一种生物样本核收装置以及核收方法

技术领域

本发明涉及生物样本管理技术领域，涉及一种生物样本核收装置以及核收方法。

背景技术

临床生物样本是临床科室(住院部)在医疗过程中，不可或缺的一部分，每天需要采集的血液、尿液、体液及其他组织样本的量非常大。在现有的临床生物样本采集的过程中，存在很多问题。目前，每个生物样本试管的表面贴有条形码标签，条形码是样本的唯一身份码，医务人员通过扫码枪逐个扫描条形码，实现对样本的识别。但是，临床科室通常将批量的样本一起运输和交接，需要对批量样本进行批量识别和定位，以便实现样本的快速精确有效跟踪。现有的条形码技术已无法满足医疗需求。

另外，临床生物样本采集流程，大多采用手工操作方式完成。以最常规的血液样本为例，主要分为七个步骤：一.采血护士人工选管；二.打印条形码标签并粘贴在采血管上；三.临床抽血并自核；四.样本临时收纳存放在护士台；五.检验科定时派护工到住院部转运样本；六.检验科逐个扫码接收样本；七.人工分拣检验样本。该流程过程存在以下问题：临床科室内部缺少过程监管，样本和采血护士缺少关联，出错时责任不能追溯，工作量无法统计；检验科定时派护工到住院部转运样本，导致采血样本离体时间过长、检验准确度降低、高峰时段检验科拥挤、容易出现错漏，患者满意度低；样本丢失时，责任不能追溯，无法追溯到是科室护士还是检验科护工的责任。

为了提供识别效率，有的在生物样本试管上贴上RFID电子标签。RFID(RadioFrequency Identification，射频识别技术)是应用电磁感应、无线电波或微波进行非接触式双向通信，以达到识别目的并交换数据的自动识别技术。相对于传统的条形码、磁卡及IC卡技术，射频识别技术具有非接触、批量读写、阅读速度快、无磨损等特点。

RFID系统由以下几部分组成：①RFID电子标签，由芯片和标签天线组成，通过电感偶合或电磁反向散射原理与读写器进行通信；②读写器，是读/写标签信息的设备，作为数据采集的终端；③RFID识别天线，是为RFID标签和读写器提供射频信号空间传播的设备。

RFID系统的工作原理如下：读写器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经RFID识别天线向外发送，进入读写器工作区域的RFID电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。

周转过程中的临床生物样本试管，存在以下特点：①大通量(几百)；②样本密集堆叠(整板码齐或散乱堆叠)，导致贴在试管上的电子标签上的天线方向随意性大；③生物样本为液态，射频信号折射衰减大。这些特点直接影响了RFID电子标签天线和读写天线之间的电感耦合效能，群读时容易出现漏读现象。

另一方面，屏蔽箱是利用导电或者导磁材料制成的各种形状的屏蔽体，将电磁能力限制在一定空间范围内，用于抑制辐射干扰的金属体，并对传导和辐射进行处理，以提供无干扰的测试环境的设备。现有的电磁(信号)屏蔽箱，根据开门方式的不同，分为“侧开式”、“抽屉式”、“翻盖式”等多种类型，以用于满足不同使用环境和测试设备的使用要求。其中又以翻盖式为主流，即在箱体的上方设置有一个可摆动开合的翻盖，由于翻盖需要上下摆动，一旦翻盖打开后，其与外界的接触面积较大，即使翻盖关闭后，其与箱体的接触处较难实现完全密封，因而导致密封效果较差，有待于进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种生物样本核收装置以及核收方法，设计一种顶部翻盖的屏蔽箱，便于生物样本试管的取放，提高翻盖的稳定性和屏蔽效果。同时，核收装置使用RFID技术，实现非接触式、批量群读，减少漏读，提高密集且杂乱的装有液态生物样品的生物样本试管的RFID电子标签的群读准确率和群读效率。

本发明是这样实现的，提供一种生物样本核收装置，包括顶部带翻盖的箱体，箱体内设置屏蔽箱，在翻盖上设置用于覆盖屏蔽箱顶部开口的屏蔽盖，翻盖的一端通过阻尼合页与箱体转动连接，其另一端通过带弹力电磁锁与箱体形成可开闭连接，在屏蔽箱内设置顶部带敞开口的收纳筐体，收纳筐体内设有放置束口收纳袋的容纳腔，外表面贴有RFID电子标签的生物样本试管被放置在束口收纳袋内，在收纳筐体的敞开口边缘设置相互配合的固定插销和插销孔，固定插销将束口收纳袋的束口绳定位在插销孔处；在所述箱体上分别设置触摸屏显示器、IC卡读卡器模块、摄像头模块、扬声器，在箱体内分别设置电源模块、控制模块和RFID模块，控制模块分别与电磁锁、触摸屏显示器、IC卡读卡器模块、摄像头模块、扬声器、电源模块和RFID模块相互控制连接，RFID模块包括RFID读写器和多个RFID射频天线，RFID读写器分别与每个RFID射频天线信号连接。

