CN114986494A - 一种隔离式自动咽拭子采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隔离式自动咽拭子采样装置，其特征在于，包括机架、机械手、机械手支架、咬口、隔离防护罩、双目摄像模块、单目摄像模块、二维码扫码模块、显示屏、采样试管、采样试管架、未采样试管库、已采样试管库、试管固定模块、咽拭子、咽拭子架、控制模块和外壳；本发明利用口腔内双目成像识别计算咽部拟采样位置相对于隔离防护罩膜片中心圆形通孔角度与位置关系，通过机械手控制咽拭子透过圆形通孔对被检者进行采样，采样装置利用一次性使用隔离防护罩与被检者完全隔离，完成采样的同时有效降低了样本污染和被检者间交叉感染的风险。

Description

一种隔离式自动咽拭子采样装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械的装置，并且更具体地，涉及咽拭子采样装置。

背景技术

新冠肺炎的大规模筛查主要为使用人咽喉部采集的咽拭子样本进行核酸检测进而识别受测者是否感染。目前的咽拭子采样主要由医护人员与患者面对面一对一的进行人工采样，但是由于病毒可通过空气飞沫传播且在一定时间内可附着在物品上存活，因而在采样过程中，医务人员存在较大被感染的风险，由于咽拭子采样需要一定的专业性，无法由普通志愿者进行完成，这使得大批医务人员只能在检测一线完成采样，这一具有极高重复度的工作，造成了宝贵医疗资源的浪费。

新冠肺炎这一呼吸道传染性疾病所具有的易感性和高危性，以及咽拭子采样对于这类疾病诊断过程中的重要性，这些都使得开发设计一种能够自动进行样本采集的装置显得尤为重要，同时自动采样装置如果未对每位被检者进行隔离采样，则很容易导致样本污染和被检者之间交叉感染，更有可能使采样装置自身成为一个传染源，因此，采样装置的隔离防护更是重中之重。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种隔离式自动咽拭子采样装置，以解决上述背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种隔离式自动咽拭子采样装置。

下面对以上技术方案作进一步阐述：

本发明一种隔离式自动咽拭子采样装置，其特征在于，包括机架、机械手、机械手支架、咬口、隔离防护罩、双目摄像模块、单目摄像模块、二维码扫码模块、显示屏、采样试管、采样试管架、未采样试管库、已采样试管库、试管固定模块、咽拭子、咽拭子架、控制模块和外壳。

本发明所得到的一种隔离式自动咽拭子采样装置，其利用口腔内双目成像识别计算咽部拟采样位置相对于隔离防护罩膜片中心圆形通孔角度与位置关系，通过机械手控制咽拭子透过圆形通孔对被检者进行采样，采样装置利用一次性使用隔离防护罩与被检者完全隔离，完成采样的同时有效降低了样本污染和被检者间交叉感染的风险。

附图说明

图1为本发明的一种隔离式自动咽拭子采样装置总体结构示意图；

图2为本发明的机械手支架示意图；

图3为本发明的机械手示意图；

图4为本发明的机械手夹具示意图；

图5为本发明的试管固定模块、二维码扫码模块示意图；

图6为本发明的隔离防护罩示意图；

图7为本发明的隔离防护罩隔离阀膜片示意图；

图8为本发明的隔离防护罩第三层“D”形隔离阀膜片示意图。

图中：1.机架，2.机械手，3.咬口，4.咽拭子，5.机械手支架，6.咽拭子架， 7.废弃桶，8.单目摄像模块，9.显示屏，10.已采样试管库，11.未采样试管库，12.试管固定模块，13.二维码扫码模块，201.机械手第一节，202.机械手第二节，203.机械手第三节，204.机械手第四节，205.机械手第五节，206.V形夹口，206.微动开关，208.弧形内凹，301.上牙固定块套，302.隔离阀，303.下牙固定块套，304.隔离阀膜片，305.“D”形膜片，501.上下运动轨道，502.横向运动轨道，503.纵向运动运动轨道。

