抗疫戰線的新技術

沈羨云

自2020年開始，新冠肺炎疫情就一直牽動著億萬人的心。在全球抗擊新冠病毒的戰役中，一些新技術被研發出來并得到應用。

檢測方法

新冠病毒傳播方式多樣，除了經呼吸道飛沫和接觸傳播外，病毒還可以經由氣溶膠、消化道、母嬰等不同方式傳播，傳播渠道多，傳染性強。因此，控制新冠病毒傳播比SARS等冠狀病毒傳播更加困難，這也是全球感染率居高不下的重要原因之一。早發現、早隔離、早確診、早治療是本次疫情防控的重中之重。那么，有哪些檢測方法呢？

當前批準上市的新冠肺炎檢測試劑主要包括兩類：一類是核酸檢測試劑，一類是抗體檢測試劑。截至目前，中國國家藥監局批準了12個核酸檢測試劑，8個抗體檢測試劑。隨著對疾病的認識和研發工作的進展，將來還會有更多的檢測試劑和方法投入使用。

核酸檢測過程包括標本處理、核酸提取，進行PCR檢測等多個步驟，平均檢測時間需要2～3個小時。因為它是直接對我們采集標本中的病毒核酸進行檢測，所以特異性強，敏感度相對較高，是當前主要的檢測手段。這種檢測方法的缺點是核酸檢測需要實驗室、儀器設備、試劑耗材和專業技術人員，耗時較長，完成一批次檢測需要近半天時間。之所以實際耗時要近半天，主要原因可能是在密閉送檢環節花了較多時間。大量樣本需要運往疾控中心和第三方檢測機構，這樣就有不少時間花在了路上。在核酸檢測的各個環節中，有沒有節省時間的可能性呢？ 答案是可能的。例如在樣本采集環節，可增派檢測人員，加快被檢測者咽拭子采樣進程。又如在病毒滅活環節，目前一些檢測機構采用的是加熱法，可以改用病毒裂解液，這樣能讓檢測時間縮短近半小時。

核酸檢測方法的好處是見機早，料敵在先：核酸在患者感染新冠病毒的早期就可以被檢測到，理論上，患者感染1～2天即可檢測到核酸，可以更早被發現、隔離和救治。

抗體檢測方法包括膠體金法和磁微粒化學發光法，其中膠體金法平均檢測時間15分鐘左右，磁微粒化學發光法一般需要30～60分鐘。抗體檢測是對人體血液中的抗體水平進行檢測。鐘南山團隊研發出IgM-IgG（免疫球蛋白M和G，也就是抗體）聯合抗體檢測試劑，用這種方法滴血可驗，15分鐘出結果。它既可以作為病毒核酸檢測為陰性者的補充檢測，提高臨床診斷率，也可以作為快速篩查的手段，在全國復工復產復學等大面積人員流動和聚集的時期發揮篩查的優勢，這大大縮短了檢測時間，從而可以為更多的人進行檢測。美國在抗體檢測方法中取得很大進展，在短短12天，進行了6代抗體檢測方法的更新，檢測時間從最早兩小時，到最后的5分鐘，檢測的準確率達到95%。例如，美國雅培制藥有限公司公布一種新冠病毒檢測方法，可在短短5分鐘內判斷某人是否感染。檢測試劑盒尺寸很小，便于攜帶，幾乎可在任何醫療環境中使用。美國還采用了一種血清檢測試劑盒，兩分鐘內可以檢測被檢人體內是否有新冠病毒的抗體，大大縮短了檢測時間。美國首次批準使用唾液檢測新冠病毒，據已經進行的對比測試結果顯示，準確率達到100%，這樣既擴大了測試范圍，又降低了醫護人員感染概率。韓國采用多個樣本混合在一起檢測的方法，當結果呈現陽性時，再對樣本單獨檢測。采用這種方法可大幅提高檢測效率，在一定程度上緩解檢測試劑緊缺等問題。這種檢測法主要針對無癥狀人群進行病毒排查，以便在社區中快速發現潛在感染者，暫不會將此方法用于確診測試。

抗體檢測方法簡單，而且檢測時間短。那為什么不用它代替核酸檢測方法呢？ 主要原因是假陰性率較高，在疾病的感染早期，人體內還沒有產生抗體，用這種方法無法檢測出來。而且如今有大量無癥狀的新冠病毒攜帶者，他們體內的抗體通常是陰性，用這種方法也無法檢測出來。因此，抗體檢測可用于對核酸檢測為陰性的病例進行輔助診斷，也可以對病例進行排查篩查，但是還不能代替核酸檢測方法。目前用到最多的檢測方法就是對患者鼻咽拭子以及下呼吸道分泌物進行檢測。現在發現采用唾液檢測方法更好，檢測人員在取樣時可以不接觸被檢人，其準確率高于鼻咽拭子檢查法。

