唾液采集装置及方法与流程

1.本发明涉及在采集动物、婴幼儿以及在人际沟通方面具有局限性的人等(以下，唾液被采集者)的唾液的过程中，以简单且最小化被采集者的压力方式采集唾液的装置及方法。


背景技术：

2.人和动物为了维持精神上、肉体上的健康而需要进行管理。健康状态可以通过监测压力、体内炎症、病毒、酶等的状态变化来进行确认。为了进行健康状态信息监测，执行血液、大便、小便、唾液等的生物学试样的采集。最近，随着医学及相关技术的发展，为了解决在采集生物学试样时的问题而凸显出以非侵袭性方法获取试样而进行检测的技术。尤其是，由于唾液中含有用于显示健康状态信息的生物标志物，因此，正在积极地研究以非侵袭性的方法监测健康状态的方法。
3.在动物中，尤其在猪的唾液中含有皮质醇(cortisol)，结合珠蛋白(haptoglobin)，血清淀粉样蛋白a(serum amyloid a)，c反应蛋白(c
‑
reactive protein)，a
‑
淀粉酶(a
‑
amylase)等诸多成分。这种成分作为生物标志物受到有效性方面的认可，从而对其积极地进行研究，上述生物标志物为用于测定精神上、肉体上的健康状态程度的指标。并且，最近随着动物福利重要性的凸显，在多个领域正在进行着用于提高健康及福利的研究。当前，虽然以多种方式采集猪的唾液，但通常所实施的是绳索(rope)方法。绳索方法为在畜舍内规定期间设置棉绳，使得绳索从猪的口腔中吸收唾液，并从吸收唾液的上述绳索中获取唾液的方法。关于唾液的采集，在经过规定时间(例如，1小时～1日)之后回收绳索，并在容器(例如，塑料包)内向绳索施加挤压力(squeeze pressure)而采集唾液。
4.但是，在这种现有技术中，为了采集唾液而需要投入人力和时间，根据需要而以临时或间歇性的方式实施，并且，在采集唾液的过程中，存在二次污染、杂质的流入等的局限性。为了克服这种局限性，正在研发多种技术。例如，在供水设施中设置用于采集猪的唾液的挤压机而在猪获得饮用水的过程中利用真空泵来采集唾液的技术。就这种技术而言，属于如果个别的猪接近唾液采集系统，并用牙齿或嘴巴咬住规定的部件，就会按压用于采集唾液的挤压机的按钮而自动采集唾液的技术。为此，包括如下技术：在饮用水的供水设施中设置用于采集唾液的挤压机，并利用移植于个别猪的个体的芯片的个体识别技术。
5.但是，在实际的畜舍环境中，猪通常会有多头猪对一种物品同时产生好奇心的习性，因此，在一头猪占用一个挤压机的方面以及按压准确位置的挤压机按钮而采集唾液方面存在局限性。此外，在同一个场所提供饲料和饮用水的畜舍环境中，因在采集过夜的过程中残留于口腔内部的大量的饲料和畜舍环境内部的各种气体或粉尘等而使装置的耐久性具有局限性。因此，有必要研究出考虑到费用低廉、便于维护、自动化、定量化等的有效且实用的唾液采集技术。


技术实现要素：

6.(发明所要解决的问题)
7.本发明用于解决上述现有技术的问题，本发明的目的在于，提供便于维护且以定量、有效的方式采集婴幼儿或在人际沟通方面具有局限性的人或动物的唾液的装置及方法。
8.(解决问题所采用的措施)
9.为了解决上述问题，提供在具有弹性的管子的一端部形成有多个微孔并在上述管子的另一端部连接真空泵而从形成有微孔的一端抽吸(suction)唾液来采集唾液的装置。
10.具有上述微孔的管子可形成为多个子管以同轴方式相结合的管子形态或包含有毫米球状物或海绵等的填充材料的管子形态，从而可以对猪的唾液之外的物质(杂质等)进行过滤。
11.此外，利用动作传感器/位置传感器和电磁阀之类的可进行电子控制的阀而只在使用者使用唾液采集装置时驱动装置，从而可以实现自动化及定量控制，并利用采集环境中的饮用水管路及空气管路来实施唾液采集管的清洗及干燥，从而可以提供便于维护且有效的唾液采集装置及方法。