具体实施方式

下面通过实施结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本实施的具体实施步骤：

一种隔离式自动咽拭子采样装置，其特征在于，包括机架(1)、机械手(2)、机械手支架(5)、咬口(3)、隔离防护罩、双目摄像模块、单目摄像模块(8)、二维码扫码模块 (13)、显示屏(9)、采样试管、采样试管架、未采样试管库(11)、已采样试管库(10)、试管固定模块(12)、咽拭子(4)、咽拭子架(6)、控制模块和外壳。

机架(1)的作用为支撑整个装置；机械手(2)的作用为抓取咽拭子(4)或试管到达指定位置；机械手支架(5)的作用为支撑机械手(2)和辅助机械手(2)平移；咬口(3)的作用为固定被检者的口腔；隔离防护罩的作用为隔离采样装置与被检者，隔离防护罩为一次性使用，防止病毒通过被检者呼出的飞沫、气溶胶污染已经采样的样本和采样装置；双目摄像模块采集口腔内两个不同方位的图像供后端识别计算拟采样位置的方位；单目摄像模块(8)的作用为采集被检者身份信息；二维码扫码模块(13)的作用为扫描试管二维码；显示屏(9)的作用为人机交互；采样试管的作用为存放咽拭子样本；采样试管架的作用为存放和固定试管；未采样试管库(11)存放未采样的试管；已采样试管库(10)存放已采样的试管；试管固定模块(12)的作用为固定试管，供机械手(2)上的开盖机构打开与盖合试管盖；咽拭子架(6)的作用为将咽拭子(4)规律放置，便于机械手(2)抓取；控制模块的作用为收集相关信息并处理，驱动机械手(2)完成相关动作。

所述的机械手支架(5)、咬口(3)、试管固定模块(12)、未采样试管库(11)、已采样试管库(10)、咽拭子架(6)、控制模块和外壳固定于机架(1)上，所述的机械手(2)固定于机械手支架(5)上，所述的双目摄像模块固定于咬口(3)上，隔离防护罩套在咬口(3) 上，所述的单目摄像模块(8)、二维码扫码模块(13)、显示屏(9)固定于外壳上，所述的采样试管架放置在未采样试管库(11)和已采样试管库(10)中，采样试管置于采样试管架中，所述的咽拭子(4)放置在咽拭子架(6)上。

机械手(2)分五节，机械手第一节(201)呈“T”形，两个直端，一端固定于机械手支架(5)上，另一端连接机械手第二节(202)，垂直端连接机械手第五节(205)；机械手第二节(202)轴向旋转固定于机械手第一节(201)上，机械手第一节(201)上设有电机可驱动机械手第二节(202)作以机械手第一节(201)为基准的轴向旋转运动，机械手第一节 (201)与机械手第二节(202)构成第一关节，机械手第三节(203)横向旋转固定于机械手第二节(202)上，机械手第三节(203)上设有电机可驱动机械手第三节(203)作以机械手第二节(202)为基准的横向旋转运动，机械手第二节(202)与机械手第三节(203)构成第二关节，机械手第四节(204)轴向旋转固定于机械手第三节(203)上，机械手第三节(203)上设有电机可驱动机械手第四节(204)作以机械手第三节(203)为基准的轴向旋转运动，机械手第三节(203)与机械手第四节(204)构成第三关节，机械手第四节(204)的远端设有夹具，夹具夹口处设有微动开关(207)，通过微动开关可判断是否夹取到物品，夹具夹口为两侧交错V形(如图4所示)，可确保夹到的咽拭子(4)位于夹具的中轴线上，夹具夹口为两侧前半部分设有弧形内凹(208)，方便试管夹取，机械手第五节(205)垂直旋转固定于机械手第一节(201)上，机械手第五节(205)远端设有套筒，套筒内侧设有竖条凹槽，凹槽远端设有V形开口，套筒的内径等于试管帽直径，凹槽的间距与试管帽竖条凸起相等，套筒一侧侧壁设有微动开关，通过微动开关可判断套筒内是否有试管帽存在，机械手第五节(205)用于旋转开启试管帽。