這次抗疫檢測還采用了自動化全基因組檢測分析平臺，該平臺能根據 AI（人工智能）算法對疑似病例的病毒樣本進行全基因組序列比對，而不只是檢測病毒基因的局部，以防止病毒因變異而造成漏檢的情況，而且，在 AI 的幫助下，疑似病例的病毒樣本檢測時間也從原來的數小時縮減為半小時，大幅提高了確診效率，緩解醫護資源緊張的情況。

體溫檢測和遠程觀察及指導系統

新冠肺炎的典型癥狀之一是高溫發熱，因此體溫檢測是抗擊疫情的“第一道防線”。在疫情防控的非常時期，耳溫槍、額溫槍等測溫“利器”紛紛上陣，各展其能。其中，“只是在人群中看了你一眼，溫度就被記錄下來”的紅外熱成像測溫儀尤受青睞。

針對此次疫情，一些公司積極發揮自身優勢，推出了全自動非接觸式體溫檢測產品，為應對不同場景的疫情防控出新招。利用紅外原理、人臉識別、AI等技術的紅外熱成像測溫儀，能夠在毫秒之間完成體溫篩查，檢測距離可達到10米，并自動記錄溫度異常信息，及時發出警報，甚至自動抓取發熱人群。可以說，紅外熱成像測溫儀在公共場所對疑似患者的甄別發揮了重要作用，是打贏疫情防控戰的重要裝備。5G 紅外熱成像測溫系統就是其中之一。這套系統由紅外線體溫檢測攝像頭、體感黑體、5G-CPE以及電腦主機組成。相比傳統的人工測溫槍檢測，5G紅外熱成像測溫系統采用非接觸式設計，也就是進出人員只需在鏡頭和傳感器前走過，設備就能快速獲取當前人員體溫數據并進行篩查，從而免去人工逐一測試的步驟，提高了通行效率，減少人員滯留所造成的交叉感染。通過熱成像技術和環境數據算法，儀器的測溫精度可達到±0.1℃。借助5G網絡，儀器所檢測的體溫數據會及時傳輸到防疫控制中心，當有人體溫超過告警溫度閾值，如疑似發燒時，設備將報警，提醒人員進行進一步檢查 。整個檢測過程僅需0.5秒，比人工測溫快了近10倍。目前，5G 紅外熱成像測溫系統已經在部分地區的商場、醫院及交通樞紐中使用。

醫院重癥監護室是對抗病情的前線陣地，同時也是醫患之間病毒傳染最危險的地方。在一些醫院的重癥隔離區中，可以看到很多新安裝的監控設備，但這些并不是普通的安防監控鏡頭，而是中國移動安裝的“VR遠程觀察及指導系統”。通過這些分布在重癥病區各處的鏡頭，醫護人員能隨時通過高清畫面和VR技術對重癥病區的患者進行觀察，從而避免醫護人員和重癥患者之間的接觸，減少醫護人員可能因接觸患者而出現感染的情況。與此同時，醫院以外的專家也能通過這個系統對重癥區病人進行觀察，即使在異地，專家組也能及時給出診療方案，助力醫院進行搶救工作。對于患者家屬而言，通過這套系統就能觀察到重癥隔離區內親人的情況。由于需要進行實時的高清 VR畫面傳輸，這套系統同樣也是基于 5G 網絡搭建而成的。

口罩

一場新冠肺炎疫情，讓口罩成為當時市場上供不應求的最重要的防護物品之一。除了加大產能保證口罩供應外，如何讓有效的防護口罩延長使用壽命，也是解決疫情期間口罩供不應求局面的一個選擇。

銅口罩

銅離子可滲入病原微生物外膜，使病原微生物體內重要營養物質流失及細胞代謝中斷，最終導致病原微生物死亡，因此被廣泛應用于消毒殺菌過程。智利一家公司就利用銅的這一特性生產出了一款銅口罩。銅口罩采用3D打印機制作。它是無縫且防水的，里面有3個銅邊的過濾器。目前，該公司已經將口罩的設計圖紙公開，任何擁有3D打印機的人都可以免費使用這種口罩的設計方案。

可重復使用的納米口罩

清華大學的李勃和伍暉研究團隊研發出可重復消毒使用的納米口罩。該項研究來源于兩個團隊近年對納米纖維類材料的合作開發。他們研發的納米纖維膜具有良好的過濾性能（氣紡納米纖維具有超細的直徑和高纖維密度的特性），可以滿足一次性醫用口罩、醫用外科口罩和醫用防護口罩的技術要求。

