陳正啟 馮成虎 代雄志 劉豐

【摘 要】 盡管生活水平越來(lái)越高，但白血病的發(fā)病率卻呈逐年上升的趨勢(shì)。白血病是可以通過(guò)血液細(xì)胞學(xué)檢查實(shí)現(xiàn)早期檢測(cè)，其過(guò)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(fù)性低，結(jié)果沒有均一性，很容易造對(duì)病情的誤判，造成嚴(yán)重后果。因此，應(yīng)用自動(dòng)化程度較高的血涂片制備和染色裝置意義重大。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)裝置存在或價(jià)格昂貴，或功能不夠齊全，或效率低下、過(guò)程復(fù)雜等問題?；谀壳斑@種狀況，本論文對(duì)成本低廉，性能完善的血液細(xì)胞學(xué)檢查裝置進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】 白血病 血液細(xì)胞學(xué)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(xì)胞重疊，分布不均勻，白細(xì)胞集中在邊緣，細(xì)胞著色不夠，界限不清晰，就會(huì)影響血涂片的鏡下觀測(cè)，使細(xì)胞鑒別發(fā)生困難，直接影響對(duì)細(xì)胞的觀察，使醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者病情的判斷產(chǎn)生不良影響。因此，為了減少不良涂片，防止誤判發(fā)生，提高血涂片質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)化是能夠保證血涂片質(zhì)量的關(guān)鍵。

當(dāng)前市場(chǎng)上現(xiàn)存的血液細(xì)胞學(xué)檢查裝置都普遍存在造價(jià)昂貴，自動(dòng)化功能不夠完善的弊端，本文旨在研發(fā)出一款適用于各類型醫(yī)院、檢測(cè)中心的低成本、高效、便捷的高通量血液細(xì)胞學(xué)檢查裝置。它能夠進(jìn)行全自動(dòng)的推片染色工作，盡量避免人工干預(yù)。因此，該設(shè)備必須能夠簡(jiǎn)化繁瑣復(fù)雜的人工操作，穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的可靠性，同時(shí)，還要做到低成本，操作簡(jiǎn)單方便，推片染色效果好，成品率高。因此，高通量血液細(xì)胞學(xué)檢查裝置應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

如圖2-1所示，本作品設(shè)計(jì)出了一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便的全自動(dòng)推片染色系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為主控、推片、染色清洗、人機(jī)交互四大模塊。其中，主控模塊采用高性價(jià)比的STM32嵌入式處理器，完成多線程多任務(wù)控制;推片模塊和染色清洗模塊均采用三維移動(dòng)平臺(tái)和2個(gè)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(cāng)采用獨(dú)特的陣列式淺斜槽結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省試劑用量，同時(shí)確保多玻片之間隔離，避免污染并方便清洗。該系統(tǒng)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(guò)人機(jī)交互模塊的設(shè)置完成對(duì)設(shè)備初始化和相應(yīng)的設(shè)定，與進(jìn)口設(shè)備相比此系統(tǒng)價(jià)格可降低近30%，也更符合國(guó)內(nèi)眾多醫(yī)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(cè)模塊為基礎(chǔ)，利用檢測(cè)到的血液粘稠度，經(jīng)過(guò)固定算法計(jì)算，得到與之對(duì)應(yīng)的推片角度和速度。推片模塊由舵機(jī)和運(yùn)動(dòng)軸控制來(lái)調(diào)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(gè)步驟，第一步是通過(guò)柱塞泵對(duì)樣片滴加染色試劑A和試劑B，第二步是混勻，也是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，采用舵機(jī)抬升和下降載物臺(tái)一定角度的方式模擬人工混勻的方式嗎，既節(jié)省了試劑的使用量，也通過(guò)試劑與樣片的充分接觸提升了染色質(zhì)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(guò)程中，樣片自然晾干情況的發(fā)生，當(dāng)系統(tǒng)接收到染色完成的信號(hào)后，由蠕動(dòng)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?jīng)_洗：流水式?jīng)_洗是通過(guò)兩本蠕動(dòng)泵配合，一個(gè)注水，一個(gè)排水，通過(guò)MCU微控制二者的流量，當(dāng)各參數(shù)符合一定要求時(shí)，系統(tǒng)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(shè)備有如下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：1）全新的推片角度調(diào)整結(jié)構(gòu)（設(shè)計(jì)加入了一個(gè)全新的血液粘稠度檢測(cè)模塊，利用檢測(cè)到的血液粘稠度，經(jīng)過(guò)固定算法計(jì)算，得到與之對(duì)應(yīng)的推片角度和速度。推片模塊可以調(diào)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(zhì)量，從而提高染色質(zhì)量）2）可升降陣列式斜槽染色倉(cāng)結(jié)構(gòu)（產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的染色片倉(cāng)，片倉(cāng)底部帶有斜槽，并且可以控制升降。在染色過(guò)程中，將染片倉(cāng)抬高，使片槽底部保持水平，使染色更加充分，同時(shí)能夠減少試劑的消耗;清洗時(shí)將片倉(cāng)發(fā)下，便于清洗和排廢）3） 能高效處理多個(gè)樣本（采用陣列式斜槽結(jié)構(gòu)的染色倉(cāng)，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(huì)對(duì)吸盤產(chǎn)生污染，所以不會(huì)對(duì)下一玻片產(chǎn)生影響，能夠高效處理多個(gè)樣本，提高了效率） 4） 全自動(dòng)化控制（設(shè)計(jì)使用了自動(dòng)化控制，醫(yī)護(hù)人員只需要把血液樣本放入，通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，就可以安心等待運(yùn)行結(jié)束，然后結(jié)束之后取出片倉(cāng)，從片倉(cāng)中取出制備好的血涂片，降低了人工操作的復(fù)雜性和不確定性，提高了安全等級(jí)）

本設(shè)計(jì)已經(jīng)與醫(yī)療器械公司合作并開展實(shí)驗(yàn)。論文根據(jù)常規(guī)血涂片制備和染色的要求，給出了相應(yīng)的高通量血液細(xì)胞學(xué)檢查裝置的系統(tǒng)方案，在此基礎(chǔ)上，給出了每個(gè)小模塊的方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了實(shí)物搭建和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使得該設(shè)備最終能夠滿足大通量的血液細(xì)胞學(xué)檢查裝置的要求。該設(shè)備自動(dòng)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(jīng)制備好的血涂片，全程無(wú)接觸，能夠有效保護(hù)操作人員;且設(shè)備操作簡(jiǎn)單，易于培訓(xùn)，對(duì)使用人員的素質(zhì)要求不高，能夠使血液細(xì)胞學(xué)檢查更為簡(jiǎn)單，可靠。

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)