咽拭子采集装置的研究进展

吴嘉煌，谢洋，曾祥泰

（1.江西省赣南医学院，赣州 341000；2.江西省赣南医学院第一附属医院甲状腺疝外科，赣州 341000）

自2019年底武汉首次报告新型冠状病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）以来，这种新型烈性呼吸道传染性病席卷全球[1]。截至2022年5月20日，全球已有5亿多人感染新型冠状病毒（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARS-CoV-2），其中超过6百万人死亡[2]。据文献报道，新型冠状病毒经呼吸道和接触传播为主,特定环境下存在经气溶胶传播可能，人群对该传染病普遍易感[3]。新型冠状病毒主要聚集于呼吸道，因此为常用取样部位[4]。筛查样本通常来自于咽部拭子，该样本的核酸检测是目前新型冠状病毒诊断最常用的方法[5]。传统咽拭子采集方式是医务人员穿戴医用N95口罩、护目镜及面罩及防护服等整套高等级专业防护装备（Personal Protective Equipment，PPE）后对患者进行取样[6]。近距离接触患者并进行呼吸道采样操作，暴露于新型冠状病毒肺炎患者的飞沫及气溶胶，被称为抗击新型冠状病毒肺炎战役中最危险的工作之一[7]。在疫情爆发时期，高级别防护设备往往物资紧缺，供不应求，难以满足一线医务工作者的防护需求[8]。在防护不充分时进行咽拭子采集操作容易引起医务人员感染，进而引发更多医患交叉感染[9]。面临如此严峻的现实问题，医学界致力于将先进技术引入咽拭子采集领域，利用更好的隔离防护装置减少医务人员感染，及更完善的消毒措施减少医患间及患者间交叉感染，结合先进的智能、自助装置优化医务人员的工作环境，最大程度地降低感染风险，提高疫情防控效率。本文通过分析和总结近年来咽拭子采集装置发展情况，进行综述与讨论，分析隔离防护、消毒、内镜辅助等技术在咽拭子采集装置的应用前景，聚焦采集咽拭子的技术手段，降低医务人员感染及患者间交叉感染的风险，优化咽拭子采样方法。

1 咽拭子的取样途径

1.1 口咽拭子 经口取样是口咽拭子（Oropharyngeal swab，OPS）。咽部分区包括鼻咽、口咽及喉咽，口咽位于软腭与会厌上缘之间，是口腔向后方的延续部[10]。OPS是指对口咽腔进行取样，采集部位是双侧扁桃体隐窝、咽后壁及侧壁，是最常用的呼吸道采集方法[11]。Xie等[12]报道口咽拭子样本检测到新冠病毒感染，阳性率仅为47.4%。黄明等[13]研究发现新型冠状病毒肺炎胸部影像学有较强的特征性，结合核酸咽拭子等检查，可早期诊断。口咽拭子取样方便，操作相对简单，受试者痛苦较小，因此临床上最为常用，但取样过程中操作者需要近距离正对患者，采集过程中患者容易出现恶心、呕吐等症状使采集者暴露在带病毒的飞沫中，职业暴露风险高[14]。

1.2 鼻咽拭子 经鼻取样是鼻咽拭子(Nasopharyngeal Swab，NPS)。鼻咽前方正中为鼻中隔后缘，两侧为后鼻孔，与鼻腔相通，位于颅底与软腭平面之间[10]。鼻咽拭子需将拭子经鼻腔插入鼻咽腔与鼻咽后壁接触。刘炎斌等[15]对鼻咽拭子与口咽拭子的比较，发现鼻咽拭子拭子标本的病毒核酸阳性率高于口咽拭子采样标本。鼻咽拭子需深深插入鼻咽腔，采集过程中患者容易因鼻部瘙痒出现打喷嚏，可能出现拭子断裂在鼻腔、鼻出血等[16]。相对口咽拭子，操作相对困难，受试者痛苦较大，心理恐惧更大。国外有研究发现鼻腔拭子标本病毒核酸阳性率与口咽拭子无明显差异[17]，鼻腔拭子采样部位仅仅位于鼻腔内，侵入性更小。