同時，該材料還有可重復消毒使用的特性。常規醫用防護口罩一般采用無紡布材料，這樣的材料在蒸煮消毒之后，靜電被消除導致防護作用劣化，因而無法重復使用。清華大學團隊研發的納米纖維膜材料，在用蒸氣重復消毒后仍能維持高的過濾效率和低的氣阻，可以滿足大眾在口罩短缺情況下的應急重復使用需求。

石墨烯抗疫口罩

東南大學電子科學與工程學院孫立濤教授團隊，研發了“石墨烯基口罩”。據介紹，這款口罩將石墨烯復合物溶液噴涂于過濾網上，能夠有效去除（干、濕）空氣中的粉塵及PM2.5。這種口罩對PM2.5的去除率高達99.3%。因為此次疫情中的病毒主要通過飛沫或飛沫混合在空氣中形成氣溶膠傳播，與通常的霧霾顆粒類似，所以石墨烯基口罩的防病毒功能很好。

過濾效率高過N95的口罩

中原工學院紡織服裝產業研究院何建新教授團隊在高效病毒防護用納米纖維空氣濾材與口罩關鍵技術及裝備方向取得了突破性進展。通過自主研發的線性電極靜電紡絲技術制備出直徑50～150 納米的納米纖維，以此類超細纖維為原料可加工出過濾精度為100納米的超薄非織造濾材，能夠高效攔截呼吸道飛沫、PM2.5、病毒、油性顆粒等病原體傳播介質。據悉，該口罩對0.3微米的標準顆粒物過濾效率在99.5%以上，超過N95口罩。此外，該技術還利用病毒殺滅劑改性紡絲原液，在納米纖維中摻雜了具有抗病毒效果的中草藥植物提取物，從物理攔截和生物殺滅兩個方面做到對病毒的安全徹底防護。

N95口罩消毒機

美國一家公司最近開發了一種名為“重癥監護去污系統”的機器，該機器使用氣相過氧化氫對N95口罩進行消毒。該機器是用金屬容器制成的，每天可清潔8萬只N95口罩，使它們可以安全重復使用20次。

防疫機器人

2020年初，隨著新冠肺炎疫情的蔓延，智能機器人也開始忙碌起來。它們不斷進行技術革新，可投入使用后紛紛上陣一線，助力各地安全開展疫情防治工作。

人工智能配送機器人

2020年1月24日晚，TR188次航班從新加坡抵達杭州蕭山機場，機上發現新冠肺炎確診患者，同行的219名乘客被安排在杭州市市委黨校進行集中隔離觀察。被隔離乘客分布在一幢8層樓的200多個房間里，如何安全、快速送餐成了難題。

得知這一情況，擎朗智能24小時內緊急向隔離區免費提供了16臺配送機器人，并在兩天內完成了全部樓層的部署工作。工作人員只需將餐食放在機器人的3層托盤上，并輸入目標房間號，機器人就能實現自動送達。3名配送人員1小時的工作量，一臺配送機器人在20分鐘內就可完成。

疫情防控機器人

很多社區和派出所里有一個創新探索人工智能語音系統，它可以借助人機對話的形式進行智能防疫排查工作，讓信息收集變得更高效。有了這個系統，只要將擬排查人員電話分批輸入系統，編寫好固定程序，通過機器人智能電話，接通被排查人聯系電話，就可以了解被隔離人的情況，并告知轄區居民關于最新疫情防控的通知，特別是居家隔離的要求。它一天至少可以打上萬個電話，大大減輕了排查人員的工作壓力。

機器人“警官”

“平平警官”是一位可用于旅客服務和安保的機器人。它在自主巡邏的同時，能夠快速精確測量前方1.5米范圍內多名過往旅客的體溫，并在機器人中部的屏幕上實時顯示每一名旅客的體溫狀況。它一旦監測發現體溫高于正常值的旅客，就會第一時間向在旁執勤的民警和醫護人員發出預警。在進行體溫檢測的同時，機器人還能同步識別出未佩戴口罩的旅客，通過語音播報功能實時提醒。旅客無需排隊聚集即可進行體溫檢測，有效避免了人員接觸及交叉感染。同時，“平平警官”還通過語音+視頻模式，向過往旅客宣傳疫情防范須知、防涉疫情詐騙要點等，進一步加強群眾的安全防范意識。

智能巡邏機器人

一輛貨車駛入海關查驗區，在入口處，一位特殊的海關“新成員”開始了工作。這位“新成員”正是輪式智能巡邏機器人，它搭載紅外線測溫儀和360度全景攝像頭，可實現體溫檢測、人臉識別、貨物異動監測等功能。它對進場人員進行紅外測溫和人臉識別。1秒左右，查驗區入口的屏幕就顯示出人員的體溫和身份信息，確認無異常情況，才予以放行。

