基于STM32的全自動推片染色機設計

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