移液工作台及利用移液工作台实现耗材识别和监测的方法技术

本发明专利技术涉及一种移液工作台及利用移液工作台实现耗材识别和监测的方法，解决现有自动化移液工作台在运行过程中存在的效率低、易出错的问题。该系统包括实验台，三维运动机构，以及固定在三维运动机构Z轴的移液泵和机器视觉部件，机器视觉部件包括环形光源和可自动调焦的摄像头，机器视觉部件可以随移液泵一起进行三维运动从而对移液工作台台面上不同高度的耗材进行拍照成像。耗材状态识别和监测的方法根据定位流程获得实验台特定区域的图像，并通过图像增强，图像分割，图像提取，图像特征比对等处理与计算，判断耗材类型、数量、初始位置、状态及相互对应关系，并在实验过程中实时监控所涉及的耗材数量、位置、态变更以及相互对应关系是否正确。

The method of identifying and monitoring consumables by using the liquid transfer table

【技术实现步骤摘要】
移液工作台及利用移液工作台实现耗材识别和监测的方法
本专利技术涉及一种移液工作台及利用移液工作台实现耗材识别和监测的方法。
技术介绍
随着现代医疗诊断技术的不断推广，如生化、免疫、分子诊断等常见体外诊断仪器正朝着集成化、自动化的趋势发展。移液工作台是一种常见的应用于这些仪器的自动化装置，它能够完成移液、梯度稀释、分液以及合并液体等液体处理工作。不仅能够减少人为操作的误差，还能够提高实验的重复性，降低液体处理等工作的成本，满足客户的广泛需求。移液工作台的运行通常涉及到多种不同的样本、试剂、耗材及移液流程，而样本、试剂均放置在各类耗材中，识别这些实验信息是否正确，例如耗材是否放置在应有的位置，耗材的盖子是否打开等耗材状态信息，才能保障移液操作的正确性和运行流程的可靠性。如果仅仅依赖操作人员的判断及监控，不仅效率低而且易出错。因此，研发一款智能化耗材状态识别及监控系统，能够在实验前和实验过程中自动、智能地判断耗材状态并实施监控，是自动化移液工作台的迫切需求。
技术实现思路
为了解决现有自动化移液工作台在运行过程中存在的效率低、易出错的问题，针对现有自动化移液工作台的耗材管理需求，本专利技术提供一种能够智能识别和监测耗材状态的移液工作台，助力体外诊断仪器的功能集成化及运行流程的自动化和智能化。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种移液工作台，其特殊之处在于：包括实验台及计算机；所述实验台上安装三维运动机构；所述三维运动机构上安装移液泵和机器视觉部件；所述移液泵用于完成吸头加载卸载、移液及其他实验所需的相关操作；所述机器视觉部件用于对实验台上一定高度的耗材进行拍照成像；在三维运动机构运行时，移液泵和机器视觉部件能够同步沿xyz方向移动；所述计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在处理器中执行时，实现以下过程：S1、根据用户选定的检测项目，确定当前的实验程序以及实验程序对应的初始耗材信息与实验过程中每一步骤对应的耗材信息；S2、控制三维运动机构带动机器视觉部件运动到实验台的不同区域，依次对不同区域内的区域单元进行拍照，并存储区域单元初始图像；S3、分析各个区域单元初始图像，获得各个区域的初始耗材信息，将获得的初始耗材信息与步骤S1中确定的初始耗材信息进行比较，判断各个区域的初始耗材信息是否正确；如果正确则进行步骤S5，否则，提示用户更新初始耗材信息；S4、用户根据提示完成耗材信息更新后，获取更新耗材信息后的区域单元图像，再次执行步骤S3的操作，直至初始耗材信息全部正确；S5、依次运行实验程序中的各个步骤，三维运动机构将带动移液泵和机器视觉部件运动到该实验程序中每个步骤对应的实验台区域，进行操作，并在实验过程中对涉及到耗材信息变更的步骤进行拍照，并存储实验区域单元图像；S6、分析拍摄的实验区域单元图像，获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息，将该耗材信息与步骤S1中确定的实验过程中该步骤对应的耗材信息进行对比，判断该步骤的耗材信息变更是否正确；如果正确，则对耗材信息进行更新，进行下一步骤的实验，重复S6步骤直至实验结束；如果错误，将根据故障等级进行操作及提示。进一步地，所述步骤S1中的实验程序以及实验程序对应的初始耗材信息与实验过程中每一步骤对应的耗材信息预先设置在计算机内：所述实验程序包括操作内容、操作次数及操作流程；所述实验程序对应的初始耗材信息及实验过程中每一步骤对应的耗材信息均包括耗材类型、耗材区域位置坐标、耗材数量、耗材孔位状态及待测样品数量、位置与检测这些待测样品所需消耗耗材的种类、数量、位置的关系。