2 传统咽拭子采集方法及装置

在咽拭子标本取材时，患者需摘下口罩，医护人员通过棉签蘸取患者咽后壁的液体。由于取样时会对鼻腔及咽部产生一定的刺激，患者可能出现咳嗽、打喷嚏、呵气、呕吐等反应，会产生大量携带病原体的飞沫，增大了医护人员的感染风险[18]。

在面对传染性强的呼吸道传染病时，传统咽拭子采集方法是医务人员需要穿戴医用N95口罩、护目镜及面罩及防护服等整套高等级专业防护装备对患者进行取样[6]。医务人员穿着高等级防护装备时舒适度较差，不方便穿脱，工作强度大；戴面罩容易起雾，影响观察咽拭子采样部位，从而影响采样结果。

3 新型咽拭子采集方法及装置

3.1 防护罩型咽拭子采集装置 防护罩型咽拭子采集装置是将咽拭子与防护罩、防护面屏等结合起来，避免飞沫喷溅至医护人员，降低飞沫传播的风险。徐智等[19]发明口咽、鼻咽拭子取样防护面屏，是通过改良防护面屏，由患者佩戴防护面屏，并在防护面屏设置取样孔，医护人员通过取样孔进行取样。赵概[20]发明一种用于感染科的咽拭子取样装置，在防护板设计通槽，结合压板、移动块及弹片，使用人员方便调整棉签取样位置。Au-Yong等[21]一项研究中分析面罩和防护罩的降低飞沫污染的效果，用装有染料的气球充气直到爆炸模拟飞沫喷溅，防护罩组更显著减少了染料在采样人员脸上和胸部的扩散，比面罩组提供了更好的保护程度。

防护罩型装置结构简单，造价低，使用方便，能有效的避免飞沫飞溅，减少医务人员的职业暴露。但是多次使用后表面易起雾及沾染飞沫，影响观看采样部位。由于新型冠状病毒能长时间存在于物体表面[22-23]，采样者穿戴的高等级专业防护装备需定期更换，该装置的使用不会减少或取代个人防护用品的使用。

3.2 隔离间型采集装置 隔离间型采集装置是利用有机玻璃构建采集台采集咽拭子，通过隔断呼吸道传播，减少患者与医务人员接触，降低了采集者被感染的风险[24]。曾祥泰等[25]发明一种完全隔离式传染性疾病患者咽拭子采集装置并应用于疫情防控，该装置在有机玻璃隔板上安装袖套，如图1为医务人员通过袖套进行采样。韩国首尔一家医院推出“手套墙”[26]，由透明的玻璃和手套组成，可佩戴低等级防护装备进行采样。以上装置通过隔离板，达到医生与患者完全隔离，有效的降低医务人员感染的风险，且只需佩戴低等级的防护装备，取代了高等级防护装备的使用，节省了防护物资。

图1 曾祥泰等发明的一种咽拭子采集装置，使用袖套采集咽拭子

新型冠状病毒传播方式有吸入气溶胶颗粒，封闭空间通风或空气处理不足，易导致气溶胶颗粒在空间中积聚[27]。污染物中的病毒在干燥环境下有形成气溶胶的风险，如处理不当，物品上的病毒不能完全杀灭，容易导致交叉感染[28]。如图2为曾祥泰等发明的“非接触式”智能咽拭子采样舱，将采集工作人员和患者隔离于两个独立的空间，患者侧可通过喷雾消毒和紫外灯消毒进行空间内消毒，风机系统控制新鲜空气进入及空气过滤排出，保障了空间内空气及物品的安全，有效避免交叉感染。

图2 曾祥泰等发明的“非接触式”智能咽拭子采样舱

3.3 内镜辅助咽拭子采集装置 随着现代化科学技术的发展，光学纤维的出现使内镜发展迅速，它凝集了最尖端的影像技术，提供了高精度画像，借助高清摄像系统，医生可以更好观察区域结构并进行远距离的精准操作。