在深圳寶安黃田轄區，自疫情防控工作開展以來，每天有6臺5G巡邏機器人忙碌在轄區重要路段、人流密集區域，開展疫情宣傳、熱成像測溫等工作。目前主要用于大巴乘客的集中體溫檢測，發現體溫異常的人，系統能夠自動報警。經實際使用，工作效率比人工手持測溫槍檢測提高4倍以上。

消毒防疫機器人

消毒防疫機器人能夠根據設定的路線自動、高效、精準地對室內進行消毒防疫。消毒防疫機器人以機器人為載體，在機器人內部裝置消毒系統產生消毒氣體，利用機器人的氣動系統將消毒氣體快速地在室內空間擴散，增加消毒的覆蓋面和均勻性，能有效、無死角地殺滅空氣中的致病微生物。

5G防疫機器人

5G防疫機器人基于中國移動5G網絡，集合智能感知、物聯網、AR、人工智能等技術，部署在公共場所和人流密集場所，除具備來訪人員體溫檢測、佩戴口罩識別、語音告警、防疫宣傳、人臉考勤等無接觸式交互防疫功能外，還可以根據現場需求化身展廳講解員、前臺咨詢員、帶路小能手等，通過導航、導覽、講解、業務咨詢問答等方式成為辦事群眾的助手。另外，防疫機器人還能通過5G網絡及高清攝像頭將現場視頻實時傳輸，幫助實現無死角監控。機器人的一系列自動化、智能化作業不但節約時間，而且大大降低防疫人員的勞動強度和病毒傳播風險。其中5G-X Pepper床旁關護機器人通過人工智能技術，能進行病人關懷、咨詢答疑、防疫宣傳、視頻互動，還可協助病人與醫生遠程交流、視頻查看病人情況并回傳，大大地減輕了醫護人員的工作量和交叉感染的風險。

智能方艙醫院

方艙醫院的創設，是此次抗擊新冠肺炎疫情中很關鍵的一招，在防與治兩個方面發揮了不可替代的重要作用。在這場“戰疫”中，方艙醫院對于智能化的要求比普通醫院更高，各種信息系統需要全部一次性規劃并建設到位，包括5G智能機器人、遠程診斷、大數據等技術和設備支持。智能方艙醫院的建成既可以減輕醫療人員負擔、降低傳染概率，更可以為患者帶來及時的服務和貼心的關懷，在防控疫情、救治病患、調配資源、追溯病毒根源、監測并分析疫情上起到了良好的作用。

在智能方艙醫院中運用信息化，采用移動查房、治療、檢查、檢驗、會診等全流程無紙化，確保醫療數據完整、可監測；完善適應方艙醫院特點的電子病歷信息；引進智能機器人，用于醫療物資和生活物資從艙外到艙內的及時配送；為患者配備手環，自動連續監測血氧飽和度、心率。舉例來說，病人進入方艙醫院時，5G連網溫度計篩檢每個人的體溫，通報發高燒的病人；每個病人會佩戴智能手環，醫院隨時從AI平臺監控體溫、心跳、血氧等生命征象；醫護人員也要佩戴智能手環來掌握自己有無感染跡象。

方艙醫院有很多執行不同功能的機器人。會領舞、會跳健康操的5G醫療服務機器人一上崗，就受到患者們的喜愛，紛紛與之共舞。跳舞只是5G醫療服務機器人的才藝之一，它最主要的職責是導診分診，監控病房，與醫護人員、患者交流互動，并與醫生合作，對隔離病房、方艙病人進行遠程視頻輔助診斷。5G清潔消毒機器人，專門裝載了消毒水箱，可按規定路線自主完成消毒清潔任務、自主避障、自主檢查清潔效果，自動報告任務狀態、反饋任務詳情。在整個流程中實現無人化操作，獨立完成消毒清掃工作，節約人力成本，提高了效率。機器人也會幫忙遞送食物、飲品和藥物。機器人無需防護設備，可以極大節約十分緊缺的防護服、口罩等物資。機器人雖然不能取代醫護人員，但會幫助醫護人員，讓他們的工作更加高效、更加安全。

智能方艙醫院的云端AI指揮系統，管控著醫院的全部設施，所有的病人都有物聯網的設備，能夠掌握他們的實時心跳、溫度等所有的狀態。在5G網絡的支持下，智能方艙醫院甚至可以完成遠程問診的工作。這就是傳統醫院升級成為智能醫院的全新模板。