进一步地，步骤S3中获得各个区域单元图像的初始耗材信息及步骤S6中获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息的方法均包括以下步骤：步骤1a、确定耗材类型、耗材区域位置坐标及该类耗材图像特征；确定区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的区域位置坐标，并根据先验信息获取区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的耗材类型及该类耗材图像特征；所述先验信息包括区域耗材类型、每类耗材图像特征、区域位置坐标、模板区域单元内的耗材孔位数量、模板区域单元内的孔位中心坐标及孔位边长M；步骤2a、确定耗材数量及耗材孔位状态；步骤2a1、确定区域单元初始图像或实验区域单元图像上所有耗材孔位的模糊位置；将先验信息中模板区域单元内的孔位中心坐标映射到当前拍摄的区域单元图像上，并分别以模板区域单元内的所有孔位中心坐标作为基点，进行二值化并查找连通区，所获得的连通区即为区域单元图像上各个耗材孔位的模糊位置；步骤2a2、确定区域单元初始图像或实验区域单元图像上所有耗材孔位的真实中心位置，根据真实中心位置的数量获得耗材数量并提取耗材孔位的局部图像S；将步骤2a1获取的各个耗材孔位的模糊位置中心与模板区域单元内的孔位中心坐标进行对比，获得区域单元初始图像或实验区域单元图像上各个孔位的偏移量，利用各个孔位的偏移量获取平均偏移量；将平均偏移量作为区域单元初始图像或实验区域单元图像上所有孔位的真实偏移量，利用该真实偏移量及模板区域单元的孔位中心坐标获取当前拍摄的区域单元初始图像或实验区域单元图像上耗材孔位的真实中心位置；以真实中心位置为基点，用先验信息中该耗材类型对应的孔位边长M，在当前拍摄的区域单元初始图像或实验区域单元图像上提取M*M的正方形区域，即为对应耗材孔位的局部图像S；步骤2a3、计算耗材孔位局部图像的图像特征；所述图像特征包括能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征、互相关相似度和图像直方图的标准方差等；步骤2a4、根据获得的耗材孔位局部图像的图像特征判断耗材孔位的状态；当图像特征为能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征时，计算的特征值大于判定阈值时，状态为孔位有耗材，小于等于判定阈值时，状态为孔位无耗材；当图像特征为互相关相似度、图像直方图的标准方差时，计算的特征值小于判定阈值时，状态为孔位有耗材，大于等于判定阈值时，状态为孔位无耗材；步骤2a5、输出所有耗材孔位的状态。进一步地，当区域单元中只有一个耗材时，步骤S3中获得各个区域单元图像的初始耗材信息及步骤S6中获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息的方法均通过以下步骤：步骤1b、确定耗材类型、耗材区域位置坐标及该类耗材图像特征；确定区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的区域位置坐标，并根据先验信息获取区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的耗材类型及该类耗材图像特征；所述先验信息包括区域耗材类型、每类耗材图像特征、区域位置坐标、模板区域单元内的耗材孔位数量、模板区域单元内的孔位中心坐标及孔位边长M；步骤2b、确定耗材孔位状态；步骤2b1、计算耗材孔位局部图像的图像特征；所述图像特征包括能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征、互相关相似度和图像直方图的标准方差；步骤2b2、根据获得的耗材孔位局部图像的图像特征判断耗材孔位的状态；当图像特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移液工作台，其特征在于：包括实验台(1)及计算机；所述实验台(1)上安装三维运动机构；所述三维运动机构上安装移液泵(5)和机器视觉部件(6)；所述移液泵(5)用于完成吸头加载卸载、移液及其他实验所需的相关操作；所述机器视觉部件(6)用于对实验台上一定高度的耗材进行拍照成像；在三维运动机构运行时，移液泵(5)和机器视觉部件(6)能够同步沿xyz方向移动；/n所述计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在处理器中执行时，实现以下过程：/nS1、根据用户选定的检测项目，确定当前的实验程序以及实验程序对应的初始耗材信息与实验过程中每一步骤对应的耗材信息；/nS2、控制三维运动机构带动机器视觉部件运动到实验台的不同区域，依次对不同区域内的区域单元进行拍照，并存储区域单元初始图像；/nS3、分析各个区域单元初始图像，获得各个区域单元初始图像的初始耗材信息，将获得的初始耗材信息与步骤S1中确定的初始耗材信息进行比较，判断各个区域单元的初始耗材信息是否正确；如果正确则进行步骤S5，否则，提示用户更新初始耗材信息；/nS4、用户根据提示完成耗材信息更新后，获取更新耗材信息后的区域单元图像，再次执行步骤S3的操作，直至初始耗材信息全部正确；/nS5、依次运行实验程序中的各个步骤，三维运动机构将带动移液泵和机器视觉部件运动到该实验程序中每个步骤对应的实验区域单元，进行操作，并在实验过程中对涉及到耗材信息变更的步骤进行拍照，并存储实验区域单元图像；/nS6、分析拍摄的实验区域单元图像，获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息，将该耗材信息与步骤S1中确定的实验过程中该步骤对应的耗材信息进行对比，判断该步骤的耗材信息变更是否正确；如果正确，则对耗材信息进行更新，进行下一步骤的实验，重复S6步骤直至实验结束；如果错误，将根据故障等级进行操作及提示。/n...