12.关于以上所介绍的本发明的结构及作用，以下的与附图一同进行说明的具体实施而变得更加明确。
13.(发明的效果)
14.根据本发明的唾液采集装置及利用其的唾液采集方法，可使人力和时间的投入最小化，并可克服在唾液的采集过程中产生的二次污染、包含杂质等的局限性，从而能够以有效且定量的方式自动采集唾液。而且，可进行从唾液的采集至检测的一条龙工序，从而可以按不同的唾液采集环境(例如，猪的畜舍的猪窝)有效地管理健康状态。
15.此外，使用弹性的唾液采集管而使受唾液采集者的压力最小化，可以很自然地进行采集，并具有在存在各种粉尘及气体等的采集室环境的内部通过更换唾液采集管来以低廉的费用进行维护的优点。
16.本发明的唾液采集装置及方法还可应用于最近极速成长的宠物的健康管理及福利增进领域等。根据动物的唾液中大量含有用于表示精神上/肉体上的健康状态的生物标志物的事实，唾液采集器的便携及小型化可促进宠物的健康管理产品。
附图说明
17.图1为本发明的一实施例的具有同轴结构型唾液采集管的唾液采集装置的结构图。
18.图2为本发明的唾液采集方法的流程图。
19.图3为本发明的另一实施例的具有毫米球状物填充型结构的唾液采集管的唾液采集装置的结构图。
20.图4为本发明的又一实施例的具有圆形同轴结构型唾液采集管的唾液采集装置的结构图。
21.图5为本发明的又一实施例的具有圆形毫米球状物填充型结构的唾液采集管的唾液采集装置的结构图。
22.图6为本发明的实施例的唾液采集装置的实际体现状态的照片。
23.图7为本发明的又一实施例的便携式唾液采集器的结构图。
具体实施方式
24.以下，参照附图详细说明的实施例会让本发明的优点、特征以及实现这些优点和特征的方法更加明确。但是，本发明并不局限于以下所公开的实施例，能够以互不相同的各种方式实施，本实施例只用于使本发明所属技术领域的普通技术人员完整地理解本发明的范畴，本发明仅由权利要求书定义。另一方面，本说明书所使用的术语仅为了说明特定实施例而使用，并不具有限定本发明的意图。如本说明书所述，只要在文脉上没有特意提及，单数的表示包括复数的表示。此外，本说明书所使用的“包括(comprise)”和/或“包含(comprising)”等术语并不排除所提及的结构要素、步骤、动作和/或元件之外的一种以上的其他结构要素、步骤、动作和/或元件的存在或追加。
25.以下，通过例示性的附图对本发明的一部分实施例进行详细说明。需要留意的是，在对各附图的结构要素标注附图标记的过程中，即便显示于不同的附图上，也要尽可能地对相同的结构要素标注相同的附图标记。此外，在对本发明进行说明的过程中，在判断对相关的公知结构或功能的具体说明有可能会模糊本发明的要旨的情况下，将省略对此的详细说明。
26.以下，通过对作为被采集者的动物，尤其是对猪的唾液进行采集的方法和装置的实施例来对本发明的技术构思进行说明。
27.猪和人类之间存在沟通方面的局限性。因此，为了采集猪的唾液，需要先掌握猪的习性，并需要在对动物施加最小限度的压力的状态下或在自然状态下收集唾液。最近，随着重视动物福利的必要性，在猪的畜舍中设置多种用于缓解压力的物品。作为设置于畜舍内部的物品所要求的理想条件，推荐被破坏、可变形、对生物体无害、发出香味且干净等。一般情况下，作为所设置的材料或物品，普遍使用树木、链条、塑料球、绳索等。反映这种状况条件而本发明提出有效提取猪的唾液的装置及方法。
28.本发明的原理基本在于，在弹性管的一端连接真空泵，并在上述弹性管的另一端部分沿着长度方向形成数十mm～数百mm长度的多个微孔(hole)，然后将形成有微孔的部分与猪的口腔相接触而采集唾液。更具体地，如果利用加速度传感器、陀螺传感器、红外线(ir)传感器之类的动作传感器和/或位置传感器来感测到猪咬住了唾液采集管的形成有微孔的部分，那么使真空泵运行而通过从上述唾液采集管采集猪的口腔内的唾液(例如，采用抽吸(suction)方式)。所采集的唾液借助真空泵并通过唾液移送管来向采集器移送之后，收集于唾液收集容器。所收集的唾液通过设置于唾液收集容器的管来向检测装置移送。检测装置利用生物标志物浓度测定功能来检测唾液的成分。
