第一章绪论
1.1医学检验分析仪概述
医生是利用医学检验来确定患者病情的。当人体的某些组织产生病变时,血液或其他体液中的医学指标如:血常规、胆固醇、肌肝、葡萄糖、无机磷肝功、免疫球蛋白等等,和正常人相比较,将会出现差异,再结合患者的其他临床分析资料,医生就可以诊断病人的病情。医学检验分析仪就是检测和分析血液或其他体液中这些医学指标的,是一种医院里医生经常使用的一种分析仪器,该分析仪的优势在于它能够快速的为医生提供精确的医疗检验数据,在临床中对病情的确诊是不可或缺的。
在测试中某些步骤的操作如加样品和加试剂以及液体的混匀等步骤需要人工来完成,其他步骤的操作由仪器自动完成,这就是半自动医学检验分析仪。随着医疗技术的提高,结构简单、功能单一、操作复杂的半自动医学检验分析仪已经不能适应人们对确诊病情的要求,进而提出一种高精度、高速度、高通量、多测试项,测试多种指标的全自动医学检验分析仪。
通常所说的全自动医学检验分析仪是一种自动化程度较高的仪器,它不仅结合了自动化技术和计算机科学而且还融入了光学和电子学⑴。全自动医学检验分析仪在检验和分析中能自动完成所需要的加样本、加试剂、混合、温育、反应、结果计算、显示、存储和打印报告等一些操作步骤,可全部取代复杂的手工操作。此类分析仪器具有很多的优点和特点,其优点是自动化程度高,对样本检测的重复性好,特点是运行灵敏,检测速度快,提供数据准确。仪器在不断提升检测速度的同时也大大降低了人工操作过程中产生的误差,将全自动医学检验分析仪的应用领域从简单的血液或体液检测推广到临床医学、生物化学以及环境监测等更深层次的领域中。
1.2课题研究的目的和意义
本课题来源于长春某医疗科技公司的一个研发项目。全自动医学检验分析仪的系统非常复杂,它结合了很多学科,单一的学科并不能研制出此类仪器。涉及的学科主要包括光学、机械工程学、自动控制、电子学、生物化学等,而且对仪器的精度、可靠性、自动化程度要求都很高,而我国的全自动医学检验分析仪的现状主要依靠进口,价格相对昂贵,所以只有大中型医院才会使用,这种伩器在国内的普及程度还很低。........................
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第二章Petri网基本理论
2.1引言
Petri网是一种信息流的、抽象的、形式的模型,它能对类似于离散动态系统和柔性制造系统等多系统进行建模和分析。Petri网被人们所关注的原因是它对系统中异步、顺序、并发以及同步等各种关系有较为完善的描述。当然,Petri网最大的优点是相比其它系统网模型可以准确的描述这些关系和真并发。
20世纪60年代初德国的科学家Carl Adam Petri博士提出了 Petri网,他是第一位提出Petri网的科学家,在他的博士论文中使用了 Petri网的概念,最早提出Petri网主要是来描述物理进程和物理系统的组合。现在研究的Petri网不仅仅表示一种模型更是一种理论体系,这种理论体系的发展是以Peti网模型为基础的,称之网论。
Petri网的理论和应用在50年中有了突破性的进步,在众多科学领域中取得了不少的理论研究成果,Petri网的研究方法也为解决实际问题提供了一些重要手段,表现出了 Petri网强大的建模和分析能力。我们对Petri网的发展历程划分为三个重要年代,概括为如下:六十年代,在特殊网论内容中独立的网系统是Petri网的分析对象,主要研究分析技术和应用方法两个方面。
七十年代,主要是对通用网论进行研究。研究的对象已经扩展到全体网系统,重点研究网系统的分类和各类网系统之间的关系,其理论体系发展为并发论和同步论,随后的理论体系逐步扩展到了网逻辑和网拓扑等等。
进入八十年代以来为Petri网的发展已经达到综合性的Petri网,理论与应用实践相结合,成功引入计算机作为开发的辅助工具。至今Petri网的研究仍在继续,并且在许多领域都取得了应用价值。
Petri网是一种能描述离散动态系统的工具,对系统中的异步、顺序、并发以及同步等各种逻辑关系有较为完善的描述,它描述的形式是利用可视化图形,数学方法也能够支持Petri网,Petri网对表达离散动态系统的静态结构和动态变化是非常准确的;系统运行的情况如制造系统的设备使用率、可靠性等指标就是依靠这些描述来进行检查和分析_。Petri网不仅可以描述这些常规指标还可以检查和防止自动系统的锁死、堆栈溢出和资源冲突,使系统不出现不期望的行为或状态。.................
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第三章全自动医学检验分析仪控制系统设计..........21
3.1引言...................................................................21
3. 2控制过程描述 ..................................................21
3.3全自动医学检验分析仪总体结构.......................21
3.3. 1基本工作原理...............................................22
3.3.2控制系统构成................................................23
3.3. 3系统控制对象.................................................23
3.3.4系统测试过程................................................24
3.4全自动医学检验分析仪控制流程设计...............24
3.4.1管理调度的准则............................................24
3.4.2控制流程的划分............................................25
3.5系统性能问题分析............................................26
第四章基于赋时Petri网建模和仿真.......................28
4. 1赋时Petri网建模..............................................28
4. 1. 1 Petri网控制器结构........................................28
4.1.2赋时Petri网建模步骤....................................29
4.2赋时Petri网的控制流程建模 ............................31
4.3赋时Petri网的模型仿真 ..................................34
4. 4仿真结果分析及模型改进.............................38
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结束语
本文介绍了医学检验分析仪的概况,国内和国外的发展现状和本课题研究的背景和意义,以及展望一下医学检验分析仪未来的发展。
论文着重研究全自动医学检验分析仪的控制系统,其控制系统直接关系到仪器自动化程度的高低,全自动医学检验分析仪总体结构分为加样系统、加试剂系统、温控系统、清洗系统、光测系统、液路系统、控制系统。控制系统是分析仪中最核心的部分,控制系统是通过三个部分来实现的,第一部分是上位机,使用计算机进行操作,主要运行系统管理软件,用于人和计算机的交互、识别或记录病人信息,选择检测项目、检测试剂、检测流程和检测类型,还包括测试的启动,结果的记录等其他辅助功能。第二部分是中位机,上位机下达的检测任务由中位机负责接收,然后合理调度并优化控制流程。第三部分是下位机,采用单片机不仅要接受中位机运行参数和命令,控制各对象的动作,而且回应给中位机各个控制对象的当前状态及传感器的测试值,便于控制各个对象的下一步动作,保证各个对象或执行机构在并发运行过程中不干
涉。根据管理调度的准则,将子系统参与的控制过程又划分出初始化流程,吸样流程,
加样流程,取试剂流程,加试剂流程,清洗站流程,光度计检测流程七个子流程。从系统的性能分析可知,系统在运行过程中会存在一些问题如冲突、死锁和资源配置不合理等等。我们引入Petri网对其控制系统建模,根据控制过程划分的子流程,运用赋时Petri网建立控制子流程的赋时Petri网模型,并对子模型进行了仿真验证和分析,如果子模型不存在这些问题,那么控制系统的整体模型就不会存在这些问题,即保证了系统安全的运行也提高了分析仪的检测速度。.............
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