进一步地，所述RFID射频天线数量为三个，其中两个RFID射频天线分别位于收纳筐体相互垂直的两外侧面上，另一RFID射频天线位于收纳筐体的外底面上。

进一步地，所述生物样本核收装置还包括通讯模块，通讯模块的输入端与控制模块相互控制连接，通讯模块的输出端与服务器连接。

进一步地，在所述收纳筐体还设置用于给生物样本试管杀毒的杀毒灯。

进一步地，在所述翻盖与箱体的结合处围设一圈导电海绵。

本发明是这样实现的，提供一种生物样本核收方法，其采用如前所述的生物样本核收装置，包括如下步骤：

步骤一、通过IC卡读卡器模块的身份识别或摄像头模块的人脸识别确定操作者身份之后，控制模块驱动电磁锁弹开翻盖，操作者向束口收纳袋内存入或取出生物样本试管后随即关上翻盖；

步骤二、电磁锁闭合状态信号反馈给控制模块，控制模块控制RFID模块，RFID读写器发送盘点命令到每个RFID射频天线，多个RFID射频天线按照设定顺序轮询盘点统计束口收纳袋内储存的粘贴RFID电子标签的生物样本试管的数量并将盘点结果反馈到控制模块，控制模块及时对束口收纳袋内储存的生物样本试管的数量进行更新；当盘点数量等于束口收纳袋设定的最大允收数量时，通过扬声器发出满位提示信号，或者，通过触摸屏显示器显示满位提示，生物样本核收装置不再接收新的生物样本试管。

进一步地，在步骤二中，所述轮询盘点统计方式包括如下步骤：当束口收纳袋接收的生物样本试管数量A不大于设定的小批量允收数N(即A≤N)时，每个RFID射频天线依次扫描的时间为1s～2s；当束口收纳袋接收的生物样本试管数量A大于设定的小批量允收数N且小于最大允收数量M(即N

与现有技术相比，本发明的生物样本核收装置以及核收方法具有以下特点：

1.通过IC卡读卡器模块的身份识别或摄像头模块的人脸识别，对操作人员的身份信息进行验证、留档，作为翻盖屏蔽箱门禁开合的身份依据。控制模块控制RFID读写器，对束口收纳袋内的生物样本试管进行盘存，生物样本试管的收纳存放过程实现人、样本、设备的数字化，为后续的生物样本的过程管控提供智能物联的硬件基础。

2.具有生物样本试管满溢提醒功能，避免因为生物样本试管过多影响到翻盖的开合以及盘存准确度下降。

3.翻盖设有阻尼合页和电磁锁，在翻盖的开启和关闭过程中，可使翻盖停留在任何角度，从而避免翻盖开关时出现夹手现象；

4.在收纳筐体内设置束口收纳袋，实现快速提取、捆扎、转移批量的生物样本试管。

5.提高密集且杂乱的装有液态生物样品的生物样本试管的RFID电子标签的群读准确率和群读效率。以核收200个生物样本试管为例，群读准确率可达到99.5％以上；小于80个生物样本试管RFID电子标签密集盘存完成时间：3S；大于80个小于200个生物样本试管RFID电子标签密集盘存完成时间：6S；大于200个生物样本试管RFID电子标签密集盘存完成时间：9S。

附图说明

图1为本发明生物样本核收装置一较佳实施例的立体示意图；

图2为图1中生物样本核收装置另一角度的立体示意图；

图3为图1的生物样本核收装置内部结构(显示屏蔽箱)立体示意图；

图4为图3的生物样本核收装置内部结构另一角度的立体示意图；

图5为图3的生物样本核收装置内部结构(显示收纳筐体和RFID射频天线)立体示意图；

图6为生物样本核收装置的内部控制系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参照图1至图5所示，本发明生物样本核收装置的较佳实施例，包括顶部带翻盖2的箱体1，箱体1内设置屏蔽箱3，在翻盖2上设置用于覆盖屏蔽箱3顶部开口的屏蔽盖(图中未示出)。

箱体1采用塑料模具成型工艺成型。翻盖2采用塑料模具成型工艺成型。屏蔽箱3和翻盖2上的屏蔽盖采用铝合金板钣金成型。当翻盖2与箱体1处于闭合状态时，屏蔽箱3和屏蔽盖组合成一个完整的屏蔽空间，保证了射频信号在屏蔽箱3内有效传播，避免外界信号的干扰。

