小型全自动生化分析仪微量移液系统关键技术研究

发布时间：2020-03-24 19:13

【摘要】：生化分析仪作为体外诊断临床检验必备的分析仪器,被广泛地用于临床检测、流行病学、免疫学、内分泌学等领域,为医师在疾病的诊断、治疗、预防中提供重要的科学依据。微量移液系统作为全自动生化分析仪处理系统的重要功能模块,在加快反应速度、降低成本、增大仪器寿命以及减少试剂用量等方面具有十分重要的意义。其中涉及到多项关键技术,包括多轴运动控制技术、液位探测技术、移液过程监测技术、移液结果检测技术等。本文针对生化分析仪高精度、小型化的需求,进行了生化分析仪微量移液系统关键技术的研究,论文的主要工作有:(1)设计了多功能微量移液机械臂,研究了自动移液控制方法、单轴运动控制算法,多轴协调运动控制策略。利用STM32核心处理器,完成了单轴的S型加减速算法以及多轴、多线程协调运动控制。通过分段的方法对加减速曲线进行了分析与优化,实现了移液系统最小移液量0.40ul,以0.01ul的加样分辨率步进;建立了模块化设计与任务封装的多轴控制策略,简化了多任务的执行过程,提高了移液系统的工作效率。(2)设计了微量移液压力监测系统。通过压力传感器对移液器腔体内压力进行监测,实现了液体试剂的液位探测与移液过程故障的实时监测。通过协调进样臂与移液器活塞杆运动速度的方式,避免了液面泡沫对液位探测精度的影响,提高了液位探测的精度与可靠性;以移液操作的运动学模型建立了正常移液过程压力模型,通过实验法对压力模型参数进行了校正,该模型能较好的反应实际移液过程的压力变化;通过对移液过程压力以及压力的一阶导数进行实时监测,建立了分段处理的双阈值法作为移液故障的评判标准,实现了移液过程中出现的样本量不足、堵针、样本中有气泡等故障现象的实时监测。(3)设计了图像法移液量定量检测系统。利用摄像头采集移液异常情况下的移液吸头图像,建立了背景对比法的液体区域边界提取算法以及结合移液吸头的几何特征的移液量定量识别算法,通过最小二乘法对识别误差进行了误差补偿,提高了检测精度。移液量检测系统将移液偏差量反馈至自动移液控制器,进行移液纠偏处理,实现了微量移液系统移液量的闭环调节,提高了移液精度与可靠性。
【图文】：

医疗成本,分析仪,试剂

同时移液臂具柯液位探测、凝块检测、气泡检测的功能，使得自动微量逡逑移液过程的可靠性得到进一步的保障。Ｌｉｓａ全自动移液器与ＸＡＮＴＵＳ双机械臂逡逑全白动移液器实物图分别如图１－３，１－４所示。逡逑ＩＤＨＩ８Ｗ＊逡逑图Ｉ邋－３邋Ｌｉｓａ全自动移液器逦图１－４邋ＸＡＮＴＵＳ双机械臂全自动移o咂麇义衔私谑∫接檬约粒档鸵搅瞥杀荆琓加快一起的分析速度，分析仪的单逡逑次移液量也再进一步的减小，从ｍｌ到ｌＯＯｕｌ、ｌＯｕｌ再到ｕｌ。如Ｂｅｃｋｍａｎ公Ｋｌ在逡逑ＣＸ系列和Ｏｌｙｍｐｕｓ公ｕｊ在ＡＵ系列的全ｔｌ动生化分析仪上的注射泵在其控制系逡逑统的驱动下加样粘度可达ｌｕｌ，并以Ｏ．ｌｕｌ的加样分辨率步进，ｎ丨级别的微量移液逡逑精度的微量移液系统也己经在研宄过程中［２２］。可见国外生化分析仪的微量移液系逡逑统在移液精度、稳定性、可靠性等方面具有明显的优势，同时在微量移液过程检逡逑测环节中也具有相对完善的解决方案，但价格十分昂贵，使得很多中小型医疗难逡逑以接受。在国内生化分析微Ｈ：移液技术研究起步相对较晚，但在大环境的激励下，逡逑很多企业１ｊ学者都在进行研宄，也得到了一定的进步与发展，但与国外成熟的技逡逑术相比还打相当大的差距

化分,原理框图

逦逦天津工业大学硕士学位论文逦逡逑品，常用的生化分析仪将自动移液、孵育模块、洗板模块和读板模块整合到一起，逡逑向动移液器用来进行前处理过程中液体的吸、取操作及分配。各个子模块的设计逡逑及实现均逛全自动生化分析系统设计过程中的关键部分，每一部分的性能状况都逡逑会直接影响到最终测试结果的可靠性。逡逑按照生化分析反应过程将试验过程中的加样、洗板、孵育、读板等过程划分逡逑为生化分析仪的不同模块，仪器的原理框图如图２－２所示。逡逑Ｉ逡逑
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH776

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