TW202216076A - 用以基於影像匹配進行鼻咽採檢之方法與系統 - Google Patents

Abstract

本發明之具體實施例提出一種測定病患中用於自該病患採集檢體之一設備之路徑的方法。該方法包括：以一或多個光學裝置獲得與該病患相關之二維影像資訊及三維影像資訊；自該二維影像資訊選擇一組二維特徵點；將該組二維特徵點轉換成在該三維影像資訊中之一組三維特徵點；基於該組三維特徵點測定與該路徑相關之點；以及將該等點自與該等一或多個光學裝置相關之第一座標系統轉換至與該設備相關之第二座標系統。

Description

用以基於影像匹配進行鼻咽採檢之方法與系統

本發明之具體實施例一般而言係關於自病患採集檢體之方法及系統。更特定言之，本發明之具體實施例一般而言係關於自一安全距離採集檢體之方法及系統。

除非本文另外指明，在此章節描述之該等方法並非此申請案之申請專利範圍的先前技術，且未被承認為本章節所包括的先前技術。

以鼻咽拭子自病患之該呼吸黏膜表面採集檢體係用來診斷Covid-19（新冠肺炎）的程序。該程序亦常用來評估由病原體（諸如其它病毒及某些細菌）引起之疑似呼吸道感染的病患。然而，該程序通常由醫學專家進行。該名醫學專家可能暴露於Covid-19或病原體之威脅下。

本申請案主張2020年3月21日申請之62/992,922號美國專利臨時申請案及2020年10月18日申請之63/093,221號美國專利臨時申請案之權益，其全文以引用方式併入本文中。

在以下實施方式中，參照隨附圖式，其形成本發明之一部份。在該等圖式中，相似符號通常指示相似組件，除非文中另外指明。在該實施方式、圖式、及申請專利範圍中描述之該等例示性具體實施例未意欲加以限制。可使用其它具體實施例，並可進行其它改變，而不背離本文呈現之該標的之精神或範疇。吾人將立即了解本發明之該等態樣（如一般而言本文所述及在該等圖式中說明）可以各種不同的構形配置、取代、組合、及設計，其全部在本文明確地考量。

圖1係顯示可在自病患採集檢體的路徑上遇到之數個點間之該等空間關係的實例圖，其係根據本發明之一些具體實施例配置。在圖1中，路徑100可包括入口點110及目標點120。在一些具體實施例中，路徑100對應於該病患鼻腔中之天然路徑。點110可對應於該病患之鼻孔，且點120可相鄰於該病患之鼻咽。在一些具體實施例中，採檢工具150係放置於該病患上以協助一機械臂自該病患採集該檢體。採檢工具150可係彎曲的，或具有一特定構形以符合路徑100。在一些具體實施例中，採檢工具150包括在採檢工具150之一末端處或其周圍的第一特徵151。第一特徵151包括一或多個特徵點，且可協助該機械臂移動至點110。採檢工具150之該彎曲結構或該特定構形亦可協助該機械臂從點110經由路徑100導引至點120。

圖2係例示用以測定自一病患採集檢體之路徑之一實例程序200的流程圖，其係根據本發明之一些具體實施例配置。程序200可包括一或多個操作、功能或動作，如由區塊210、220、230、240、250、260、270、280及/或290所例示，其可藉由硬體、軟體及/或韌體實行。該等各種區塊未意欲限於該等所述之具體實施例。該等概述之步驟及操作僅提供為實例，且該等步驟及操作中有一些可係視需要選擇的、組合成較少步驟及操作，或擴展為額外步驟及操作，而不會減損該等揭露之具體實施例之該本質。儘管該等區塊依順序例示，但此等區塊亦可同時實行，及/或以不同於本文所述之順序實行。

