Введение к работе
42її2е2222Ь_їйі« Достижения научно-техшческого прогресса и возрастайте потребности исследования микрообъектоз в медицине, биологии, порошковой металлургии, материаловедении и др.областях является причиной широкого внедрения иетодов автоматического анализа микрообъектов. Под термином никрообъэкт будем понимать частицу, характеристика размера которой лежит з интерзало (0,1-1СО)м:ш л требует для наблюдения человеческие глазом дополнительной оптической систеш.
Целью внедрения автоматических иетодов анализа микреобъектов является: повышение точности результатов анализа, повышение производительности аппаратуры, расширение еэ функциональных возмознос-тей, повышение уровня сервиса, автоматизация научного эксперимента.
Среди задач повышения качества самих систем автоматических систеи автоматического анализа иикрообъектов в последнее время большое внимание уделяется повышению их производительности.
Оеновнкш причинами этого лвляптся острая необходимость во внедрении окспресс-иетодов анализа, а такне установившийся-среди потребителей неофициальный эталон производительности систеи (60-120 анализов в час), к которому стремятся производители новых систеи.
Основными физическими методами, позволяющими решать задачи автоматизации, являются: метод кондуктометркческого анализа, метод проточной цитометрш и метод исследования с помоч^п сканиру-нцего микроскопа, в дальнейшем называемый о ото электронным методом.
Для всех указанных методов характерен процесс формирования потока электрических сигналов на выходе первичного преобразователя, который в дальнейшем называется первичные потоком. Число сигналов, образующее первичный поток, монет достигать 10 - Юб.
Первичный поток сигналов рассматривается здесь как пуассонов-сний процесо, характеристика интенсивности которого могат приймать значения в диапазоне 10СЇ\\ -10 кГц. Сигнали первичного потока можно разделить на сигналы простого типа и сигналы слогного типа. К простым сигналам относятся одаомодальше л бимодальною однополярные сигналы, биполярные сигналы с постоянны!* число*.* пароходов сигнала и (или) его производной через ноль, а заказ сигналы, имеющие характерные участки по амплитуде и длительности. Для боль-
шинства исследований в указанных выше областях простые сигналы составляют значительную часть сигналов первичного потока, практически более 90. Указанные сигналы обрабатываются системой анализа сигналов, которая образует систему автоматического анализа микрообъектов совместно с устройством перемещения микрообъектов, устройствои формирования первичного потока и устройством подготовки пробы.
Для анализа сложных сигналов в общем случае необходимы большие затраты машинного времени. Последовательная обработка сигналов простого и сложного типа непосредственно в ЭВМ приводит к непроизводительным потерям машинного времени, связанным с необходи-иостью предварительной дискретизации'аналоговых сигналов простого типа и ввода большого числа неинформативных дискретных отсчетов в ЭВМ (64-128 отсчетов для каждого сигнала). Кроме того, последующая обработка кадра, содержащего информацию о простом сигнале, также требует перебора неинформативных дискретных отсчетов. В результате система анализа сигналов может не завершить обработку предыдущего сигнала к моменту появления следующего импульса. Если освободить систему анализа сигналов от необходимости обработки простых сигналов путей предварительного исключения их из первичного потока, появляется возможность значительного повышения быстродействия системы анализа сигналов и в целом системы автоматического анализа минрообъектов. В втом случае в ее состав целесообразно ввести устройство' первичной обработки сигналов, реализующее задачи селекции (сортировки) простых сигналов, идентификации типов ыикрообъектов по типу простого сигнала, подсчета, анализа формы простых сигналов и т.д. Общее повышение быстродействия при такой подходе иожет быть обеспечено только в случае, если все необходимые операции по обработке каждого сигнала простого типа завершаются к моменту прихода последующего сигнала первичного потока.
В результате появляется необходимость в разработке процедуры синтеза устройств первичной обработки сигналов по критерію максимального быстродействия. Задача синтеза устройств первичной обработки сигналов," как и оптимизационная задача синтеза устройства по критерию иавскиалышго быстродействия встречались в ряде теяш-чесюсс областей, например, при решении задач автоматического регу-яированид. Однако, при ретенаи садачи синтеза устройства первичной обработки сигналов прішсіпітельно к системам автоматического
анализа микрообъектов монет быть предлоясен новый подход, основании!! на использовании информации о форме сигналов, характеристике интенсивности первичного потока, соотношении между простыми и слолшми сигналами, точности результатов анализа.