翻盖2的一端通过阻尼合页4与箱体1转动连接，其另一端通过带弹力电磁锁5与箱体1形成可开闭连接。设置阻尼合页4使得在翻盖2的开启和关闭过程中，可使翻盖2停留在任何角度，从而避免翻盖2开关时出现夹手现象。电磁锁5控制翻盖2的开闭，在翻盖2需要开启时，弹力可让翻盖2自动开启。

在屏蔽箱3内设置顶部带敞开口的收纳筐体6，收纳筐体6内设有放置束口收纳袋(图中未示出)的容纳腔。外表面贴有RFID电子标签的生物样本试管被放置在束口收纳袋内。在收纳筐体6的敞开口边缘设置相互配合的固定插销(图中未示出)和插销孔7，固定插销将束口收纳袋的束口绳定位在插销孔7处。收纳筐体6采用ABS/亚克力等射频信号可穿透材料制成，是生物样本试管及其RFID标签的收纳空间。设置固定插销和插销孔7用于撑开、固定束口收纳袋的作用。

请再同时参照图6所示，在所述箱体1上分别设置触摸屏显示器8、IC卡读卡器模块9、摄像头模块10、扬声器11，在箱体1内分别设置电源模块12、控制模块13和RFID模块。控制模块13分别与电磁锁5、触摸屏显示器8、IC卡读卡器模块9、摄像头模块10、扬声器11、电源模块12和RFID模块相互控制连接。

RFID模块包括RFID读写器14和多个RFID射频天线15，RFID读写器14分别与每个RFID射频天线15信号连接。RFID射频天线15用于扫描生物样本试管上的RFID电子标签。多个RFID射频天线15分别位于屏蔽箱3与收纳筐体6之间。

在本实施例中，所述RFID射频天线15数量为三个，其中两个RFID射频天线15分别位于收纳筐体6相互垂直的两外侧面上，另一RFID射频天线15位于收纳筐体6的外底面上。三个RFID射频天线15分别是X方向射频天线151、Y方向射频天线152和Z方向射频天线153。Z方向射频天线153位于收纳筐体6的外底面上。

所述生物样本核收装置还包括通讯模块16，通讯模块16的输入端与控制模块相互控制连接，通讯模块16的输出端与服务器(图中未示出)连接。

在所述收纳筐体6还设置用于给生物样本试管杀毒的杀毒灯17。

在所述翻盖2与箱体1的结合处围设一圈导电海绵(图中未示出)。翻盖2与箱体1一起构建一个独立的屏蔽空间，保证了射频信号在屏蔽箱3内有效传播，避免外界信号的干扰。

在本实施例中，控制模块13包括嵌入式主板18和驱动板19，嵌入式主板18分别控制驱动板19、触摸屏显示器8、IC卡读卡器模块9、摄像头模块10、扬声器11、通讯模块16、电源模块12和RFID读写器14。另外，驱动板19分别控制电磁锁5和紫外线消毒灯17，RFID读写器14同时控制X方向射频天线151、Y方向射频天线152和Z方向射频天线153。

三个RFID射频天线15的工作频谱为900MHz～930MHz，分别为右旋圆极化天线，以X轴、Y轴、Z轴维度方向空间分布，固定在屏蔽箱3与收纳筐体6之间。三个天线采用轮询方式对收纳筐体6内生物样本试管携带的RFID电子标签进行扫描，可以较好的解决因为密集RFID电子标签杂乱放置导致相位不确定，液体样本对射频信号的折射衰减等因素，造成的盘存数量不准确问题。200个试管的RFID电子标签密集盘存的准确率可达到99.5％以上。

RFID读写器14通过RG316射频连接线与三个RFID射频天线15相连，工作频谱902MHz～928MHz，射频空中协议采用18000-6C，射频芯片采用INDY R2000，接收灵敏度<-85dBm，群读群扫性能良好。通过RS232串口与嵌入式主板18连接，由上位机软件控制RFID读写器14和RFID射频天线15的工作。

嵌入式主板18采用瑞芯微RK3568四核64位处理器，搭载Android11.0系统，主频2.0GHz，4G内存，32G内置存储器。嵌入式主板18内运行上位机软件。人脸识别摄像头模块10和IC卡读卡器模块9实时监控操作人员的身份，通过身份验证后方可进行相关业务的操作。10寸触摸屏显示器8是上位机软件的操作界面，可进行生物样本试管收纳、生物样本试管移交、未采集生物样本试管统计、消毒管理、身份信息管理等业务操作。

