咽拭子采集裝置的研究進(jìn)展

吳嘉煌，謝洋，曾祥泰

（1.江西省贛南醫(yī)學(xué)院，贛州 341000；2.江西省贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院甲狀腺疝外科，贛州 341000）

自2019年底武漢首次報告新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）以來，這種新型烈性呼吸道傳染性病席卷全球[1]。截至2022年5月20日，全球已有5億多人感染新型冠狀病毒（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARS-CoV-2），其中超過6百萬人死亡[2]。據(jù)文獻(xiàn)報道，新型冠狀病毒經(jīng)呼吸道和接觸傳播為主,特定環(huán)境下存在經(jīng)氣溶膠傳播可能，人群對該傳染病普遍易感[3]。新型冠狀病毒主要聚集于呼吸道，因此為常用取樣部位[4]。篩查樣本通常來自于咽部拭子，該樣本的核酸檢測是目前新型冠狀病毒診斷最常用的方法[5]。傳統(tǒng)咽拭子采集方式是醫(yī)務(wù)人員穿戴醫(yī)用N95口罩、護(hù)目鏡及面罩及防護(hù)服等整套高等級專業(yè)防護(hù)裝備（Personal Protective Equipment，PPE）后對患者進(jìn)行取樣[6]。近距離接觸患者并進(jìn)行呼吸道采樣操作，暴露于新型冠狀病毒肺炎患者的飛沫及氣溶膠，被稱為抗擊新型冠狀病毒肺炎戰(zhàn)役中最危險的工作之一[7]。在疫情爆發(fā)時期，高級別防護(hù)設(shè)備往往物資緊缺，供不應(yīng)求，難以滿足一線醫(yī)務(wù)工作者的防護(hù)需求[8]。在防護(hù)不充分時進(jìn)行咽拭子采集操作容易引起醫(yī)務(wù)人員感染，進(jìn)而引發(fā)更多醫(yī)患交叉感染[9]。面臨如此嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問題，醫(yī)學(xué)界致力于將先進(jìn)技術(shù)引入咽拭子采集領(lǐng)域，利用更好的隔離防護(hù)裝置減少醫(yī)務(wù)人員感染，及更完善的消毒措施減少醫(yī)患間及患者間交叉感染，結(jié)合先進(jìn)的智能、自助裝置優(yōu)化醫(yī)務(wù)人員的工作環(huán)境，最大程度地降低感染風(fēng)險，提高疫情防控效率。本文通過分析和總結(jié)近年來咽拭子采集裝置發(fā)展情況，進(jìn)行綜述與討論，分析隔離防護(hù)、消毒、內(nèi)鏡輔助等技術(shù)在咽拭子采集裝置的應(yīng)用前景，聚焦采集咽拭子的技術(shù)手段，降低醫(yī)務(wù)人員感染及患者間交叉感染的風(fēng)險，優(yōu)化咽拭子采樣方法。

1 咽拭子的取樣途徑

1.1 口咽拭子 經(jīng)口取樣是口咽拭子（Oropharyngeal swab，OPS）。咽部分區(qū)包括鼻咽、口咽及喉咽，口咽位于軟腭與會厭上緣之間，是口腔向后方的延續(xù)部[10]。OPS是指對口咽腔進(jìn)行取樣，采集部位是雙側(cè)扁桃體隱窩、咽后壁及側(cè)壁，是最常用的呼吸道采集方法[11]。Xie等[12]報道口咽拭子樣本檢測到新冠病毒感染，陽性率僅為47.4%。黃明等[13]研究發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒肺炎胸部影像學(xué)有較強(qiáng)的特征性，結(jié)合核酸咽拭子等檢查，可早期診斷。口咽拭子取樣方便，操作相對簡單，受試者痛苦較小，因此臨床上最為常用，但取樣過程中操作者需要近距離正對患者，采集過程中患者容易出現(xiàn)惡心、嘔吐等癥狀使采集者暴露在帶病毒的飛沫中，職業(yè)暴露風(fēng)險高[14]。

