多吊籃染色機(jī)的設(shè)計開發(fā)

戈國錦

（常州市中威電子儀器有限公司，江蘇 常州 213000）

1 引言

我們國家在病理切片的處理設(shè)備上起步較晚，尤其是病理切片染色，很多醫(yī)院都是手工操作，操作者的工作強(qiáng)度大，人為因素極易影響切片染色質(zhì)量，而且國產(chǎn)的自動控制設(shè)備容量小、可靠性差、染色效果不盡人意。目前大的（三甲）醫(yī)院主要是靠購買進(jìn)口設(shè)備，國外“萊卡”、“珊頓”、“櫻花”等品牌，可以說是全球病理設(shè)備的三巨頭，基本壟斷了國內(nèi)大中型醫(yī)院的市場。為了振興民族工業(yè)，在病理切片的自動控制設(shè)備上有自己的一席之地，必須開發(fā)具有自己品牌的多吊藍(lán)染色機(jī)。

2 染色機(jī)的設(shè)計要求

為了與國外的染色機(jī)品牌抗衡，首先必須了解國外染色機(jī)的特點(diǎn)，尤其在使用過程中有什么好的功能必須保留，有什么不足的地方需要改進(jìn)，做到揚(yáng)長避短；根據(jù)染色機(jī)市場調(diào)研分析，我們新開發(fā)的染色機(jī)主要須解決以下幾個問題：

（1）串液問題。目前HE染色是以浸染為主，就是把不同的試劑存放不同的缸里，按一定的順序排列，裝有切片的吊籃就放在試劑缸里，由浸泡的時間長短來控制，當(dāng)?shù)趸@在試劑缸里處理的時間到了，自動控制裝置將裝有切片的吊籃從缸里提起，放到另一缸里去處理。當(dāng)切片從試劑缸提起時，切片上有殘留的試劑，這個殘留的試劑帶到下一缸就對下一缸試劑造成污染，形成串液。由于串液，使得試劑的利用率大大降低，試劑的使用壽命大大縮短。為了提高試劑的重復(fù)利用率，提高試劑的使用壽命，要盡可能減少切片上的殘留液，也就是減少串液。

（2）隨時加載。對多吊藍(lán)染色機(jī)來說，隨時加載尤為重要。因?yàn)槎嗟跛{(lán)染色機(jī)處理量大，可以滿足較大醫(yī)院的切片量。有5吊藍(lán)同時在設(shè)備中運(yùn)行的多吊籃染色機(jī)，醫(yī)院比較歡迎：一個籃的切片做好了就加載到設(shè)備系統(tǒng)里去處理，下一個籃做好了馬上加載到系統(tǒng)里去，而不需要等到5個籃的切片都做好了同時放到系統(tǒng)中去處理；有可能第5個籃做好了加載到系統(tǒng)中去的時候，第一籃的切片可能已處理完了，后面還可以加載新的切片到系統(tǒng)里去，周而復(fù)始，處理更多的切片。這樣靈活多變，最大限度地提高了設(shè)備的利用率和工作效率，盡可能地縮短被診斷病人的等待時間。

（3）提高設(shè)備的運(yùn)動精度。設(shè)備在工作過程中，吊籃從一試劑缸到另一試劑缸，機(jī)械臂的位置精度要高，能保證每一點(diǎn)的精確定位。設(shè)備的故障往往是由于定位精度誤差而引起，理論上步進(jìn)電機(jī)精度能滿足多吊籃染色機(jī)的定位精度的要求，但是實(shí)際上由于某些原因，會導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步而引起誤差，而且誤差的累積最終導(dǎo)致設(shè)備故障。

（4）環(huán)保問題。染色用試劑有二甲苯、梯度酒精、稀鹽酸等有害易揮發(fā)性氣體，對操作人員及操作環(huán)境有較大的影響。

3 開發(fā)設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

圖1

HE染色，針對切片來源不同，染色所用試劑、步驟也不同，對于包埋切片有18種試劑。要滿足5個藍(lán)同時在系統(tǒng)里運(yùn)行，考慮到有緩沖余地，必須至少有4～5個等待缸，由于流水清洗在染色過程中反復(fù)多次使用，至少要有3個清洗缸，還有一個是加熱烘缸，至少要有26只缸，如果26缸的布局呈現(xiàn)一字排開，設(shè)備的結(jié)構(gòu)顯然不合理，采用雙排形式布局結(jié)構(gòu)比較緊湊。在結(jié)構(gòu)上采用透明有機(jī)玻璃罩，使整個染色過程在密閉的環(huán)境中運(yùn)行，為了滿足隨時加載、卸載切片的要求，設(shè)置兩個抽屜，一個抽屜專門加載，另一抽屜專門卸載，需要染色隨時可以加載，或者染色完成后隨時可以卸載，就不需要打開有機(jī)玻璃罩來取放切片架，加載抽屜可以代替一個等待缸，這樣就只需要3個等待缸了。