程序200可從區塊210開始，「獲得病患之二維（Two-dimensional，2D）及三維（Three-dimensional，3D）影像。」在一些具體實施例中，病患之影像可對應於該病患之表面解剖資訊。該組影像可係由一三維相機（例如，具有一深度感測器之相機）或一套二維相機拍攝的一組照片。例如，該（等）相機可經組態以拍攝該病患頭部的照片以擷取該病患之該頭部外觀及輪廓（例如：眼、耳、鼻子、鼻孔、耳垂等等）。在採檢工具放置在該病患上（例如，在病患的鼻子上）之一些具體實施例中，該（等）相機可經組態來拍攝該病患頭部的照片以擷取該病患之該頭部外觀、輪廓以及放置在該病患上之該採檢工具的影像。該等相機可固定在自一病患採集檢體之一系統的固定裝置（例如，機械臂）處。在一些具體實施例中，該（等）相機可在該機械臂移動時從不同位置拍攝照片。例如，該等照片可包括具有深度資訊之照片，其在該病患之左耳、鼻子、嘴部及右耳之間從不同角度拍攝。

區塊210之後可為區塊220，「自2D影像選擇2D特徵點」。在一些具體實施例中，可使用人工智慧引擎以自在區塊210中獲得之該等二維影像選擇一組二維特徵點。結合圖1，該組二維特徵點包括該病患之第一特徵151及一些其它臉部特徵（例如，鼻孔、耳垂等等）。

區塊220之後可為區塊230，「將2D特徵點轉換為3D影像中之3D特徵點」。如上所述，結合圖1，與該病患及第一特徵151相關之該深度資訊可藉由該三維相機或該套二維相機收集。在一些具體實施例中，可將該深度資訊添加至該組二維特徵點以將該組二維特徵點轉換成在區塊210中獲得之3D影像中的一組三維特徵點。

區塊230之後可為區塊240，「基於3D特徵點測定採集檢體的路徑」。該路徑可包括一入口及一目的地。在一些具體實施例中，該入口可對應於該病患之任一鼻孔。結合圖1，採檢工具150經設計以具有與該病患鼻孔之特定空間關係。因此，基於第一特徵151之特徵點及該病患鼻孔之特徵點，可測定與進入該路徑之該入口相關的點及角。

在一些其它具體實施例中，該目的地可基於距該入口之距離測定。該距離可對應於從該病患之該等鼻孔之任一者至對應之耳垂的距離，因為根據統計解剖關係，此距離一般而言對應於從鼻孔到該鼻咽的距離。鼻孔及耳垂之影像係該病患之表面解剖資訊，且可在區塊210中獲得。因此，可測定該路徑之該目的地。

在一些具體實施例中，維持進入該入口之所測定角直至到達目的地。結合圖1，儘管維持該測定角，採檢工具150之該彎曲結構或該特定構形可將該機械臂自該路徑的該入口導引至該目的地。

區塊240之後可為區塊250，「轉換座標」。區塊250包括（但不限於）將該路徑之該入口、該角及該目的地從其原始座標系統（即，三維相機座標系統）轉換成該機械臂之該等座標（即，機械臂座標系統）。該轉換可基於在該（等）相機及該機械臂之間已知的空間關係。

區塊250之後可為區塊260，「將機械臂驅動至路徑上的點」。在區塊260中，可將在該三維相機座標系統中採集該檢體之該路徑的該等座標轉換至該機械臂座標系統。因此，結合圖1，該機械臂可移動至該點110，並沿著該路徑100移動及旋轉至點120。此外，在到達點120後，該機械臂經組態以自該病患獲得該檢體。

圖3例示自一病患採集檢體的一實例系統300。在一些具體實施例中，實例系統300包括（但不限於）機械臂320、檢體處理裝置330、基座340及防護屏350。結合圖2，機械臂320可經驅動以旋轉並從病患310之該鼻咽區域或該口-咽區域採集檢體。基座340經組態以提供對機械臂320之支撐。防護屏350經組態以將病患310與操作系統300之健康照護工作者（未例示）分開。機械臂320經組態以將所採集之檢體放置於檢體處理裝置330以進一步處理。

