一种血液涂片制备质量闭环调节系统及方法

本发明涉及医学检验自动化及血液样本前处理，尤其涉及一种能够根据血液涂片制备过程状态和制备后质量状态，对推片运动轨迹进行时空定位、成因解耦和闭环修正的血液涂片制备质量闭环调节系统及方法。

背景技术：

1、外周血涂片是血细胞形态学检查的重要样本形式，其制备质量直接影响后续染色、显微成像以及血细胞形态判读。血液在载玻片上的铺展状态同时受到血样本身特性、滴血量、推片角度、推片速度、推片加速度、推片与载玻片之间的接触状态、载玻片表面状态及环境条件等多种因素影响。

2、现有自动推片设备通常采用预设推片参数，或者根据红细胞压积、血液浓度、血滴扩散状态等血样特征选择不同的推片速度和角度。此类方法能够减小人工操作造成的速度和角度波动，但其主要属于制片前参数预测或者依据单一过程指标进行控制。当血样状态估计存在偏差、推片边缘状态发生变化或者环境发生漂移时，预先确定的参数仍可能不能获得稳定的单层有效区域。

3、部分自动化设备还能够在血膜形成后获取血膜图像，并根据血膜整体形状、厚薄或目标区域是否存在判断血涂片是否合格。然而，现有质量检测结果往往只用于放行、废片或者重新制片，制片完成后的空间质量信息与形成该局部质量结果时的具体推片时间区段之间缺少直接关联。

4、实际制片过程中，相似的质量表象可能由不同原因造成。例如，血膜整体偏厚既可能源于血样等效流变状态变化，也可能源于推片运动速度偏低；局部纵向条纹既可能源于推片边缘污染，也可能源于某一时间区段内的速度或接触状态波动。若仅根据最终质量结果按照固定规则统一调整推片速度或角度，容易产生错误补偿。

5、此外，一张血涂片的起始区、主体区、单层区和羽状尾缘形成于不同的推片时间区段。若只以整张血涂片的平均质量分数修正一个恒定速度或者恒定角度，难以针对局部过厚、局部条纹、单层区不足、尾缘突然变薄等沿推片方向分布的缺陷进行精确修正。因此，需要一种能够把制片中的动态过程信息与制片后的空间质量信息联系起来，并进一步判断“哪个局部缺陷由哪个制片时间区段以及何种扰动造成”的质量闭环调节方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种血液涂片制备质量闭环调节系统及方法，将推片过程中的湿润血液前沿快速反馈、推片完成后的血膜空间质量评价以及跨制片周期的学习更新结合起来，建立血膜空间缺陷与推片时间轨迹之间的反向关联，并在进行缺陷成因解耦后实施分区段参数修正，以提高血液涂片单层有效区域的一致性及长期制片稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种血液涂片制备质量闭环调节系统，包括血样加载单元、推片执行单元、过程感知单元、成片质量获取单元和闭环调节单元。推片执行单元对推片速度、推片角度及接触状态中的至少两项进行调节；过程感知单元在推片过程中连续获取湿润血液前沿图像并同步记录推片位置；成片质量获取单元在推片完成后建立血膜空间质量图；闭环调节单元建立推片时间区段与血膜空间位置之间的时空对应关系，将局部质量偏差反向关联至形成该区域时的推片控制区段，并结合湿润血液前沿动态特征进行成因解耦，分别通过片内快速闭环和片间学习闭环修正当前控制参数及后续基准轨迹。

4、优选地，湿润血液前沿状态至少包括前沿横向展开宽度、中心偏移量、两侧非对称度、沿推片边缘扩展速度、填充均匀度和面积变化率中的三项。

5、优选地，血膜空间质量图至少用于计算血膜有效长度、单层有效区面积、纵向密度梯度、横向均匀度、羽状尾缘完整度、纵向条纹指数和血膜偏斜指数中的四项。

6、优选地，通过位置编码器记录推片位置 p(t)，并通过空间变换关系 t 把血膜纵向位置 x 映射到对应制片时刻 t_x，以提取该时刻附近的推片控制参数和湿润血液前沿状态。