1.2 鼻咽拭子 經(jīng)鼻取樣是鼻咽拭子(Nasopharyngeal Swab，NPS)。鼻咽前方正中為鼻中隔后緣，兩側(cè)為后鼻孔，與鼻腔相通，位于顱底與軟腭平面之間[10]。鼻咽拭子需將拭子經(jīng)鼻腔插入鼻咽腔與鼻咽后壁接觸。劉炎斌等[15]對鼻咽拭子與口咽拭子的比較，發(fā)現(xiàn)鼻咽拭子拭子標(biāo)本的病毒核酸陽性率高于口咽拭子采樣標(biāo)本。鼻咽拭子需深深插入鼻咽腔，采集過程中患者容易因鼻部瘙癢出現(xiàn)打噴嚏，可能出現(xiàn)拭子斷裂在鼻腔、鼻出血等[16]。相對口咽拭子，操作相對困難，受試者痛苦較大，心理恐懼更大。國外有研究發(fā)現(xiàn)鼻腔拭子標(biāo)本病毒核酸陽性率與口咽拭子無明顯差異[17]，鼻腔拭子采樣部位僅僅位于鼻腔內(nèi)，侵入性更小。

2 傳統(tǒng)咽拭子采集方法及裝置

在咽拭子標(biāo)本取材時，患者需摘下口罩，醫(yī)護(hù)人員通過棉簽蘸取患者咽后壁的液體。由于取樣時會對鼻腔及咽部產(chǎn)生一定的刺激，患者可能出現(xiàn)咳嗽、打噴嚏、呵氣、嘔吐等反應(yīng)，會產(chǎn)生大量攜帶病原體的飛沫，增大了醫(yī)護(hù)人員的感染風(fēng)險[18]。

在面對傳染性強(qiáng)的呼吸道傳染病時，傳統(tǒng)咽拭子采集方法是醫(yī)務(wù)人員需要穿戴醫(yī)用N95口罩、護(hù)目鏡及面罩及防護(hù)服等整套高等級專業(yè)防護(hù)裝備對患者進(jìn)行取樣[6]。醫(yī)務(wù)人員穿著高等級防護(hù)裝備時舒適度較差，不方便穿脫，工作強(qiáng)度大；戴面罩容易起霧，影響觀察咽拭子采樣部位，從而影響采樣結(jié)果。

3 新型咽拭子采集方法及裝置

3.1 防護(hù)罩型咽拭子采集裝置 防護(hù)罩型咽拭子采集裝置是將咽拭子與防護(hù)罩、防護(hù)面屏等結(jié)合起來，避免飛沫噴濺至醫(yī)護(hù)人員，降低飛沫傳播的風(fēng)險。徐智等[19]發(fā)明口咽、鼻咽拭子取樣防護(hù)面屏，是通過改良防護(hù)面屏，由患者佩戴防護(hù)面屏，并在防護(hù)面屏設(shè)置取樣孔，醫(yī)護(hù)人員通過取樣孔進(jìn)行取樣。趙概[20]發(fā)明一種用于感染科的咽拭子取樣裝置，在防護(hù)板設(shè)計通槽，結(jié)合壓板、移動塊及彈片，使用人員方便調(diào)整棉簽取樣位置。Au-Yong等[21]一項(xiàng)研究中分析面罩和防護(hù)罩的降低飛沫污染的效果，用裝有染料的氣球充氣直到爆炸模擬飛沫噴濺，防護(hù)罩組更顯著減少了染料在采樣人員臉上和胸部的擴(kuò)散，比面罩組提供了更好的保護(hù)程度。

防護(hù)罩型裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低，使用方便，能有效的避免飛沫飛濺，減少醫(yī)務(wù)人員的職業(yè)暴露。但是多次使用后表面易起霧及沾染飛沫，影響觀看采樣部位。由于新型冠狀病毒能長時間存在于物體表面[22-23]，采樣者穿戴的高等級專業(yè)防護(hù)裝備需定期更換，該裝置的使用不會減少或取代個人防護(hù)用品的使用。