圖4A例示在自一病患採集檢體期間在第一狀態下之一實例系統400的俯視圖。在一些具體實施例中，實例系統400包括（但不限於）機械臂420、檢體處理裝置430、基座440、防護屏450及監視器460。在該第一狀態下，機械臂420在第一初始位置。基座440經組態以提供對機械臂420之支撐。防護屏450經組態以將病患410與透過監視器460操作系統400之使用者（未例示）分開。

圖4B例示在自一病患採集檢體期間在第二狀態下之一實例系統400之俯視圖。在一些具體實施例中，在該第二狀態下，檢體處理裝置430經組態以暴露管裝配架431。機械臂420經驅動以從該第一初始位置移動至在管裝配架431處之第二位置，以固持放置在管裝配架431中之一拭子。

圖4C例示在自一病患採集檢體期間在第三狀態下之一實例系統400之俯視圖。在一些具體實施例中，在該第三狀態下，機械臂420經驅動以從該第二位置移動至在病患410之該鼻咽區域或該口-咽區域處之第三位置，以從病患410採集檢體。

圖4D例示在自一病患採集檢體期間在第四狀態下之一實例系統400之俯視圖。在一些具體實施例中，在該第四狀態下，機械臂420經驅動以從該第三位置移動至在管裝配架431處之第四位置（例如，該第二位置），以將該拭子放回管裝配架431。

圖4E例示在自一病患採集檢體期間在第五狀態下之一實例系統400之俯視圖。在一些具體實施例中，在該第五狀態下，機械臂420經驅動以從該第四位置移動至第五位置（例如，該第一初始位置）。此外，檢體處理裝置430經組態以收回管裝配架431以用於進一步處理所採集之檢體。

圖5A例示在初始或最終狀態下之一實例檢體處理裝置500的俯視圖，及圖5B例示在一檢體採集狀態下之一實例檢體處理裝置500之俯視圖。在一些具體實施例中，檢體處理裝置500可對應於圖4A至4E中之檢體處理裝置430。在一些具體實施例中，檢體處理裝置500包括（但不限於）把手531、前門532、開關533、側門534、管裝配架535及轉移區域536。在一些具體實施例中，管裝配架535可對應於圖4B至4D中之管裝配架431。

在一些具體實施例中，在該初始狀態下，一技術人員（未例示）可使用把手531開啟前門532使得管裝配架535從檢體處理裝置500露出。該健康照護工作者可將（未限於）一拭子、一小瓶、一管及一吸量管放置在管裝配架535上。

在一些具體實施例中，該健康照護工作者接著可關閉前門532並按下開關533以啟動支撐管裝配架535之一支架並開啟側門534。在一些具體實施例中，在該檢體採集狀態下，該支架可移動管裝配架535通過轉移區域536並從側門534露出管裝配架535。

在該檢體採集狀態下，結合圖4B，機械臂420經驅動以固持放置在管裝配架535之該拭子。結合圖4D，在機械臂420以該拭子從病患410採集檢體之後，驅動機械臂420以將該拭子放回管裝配架535中。該健康照護工作者可按下開關533以將管裝配架535收回至轉移區域536並關閉側門534。

在一些具體實施例中，所採集之檢體在轉移區域536中處理並將進一步在下文描述。在處理該等所採集檢體之後，在該最終狀態中，該支架可將管裝配架535從轉移區域536移動至在如圖5A中所例示之該初始狀態下之一初始位置。該健康照護工作者可從前門532取回該管。所取回之管將藉由技術可行之方法分析，諸如聚合酶鏈反應，以測定病原體是否存在於該等檢體中。

圖6例示在檢體處理裝置600中之實例組件。在一些具體實施例中，此等組件包括（但不限於）第二機械臂610、管裝配架620、支架630、消毒組件640及醫療廢棄物收集器651及652。第二機械臂610可進一步包括一機械爪612。在一些具體實施例中，拭子622、拭子支架623、小瓶624、管626及吸量管628佈置在管裝配架620上。支架630可包括一位移機構以支撐及移動管裝配架620。消毒組件640經組態以消毒該檢體處理裝置。在一些具體實施例中，結合圖5A及5B，第二機械臂610、管裝配架620、支架630及消毒組件640佈置在檢體處理裝置500之轉移區域536中。