【技术特征摘要】
1.一种移液工作台，其特征在于：包括实验台(1)及计算机；所述实验台(1)上安装三维运动机构；所述三维运动机构上安装移液泵(5)和机器视觉部件(6)；所述移液泵(5)用于完成吸头加载卸载、移液及其他实验所需的相关操作；所述机器视觉部件(6)用于对实验台上一定高度的耗材进行拍照成像；在三维运动机构运行时，移液泵(5)和机器视觉部件(6)能够同步沿xyz方向移动；
所述计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在处理器中执行时，实现以下过程：
S1、根据用户选定的检测项目，确定当前的实验程序以及实验程序对应的初始耗材信息与实验过程中每一步骤对应的耗材信息；
S2、控制三维运动机构带动机器视觉部件运动到实验台的不同区域，依次对不同区域内的区域单元进行拍照，并存储区域单元初始图像；
S3、分析各个区域单元初始图像，获得各个区域单元初始图像的初始耗材信息，将获得的初始耗材信息与步骤S1中确定的初始耗材信息进行比较，判断各个区域单元的初始耗材信息是否正确；如果正确则进行步骤S5，否则，提示用户更新初始耗材信息；
S4、用户根据提示完成耗材信息更新后，获取更新耗材信息后的区域单元图像，再次执行步骤S3的操作，直至初始耗材信息全部正确；
S5、依次运行实验程序中的各个步骤，三维运动机构将带动移液泵和机器视觉部件运动到该实验程序中每个步骤对应的实验区域单元，进行操作，并在实验过程中对涉及到耗材信息变更的步骤进行拍照，并存储实验区域单元图像；
S6、分析拍摄的实验区域单元图像，获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息，将该耗材信息与步骤S1中确定的实验过程中该步骤对应的耗材信息进行对比，判断该步骤的耗材信息变更是否正确；如果正确，则对耗材信息进行更新，进行下一步骤的实验，重复S6步骤直至实验结束；如果错误，将根据故障等级进行操作及提示。


2.根据权利要求1所述的移液工作台，其特征在于：所述步骤S1中的实验程序以及实验程序对应的初始耗材信息与实验过程中每一步骤对应的耗材信息预先设置在计算机内：
所述实验程序包括操作内容、操作次数及操作流程；
所述实验程序对应的初始耗材信息及实验过程中每一步骤对应的耗材信息均包括耗材类型、耗材区域位置坐标、耗材数量、耗材孔位状态及待测样品数量、位置与检测这些待测样品所需消耗耗材的种类、数量、位置的关系。


3.根据权利要求2所述的移液工作台，其特征在于，步骤S3中获得各个区域单元图像的初始耗材信息及步骤S6中获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息的方法均包括以下步骤：
步骤1a、确定耗材类型、耗材区域位置坐标及该类耗材图像特征；
确定区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的区域位置坐标，并根据先验信息获取区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的耗材类型及该类耗材图像特征；
所述先验信息包括区域耗材类型、每类耗材图像特征、区域位置坐标、模板区域单元内的耗材孔位数量、模板区域单元内的孔位中心坐标及孔位边长M；
步骤2a、确定耗材数量及耗材孔位状态；
步骤2a1、确定区域单元初始图像或实验区域单元图像上所有耗材孔位的模糊位置；
将先验信息中模板区域单元内的孔位中心坐标映射到当前拍摄的区域单元图像上，并分别以模板区域单元内的所有孔位中心坐标作为基点，进行二值化并查找连通区，所获得的连通区即为区域单元图像上各个耗材孔位的模糊位置；
步骤2a2、确定区域单元初始图像或实验区域单元图像上所有耗材孔位的真实中心位置，根据真实中心位置的数量获得耗材数量并提取耗材孔位的局部图像S；
将步骤2a1获取的各个耗材孔位的模糊位置中心与模板区域单元内的孔位中心坐标进行对比，获得区域单元初始图像或实验区域单元图像上各个孔位的偏移量，利用各个孔位的偏移量获取平均偏移量；将平均偏移量作为区域单元初始图像或实验区域单元图像上所有孔位的真实偏移量，利用该真实偏移量及模板区域单元的孔位中心坐标获取当前拍摄的区域单元初始图像或实验区域单元图像上耗材孔位的真实中心位置；
以真实中心位置为基点，用先验信息中该耗材类型对应的孔位边长M，在当前拍摄的区域单元初始图像或实验区域单元图像上提取M*M的正方形区域，即为对应耗材孔位的局部图像S；
步骤2a3、计算耗材孔位局部图像的图像特征；所述图像特征包括能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征、互相关相似度和图像直方图的标准方差；
步骤2a4、根据获得的耗材孔位局部图像的图像特征判断耗材孔位的状态；当图像特征为能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征时，计算的特征值大于判定阈值时，状态为孔位有耗材，小于等于判定阈值时，状态为孔位无耗材；当图像特征为互相关相似度、图像直方图的标准方差时，计算的特征值小于判定阈值时，状态为孔位有耗材，大于等于判定阈值时，状态为孔位无耗材；
步骤2a5、输出所有耗材孔位的状态。


