研究意义
新冠肺炎在全球的疫情很正常，对咽拭子样本的核酸检测需求很大。其中，口咽拭子采样是疫区大规模人群筛查最重要的采样方法。
(来源:网络)
但采样时，医护人员需要使用口咽拭子近距离采样受试者的双侧扁桃体和咽后壁，导致医护人员与受试者交叉感染的风险较高。
在大规模咽拭子采集过程中，医务人员工作强度大，容易疲劳，难以保证长期规范采样；
医护人员采集技巧不同，可能导致采样动作不规范，导致采样不合格，让受试者感到不适。
口咽拭子收集系统包括机器人辅助，可以摆脱繁重的采集工作，降低交叉感染的风险。
因此，为了满足大规模人群筛查场景中安全、准确、便携、连续采样的需求，迫切需要对口咽拭子进行采样。机器人系统研究。
(来源:网络)
近两年来，国内外许多研究机构进行了咽拭子采集。机器人系统的开发。根据系统的采样方式，可分为远程控制、自助服务、半自动和全自动。根据系统末端的采集结构，可分为刚性、刚性、柔性耦合和柔性系统，采集咽拭子。机器人该系统的后续开发奠定了坚实的理论基础和临床应用示范。
但在新冠肺炎疫情常态化、核酸检测常态化的背景下，采集的大多是发达的咽拭子。机器人该系统仍有以下缺点:
(1)在独立的咽拭子取样系统中，采集机构的设计往往比较复杂，存在体积大、冗余自由度大、便携性差等问题。往往受限于场地和通信需求，不适合在任何采集场景下快速部署，便携采集难以实现。
(2)采集系统的远程操作虽然可以防止医护人员被感染，但不能从根本上解决医护人员工作量大、容易疲劳的问题；医务人员在系统采集前需要经过专门培训，采样动作不规范，难以实现连续准确采集。
(3)收集目前开发的所有咽拭子。机器人这些系统都没有很好地解决设备消毒问题，可能导致采集过程中受试者交叉感染，难以实现安全采集，对疫情防控构成巨大潜在威胁。
本文中的工作
为了满足疫区短时间内大规模人群筛查的需要，设计并研制了便携式半自动咽拭子采样仪。机器人该系统突破了采样、消毒、电控一体化和小型化一体化技术，提高了人机一体化的智能交互体验，实现了采集系统的快速部署。
该系统具有体积小、结构紧凑的特点(图1(a))。系统配有电池模块(图1(b))，可长时间可靠稳定工作，在任何采集场景下实现便携、持续、快速部署。
设计消毒范例。每次采集后，控制消毒泵对采集区域进行喷淋消毒(图1(b))，防止人员交叉感染，实现安全采样。
采集系统通过显示器上的视频演示和语音提示(图1(c))，将一些简单的操作交给受试者完成，并指导受试者按照采集流程一步步操作。
通过语音提示，咽拭子采集区域识别算法引导受试者调整头部姿势，自主识别采集部位，实现精准高效采样。
通过构建感知空间、状态空间和操作空间，在采集过程中实现主体和采集。机构它们之间的动态交互实现了舒适采样。
实验结果
为了降低员工感染的风险，对咽拭子进行了采样。机器人将该系统置于负压舱中进行相应的消毒工作，并组织一批志愿者验证样品的有效性和采样效率。
按照检验样本采集有效性的流程，对11名受试者进行了机器采样和人工采样。机器采样组和人工采样组样品的Ct值、平均值和标准误差值的比较结果见表1。经过35天的咨询专业检查，口咽拭子采集的样本可视为合格样本，适用于下一步病毒核酸检测流程。
两个对照组的视觉Ct值的散点图如图8所示。机器取样与人工取样的有效性无明显差异，PCR扩增后可检测到阳性细胞参数。如图9所示。可以看出，与人工采样相比，机器采样具有相似的Ct中值和更低的数据离散度。
为了比较人工采集和机器采集的采样效率，召集14名志愿者进行口咽拭子采样实验。
手动收集组总共需要7分钟。在此期间，收集完一名志愿者后，医护人员按照标准操作流程对其进行了手部消毒。
机采组总时间为13分钟，其中咽拭子机器人系统准备2分钟，系统教学5分钟，14名志愿者连续采集数据6分钟。
虽然人工采集组在总时间上优于机器采集组，但机器采集组在实际连续口咽拭子采集上花费的时间少于人工采集组，大部分时间花在系统准备和系统教学上。
由于采集系统稳定性好，可稳定用于待机或连续工作，部署设备时只需一次系统准备，移动部署效率高。
但是采集前的系统化教学需要更多的时间来训练志愿者如何标准化佩戴咬合器。如何设计一个合适且易用的咬合装置，减少教学时间，是采集系统未来需要改进的方向之一。