7、优选地，闭环调节单元建立隐含扰动状态 z，对血样状态扰动、推片执行扰动以及环境或界面扰动进行概率化解耦，并依据主要成因选择需要优先修正的控制变量。

8、优选地，片内快速闭环采用具有控制幅值和变化率约束的滚动优化，使湿润血液前沿状态向目标前沿状态收敛。

9、优选地，片间学习闭环先利用缺陷—参数灵敏度矩阵求得可解释的第一参数修正量，再利用受安全边界约束的概率代理模型对剩余非线性误差求得第二参数修正量。

10、优选地，当当前血样状态超出历史模型置信范围时，调用预设安全基准轨迹或者相似历史血样对应的安全轨迹，并限制学习更新幅度。

11、本发明至少具备以下有益效果：

12、1、通过位置编码和空间标定把成片后的局部缺陷反向定位到形成该缺陷的具体推片时间区段，使控制对象由“整片统一参数”转变为“按推片轨迹分区修正”，能够减少局部缺陷引发的全局误调。

13、2、通过联合血样初始状态、湿润血液前沿状态和成片空间质量进行缺陷成因解耦，使相似的过厚、条纹或尾缘异常能够根据不同扰动来源选择不同控制变量，从而降低错误补偿概率。

14、3、片内快速闭环在当前一张涂片形成过程中抑制短时速度、角度、接触状态或血液前沿异常，片间学习闭环利用完整成片结果修正下一张涂片的基准轨迹，两者形成不同时间尺度的协同控制。

15、4、利用缺陷-参数灵敏度模型进行可解释的第一阶段修正，再利用受约束的概率代理模型补偿难以显式建模的非线性剩余误差，可兼顾控制稳定性和对长期设备漂移、血样差异及环境变化的适应能力。

16、5、对学习参数设置安全边界、变化率约束及模型不确定度限制，使学习过程不需要以大幅试错换取性能提升，适用于血液涂片制备这种对一次制片质量和样本消耗均有要求的场景。

1.一种血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，包括血样加载单元、推片执行单元、过程感知单元、成片质量获取单元和闭环调节单元；所述血样加载单元用于将待制备血样加载至载玻片的预设加样位置；所述推片执行单元用于驱动推片相对于载玻片运动，并对推片速度、推片角度以及推片与载玻片之间的接触状态中的至少两项进行调节；所述过程感知单元用于在推片过程中连续获取推片边缘附近湿润血液前沿的过程图像，并同步获取所述推片执行单元的运动位置和运动控制参数；所述成片质量获取单元用于在推片完成后获取血膜的宏观图像和沿推片方向分布的多个局部图像，并建立血膜空间质量图；所述闭环调节单元用于根据所述运动位置建立推片时间区段与血膜空间位置之间的时空对应关系，从所述血膜空间质量图中确定局部质量偏差，依据所述时空对应关系将所述局部质量偏差反向关联至形成相应血膜空间位置时的推片控制区段，结合所述湿润血液前沿的动态特征对所述局部质量偏差进行成因解耦，并根据解耦得到的缺陷成因量通过片内快速闭环修正当前制片过程中的推片控制参数、通过片间学习闭环更新后续制片过程的基准控制轨迹。

2.根据权利要求1所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述过程感知单元从所述过程图像中提取湿润血液前沿状态向量，所述湿润血液前沿状态向量至少包括前沿横向展开宽度、前沿中心偏移量、前沿两侧非对称度、血液沿推片边缘的扩展速度、前沿填充均匀度及前沿面积变化率中的三项。

3.根据权利要求1所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述血膜空间质量图包括沿载玻片纵向和横向分布的血膜覆盖密度表征值、血膜厚度表征值和局部缺陷表征值；所述闭环调节单元根据所述血膜空间质量图获得血膜有效长度、单层有效区面积、纵向密度梯度、横向均匀度、羽状尾缘完整度、纵向条纹指数及血膜偏斜指数中的至少四项质量指标。