3.2 串液問題的解決

串液對于染色來講是最頭疼、也比較難以解決的問題，國外三巨頭的自動染色機(jī)對此也沒有好的辦法。手工染色是靠人拿著染色架篩的，我們做了很多試驗(yàn)，開始考慮用風(fēng)吹，但是切片有一定的寬度，裝在染色架上切片緊挨著，沒有多少間隙，風(fēng)吹要順著切片縫隙吹，而且每個切片都要能吹到。風(fēng)吹要有風(fēng)源，大量的試驗(yàn)效果尚可，但穩(wěn)定性差，實(shí)現(xiàn)起來有一定的難度。后來考慮用振動的辦法來解決，初選功率2W、轉(zhuǎn)速3000r/min、振幅5mm的振動電機(jī)，直接在設(shè)備上試驗(yàn)，首先考慮安裝的位置，然后試振動效果，改變振幅以及電機(jī)的壽命試驗(yàn)。最終確定振動電機(jī)安裝在提籃的吊鉤上、增幅3mm的效果比較好。在提籃的同時，打開振動電機(jī)，切片上的液體通過振動滾落到試劑缸里，而切片上基本無殘液，基本解決了串液難題。進(jìn)口設(shè)備一般約20天更換一次試劑，而我們的設(shè)備增加了振動排殘液功能，一般約30天更換一次，試劑的試驗(yàn)壽命延長了1/3。更換一次試劑約2000元，僅試劑費(fèi)每年可節(jié)約近萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

圖2

3.3 自動控制設(shè)備

盡管步進(jìn)電機(jī)有較高的定位精度，但是易由于某些原因?qū)е率Р蕉鹫`差，所以，為了保證系統(tǒng)的運(yùn)行精度，一般采用步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制；閉環(huán)控制方法有多種，如可以在從動輪上考慮安裝編碼器等。我們根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，采用的是光電傳感器的方式。試劑缸的背后有一條定位條，在每個試劑缸的對應(yīng)位置上，定位條上有10mm的透光槽，實(shí)際上光電傳感器的透光槽0.26mm就能動作，但考慮到：（1）槽過窄容易堵，設(shè)備在使用過程中由于環(huán)境的影響，垃圾易把槽堵住，影響透光性；（2）槽過寬會影響定位精度，尤其是正、反向是否能停在同一位置，所以我們開10mm的槽，是考慮到無論是正向還是反向接近槽時，不管運(yùn)行速度快慢，系統(tǒng)都能接收到停止信號，然后步進(jìn)電機(jī)作指數(shù)減速運(yùn)動，并記錄脈沖數(shù)，當(dāng)走過520個脈沖電機(jī)停止（通過計算，左右傳動部件移動5mm步進(jìn)電機(jī)需要520個脈沖），也就是到槽的中間位置停下，保證了正向、反向接近槽時都能停在槽的中間位置，也就保證了定位精度，并因?yàn)橛袦p速運(yùn)行，減少了對設(shè)備的沖擊。步進(jìn)電機(jī)的啟動和停止采用指數(shù)加、減速控制方式：

加速過程：V（t）=Vi（1-e-t/T），T為時間常數(shù)。

勻速過程：V（t）=Vi

減速過程：V（t）=Vie-t/T

3.4 環(huán)保設(shè)計

隨著人們環(huán)保意識的提高，設(shè)備對運(yùn)行環(huán)境的影響指標(biāo)也越來越苛刻。自動染色機(jī)所用試劑，大多是有毒、易揮發(fā)性的，盡管我們可以把染色機(jī)放進(jìn)有機(jī)玻璃罩形成的密閉空間，但是染色完畢對設(shè)備進(jìn)行清洗保養(yǎng)需打開有機(jī)玻璃罩，還易受到試劑的危害。目前市場上用得比較多的方法是采用活性炭吸附方式，我們在設(shè)備里安放了活性炭過濾器，可吸附有毒氣體，以盡量減輕對操作人員的傷害。

4 結(jié)語

我們的多吊藍(lán)染色機(jī)進(jìn)入市場至今，功能完善、表現(xiàn)穩(wěn)定，受到病理系統(tǒng)各界的肯定，有些原準(zhǔn)備購買進(jìn)口設(shè)備的醫(yī)院也準(zhǔn)備購買我公司的設(shè)備。僅一年時間，我們已經(jīng)完成了46套的銷售業(yè)績，其中有3套銷往巴西、意大利等西歐國家，成功打入國際市場，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該設(shè)備還獲得了振動、排殘液等三項(xiàng)實(shí)用新型專利。

圖3 指數(shù)加、減速的速度軌跡曲線