机械手支架(5)设有横向运动轨道(502)、纵向运动轨道(503)和上下运动轨道(501)，联合机械手(2)上的第一关节、第二关节、第三关节，可使机械手远端夹具作六自由度运动。

咬口(3)为上下两片，分别为上牙固定块和下牙固定块，上牙固定块设有两个高低相同对称通孔，双目摄像模块两个摄像组件分别置于两个通孔中，上牙固定块内可设有恒温37度的加热机构，防止隔离防护罩摄像头位置起雾，下牙固定块较上牙固定块长，被检者咬合时，下牙固定块延长部分可压着舌头，更好地将被检者咽部暴露出来。

隔离防护罩为一次性使用透明膜片，外形为碗形，碗底位置有上下两个套管，分别为上牙固定块套(301)、下牙固定块套(303)，套管一头封闭，大小略大于咬口(3)上、下牙固定块，外形与咬口(3)上、下牙固定块互补，两个套管之间设有隔离阀(302)，构成隔离阀的膜片可以是一层，也可以是两层或两层以上，膜片的材料为高回弹性材料，一层膜片构成的隔离阀(302)，膜片中心有一圆形通孔，大小等于咽拭子杆直径，通孔周围设有至少三条放射状开口缝隙；两层膜片构成的隔离阀(302)隔离效果优于一层膜片构成的隔离阀(302)，两层膜片中心有一圆形通孔，大小等于或略小于咽拭子杆直径，通孔周围设有至少三条放射状开口缝隙或尖端指向圆形通孔圆心的楔形通孔或扇形通孔，两层膜片通孔相对，开口缝隙或楔形通孔或扇形通孔位置相互错位排列，(如图7如示：实线为第一层膜片缝隙或通孔，虚线为第二层膜片缝隙或通孔。)；若被检者咬合在咬口(3) 上时，上述圆形通孔存在某个时刻未被咽拭子(4)堵住的，可以上述两层膜片的基础上设有第三层“D”形膜片(305)盖住圆形通孔，膜片弧形边缘向内翘起(如图8右侧图片所示)，减小咽拭子(4)退出时的阻力。

采样装置的工作流程是：

1、开机自检：读取未采样试管库(11)内试管的所在位置，读取已采样试管库(10)内试管架空位的所在位置，读取咽拭子库内咽拭子(4)的所在位置；

2、待机状态：I、用机械手(2)抓取未采样试管库(11)内试管，用二维码扫码模块(13)记录下试管编号，将试管放置于试管固定模块(12)上固定试管，用机械手第五节(205)的套筒开启试管盖，并将试管盖留在套筒内；II、机械手(2)抓取一根咽拭子(4) 并将咽拭子(4)移动至咽拭子前端刚好位于套上的咬口(3)的隔离防护罩隔离阀膜片中心圆形通孔位置；

3、信息登记：用单目摄像模块(8)读取被检者身份信息，并与试管编号相关连；

4、采样准备：被检者在采样装置咬口(3)上套上一次性隔离防护罩，咬住咬口(3)，采样装置双目摄像模块采集两幅不同角度的被检者咽部图像，通过图像轮廓提取识别被检者的咽侧壁，通过两幅图像上的咽侧壁影像位置差计算出咽侧壁的深度，最后计算出咽侧壁轮廓上每个点相对于隔离防护罩隔离阀膜片中心圆形通孔圆心的角度与位置；

5、采样：控制能作六自由度运动的夹具夹着的咽拭子(4)，以隔离防护罩隔离阀膜片中心圆形通孔为基准，对被检者咽侧壁进行采样，咽拭子(4)工作状态时的运动轨迹是一个尖端指向隔离防护罩膜片中心圆形通孔圆心的圆锥，采样时，咽拭子杆始终位于隔离防护罩隔离阀膜片中心圆形通孔位置，被检者与采样装置始终保持着隔离状态。