29.另一方面，如果结束唾液的采集，那么利用与畜舍内部的饮水设施相连接的供水管来从饮水设施向唾液采集管供水，从而清洗唾液采集管的内部及外部的杂质和渣滓。而且，通过空气供给管向唾液采集管注入压缩空气而对管子的内部及外部进行干燥。为此，控制部对设置在唾液移送管、供水管及空气供给管的阀进行开启/关闭(on/off)而进行唾液采集工序、清洗工序及干燥工序。
30.本发明的唾液采集装置每当猪使用唾液采集装置时会自动反复驱动。此外，唾液
采集管的内部结构形成为如下结构：为了过滤掉杂质而插入多个相互不同直径的管子的同轴结构、或者、在管子的内部包含多个如海绵、毫米球状物等的填充材料的结构。动作传感器和/或位置传感器、真空泵、阀的开启/关闭(on/off)等的功能是由控制部自动控制。
31.以下，将参照附图对本发明的唾液采集装置及方法的具体的实施例进行说明。
32.首先，图1示出了本发明的一实施例的具有同轴结构型唾液采集管的唾液采集装置的结构。
33.图1的实施例的唾液采集装置大体包括采集/检测部、清洗/干燥部、控制部。
34.采集/检测部包括：唾液采集管370，其具有一端形成有微孔371的多个子管以同轴相结合的结构；真空泵310；移送管320，其用于使所抽吸的唾液移动；唾液移送阀340，其用于对通过上述移送管320移送的唾液的流动进行断续控制；采集器330，其位于真空泵310和唾液移送阀340之间的移送管而采集从唾液采集管370被抽吸的唾液；唾液收集容器350，其用于收集采集器330所采集的唾液；唾液水位传感器355，其用于确认被收集于唾液收集容器350的唾液的水位；以及检测装置395，其用于测定唾液成分的生物标志物。
35.清洗/干燥部包括：用于供给清洗用的水(清洗水)的供水管321及供水阀341；以及用于供给干燥用的空气的供气管322及供气阀342。其中，清洗用的水和干燥用的空气向上述唾液采集管370侧注入，清洗/干燥部为了唾液采集管370的清洗及干燥而包括套设于唾液采集管370的上部的帽360。
36.控制部包括：移动传感器380，其用于感测唾液采集管370的动作；位置传感器385，其用于感测唾液采集装置的动作或猪的接近等的位置变化；以及控制器390，其对包括上述各种阀340、341、342、343和真空泵310在内的整个系统进行驱动和控制。
37.优选地，适用于本唾液采集装置的多个阀为电磁阀之类的进行自动定量控制的阀。
38.对结构进一步地进行具体说明。
39.唾液采集管370的结构为具有相互不同直径(数mm～数十mm的直径)的多个子管372以同轴构成。即，唾液采集管370的结构为共享一个中心轴，并由多个管子以同心圆形态相结合的同轴结构。作为一例，该结构为以在最大直径(约10mm的直径)的管子的内部插入小直径的管子(约6mm的直径)，并在上述小直径的管子的内部插入更小直径的管子(约2mm)的方式共享一个中心轴的结构。在图1中示出了这种同轴结构的唾液采集管370的纵向剖面。
40.唾液移送管320为将通过唾液采集管370被抽吸的唾液移送至采集器330的管，能够具有数mm～数十mm的直径。随着对通过上述移送管320移送的唾液的流动进行断续控制的唾液移送阀340的开启(on)，唾液在真空泵310的作用下被移送而进入到采集器330内。
41.采集器330位于真空泵310和唾液移送阀340之间。由于在采集器330中设有防逆流板331，因此，唾液不会向真空泵侧发生逆流，而聚集后进入到与采集器330相连接的唾液收集容器350中而被收集。
