全自動(dòng)FISH前處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王水兵 陳正啟

【摘 要】 在病理診斷過程中，對(duì)組織染色之前都要進(jìn)行脫蠟處理，因?yàn)榻M織切片上的石蠟會(huì)組織染色劑與組織接觸從而妨礙染色。石蠟組織切片的脫蠟方式通常是將組織切片切片依次浸入裝有不同試劑的容器中進(jìn)行脫蠟以及消化處理。這種脫蠟方式不僅操作繁瑣、需要用到多個(gè)容器來裝不同的試劑，而且還需要有專業(yè)人員來進(jìn)行相關(guān)操作，人工操作就會(huì)容易出現(xiàn)操作順序錯(cuò)誤等主觀影響因素。本設(shè)計(jì)正是基于以上所述人工脫蠟過程中的問題，提出設(shè)計(jì)一種能夠?qū)M織切片進(jìn)行全自動(dòng)脫蠟過程的醫(yī)用設(shè)備，本設(shè)計(jì)的主要思路是：放置待脫蠟的組織切片的反應(yīng)盒固定，通過觸摸屏控制，按照脫蠟流程編寫相應(yīng)的程序控制蠕動(dòng)泵在特定時(shí)間將特定溫度的試劑按一定順序注入反應(yīng)盒中對(duì)組織切片進(jìn)行脫蠟。脫蠟效率高，且脫蠟效果好。極大的節(jié)省了人力成本和物力成本。

【關(guān)鍵詞】 全自動(dòng) 脫蠟 病理診斷

1緒論

隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，我們對(duì)于疾病的診斷手段日益增多。但是到目前為止，即便是全世界醫(yī)療技術(shù)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，病理手段依舊是診斷疾病的主要手段。通過FISH技術(shù)對(duì)石蠟切片進(jìn)行FISH處理來檢測(cè)疾病是病理手段中比較普遍的方法。FISH（熒光原位雜交分子技術(shù)）目前在產(chǎn)前診斷、腫瘤及血液類疾病應(yīng)用日益普遍，由于其有著客觀、準(zhǔn)確的結(jié)果，從而得到了臨床檢測(cè)部門的青睞。在進(jìn)行FISH處理前需要對(duì)石蠟切片進(jìn)行脫蠟處理。石蠟組織切片的脫蠟方式通常是將組織切片切片依次浸入裝有不同試劑的容器中進(jìn)行脫蠟以及消化處理。這種脫蠟方式不僅操作繁瑣、需要用到多個(gè)容器來裝不同的試劑。而且目前還處在人為處理為主的階段，工作強(qiáng)度大，人員素質(zhì)要求高，極大阻礙了FISH技術(shù)的使用和推廣。

為了解決上述所說的FISH中的痛點(diǎn)問題，急需研發(fā)一臺(tái)能夠?qū)Σ±斫M織切片進(jìn)行脫蠟、酶消化等步驟的自動(dòng)化設(shè)備。使FISH在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)精準(zhǔn)檢驗(yàn)中的應(yīng)用地位以及使用頻率得到極大提升。

2系統(tǒng)方案

本設(shè)計(jì)計(jì)劃采用全自動(dòng)封閉式脫臘方式進(jìn)行設(shè)計(jì)：放置待脫蠟的組織切片的反應(yīng)盒固定，通過觸摸屏控制，按照脫蠟流程編寫相應(yīng)的程序控制蠕動(dòng)泵在特定時(shí)間將特定溫度的試劑按一定順序注入反應(yīng)盒中對(duì)組織切片進(jìn)行脫蠟，反應(yīng)一定時(shí)間后在將試劑抽走。

本設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是使組織切片脫蠟完全，在顯微鏡觀察下組織表層無石蠟覆蓋，能夠觀察到組織切片無脫落、細(xì)胞核飽滿、輪廓清晰 可辨、核內(nèi)無空洞。經(jīng)全自動(dòng)脫蠟儀處理的切片再經(jīng)FISH染色的驗(yàn)證，組織形態(tài)清晰，信號(hào)明亮。脫蠟、脫水和酶消化等所有時(shí)間加起來能夠控制在2小時(shí)內(nèi)完成。