3.2 隔離間型采集裝置 隔離間型采集裝置是利用有機(jī)玻璃構(gòu)建采集臺采集咽拭子，通過隔斷呼吸道傳播，減少患者與醫(yī)務(wù)人員接觸，降低了采集者被感染的風(fēng)險[24]。曾祥泰等[25]發(fā)明一種完全隔離式傳染性疾病患者咽拭子采集裝置并應(yīng)用于疫情防控，該裝置在有機(jī)玻璃隔板上安裝袖套，如圖1為醫(yī)務(wù)人員通過袖套進(jìn)行采樣。韓國首爾一家醫(yī)院推出“手套墻”[26]，由透明的玻璃和手套組成，可佩戴低等級防護(hù)裝備進(jìn)行采樣。以上裝置通過隔離板，達(dá)到醫(yī)生與患者完全隔離，有效的降低醫(yī)務(wù)人員感染的風(fēng)險，且只需佩戴低等級的防護(hù)裝備，取代了高等級防護(hù)裝備的使用，節(jié)省了防護(hù)物資。

圖1 曾祥泰等發(fā)明的一種咽拭子采集裝置，使用袖套采集咽拭子

新型冠狀病毒傳播方式有吸入氣溶膠顆粒，封閉空間通風(fēng)或空氣處理不足，易導(dǎo)致氣溶膠顆粒在空間中積聚[27]。污染物中的病毒在干燥環(huán)境下有形成氣溶膠的風(fēng)險，如處理不當(dāng)，物品上的病毒不能完全殺滅，容易導(dǎo)致交叉感染[28]。如圖2為曾祥泰等發(fā)明的“非接觸式”智能咽拭子采樣艙，將采集工作人員和患者隔離于兩個獨(dú)立的空間，患者側(cè)可通過噴霧消毒和紫外燈消毒進(jìn)行空間內(nèi)消毒，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制新鮮空氣進(jìn)入及空氣過濾排出，保障了空間內(nèi)空氣及物品的安全，有效避免交叉感染。

圖2 曾祥泰等發(fā)明的“非接觸式”智能咽拭子采樣艙

3.3 內(nèi)鏡輔助咽拭子采集裝置 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)纖維的出現(xiàn)使內(nèi)鏡發(fā)展迅速，它凝集了最尖端的影像技術(shù)，提供了高精度畫像，借助高清攝像系統(tǒng)，醫(yī)生可以更好觀察區(qū)域結(jié)構(gòu)并進(jìn)行遠(yuǎn)距離的精準(zhǔn)操作。

在咽拭子采集時，采集人員受視線影響，采集部位及采集咽拭子的質(zhì)量會出現(xiàn)偏差，從而影響核酸檢測的結(jié)果；采集人員若熟練程度較低或被采集者的咽后壁暴露不充分，被采集者甚至有受傷的風(fēng)險。曾祥泰等[25]基于腹腔鏡技術(shù)的研發(fā)了一種完全隔離式傳染性疾病患者咽拭子采集裝置，該裝置在隔離窗上安裝腔鏡操作孔，如圖3為醫(yī)務(wù)人員通過腔鏡器械進(jìn)行咽拭子采樣，采集后用消毒液的濕紗布行擦拭消毒及經(jīng)裝置的消毒噴灑孔行噴灑消毒，來實(shí)現(xiàn)一人一鏡消毒。王丹一[29]發(fā)明一種借助支氣管鏡可視化咽拭子采集防護(hù)的裝置，由支氣管鏡、防護(hù)面罩、顯示屏等構(gòu)成，醫(yī)務(wù)人員通過支氣管鏡可清楚的觀察咽后壁，然后使用拭子進(jìn)行采樣。該類裝置借助高清攝像系統(tǒng)可視化顯示咽后壁、軟腭及扁桃體等解剖結(jié)構(gòu)，取樣部位準(zhǔn)確性高，提高咽拭子的取樣質(zhì)量，可減少樣本的假陽性。