4.根据权利要求2所述的移液工作台，其特征在于，当区域单元中只有一个耗材时，步骤S3中获得各个区域单元图像的初始耗材信息及步骤S6中获得实验过程中耗材信息变更后的耗材信息的方法均通过以下步骤：
步骤1b、确定耗材类型、耗材区域位置坐标及该类耗材图像特征；
确定区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的区域位置坐标，并根据先验信息获取区域单元初始图像或实验区域单元图像对应的耗材类型及该类耗材图像特征；
所述先验信息包括区域耗材类型、每类耗材图像特征、区域位置坐标、模板区域单元内的耗材孔位数量、模板区域单元内的孔位中心坐标及孔位边长M；
步骤2b、确定耗材孔位状态；
步骤2b1、计算耗材孔位局部图像的图像特征；所述图像特征包括能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征、互相关相似度和图像直方图的标准方差；
步骤2b2、根据获得的耗材孔位局部图像的图像特征判断耗材孔位的状态；当图像特征为能量特征、灰度共生矩阵的对比度特征时，计算的特征值大于判定阈值时，状态为孔位有耗材，小于等于判定阈值时，状态为孔位无耗材；当图像特征为互相关相似度、图像直方图的标准方差时，计算的特征值小于判定阈值时，状态为孔位有耗材，大于等于判定阈值时，状态为孔位无耗材；
步骤2b3、输出所有耗材孔位的状态。


5.根据权利要求3或4所述的移液工作台，其特征在于，所述步骤2a3与步骤2b1中耗材孔位局部图像的图像特征为能量特征，通过下式计算：



其中，i，j为局部图像S像素点的位置，i表示第i行，j表示为j列，M表示局部图像S的宽度与高度；
或，所述步骤2a3与步骤2b1中耗材孔位局部图像的图像特征为灰度共生矩阵的对比度特征，通过下式计算：



其中G是灰度共生矩阵，k为灰度级总数，n表示第n个灰度级；
或，所述步骤2a3与步骤2b1中耗材孔位局部图像的图像特征为与先验信息中模板区域单元图像互相关相似度，通过下式计算：



其中S表示当前图像的局部图像，T先验信息中模板区域单元图像，M为S与T的宽度与高度；
或，所述步骤2a3与步骤2b1中耗材孔位局部图像的图像特征为图像直方图的标准方差，通过下式计算：



其中L是灰度级总数，zi表示第i个灰度级，p(zi)为归一化直方图灰度级分布中，灰度为zi的概率，m为直方图的均值。


6.根据权利要求3或4所述的移液工作台，其特征在于，步骤S6中的故障等级包括以下：
I级故障：耗材信息错误，但不影响后续实验程序运行；将继续运行实验程序，并在实验结束后提示用户故障信息；
II级故障：耗材信息错误，不影响后续实验程序运行；但可能会对实验结果产生影响；将暂停运行实验程序，并提示用户故障信息，等待用户选择继续或停止当前实验；
III级故障：耗材信息错误，影响后续实验程序运行；将停止运行实验程序，并提示用户故障信息，等待终止当前实验。


7.根据权利要求6所述的移液工作台，其特征在于：所述先验信息预先存储在计算机内，通过控制三维运动机构带动机器视觉部件运动，拍摄实验台布局区域模板图像和模板区域单元图像；根据实验台布局区域模板图像获得区域坐标位置、区域耗材类型、耗材图像特征；根据模板区域单元图像获得模板区域单元内的耗材孔位数量、模板区域单元内的孔位中心坐标及孔位边长M。


8.根据权利要求1所述的移液工作台，其特征在于，所述计算机程序在处理器中执行时，步骤S6之后还包括以下过程：
显示本实验所用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政，罗淑芬，孙瑶，苗保刚，李明，彭年才，
申请(专利权)人：西安天隆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61