在一些具體實施例中，結合圖5B，在將管裝配架620/535自側門534收回至轉移區域536之後，拭子622包括自一病患採集的檢體。機械爪612經組態以將拭子622放置在拭子支架623中，打開小瓶624之蓋子及管626之蓋子，並將該等蓋子放置在檢體處理裝置600中之適當位置處。接著，機械爪612經組態以固持拭子622並將拭子622放置在小瓶624內。小瓶624可包括一流體。機械爪612經組態以將拭子622放置在小瓶624中持續一預定時間量，使得所採集之檢體分散在小瓶624之該流體中。在該預定時間量後，機械爪612可將拭子622從小瓶624拉出，將拭子622放置在拭子支架623中並放置拭子623，其中拭子622放在醫療廢棄物收集器651中。

或者，結合圖4D及5B，在一些其它具體實施例中，在將管裝配架620/535從側門534收回至轉移區域536之前，主要機械臂420經組態以將拭子622放置到小瓶624內持續一預定時間量，使得所採集之檢體分散於小瓶624之該流體中。在將管裝配架620/535從側門534收回至轉移區域536之後，機械爪612可將拭子622從小瓶624拉出，將拭子622放置在醫療廢棄物收集器651中，並將拭子支架623放置在醫療廢棄物收集器651中。

在一些具體實施例中，機械爪612接著經組態以固持吸量管628，將吸量管628放入小瓶624中並從小瓶624採集一定量之該流體。然後，機械爪612經組態以將吸量管628從小瓶624拉出並將所採集之流體注入管626內。接著，機械爪612經組態以將吸量管628放入醫療廢棄物收集器651中。

在一些具體實施例中，機械爪612接著經組態以固持管626之該蓋子，將管626之該蓋子放置在管626之該頂部處並以該蓋子密封管626。接著，機械爪612經組態以固持小瓶624之該蓋子，將小瓶624之該蓋子放置在小瓶624之該頂部處，密封小瓶624，固持經密封之小瓶624並將經密封之小瓶624放置在醫療廢棄物收集器652中。

在如上所述之該等操作之後，僅有密封管626佈置在管裝配架620上。拭子622、小瓶624及吸量管628放在醫療廢棄物收集器651及652中。在一些具體實施例中，啟動消毒組件640以消毒檢體處理裝置600之該轉移區域。消毒組件640可包括（但不限於）一消毒劑噴灑裝置，其經組態以將消毒劑噴灑在檢體處理裝置600之該轉移區域中，或包括一紫外光源，其經組態以在檢體處理裝置600之該轉移區域中產生紫外光。因此，可消毒該轉移區域及密封管626之外表面。據此，結合圖5A，該健康照護工作者可從前門532取回該經消毒之密封管626，而不受可能存在於該等檢體中之病原體的影響。

圖7A例示一實例實驗室700，其包括一或多個自一或多個病患採集檢體的系統。圖7B係該實例實驗室之俯視圖。在一些具體實施例中，實驗室700可係一預組態模組，諸如一貨櫃，其具有放置在該模組中以界定該等不同區域的隔板。或者，實驗室700之該等不同區域（例如，752、754及760）各自可係一預組態模組。因此，可快速地部署及按比例排列實驗室700。

在一些具體實施例中，實驗室700界定第一門712、第二門714及第三組之門720。第一門712係第一檢體採集區752之門，且第一病患可經由第一門712進入或離開第一檢體採集區752。第二門714係第二檢體採集區754之門，且第二病患可經由第二門714進入或離開第二檢體採集區754。