在咽拭子采集时，采集人员受视线影响，采集部位及采集咽拭子的质量会出现偏差，从而影响核酸检测的结果；采集人员若熟练程度较低或被采集者的咽后壁暴露不充分，被采集者甚至有受伤的风险。曾祥泰等[25]基于腹腔镜技术的研发了一种完全隔离式传染性疾病患者咽拭子采集装置，该装置在隔离窗上安装腔镜操作孔，如图3为医务人员通过腔镜器械进行咽拭子采样，采集后用消毒液的湿纱布行擦拭消毒及经装置的消毒喷洒孔行喷洒消毒，来实现一人一镜消毒。王丹一[29]发明一种借助支气管镜可视化咽拭子采集防护的装置，由支气管镜、防护面罩、显示屏等构成，医务人员通过支气管镜可清楚的观察咽后壁，然后使用拭子进行采样。该类装置借助高清摄像系统可视化显示咽后壁、软腭及扁桃体等解剖结构，取样部位准确性高，提高咽拭子的取样质量，可减少样本的假阳性。

图3 曾祥泰等发明的一种咽拭子采集装置，使用腔镜采集咽拭子

3.4 咽拭子自助采集装置 随着医院快速发展，医疗行业各类自助式服务也由此应运而生。自助服务指凭借高科技仪器和设备，用户能自行解决问题[30]。

罗宸等[31]发明了一种简易的咽拭子自助采集装置，该装置的压舌板配置有镜子和光源，便于采集者通过镜子观察采集位置行自助采样。张一等[32]发明了整体式咽拭子自助采样设备，该设备设有感应区、用户摄像头以及扫描头确认身份，设备中的显示屏通过视频语音引导用户进行采样。

咽拭子自助采集装置，提高了采集效率，极大地方便了患者，解决医护人员人数不足的问题，不需要医务人员与患者交叉接触，降低医务人员感染风险。但患者自助进行操作，可能会因操作不规范导致了拭子质量的差异，导致检测结果出现假阴性，影响对病情的判断。

3.5 机器人咽拭子采集装置 随着科技发展，机器人可以代替人类做很多事情，被广泛应用于工业生产制造中[33]。目前，咽拭子采集机器人主要分为两种，一类是机器人咽拭子自主采集；另一类则是远程遥控咽拭子采集。

国外南丹麦大学的研究人员研制出一款全自动咽拭子采样机器人，能够自行完成的整套咽拭子采集[34]。国内清华大学孙富春教授团队采用力反馈及柔顺控制策略及结合深度神经网络设计了咽部区域识别算法及运动路径自主规划算法，研制咽拭子自主采集机器人系统，实现了咽拭子采集的自动化[35]。然而，机器人咽拭子自主采集存在安全隐患问题，它们所执行任务有限，可能无法应对不寻常或意外的事件，就目前来看，在医疗中完全自动化仍然是不可靠的。

钟南山等发明了新型智能化咽拭子采样机器人，医务人员可远程控制机械臂完成咽部采样[36]。远程遥控咽拭子采集装置，医务人员可以对机器人进行干预，实现对采样轨迹修正和规划，但仍可能存在信息传递延迟导致反馈慢或无法反馈，而带来安全隐患。并且机器人造价昂贵，不适合大规模生产。

4 不足与展望

疫情突发及防疫常态化大环境下，市场防疫设备的需求量大，让世界各国都看到新型咽拭子采集装置的重要性，咽拭子采集装置的发展空间十分充足。本文针对近年来咽拭子采集装置发展进行了汇总与讨论。相较于传统咽拭子采集方法，新型咽拭子采集装置及方法能降低感染风险，提高疫情防控效率。其中隔离间型咽拭子采集装置拥有更具人性化操作平台、消毒装置及防控措施在全国范围内得到了广泛应用；防护罩型因防护不充分有待进一步加强；内镜辅助型可结合隔离间型进一步优化采集方法；自助型存在假阴性检测结果的可能，需对用户进行操作培训；机器人型因智能化和造价问题，需进一步考量和深入研究。