3控制系統(tǒng)

系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一種軟硬件擴(kuò)充靈活、性能高效、后期維護(hù)方便的基于STM32F107X系列的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)分為四個(gè)模塊：

（1）主控模塊——整個(gè)控制系統(tǒng)的“大腦”，掌控著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，控制反應(yīng)流程的進(jìn)行;

（2）傳感器采集模塊——整個(gè)控制系統(tǒng)的“眼睛”，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵位置進(jìn)行檢測(cè)并及時(shí)反饋給主控模塊;

（3）PID溫控模塊——通過接收主控模塊的指令在特定的時(shí)間對(duì)特定的試劑加熱到特定的溫度;

（4）人機(jī)交互模塊——通過觸摸屏控制實(shí)驗(yàn)的的進(jìn)行以及將設(shè)備的狀態(tài)和反應(yīng)的過程實(shí)時(shí)反饋給使用人員。

使用人員通過觸摸屏控制設(shè)備運(yùn)行，觸摸屏通過串口發(fā)送命令，下位機(jī)（主控板）接收到命令后對(duì)觸摸屏發(fā)送的命令進(jìn)行判斷，包括根據(jù)協(xié)議判斷命令是否正確以及異或校驗(yàn)等，如果命令無誤，再對(duì)命令進(jìn)行解析，然后執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的硬件動(dòng)作。

主控板的功能主要是控制反應(yīng)流程的進(jìn)行并對(duì)一些問題進(jìn)行處理。程序中通過對(duì)定時(shí)器配置成PWM輸出模式輸出PWM波來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;通過外部中斷輸入來進(jìn)行急停操作、廢液桶的到位檢測(cè)以及其他故障報(bào)警檢測(cè)處理等;通過IO輸出來控制步進(jìn)電機(jī)的方向和使能、氣泵的開關(guān)、運(yùn)行指示燈的開關(guān)和降溫風(fēng)扇的開關(guān);通過IO輸入來監(jiān)測(cè)管路的狀態(tài)（滿管或空管）以及PID溫控板的狀態(tài);通過232串口實(shí)現(xiàn)與觸摸屏、傳感器信號(hào)采集板和PID溫控板的通信。

傳感器信號(hào)采集板的功能主要是通過STM32F107的12位ADC來采集氣泡傳感器根據(jù)管路狀態(tài)所反饋回來的電壓值，然后將電壓值與預(yù)先設(shè)定的閾值相比較，進(jìn)而判斷出管路的狀態(tài)，最后將管路的狀態(tài)通過IO口以及串口傳遞給主控板。

PID溫控板的功能主要是根據(jù)串口所接收到的由主控板發(fā)送的命令，通過PID算法對(duì)反應(yīng)盒和試劑加熱瓶的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，在通過IO輸出將加熱狀態(tài)反饋給主控板。

4總結(jié)

本文分析了隨著病理檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，急需開發(fā)出一臺(tái)能夠全自動(dòng)完成脫蠟全過程的設(shè)備來代替手工處理，節(jié)省人力、物力。然后針對(duì)脫蠟處理的過程要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動(dòng)化控制方案，最終研發(fā)出符合其要求的設(shè)備。我們研發(fā)的設(shè)備是中國(guó)唯一一款從烤片開始到脫蠟結(jié)束風(fēng)淋干燥保存全過程的自動(dòng)化設(shè)備，具有極好的應(yīng)用市場(chǎng)前景，且和多家醫(yī)院已經(jīng)進(jìn)行初步合作。

作者簡(jiǎn)介：陳正啟（1995-），男，漢族，湖北省黃岡市人，武漢紡織大學(xué)電子與電氣學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2017級(jí)研究生，研究方向：嵌入式醫(yī)療設(shè)備開發(fā)