42.唾液收集容器350为由透明的材质形成的、可容易进行分离和更换的容器。水位传感器355用于感测唾液收集容量的设定量。在收集容器的下部设置有可向检测装置395移送唾液的管和阀343。
43.检测装置395为测定被移送到上述检测装置395的唾液中所包含的生物标志物成
分的浓度的装置。
44.为了唾液采集管370的清洗及干燥而套设在唾液采集管370的上部(形成微孔的相反端)的帽360包括用于进行清洗/干燥的清洗/干燥管361和外部引导件362。清洗/干燥管361在采集唾液时过滤掉存在于猪的口腔内的饲料残留物或杂质，并同时清洗管子的内部和外部。清洗/干燥管361的直径应维持在同轴结构型唾液采集管370的最小直径以下的直径。一般情况下，在在规定的压力下流体(水、空气)移动的情况下，具有与小直径相比向大直径移动的特性。在清洗/干燥管361的直径大于插入在唾液采集管370的管子的直径的情况下，大部分的流体并不向唾液采集管370的内部行进，而是只向清洗/干燥管361行进。在这种情况下，只有唾液采集管370的外部被清洗/干燥。因此，为了同时清洗唾液采集管370的内部和外部，应考虑使清洗/干燥管361的直径成为唾液采集管子370的最小直径以下。
45.为了唾液采集管370的清洗及干燥而设置有清洗用的供水管321及供水阀341以及干燥用的供气管322及供气阀342。
46.此外，构成控制部的动作传感器380位于唾液采集管370的上端部而感测唾液采集管370、进而唾液采集装置的动作。在功能方面，动作传感器380即使位于唾液采集管370的下端部或其附近也无妨，但在这种情况下，猪会进行啃咬而增高破损可能性。动作传感器380能够以加速度传感器、陀螺传感器等构成。此外，动作传感器380可单独制作成具有用于感测唾液采集装置的移动的功能，而且通过紧固件或胶带等来附设于唾液采集管370也无妨。
47.位置传感器385为利用红外线(ir)、超声波或射频(rf)的传感器，可用于感测唾液采集装置的动作或猪的接近等。在本实施例中，示出了在唾液采集装置的上部空间设置位置传感器385来发送/接收红外线光信号，并执行对唾液采集装置的动作或猪的接近进行感测的功能。但是，当进行实际操作时，可设置位置传感器385而与上述动作传感器380配合，或者在仅用动作传感器380也充分的情况下，可不用设置位置传感器385。在图1中，显示于位置传感器385的下部的标识是用于表示以无线方式检测唾液采集装置的位置的概念。但是，位置传感器385也能够以有线方式检测唾液采集装置的位置。在下面，将上述动作传感器380和位置传感器385统称为“接近探测器”。
48.控制器390的位置事实上设置于哪个位置都无妨。控制器390起到接收动作传感器380和/或位置传感器385的信号而对用于驱动本发明的唾液采集装置的真空泵及阀等进行控制的作用。只要能够充实地起到控制作用，其位置设置于哪个地方都无妨。作为实例，可以将控制器390与真空泵310一同制作，并设置于畜舍的屋顶。在图1中，显示于控制器390的下部的标识用于表示唾液采集装置和控制器390进行无线通信的概念。但是，也能够以有线方式连接控制器390和唾液采集装置。在实例中，控制器390能够以有线方式接收移动传感器380的信号而驱动真空泵310。
49.如上所述，如果位于唾液采集管370(例如，位于唾液采集管370的上部)的动作传感器380/位置传感器385(猪接近感测部)感测到猪接近唾液采集装置(或者感测到唾液采集管370的动作)，那么，就会运行用于采集唾液的真空泵310。在此，可将加速度传感器、陀螺传感器、红外线(ir)传感器作为猪接近感测部的动作传感器380/位置传感器385来使用。动作传感器380/位置传感器385既可以固定于唾液采集管370，也可以从动作传感器380/位
置传感器385分离，但不管是哪种情况，都要能够感测唾液采集管370的动作。
