全自動FISH前處理系統設計

王水兵 陳正啟

【摘 要】 在病理診斷過程中，對組織染色之前都要進行脫蠟處理，因為組織切片上的石蠟會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、需要用到多個容器來裝不同的試劑，而且還需要有專業人員來進行相關操作，人工操作就會容易出現操作順序錯誤等主觀影響因素。本設計正是基于以上所述人工脫蠟過程中的問題，提出設計一種能夠對組織切片進行全自動脫蠟過程的醫用設備，本設計的主要思路是：放置待脫蠟的組織切片的反應盒固定，通過觸摸屏控制，按照脫蠟流程編寫相應的程序控制蠕動泵在特定時間將特定溫度的試劑按一定順序注入反應盒中對組織切片進行脫蠟。脫蠟效率高，且脫蠟效果好。極大的節省了人力成本和物力成本。

【關鍵詞】 全自動 脫蠟 病理診斷

1緒論

隨著醫學的不斷發展，我們對于疾病的診斷手段日益增多。但是到目前為止，即便是全世界醫療技術最發達的國家，病理手段依舊是診斷疾病的主要手段。通過FISH技術對石蠟切片進行FISH處理來檢測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）目前在產前診斷、腫瘤及血液類疾病應用日益普遍，由于其有著客觀、準確的結果，從而得到了臨床檢測部門的青睞。在進行FISH處理前需要對石蠟切片進行脫蠟處理。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，工作強度大，人員素質要求高，極大阻礙了FISH技術的使用和推廣。

為了解決上述所說的FISH中的痛點問題，急需研發一臺能夠對病理組織切片進行脫蠟、酶消化等步驟的自動化設備。使FISH在現代醫學精準檢驗中的應用地位以及使用頻率得到極大提升。

2系統方案

本設計計劃采用全自動封閉式脫臘方式進行設計：放置待脫蠟的組織切片的反應盒固定，通過觸摸屏控制，按照脫蠟流程編寫相應的程序控制蠕動泵在特定時間將特定溫度的試劑按一定順序注入反應盒中對組織切片進行脫蠟，反應一定時間后在將試劑抽走。

本設計的目標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、細胞核飽滿、輪廓清晰 可辨、核內無空洞。經全自動脫蠟儀處理的切片再經FISH染色的驗證，組織形態清晰，信號明亮。脫蠟、脫水和酶消化等所有時間加起來能夠控制在2小時內完成。

3控制系統

系統自動化控制設計的目的是設計一種軟硬件擴充靈活、性能高效、后期維護方便的基于STM32F107X系列的自動化控制系統。整個控制系統分為四個模塊：

（1）主控模塊——整個控制系統的“大腦”，掌控著整個系統的運行，控制反應流程的進行;

（2）傳感器采集模塊——整個控制系統的“眼睛”，對整個控制系統的關鍵位置進行檢測并及時反饋給主控模塊;

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

（4）人機交互模塊——通過觸摸屏控制實驗的的進行以及將設備的狀態和反應的過程實時反饋給使用人員。

使用人員通過觸摸屏控制設備運行，觸摸屏通過串口發送命令，下位機（主控板）接收到命令后對觸摸屏發送的命令進行判斷，包括根據協議判斷命令是否正確以及異或校驗等，如果命令無誤，再對命令進行解析，然后執行相對應的硬件動作。

主控板的功能主要是控制反應流程的進行并對一些問題進行處理。程序中通過對定時器配置成PWM輸出模式輸出PWM波來控制步進電機的轉速;通過外部中斷輸入來進行急停操作、廢液桶的到位檢測以及其他故障報警檢測處理等;通過IO輸出來控制步進電機的方向和使能、氣泵的開關、運行指示燈的開關和降溫風扇的開關;通過IO輸入來監測管路的狀態（滿管或空管）以及PID溫控板的狀態;通過232串口實現與觸摸屏、傳感器信號采集板和PID溫控板的通信。

傳感器信號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管路狀態所反饋回來的電壓值，然后將電壓值與預先設定的閾值相比較，進而判斷出管路的狀態，最后將管路的狀態通過IO口以及串口傳遞給主控板。

PID溫控板的功能主要是根據串口所接收到的由主控板發送的命令，通過PID算法對反應盒和試劑加熱瓶的溫度進行準確控制，在通過IO輸出將加熱狀態反饋給主控板。

4總結

本文分析了隨著病理檢測技術不斷發展，急需開發出一臺能夠全自動完成脫蠟全過程的設備來代替手工處理，節省人力、物力。然后針對脫蠟處理的過程要求，設計相應的自動化控制方案，最終研發出符合其要求的設備。我們研發的設備是中國唯一一款從烤片開始到脫蠟結束風淋干燥保存全過程的自動化設備，具有極好的應用市場前景，且和多家醫院已經進行初步合作。

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