在一些具體實施例中，第一檢體採集區752可包括自該第一病患採集檢體之第一系統。結合圖3，該第一系統可對應於系統300。第一系統可包括機械臂754及檢體處理裝置756。機械臂754可對應於機械臂320，且檢體處理裝置756可對應於檢體處理裝置330。同樣地，第二檢體採集區754可包括從該第二病患採集檢體之第二系統。該第二系統可對應於該第一系統。

在一些具體實施例中，操作區760與第一檢體採集區752及第二檢體採集區754皆相鄰。 憑藉此一組態，一健康照護工作者可經由該第三組之門720（其係操作區760之門）中的任一者使用操作區760，並操作在第一檢體採集區752中之該第一系統及在第二檢體採集區754中之該第二系統中的任一者或兩者。在一些具體實施例中，將操作區760與第一檢體採集區752及第二檢體採集區754隔離，使得該健康照護工作者可與該第一病患及該第二病患保持一安全距離。

該前述實施方式已藉由使用方塊圖、流程圖及/或實例列舉該等裝置及/或程序的各種具體實施例。在含有一或多個功能及/或操作之此等方塊圖、流程圖及/或實例之範圍內，熟習本技術者應了解在此等方塊圖、流程圖或實例內的各功能及/或操作可藉由各種硬體、軟體、韌體或實際上其任何組合個別地及/或共同地實行。在一些具體實施例中，本文所述之該標的的數個部份可經由特定應用積體電路（Application specific integrated circuit，ASIC）、現場可編程閘陣列（Field programmable gate array，FPGA）、數位信號處理器（Digital signal processor，DSP）或其它積體格式實施。然而，熟習本技術者應了解本文揭示之該等具體實施例的一些態樣可全部或部份地在積體電路中等效地實施，其可作為在一或多部電腦上執行之一或多個電腦程式（例如，作為在一或多個電腦系統上執行之一或多個程式），作為在一或多個處理器上執行之一或多個程式（例如，作為在一或多個微處理器上執行之一或多個程式），作為韌體，或作為實際上其任何組合實施，且應了解設計該電路及/或編寫該軟體及/或韌體之該碼根據本發明將完全在熟習本技術者之能力內。此外，熟習本技術者將了解本文所述之該標的的該等機制可分配為呈各種形式之一程式產品，且不論實際用來進行該分配之該特定類型之攜帶信號的媒體為何，本文所述之該標的的例示具體實施例亦適用。攜帶信號之媒體的實例包括（但不限於）以下：一可錄類型媒體，諸如軟式磁碟、硬式磁碟驅動器、光碟（Compact disc， CD）、數位多功能光碟（Digital versatile disk，DVD）、數位磁帶、電腦記憶體等等；及一傳輸類型媒體，諸如數位及/或類比通訊媒體（例如，光纖電纜、波導、有線通訊鏈接、無線通訊鏈接等等）。

由上文，應了解已就例示之目的在本文描述本發明之各種具體實施例，且可在不背離本發明之該範疇及精神下進行各種修改。據此，本文揭示之該等各種具體實施例未意欲限制本發明。

100:路徑 110:點（入口點） 120:點（目標點） 150:採檢工具 151:第一特徵 200:程序 210-290:區塊 300:系統 310:病患 320:機械臂 330:檢體處理裝置 340:基座 350:防護屏 400:系統 410:病患 420:機械臂 430:檢體處理裝置 431:管裝配架 440:基座 450:防護屏 460:監視器 500:檢體處理裝置 531:把手 532:前門 533:開關 534:側門 535:管裝配架 536:轉移區域 600:檢體處理裝置 610:第二機械臂 612:機械爪 620:管裝配架 622:拭子 623:拭子支架 624:小瓶 626:管（密封管） 628:吸量管 630:支架 640:消毒組件 651:醫療廢棄物收集器 652:醫療廢棄物收集器 700:實驗室 712:第一門 714:第二門 720:第三組之門 752:第一檢體採集區 754:第二檢體採集區/機械臂 756:檢體處理裝置 760:操作區