50.优选地，唾液采集管370由能让猪感无反感地啃咬的具有弹性的材料制作而成。如果猪的口腔接触到唾液采集管370的端部，那么因真空泵310的压力差而抽吸和采集口腔内的唾液。在与猪的口腔相接触的唾液采集管370的端部中，沿着长度方向在数十mm～数百mm的区域中形成有数mm直径的多个微孔317，因此，可以使多头猪同时使用(可以啃咬)。
51.图2为本发明的唾液采集方法的流程图。为了对图2进行说明，以图1的结构为例进行参照。但是，图2所示的本发明的唾液采集方法能够以与图1的实施例无关地执行。
52.首先，猪接近感测部始终驱动(步骤12)。如果感测到猪的接近并感测到啃咬或接触唾液采集管370，那么真空泵会运行(步骤16)，并在存在于唾液采集装置的多个阀中的唾液移送阀340成于开启(on)状态(步骤18)(此时，供水阀341和供气阀342为关闭(off)状态)而开始进行唾液的采集(步骤20)。
53.基于真空泵310的抽吸的唾液采集一直进行到满足到达了唾液采集设定时间(步骤22)、或者猪不使用采集装置(结束唾液采集装置的使用)(步骤24)、或到达了唾液采集设定量(步骤26)中的一种条件为止。
54.如果符合这些条件并结束唾液的采集，那么唾液移送阀会被关闭(off)(步骤28)(此时，供水阀/供气阀也成为关闭(off)状态)。所采集的唾液被收集到位于真空泵和唾液采集管的中间位置的收集容器350中(步骤30)(为此，可开启(on)收集容器阀(未图示))。唾液收集容器350可轻易分离及更换，由于在容器的内部或外部设有置流量或水位传感器，因此可确认是否到达了设定量。在收集容器350的下部设有用于向检测装置395移送唾液的管和阀343，从而可向唾液检测装置移送唾液(步骤32)而进行生物标志物的测定(步骤34)。检测完的唾液则被排出(步骤36)。
55.另一方面，作为清洗/干燥工序，执行唾液移送阀的关闭(off)的话，那么唾液的移送会被阻断，接着或与此同时真空泵(步骤29)被关闭(off)。接着，与附属于畜舍的饮用水供水管(water line)相连接的管子(图1的供水管321)的供水阀341被开启(on)(步骤31)(此时，唾液移送阀340及供气阀342均被关闭(off))，从而水供给至唾液采集管而对唾液采集管的内部/外部进行清洗(步骤33)。在进行清洗时，唾液采集管的清洗水(水)在地面流淌而使猪的大便、小便等的粪尿与该清洗水一同向下水道排出。
56.如果清洗结束，那么供水阀341被关闭(off)且供气阀342被开启(on)(步骤35)(此时，唾液移送阀继续被关闭(off))而在压缩空气的作用下管子被干燥(步骤37)。如果干燥工序结束，那么所有的阀都会成为关闭(off)状态而结束所有工序(步骤39)。以上的所有工序会根据猪的唾液采集装置的使用而自动反复被驱动。
57.图3简要示出具有不同于图1的实施例的毫米球状物填充型结构的唾液采集管的唾液采集装置的结构。
58.参照图3，作为与图1类似的系统，具有唾液采集管的结构性差异。这种差异在于，在唾液采集管470内填充有在内部含有数mm～数十mm直径的多孔性海绵或数mm直径的毫米球状物形态的填充材料472，从而更加容易地过滤掉及清洗猪的口腔内的饲料残留物或杂质。除此之外的结构及作用与图1的实施例相同。
59.图4为简要示出又一实施例的具有圆形同轴结构型唾液采集管的唾液采集装置的结构。
60.图4的实施例与之前的实施例不同地，具有唾液采集管的结构性差异。唾液采集管570呈圆形，该圆形的唾液采集管570的内部与图1类似地以同轴(同一圆柱轴)插入有小直径的多个圆形管。与之前的实施例一样，在圆形结构的唾液采集管570的一部分形成有微孔571，从而只要猪咬住这一部分，就会使猪的口腔接触而唾液被抽吸。除此之外的结构及作用与之前的实施例相同。
61.图5为具备与图4的实施例类似的圆形管结构中填充有圆形毫米球状物结构的唾液采集管的唾液采集装置的实施例。
