如何规范化咽拭子采样，可靠提升采集样本的有效性？

2022年5月底，新冠病毒全球累计确诊已超过5.3亿人次，疫情防控已经日趋常态化。政府工作会议中一再强调，核酸检测是疫情防控最宝贵的资源，已成为各地疫情防控依赖的重要技术手段。当前采样任务量大，给医务人员增加大量工作负荷。如何规范化咽拭子采样，可靠提升采集样本有效性？这是当前疫情防控形势下的迫切需求。

咽拭子采样机器人能够精准识别口咽部位，可靠力控保障采集样本量，智能学习规范采集动作，已成为解决这一问题的有效手段。口咽拭子采样因其操作便捷、相对舒适，特别适合大规模人群筛查。但检测试剂的敏感性、不规范的采样过程及病毒载量低等都会造成假阴性，其中采样规范化成为影响核酸检测结果准确性的重要因素。

根据《新型冠状病毒肺炎实验室检测技术指南》，口咽拭子采集规范为：采样人员将拭子放入无菌生理盐水中湿润，被采集人员头部微仰，嘴张大，露出两侧咽扁桃体，将拭子越过舌根，在被采集者两侧咽扁桃体稍微用力来回擦拭至少3次，然后再在咽后壁上下擦拭至少3次，将试子头浸入含有2~3毫升的病毒保存液的管中，尾部弃去，旋紧管盖。同时，采集人员需穿戴个人防护装备,包括N95及以上防护口罩、护目镜、连体防护服、双层乳胶手套、防水鞋套等。

口咽拭子采样图示

根据国家卫生健康委临床检验中心相关数据统计，新冠肺炎疫情发生以来，中国已经完成115亿人次的核酸检测。在大规模咽拭子采集操作过程中，由于医务人员与受试者时空重叠，具有较高的交叉感染风险；医务人员工作强度大、容易疲劳，很难保证长时间的规范采集动作，造成采集样本不合格、受试者采集感受不舒适等问题。大家可以回想一下自己咽拭子采集情况，是否每次都严格符合采集标准的要求呢？

巨大的任务量给医护人员造成巨大负荷，大规模筛查的时间要求更加消耗采集人员的体力和专注度。依靠人力的采集方式在规范性和持续重复性上处于两难境地，那么，如何规范化咽拭子采样，可靠提升采集样本的有效性，降低假阴性？基于人工智能和机器人的智能手段是否能有效解决这一难题？设置11组人工和机器采样对比实验，分析其采样样本Ct值、均值和标准误差，当Ct值在35之下，可视为合格采集样本。数据分析显示，机器采样的有效性有保证，并且对比人工采样，其标准差更小，一致性更好。可见，基于智能分析的采样机器人系统能同时兼顾规范性和持续重复性，是未来咽拭子采样的理想载体。

数据来源：马俊杰, 孙富春, 张文昌, 贾硕, 刘华平. 便携式口咽拭子采样机器人系统[J].中国科学: 信息科学. DOI:10.1360/SSI-2022-0081

新冠肺炎疫情在武汉暴发时，智能化咽拭子采样机器人的研发构想在清华大学孙富春教授的脑子里萌芽。“当时，医务工作者会战武汉，全天时工作，一是非常辛苦，二是容易交叉感染。我开始就想，如何能利用机器人技术去研制一款全自动的咽拭子采集机器人，减轻广大医务工作者的负担。”很快，一款半自动化的口咽拭子采样机器人研制成功。这也是孙富春团队研制的第一代咽拭子采样机器人，但其研制成本较高，且在安全性和稳定性方面仍有不足之处。孙富春团队便着手对其进行升级，在设计理念上摒弃了价格昂贵且自由度冗余的机械臂产品，采用自主设计的立体式多轴结构完成样本的采集与移送，同时加入身份认证和人机语音交互系统，并通过视触觉融合技术实现舒适采样，研制成功第二代全自动咽拭子采样机器人系统。

第一代咽拭子采样机器人

第二代咽拭子采样机器人

第三代咽拭子采样机器人

目前，孙富春团队正研制第三代智能化咽拭子采样机器人，在采样的快速性、受试者的舒适性、样本的有效性方面达到了更高的标准。此外，团队还考虑了受试者的情绪反馈、采集靶点的智能定位、人机融合的采集技能学习、封管、消杀等过程，并通过采样末端的触觉传感器，精准控制合适的采样力度，保证采集的安全性和有效性。

智能化咽拭子采样机器人已在北京市昌平区医院、朝阳医院、南通疾控中心、清华大学长庚医院进行了近万例的外场测试。目前，该机器人已经在清华大学长庚医院为医院员工的例行核酸采集提供服务。基于人工智能和机器人技术的智能咽拭子采样机器人能精准识别口咽部位，依靠力控感知保障有效样本量，智能学习规范采集动作。当前，孙富春团队正与临床伙伴紧密合作，建立咽拭子采样的作业效能与安全性评估，构建咽拭子采样机器人临床应用范式，提高采样的安全性、舒适性、有效性，从而推动智能化咽拭子采样机器人尽快服务社会，为公众的生命健康提供保障。

咽拭子采样机器人

撰文 | 孙富春团队

排版 | 弢弢

审核 | 六朵 苍翼蝴蝶 陨石

图片 | 专家提供

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