驱动板19和嵌入式主板18通过485串口相连。

上位机软件通过控制驱动板19驱动紫外线消毒灯17对屏蔽箱3内部进行消毒，上位机软件制定了三种消毒策略：一.完成生物样本试管移交关闭屏蔽箱翻盖2时立即进行消毒。二.通过上位机软件进行手动消毒。三.由云平台进行统一策略消毒，比如统一在晚上休息时间进行消毒。

上位机软件通过监测束口收纳袋内的生物样本试管数量来判断是否满位，满位阈值设定为200个，即盘点样本数量超过200个时，认为已满位，关闭装置的生物样本试管收纳功能。

网络通讯模块16包括无线WIFI和有线网络二种网络模式，负责上位机和服务器端管理平台之间的数据交互。控制模块13将更新后的数量信息通过通讯模块16发送到服务器。

杀毒灯17固定在翻盖2内侧，由2段1.8W的UVC软灯条模组串联而成，由嵌入式主板18通过驱动板19控制消毒灯17的开关，消毒时长由上位机软件进行控制。

束口收纳袋采用方形设计结构，可相对紧密的附着在收纳框内壁，可以容纳更多的生物样本试管。束口收纳袋采用棉布材料制造，棉布材料可以进行洗涤消毒，便于重复使用。束口收纳袋设有束口绳，该结构方便于提取捆扎转移生物样本试管。

屏蔽箱3是利用导电或者导磁材料制成的屏蔽体，将电磁能力限制在一定空间范围内，给标签天线和读写天线之间的电感耦合提供无干扰的空间环境。提升了天线的接收灵敏度，可以较好的解决液体对标签射频信号的干扰。

电源模块12采用AC230V电源输入，DC12V输出，带滤波功能。

触摸屏显示器8采用10寸屏，是上位机软件的HMI显示平台。

IC卡读卡器模块9工作频率13.56MHz，遵循IEC/ISO14443A协议标准，支持S50/S70/复旦等电子标签。

摄像头模块10采用红外和可见光方式，通过MIPI接口与嵌入式主板相连。

扬声器11左右声道二路输出。

本发明还公开一种生物样本核收方法，其采用如前所述的生物样本核收装置，包括如下步骤：

步骤一、通过IC卡读卡器模块9的身份识别或摄像头模块10的人脸识别确定操作者身份之后，控制模块13驱动电磁锁5弹开翻盖2，操作者向束口收纳袋内存入或取出生物样本试管后随即关上翻盖2。

步骤二、电磁锁5闭合状态信号反馈给控制模块13，控制模块13控制RFID模块，RFID读写器14发送盘点命令到每个RFID射频天线15，多个RFID射频天线15按照设定顺序轮询盘点统计束口收纳袋内储存的粘贴RFID电子标签的生物样本试管的数量并将盘点结果反馈到控制模块13。控制模块13及时对束口收纳袋内储存的生物样本试管的数量进行更新。当盘点数量等于束口收纳袋设定的最大允收数量时，通过扬声器11发出满位提示信号，或者，通过触摸屏显示器8显示满位提示，生物样本核收装置不再接收新的生物样本试管。

在步骤二中，所述轮询盘点统计方式包括如下步骤：当束口收纳袋接收的生物样本试管数量A不大于设定的小批量允收数N(即A≤N)时，每个RFID射频天线15依次扫描的时间为1s～2s；当束口收纳袋接收的生物样本试管数量A大于设定的小批量允收数N且小于最大允收数量M(即N

在本实施例中，三个RFID射频天线15为圆极化天线，以X轴、Y轴、Z轴三个维度方向分布在屏蔽箱3箱体内侧，采用轮询方式对箱体内生物样本试管携带的RFID电子标签进行扫描，可以较好的解决标签天线方向随意性产生的不利因素，盘存准确率大幅提升。

多维度天线提升了盘存的准确率，同时这也造成盘存时间的增加，盘存时间T＝T

针对这个问题，本发明采用前述的轮询盘点统计方式来解决。先使用X方向射频天线151对屏蔽箱3内的生物样本试管进行一次预盘存，根据预盘存的生物样本试管数量制定不同的轮询策略，提高群读的准确度和速度。假定三个天线的盘存顺序为：X方向射频天线151、Y方向射频天线152和Z方向射频天线153，小批量允收数N为80个，最大允收数量M为200个。先使用X方向射频天线151对屏蔽箱3内的样本进行一次预盘存，得到样本数A。再假如A≤80，则三个天线的盘存时间各为1s；80

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。