62.参照图5，唾液采集管670呈圆形，而在圆形结构的唾液采集管的内部填充有多孔性海绵或数mm直径的毫米球状物填充材料672。在上述唾液采集管的外部的圆形管子形成有微孔671，并与猪的口腔相接触。除此之外的结构及作用与之前的实施例相同。
63.图6为拍摄了在猪的畜舍中设置本发明的唾液采集装置的照片，图6的(a)部分表示利用与图1的实施例相对应的同轴结构型唾液采集管710来从猪720身上采集唾液的状态。图6的(b)部分表示此时所使用的同轴结构型唾液采集管的内部管子730和微孔731。图6的(c)部分表示使用后的同轴结构型唾液采集管的外部管子740、微孔741以及曾残留于猪的口腔内部的饲料等的残留物742被过滤后的状态。另一方面，图6的(d)部分表示利用圆形的唾液采集管751和唾液移送管750来从猪752身上采集唾液的状态，图6的(e)部分表示使用后的圆形的唾液采集管751和多个微孔753。最后，图6的(f)表示由本发明的装置及方法所采集而被收集于唾液收集容器760的唾液765。
64.图7示出本发明又一实施例的唾液采集装置。图7表示将本发明的结构要素最小化而构成的便携式唾液采集器。便携式唾液采集器可根据需要而以临时间歇性地采集唾液。结构大致可包括：唾液采集部838，其包括具有弹性特性的唾液采集头810和唾液收集容器836；以及本体830，其包括真空泵833和电池834。
65.唾液采集头810可为同轴结构型结构、毫米球状物填充型结构、单一管子结构、几何学结构等。在采集唾液的期间内，为了让猪引起好奇心而啃咬唾液采集头810而其形态发生变形时以使其产生“哔哔”声音等的刺激。在唾液采集头810的表面设置有用于采集唾液的多个微孔815。唾液采集头810所采集的唾液通过移送管子817来向唾液收集容器836移送。唾液采集头810和本体830之间可通过用于更换消耗品的更换连接器820来相连接。
66.唾液的采集通过以下方式实现：由真空泵833产生的压力差而使从唾液采集头810抽吸的唾液通过移送管817向一端的唾液采集部838移送之后，唾液因防逆流阀831而无法向本体830侧移送，而是进入唾液收集容器836。用于采集唾液的真空泵833的驱动可通过内置在本体830的电池834和位于外部的控制盘837的开关的开启/关闭(on/off)来得到控制。
67.而且，在结束唾液的采集之后，可将唾液收集容器836分离，并在更换唾液收集容器836之后进行清洗。为了清洗而使用的清洗水可收集于所更换的另一唾液收集容器836中而排出。此外，在由真空泵833引起的空气流动的作用下可对唾液采集头810、移送管817及唾液采集部838进行干燥。图7所示的附图标记835的结构要素表示在这种干燥工序中的排气口。
68.以上所述的本发明的各结构要素、尤其是控制部的功能可由数字信号处理器(dsp，digital signal processor)、处理器、控制器、专用集成电路(asic，application
‑
specific ic)、可编程逻辑器件(fpga等)、其他电子元件中的至少一个以及包括它们的组
合的硬件要素实现。此外，还能够与硬件要素相结合实现或者由软件单独实现，而这种软件可存储于记录介质中。
69.到此为止，通过本发明的优选的实施例对本发明的结构进行了详细的说明。但只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以理解在本发明不变更其技术构思或必要特征的情况下，能够以不同于本说明书所公开的内容的具体形态实施。需要理解的是，以上所记述的多个实施例在所有方面仅为示例，并非限制本发明的保护范围。本发明的保护范围应由权利要求书所决定，而非上述的详细说明，需要解释的是，从权利要求书以及其等同技术方案中导出的所有变更或变形的形态均属于本发明的技术范围。