【摘要】：全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)作為高端血液分析設(shè)備的代表，其研究涉及到許多重要的關(guān)鍵技術(shù)，包括運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、微量移液技術(shù)、故障診斷技術(shù)和血型圖像識別技術(shù)等。因此，，解決好各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)血液分析系統(tǒng)的前提。本文針對目前國內(nèi)對全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)的需求，在分析目前血型分析技術(shù)和國外血型分析系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以解決好血型分析系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，研制了國內(nèi)首臺全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)。 全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)的微量移液機(jī)構(gòu)是一個(gè)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)。本文研究了微量移液機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制策略、系統(tǒng)模型、單軸運(yùn)動(dòng)控制器、多軸運(yùn)動(dòng)控制器和基于DSP芯片、FGPA芯片的運(yùn)動(dòng)控制主板。由于采用了改進(jìn)的單神經(jīng)元PID速度控制器和改進(jìn)的模糊PID位置控制器，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)PID算法的不足，單軸的定位精度可達(dá)0.05mm，最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)1.6m/s，最大加速度可達(dá)6m/s2，極大的提高了微量移液機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)了每小時(shí)80個(gè)樣品的儀器檢測速度。 全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)的微量移液技術(shù)是微量移液機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精確加樣的前提。本文研究了一種精密微量泵的機(jī)械模型、加樣精度檢測、取樣針堵塞識別和液面分層探測等問題。通過應(yīng)力分析和模態(tài)分析，證明了柱塞選擇ZrO2材料的有效性，其一階振型最大位移小于1um。通過對微量泵加樣精度檢測機(jī)構(gòu)的光學(xué)改進(jìn)，把熒光采集效率提高了48.19%。通過分析取樣針導(dǎo)管壓力數(shù)據(jù)的幅值分布和頻譜特性，有效的識別了血塊堵塞和遇到泡沫兩種情況。最后，采用CD4046芯片設(shè)計(jì)的液面?zhèn)鞲衅�，研究了紅細(xì)胞和血清分層探測時(shí)的不同導(dǎo)電特性。 全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)自動(dòng)化要求的實(shí)現(xiàn)需要分析系統(tǒng)具有較低的故障率。本文研究了離心機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、故障檢測平臺、振動(dòng)信號軟件濾波、特征提取和小波BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷器。通過自適應(yīng)率和遺傳算法對小波BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)，使小波BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的迭代次數(shù)由463代降低到了112代，故障診斷正確率由82.5%提高到了95%，有效的提高了小波BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和故障診斷正確率。 全自動(dòng)血型分析系統(tǒng)運(yùn)行的最終目的是為了正確地識別血型結(jié)果。本文研究了血型試劑卡的傾斜校正、圖像分割、種類識別和結(jié)果識別四個(gè)問題。通過采用兩次匹配算法，使血型試劑卡的模板匹配時(shí)間由9.342s降低到了0.946s，有效地減少了圖像處理所需的時(shí)間。 課題的研究工作得到了國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2011AA02A104）、蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（ZXG201135）等基金的支持。
[Abstract]:As the representative of high-end blood analysis equipment, automatic blood type analysis system involves many important key technologies, including motion control technology, micro-fluid transfer technology, fault diagnosis technology and blood group image recognition technology. Therefore, it is the premise of automatic blood analysis system to solve the research work of every key technology. This paper aims at the demand of automatic blood group analysis system in China, based on the analysis of the current blood group analysis technology and the current research status of blood group analysis system abroad, based on solving the key technologies of blood group analysis system. The first automatic blood type analysis system in China has been developed. The micro fluid transfer mechanism of automatic blood type analysis system is a complex mechanical structure with multi-axis coordinated motion. In this paper, the mechanical structure, control strategy, system model, uniaxial motion controller, multi-axis motion controller and motion control board based on DSP chip are studied. The improved single neuron PID speed controller and the improved fuzzy PID position controller are adopted, which make up for the deficiency of the traditional PID algorithm. The positioning accuracy of single axis can reach 0.05 mm, the maximum velocity of motion can reach 1.6 m / s, and the maximum acceleration can reach 6 m / s 2. The running speed and stability of the micro fluid transfer mechanism are greatly improved. Finally, the instrument detection speed of 80 samples per hour is realized. Automatic blood type analysis system of micro-liquid technology is the premise of micro-fluid transfer mechanism to accurately add samples. In this paper, the mechanical model of a kind of precision micro pump, the precision detection of adding sample, the identification of sampling needle clogging and the detection of liquid level stratification are studied. By means of stress analysis and modal analysis, it is proved that the plunger is effective in selecting ZrO2 material, and the maximum displacement of the first order mode is less than 1 um. The efficiency of fluorescence collection is improved 48.19 by improving the precision detection mechanism of micropump. By analyzing the amplitude distribution and spectrum characteristics of the pressure data of the sampling needle catheter, two kinds of blood clot blockage and foam are effectively identified. Finally, the liquid level sensor designed by CD4046 chip was used to study the different conductivity characteristics of erythrocyte and serum in delamination detection. The realization of automatic blood type analysis system requires a low failure rate. In this paper, the mechanical structure of centrifuge, fault detection platform, vibration signal software filtering, feature extraction and wavelet BP neural network fault diagnosis are studied. Through the improvement of wavelet BP neural network by adaptive rate and genetic algorithm, the iterative times of wavelet BP neural network training are reduced from 463 generations to 112th generation. The correct rate of fault diagnosis is improved from 82.5% to 95%, which effectively improves the convergence speed of wavelet BP neural network and the correct rate of fault diagnosis. The final purpose of the automatic blood type analysis system is to correctly identify blood type results. In this paper, four problems, such as skew correction, image segmentation, category recognition and result recognition, are studied. By using the twice matching algorithm, the template matching time of the blood group reagent card is reduced from 9.342s to 0.946s, which effectively reduces the time needed for image processing. The research work is supported by the National High Technology Research and Development Program (2011AA02A104) and Suzhou Science and Technology Project (ZXG201135).
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R197.39

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本文編號：2240020