4.根据权利要求1所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述推片执行单元设有位置编码器；设推片在时刻 t 对应的编码位置为 p(t)，血膜空间质量图中局部区域的纵向位置为 x，通过预先标定的空间变换关系 t 确定与所述纵向位置x对应的制片时刻 t_x，并读取所述制片时刻 t_x 对应的推片速度、推片角度、接触状态、加速度及湿润血液前沿状态中的至少三项，以建立局部质量缺陷与推片控制轨迹之间的反向关联关系。

5.根据权利要求1所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述闭环调节单元建立隐含扰动状态向量z，所述隐含扰动状态向量至少包括等效血液流变状态、推片边缘状态、载玻片界面状态及等效蒸发状态中的两项；通过血样初始状态、湿润血液前沿状态以及血膜空间质量图的联合观测对所述隐含扰动状态向量进行递推估计，并根据递推估计结果修正局部质量偏差与推片控制参数之间的灵敏度关系。

6.根据权利要求1所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述片内快速闭环以湿润血液前沿状态与目标前沿状态之间的偏差作为反馈量，在滚动控制窗口内确定推片速度、推片角度和接触状态中的至少一项控制增量，并对所述控制增量设置幅值约束和变化率约束，使预测的湿润血液前沿状态向目标前沿状态收敛的同时抑制因瞬时大幅调节造成的局部条纹、血膜断裂或尾缘异常。

7.根据权利要求1所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述片间学习闭环根据第k张血液涂片的目标质量向量 q*与实际质量向量 q_k得到质量残差向量r_k=q*-q_k，并依据缺陷-参数灵敏度矩阵 s_k求得第一参数修正量；针对第一参数修正量未能解释的剩余质量残差建立概率代理模型，在推片参数安全边界内求得第二参数修正量，并根据第一参数修正量和第二参数修正量共同更新下一制片周期的基准控制轨迹。

8.根据权利要求7所述的血液涂片制备质量闭环调节系统，其特征在于，所述概率代理模型为基于历史制片样本建立的贝叶斯代理模型，参数搜索同时考虑预测质量改善量、预测不确定度和参数可行概率；当预测不确定度超过预设阈值时，限制第二参数修正量的调整幅度，或者调用与当前血样状态相似度最高且满足安全条件的历史基准控制轨迹。

9.一种血液涂片制备质量闭环调节方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、获取待制备血样的初始状态信息，并调用与当前血样状态对应的安全基准推片控制轨迹；s2、将血样加载至载玻片并执行推片，在推片过程中连续采集推片边缘附近湿润血液前沿的过程图像，同步记录推片位置以及推片速度、推片角度和接触状态；s3、根据所述过程图像确定湿润血液前沿状态，并根据湿润血液前沿状态与目标前沿状态之间的偏差对当前推片过程进行片内快速闭环调节；s4、完成推片后获取血膜空间质量图，并确定血膜不同空间位置对应的局部质量偏差；s5、根据推片位置记录将所述局部质量偏差反向映射至形成相应血膜空间位置时的推片控制区段；s6、结合血样初始状态、湿润血液前沿状态及局部质量偏差进行缺陷成因解耦，并根据缺陷成因量修正对应推片控制区段；s7、根据完成涂片的质量残差更新后续血液涂片制备过程的基准推片控制轨迹。

10.根据权利要求9所述的血液涂片制备质量闭环调节方法，其特征在于，当血膜空间质量图表明血液涂片存在局部不合格区域时，根据所述局部不合格区域的空间位置确定主要缺陷对应的推片控制区段并优先修改该控制区段；当当前血样状态超出历史模型的置信范围时，采用预设安全基准轨迹进行首次推片，并根据首次推片获得的过程状态和成片质量结果实施受约束的增量更新。