6、采样结束：退回咽拭子(4)至待机状态是的位置，等待被检者口腔离开咬口(3)位置时(是否离开可以通过双目摄像模块采集的图像来判别，也可以是增加其它传感器来判别)，通过机械手(2)的运动将咽拭子(4)的头端折断在已打开的试管内，将咽拭子杆丢弃在废弃筒内；

7、样本处理：盖上试管盖，将试管放置于已采样试管库(10)内试管架的空位上。

(若是1∶10或1∶20采样，则重复2、待机状态II到6、采样结束。)

本发明一种隔离式自动咽拭子采样装置，其利用口腔内双目成像识别计算咽部拟采样位置相对于隔离防护罩膜片中心圆形通孔角度与位置关系，通过机械手(2)六自由度运动控制咽拭子(4)透过圆形通孔对被检者进行采样，采样装置利用一次性使用隔离防护罩与被检者完全隔离，完成采样的同时有效降低了样本污染和被检者间交叉感染的风险，且本套装置造价低廉，一次性使用隔离防护罩可使用PP、PET等材料制作，成本极低，宜于大规模应用。

Claims (6)

1.一种隔离式自动咽拭子采样装置，其特征在于，包括机架、机械手、机械手支架、咬口、隔离防护罩、双目摄像模块、单目摄像模块、二维码扫码模块、显示屏、采样试管、采样试管架、未采样试管库、已采样试管库、试管固定模块、咽拭子、咽拭子架、控制模块和外壳；所述的机械手支架、咬口、试管固定模块、未采样试管库、已采样试管库、咽拭子架、控制模块和外壳固定于机架上，所述的机械手固定于机械手支架上，所述的双目摄像模块固定于咬口上，隔离防护罩套在咬口上，所述的单目摄像模块、二维码扫码模块、显示屏固定于外壳上，所述的采样试管架放置在未采样试管库和已采样试管库中，采样试管置于采样试管架中，所述的咽拭子放置在咽拭子架上。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，机械手分五节，机械手第一节固定于机械手支架上，机械手第二节轴向旋转固定于机械手第一节上，机械手第三节横向旋转固定于机械手第二节上，机械手第四节轴向旋转固定于机械手第三节上，机械手第四节的远端设有夹具，夹具夹口处设有微动开关、夹具夹口为两侧交错V形，机械手第五节垂直旋转固定于机械手第一节上，机械手第五节远端设有套筒，套筒内侧设有竖条凹槽，凹槽远端设有V形开口，套筒的内径等于试管帽直径，凹槽的间距与试管帽竖条凸起相等。

3.根据权利要求1所述的机械手支架，其特征在于，机械手支架设有横向运动轨道、纵向运动轨道和上下运动轨道。

4.根据权利要求1所述的咬口，其特征在于，咬口为上下两片，分别为上牙固定块和下牙固定块，上牙固定块设有两个高低相同对称通孔，双目摄像模块两个摄像组件分别置于两个通孔中。

5.根据权利要求1所述的隔离防护罩，其特征在于，隔离防护罩为一次性使用透明膜片，外形为碗形，碗底位置有上下两个套管，套管的一头封闭，两个套管之间设有隔离阀，构成隔离阀的膜片可以是一层，也可以是两层或两层以上，膜片的材料为高回弹性材料，一层膜片构成的隔离阀，膜片中心有一圆形通孔，大小等于咽拭子杆直径，通孔周围设有至少三条放射状开口缝隙；两层膜片构成的隔离阀，两层膜片中心有一圆形通孔，大小等于或略小于咽拭子杆直径，通孔周围设有至少三条放射状开口缝隙或尖端指向圆形通孔圆心的楔形通孔或扇形通孔，两层膜片通孔相对，开口缝隙或楔形通孔或扇形通孔位置相互错位排列；可以上述两层膜片的基础上设有第三层“D”形膜片盖住圆形通孔。

6.根据权利要求1所述的咽拭子，其特征在于，咽拭子工作状态时的运动轨迹是一个尖端指向隔离防护罩膜片中心圆形通孔圆心的圆锥。

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