圖3 曾祥泰等發(fā)明的一種咽拭子采集裝置，使用腔鏡采集咽拭子

3.4 咽拭子自助采集裝置 隨著醫(yī)院快速發(fā)展，醫(yī)療行業(yè)各類自助式服務(wù)也由此應(yīng)運(yùn)而生。自助服務(wù)指憑借高科技儀器和設(shè)備，用戶能自行解決問題[30]。

羅宸等[31]發(fā)明了一種簡易的咽拭子自助采集裝置，該裝置的壓舌板配置有鏡子和光源，便于采集者通過鏡子觀察采集位置行自助采樣。張一等[32]發(fā)明了整體式咽拭子自助采樣設(shè)備，該設(shè)備設(shè)有感應(yīng)區(qū)、用戶攝像頭以及掃描頭確認(rèn)身份，設(shè)備中的顯示屏通過視頻語音引導(dǎo)用戶進(jìn)行采樣。

咽拭子自助采集裝置，提高了采集效率，極大地方便了患者，解決醫(yī)護(hù)人員人數(shù)不足的問題，不需要醫(yī)務(wù)人員與患者交叉接觸，降低醫(yī)務(wù)人員感染風(fēng)險。但患者自助進(jìn)行操作，可能會因操作不規(guī)范導(dǎo)致了拭子質(zhì)量的差異，導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)假陰性，影響對病情的判斷。

3.5 機(jī)器人咽拭子采集裝置 隨著科技發(fā)展，機(jī)器人可以代替人類做很多事情，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造中[33]。目前，咽拭子采集機(jī)器人主要分為兩種，一類是機(jī)器人咽拭子自主采集；另一類則是遠(yuǎn)程遙控咽拭子采集。

國外南丹麥大學(xué)的研究人員研制出一款全自動咽拭子采樣機(jī)器人，能夠自行完成的整套咽拭子采集[34]。國內(nèi)清華大學(xué)孫富春教授團(tuán)隊(duì)采用力反饋及柔順控制策略及結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了咽部區(qū)域識別算法及運(yùn)動路徑自主規(guī)劃算法，研制咽拭子自主采集機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了咽拭子采集的自動化[35]。然而，機(jī)器人咽拭子自主采集存在安全隱患問題，它們所執(zhí)行任務(wù)有限，可能無法應(yīng)對不尋?；蛞馔獾氖录湍壳皝砜?，在醫(yī)療中完全自動化仍然是不可靠的。

鐘南山等發(fā)明了新型智能化咽拭子采樣機(jī)器人，醫(yī)務(wù)人員可遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂完成咽部采樣[36]。遠(yuǎn)程遙控咽拭子采集裝置，醫(yī)務(wù)人員可以對機(jī)器人進(jìn)行干預(yù)，實(shí)現(xiàn)對采樣軌跡修正和規(guī)劃，但仍可能存在信息傳遞延遲導(dǎo)致反饋慢或無法反饋，而帶來安全隱患。并且機(jī)器人造價昂貴，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

4 不足與展望

疫情突發(fā)及防疫常態(tài)化大環(huán)境下，市場防疫設(shè)備的需求量大，讓世界各國都看到新型咽拭子采集裝置的重要性，咽拭子采集裝置的發(fā)展空間十分充足。本文針對近年來咽拭子采集裝置發(fā)展進(jìn)行了匯總與討論。相較于傳統(tǒng)咽拭子采集方法，新型咽拭子采集裝置及方法能降低感染風(fēng)險，提高疫情防控效率。其中隔離間型咽拭子采集裝置擁有更具人性化操作平臺、消毒裝置及防控措施在全國范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用；防護(hù)罩型因防護(hù)不充分有待進(jìn)一步加強(qiáng)；內(nèi)鏡輔助型可結(jié)合隔離間型進(jìn)一步優(yōu)化采集方法；自助型存在假陰性檢測結(jié)果的可能，需對用戶進(jìn)行操作培訓(xùn)；機(jī)器人型因智能化和造價問題，需進(jìn)一步考量和深入研究。