圖1係顯示可在自病患採集檢體的路徑上遇到之數個點間之該等空間關係的實例圖； 圖2係例示用以測定自一病患採集檢體之一路徑之實例程序的一流程圖； 圖3例示自一病患採集檢體的一實例系統； 圖4A、4B、4C、4D及4E例示在自一病患採集檢體期間在各種狀態下之一實例系統的俯視圖； 圖5A及5B例示在各種狀態下一實例檢體處理裝置之俯視圖； 圖6例示在一檢體處理裝置中之實例組件；以及 圖7A及7B例示一實例實驗室，其包括自一或多個病患採集檢體之一或多個系統，其全部係根據本發明之一些具體實施例配置。

300:系統

310:病患

320:機械臂

330:檢體處理裝置

340:基座

350:防護屏

Claims (14)

1. 一種處理來自一病患之檢體的系統，其包含： 包括一消毒組件之一檢體處理裝置，其經組態以接收該檢體，並在將該檢體自該檢體處理裝置取出之前以該消毒組件消毒該檢體處理裝置之區域。
2. 如請求項1之系統，其進一步包含一主要機械臂，其經組態以自該病患採集該檢體，及該檢體處理裝置經組態以自該主要機械臂接收該檢體。
3. 如請求項2之系統，其中該檢體處理裝置經組態以界定一健康照護工作者可使用之前門及該主要機械臂可使用之側門。
4. 如請求項2之系統，其中該檢體處理裝置進一步包括一第二機械臂、一拭子、一小瓶、一管及一吸量管。
5. 如請求項4之系統，其中該主要機械臂經組態以固持該拭子，以該拭子自該病患採集該檢體及將該拭子放在包括在該小瓶內的流體中。
6. 如請求項4之系統，其中第二機械臂經組態以在該主要機械臂自該病患採集該檢體後固持該拭子，並將該拭子放在包括在該小瓶內的流體中。
7. 如請求項6之系統，其中該第二機械臂經組態以在將該拭子放在該小瓶中之後固持該吸量管並以該吸量管採集該流體。
8. 如請求項7之系統，其中該第二機械臂經組態以在已使用該吸量管採集該流體後將該流體注入該管中並密封該管。
9. 如請求項8之系統，其中該消毒組件經組態以在密封該管後消毒該檢體處理裝置之該區域及該經密封管。
10. 如請求項4之系統，其中該第二機械臂經組態以將該拭子、該小瓶及該吸量管放入醫療廢棄物收集器中。
11. 一種實驗室，其包含： 一第一檢體採集區，其具有接納第一病患之第一門，其中該第一檢體採集區包括具有第一主要機械臂之第一系統及具有消毒組件之第一檢體處理裝置，及該第一主要機械臂經組態以自該第一病患採集檢體，及該第一檢體處理裝置經組態以自該第一主要機械臂接收該檢體，及在自該第一檢體處理裝置取出該檢體之前以該消毒組件消毒該第一檢體處理裝置之區域；以及 一操作區，其與該第一檢體採集區隔離，其中該操作區包括接納健康照護工作者之第三門以操作在該第一檢體採集區中之該第一系統。
12. 如請求項11之實驗室，其進一步包含： 一第二檢體採集區，其具有接納第二病患之第二門， 其中該第二檢體採集區包括具有第二主要機械臂之第二系統及具有消毒組件之第二檢體處理裝置，及該第二主要機械臂經組態以自該第二病患採集檢體，及該第二檢體處理裝置經組態以自該第二主要機械臂接收該檢體，及在自該第二檢體處理裝置取出該檢體之前以該消毒組件消毒該第二檢體處理裝置之區域；以及 其中該第二檢體採集區與該操作區隔離，使得在該操作區中之該健康照護工作者可操作該第二檢體採集區中之該第二系統。
13. 如請求項11之實驗室，其中該實驗室包括一或多個預組態模組。
14. 如請求項12之實驗室，其中該第一檢體採集區及該第二檢體採集區與該操作區相鄰。

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