基于STM32的全自动推片染色机设计

陈正启 冯成虎 代雄志 刘丰

【摘 要】 尽管生活水平越来越高，但白血病的发病率却呈逐年上升的趋势。白血病是可以通过血液细胞学检查实现早期检测，其过程是需要在显微镜下观察载有样本血液的血涂片，因此血涂片的制备和染色效果是非常重要的。然而截止到目前，血涂片的制备大多依靠人工操作，重复性低，结果没有均一性，很容易造对病情的误判，造成严重后果。因此，应用自动化程度较高的血涂片制备和染色装置意义重大。目前国内外相关装置存在或价格昂贵，或功能不够齐全，或效率低下、过程复杂等问题。基于目前这种状况，本论文对成本低廉，性能完善的血液细胞学检查装置进行了研究。

【关键词】 白血病 血液细胞学检查 血涂片

1绪论

血涂片的制作包括推片和染色两大步骤，如果血片制备和染色不良：比如细胞重叠，分布不均匀，白细胞集中在边缘，细胞着色不够，界限不清晰，就会影响血涂片的镜下观测，使细胞鉴别发生困难，直接影响对细胞的观察，使医护人员对患者病情的判断产生不良影响。因此，为了减少不良涂片，防止误判发生，提高血涂片质量，必须要尽可能地提高血涂片制备和染色水平。血涂片制备和染色的标准化是能够保证血涂片质量的关键。

当前市场上现存的血液细胞学检查装置都普遍存在造价昂贵，自动化功能不够完善的弊端，本文旨在研发出一款适用于各类型医院、检测中心的低成本、高效、便捷的高通量血液细胞学检查装置。它能够进行全自动的推片染色工作，尽量避免人工干预。因此，该设备必须能够简化繁琐复杂的人工操作，稳定运行，具有较高的可靠性，同时，还要做到低成本，操作简单方便，推片染色效果好，成品率高。因此，高通量血液细胞学检查装置应满足以下设计要求。

2系统方案设计

如图2-1所示，本作品设计出了一套结构简单、成本低廉、操作方便的全自动推片染色系统。该系统分为主控、推片、染色清洗、人机交互四大模块。其中，主控模块采用高性价比的STM32嵌入式处理器，完成多线程多任务控制;推片模块和染色清洗模块均采用三维移动平台和2个直线模组，前者完成载玻片传送、血液样本取样及推片，后者完成样本染色及清洗操作。位于染色清洗模块中的染色仓采用独特的阵列式浅斜槽结构，大大节省试剂用量，同时确保多玻片之间隔离，避免污染并方便清洗。该系统只需将装有血液样本的试管和空载玻片放置在指定位置，便可通过人机交互模块的设置完成对设备初始化和相应的设定，与进口设备相比此系统价格可降低近30%，也更符合国内众多医院的需求。具体工作方式如下：

血液推片模式：以血液粘稠度检测模块为基础，利用检测到的血液粘稠度，经过固定算法计算，得到与之对应的推片角度和速度。推片模块由舵机和运动轴控制来调整推片角度及速度，使得血液均匀的涂在载玻片上。

染色方式：分为两个步骤，第一步是通过柱塞泵对样片滴加染色试剂A和试剂B，第二步是混匀，也是本设计的创新点，采用舵机抬升和下降载物台一定角度的方式模拟人工混匀的方式吗，既节省了试剂的使用量，也通过试剂与样片的充分接触提升了染色质量。

清洗方式：

（1）、浸泡式清洗：浸泡式清洗是在染色完成后，防止清洗过程中，样片自然晾干情况的发生，当系统接收到染色完成的信号后，由蠕动泵完成废液的清排和清洗液的注入，使样片充分浸泡在清洗液中。

（2）、流水式冲洗：流水式冲洗是通过两本蠕动泵配合，一个注水，一个排水，通过MCU微控制二者的流量，当各参数符合一定要求时，系统模拟为流水冲洗，使得残留在样本玻片表面的染色试剂顺利排走。

并且本设备有如下设计特点：1）全新的推片角度调整结构（设计加入了一个全新的血液粘稠度检测模块，利用检测到的血液粘稠度，经过固定算法计算，得到与之对应的推片角度和速度。推片模块可以调整推片角度及速度，能够让血液均匀的涂在载玻片上，提升血涂片制备的质量，从而提高染色质量）2）可升降阵列式斜槽染色仓结构（产品设计了一个全新的染色片仓，片仓底部带有斜槽，并且可以控制升降。在染色过程中，将染片仓抬高，使片槽底部保持水平，使染色更加充分，同时能够减少试剂的消耗;清洗时将片仓发下，便于清洗和排废）3） 能高效处理多个样本（采用阵列式斜槽结构的染色仓，使染色试剂能够铺满载玻片涂片部分，而吸盘吸附部分不受影响，不会对吸盘产生污染，所以不会对下一玻片产生影响，能够高效处理多个样本，提高了效率） 4） 全自动化控制（设计使用了自动化控制，医护人员只需要把血液样本放入，通过人机交互界面设置好相应参数，就可以安心等待运行结束，然后结束之后取出片仓，从片仓中取出制备好的血涂片，降低了人工操作的复杂性和不确定性，提高了安全等级）

本设计已经与医疗器械公司合作并开展实验。论文根据常规血涂片制备和染色的要求，给出了相应的高通量血液细胞学检查装置的系统方案，在此基础上，给出了每个小模块的方案设计，并进行了实物搭建和實验测试，使得该设备最终能够满足大通量的血液细胞学检查装置的要求。该设备自动化程度比较高，使用人员只需放入样本，操作屏幕，等待，就可取出已经制备好的血涂片，全程无接触，能够有效保护操作人员;且设备操作简单，易于培训，对使用人员的素质要求不高，能够使血液细胞学检查更为简单，可靠。

作者简介：陈正启（1995-），男，汉族，湖北省黄冈市人，武汉纺织大学电子与电气学院电子科学与技术专业2017级研究生，研究方向：嵌入式医疗设备开发