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基于STM32的全自動推片染色機設計

2019-12-09 01:58:52陳正啟馮成虎代雄志劉豐
大經貿 2019年10期

陳正啟 馮成虎 代雄志 劉豐

【摘 要】 盡管生活水平越來越高,但白血病的發病率卻呈逐年上升的趨勢。白血病是可以通過血液細胞學檢查實現早期檢測,其過程是需要在顯微鏡下觀察載有樣本血液的血涂片,因此血涂片的制備和染色效果是非常重要的。然而截止到目前,血涂片的制備大多依靠人工操作,重復性低,結果沒有均一性,很容易造對病情的誤判,造成嚴重后果。因此,應用自動化程度較高的血涂片制備和染色裝置意義重大。目前國內外相關裝置存在或價格昂貴,或功能不夠齊全,或效率低下、過程復雜等問題?;谀壳斑@種狀況,本論文對成本低廉,性能完善的血液細胞學檢查裝置進行了研究。

【關鍵詞】 白血病 血液細胞學檢查 血涂片

1緒論

血涂片的制作包括推片和染色兩大步驟,如果血片制備和染色不良:比如細胞重疊,分布不均勻,白細胞集中在邊緣,細胞著色不夠,界限不清晰,就會影響血涂片的鏡下觀測,使細胞鑒別發生困難,直接影響對細胞的觀察,使醫護人員對患者病情的判斷產生不良影響。因此,為了減少不良涂片,防止誤判發生,提高血涂片質量,必須要盡可能地提高血涂片制備和染色水平。血涂片制備和染色的標準化是能夠保證血涂片質量的關鍵。

當前市場上現存的血液細胞學檢查裝置都普遍存在造價昂貴,自動化功能不夠完善的弊端,本文旨在研發出一款適用于各類型醫院、檢測中心的低成本、高效、便捷的高通量血液細胞學檢查裝置。它能夠進行全自動的推片染色工作,盡量避免人工干預。因此,該設備必須能夠簡化繁瑣復雜的人工操作,穩定運行,具有較高的可靠性,同時,還要做到低成本,操作簡單方便,推片染色效果好,成品率高。因此,高通量血液細胞學檢查裝置應滿足以下設計要求。

2系統方案設計

如圖2-1所示,本作品設計出了一套結構簡單、成本低廉、操作方便的全自動推片染色系統。該系統分為主控、推片、染色清洗、人機交互四大模塊。其中,主控模塊采用高性價比的STM32嵌入式處理器,完成多線程多任務控制;推片模塊和染色清洗模塊均采用三維移動平臺和2個直線模組,前者完成載玻片傳送、血液樣本取樣及推片,后者完成樣本染色及清洗操作。位于染色清洗模塊中的染色倉采用獨特的陣列式淺斜槽結構,大大節省試劑用量,同時確保多玻片之間隔離,避免污染并方便清洗。該系統只需將裝有血液樣本的試管和空載玻片放置在指定位置,便可通過人機交互模塊的設置完成對設備初始化和相應的設定,與進口設備相比此系統價格可降低近30%,也更符合國內眾多醫院的需求。具體工作方式如下:

血液推片模式:以血液粘稠度檢測模塊為基礎,利用檢測到的血液粘稠度,經過固定算法計算,得到與之對應的推片角度和速度。推片模塊由舵機和運動軸控制來調整推片角度及速度,使得血液均勻的涂在載玻片上。

染色方式:分為兩個步驟,第一步是通過柱塞泵對樣片滴加染色試劑A和試劑B,第二步是混勻,也是本設計的創新點,采用舵機抬升和下降載物臺一定角度的方式模擬人工混勻的方式嗎,既節省了試劑的使用量,也通過試劑與樣片的充分接觸提升了染色質量。

清洗方式:

(1)、浸泡式清洗:浸泡式清洗是在染色完成后,防止清洗過程中,樣片自然晾干情況的發生,當系統接收到染色完成的信號后,由蠕動泵完成廢液的清排和清洗液的注入,使樣片充分浸泡在清洗液中。

(2)、流水式沖洗:流水式沖洗是通過兩本蠕動泵配合,一個注水,一個排水,通過MCU微控制二者的流量,當各參數符合一定要求時,系統模擬為流水沖洗,使得殘留在樣本玻片表面的染色試劑順利排走。

并且本設備有如下設計特點:1)全新的推片角度調整結構(設計加入了一個全新的血液粘稠度檢測模塊,利用檢測到的血液粘稠度,經過固定算法計算,得到與之對應的推片角度和速度。推片模塊可以調整推片角度及速度,能夠讓血液均勻的涂在載玻片上,提升血涂片制備的質量,從而提高染色質量)2)可升降陣列式斜槽染色倉結構(產品設計了一個全新的染色片倉,片倉底部帶有斜槽,并且可以控制升降。在染色過程中,將染片倉抬高,使片槽底部保持水平,使染色更加充分,同時能夠減少試劑的消耗;清洗時將片倉發下,便于清洗和排廢)3) 能高效處理多個樣本(采用陣列式斜槽結構的染色倉,使染色試劑能夠鋪滿載玻片涂片部分,而吸盤吸附部分不受影響,不會對吸盤產生污染,所以不會對下一玻片產生影響,能夠高效處理多個樣本,提高了效率) 4) 全自動化控制(設計使用了自動化控制,醫護人員只需要把血液樣本放入,通過人機交互界面設置好相應參數,就可以安心等待運行結束,然后結束之后取出片倉,從片倉中取出制備好的血涂片,降低了人工操作的復雜性和不確定性,提高了安全等級)

本設計已經與醫療器械公司合作并開展實驗。論文根據常規血涂片制備和染色的要求,給出了相應的高通量血液細胞學檢查裝置的系統方案,在此基礎上,給出了每個小模塊的方案設計,并進行了實物搭建和實驗測試,使得該設備最終能夠滿足大通量的血液細胞學檢查裝置的要求。該設備自動化程度比較高,使用人員只需放入樣本,操作屏幕,等待,就可取出已經制備好的血涂片,全程無接觸,能夠有效保護操作人員;且設備操作簡單,易于培訓,對使用人員的素質要求不高,能夠使血液細胞學檢查更為簡單,可靠。

作者簡介:陳正啟(1995-),男,漢族,湖北省黃岡市人,武漢紡織大學電子與電氣學院電子科學與技術專業2017級研究生,研究方向:嵌入式醫療設備開發

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