容器用于存储特异性扩增引物，所述智能温控装置用于实现温度的自动化调控。

4.根据权利要求1所述的新冠病毒快速筛查AI机器人，其特征在于：

所述显化装置包括紫外线发射器，所述紫外线发射器能够发出C波段的紫外线。

5.根据权利要求1所述的新冠病毒快速筛查AI机器人，其特征在于：

该新冠病毒快速筛查AI机器人还包括输出装置，所述输出装置用于输出检测结果。

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