На основе это» информации может быть сформулирован критерий максимального быстродействия для решения задачи синтеза требуемого устройства первичной обработки сигналов, а сана процедура синтеза может быть построена с использованием аппарата теории массового обслуживания.
В диссертационной работе сформулирован крітерій качества синтеза системы автоматического анализа шшрообъектов в виде критерия максимального быстродействия при заданной соотношении между простыми и сложными сигналами и заданных ограничениях по точности результатов анализа. В соответствии с предложенным критерием исследована методика проектирования устройства первичной обработки сигналов, включающая этапы оптимизации структуры устройства, выбора быстродействующих алгоритмов селекции и анализа формы простых сигналов. Исследованы задачи управления первичным потокои сигналов и стабилизации скорости движения микрообгектов, оказывающие существенное влияние на качество синтеза устройства первичной обработки сигналов.
U3bBJJ!lS22E2SUSJ2ffiJ2S_I?d22S является разработка методов исследования и проектирования устройств первичной обработки сигналов, обеспечивающих существенное повышение производительности систем автоматического анализа микрообъектов за счет предварительной селекции сигналов, поступающих с выхода первичного преобразователя, и освобождения системы анализа сигналов от решения задач селекции, идентификации, подсчета и анализа сигналов простого типа.
Указанная цель достигается на основе решения следующих новых задач:
-
Исследования методов оптимизации структуры устройства первичной обработки сигналов по критерию максимального быстродействия.
-
Разработки методов управления первичным потоком сигналов с целью выбора оптимальной структуры и режимов работы устройства первичной обработки сигналов.
-
Исследования методов селркции и анализа формы простых сигналов с учетом влияния помех.
4. Решения задачи синтеза устройства стабилизации скорости движения микрообъектов по критерию максимальной допустимой ошибки с учетом исследования закона изменения возмущающего воздействия.
ОДто.ды_И35Д22ЩШЬ Основными методами исследования являются методы теории массового обслуживания, методы теории случайных процессов, методы статистической проверки гипотез, методы теории автоматического регулирования, методы теории механизмов и деталей машин и методы анализа биологических к небиологических микрообъектов.
ШЕЫ-Е2Уйьтатн_ц_пдл252щях_вын22!^^_на_за1щт^:
обоснование целесообразности введения устройства первичной обработки сигналов в состав системы автоматического анализа микрообъектов;
исследование устройства первичной обработки сигналов как системы массового обслуживания первичного потока сигналов, возникающего на выходе датчика, позволяющей обеспечить максимальное быстродействие устройства при заданной точности результатов анализа и построить новое устройство, защищенное патентом;
исследование задачи управления первичным потоком сигналов с целью оптимизации структуры и параметров устройства первичной обработки сигналов^ разработка и исследование нового, защищенного патентом метода управления первичным потоком сигналов;
разработка и исследование помехоустойчивых алгоритмов селекции и анализа формы одномодальных и бимодальных сигналов, основанных на совместном анализе сигнала и его производной и использующих линейную интерполяцию сигнала между двумя порогами обнаружения нуля;
решение задачи стабилизации скорости движения сканирующего стола с точностью 0,1# при сложном законе изменения возмущающего воздействия.
Цра|[Т2Ч2кая_ценн25ть.Еаботы. Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработана методика синтеза устройства первичной обработки сигналов в системах автоматического анализа микрообъектов, позволяющая обеспечить максимальное быстродействие системы при заданном наборе функцийнальных задач;
разработаны быстродействующие помехоустойчивые алгоритмы и устройства селекции одномодальных и бимодальных сигналов;
предложен метод управления первичным потоком сигналов, позволяющий повысить быстродействие систем автоматического анализа микрообъектов на основе сканирующего микроскопа;
предложена методика анализа возмущающего воздействия, которая может быть использована при проектировании сканирующих столов микроскопов.
По результатам исследования были созданы экспериментальные установки:,
-
по исследованию форменных элементов крови. Работа проводилась совместно с лабораторией гемоцитологии Всесоюзного Гематологического Научного Центра, г.Москва;
-
по исследованию микропорошков. Работа проводилась совместно со специалистами Института порошковой металлургии ЦНИИ Чермет , г.Москва,
По результатам исследования были изготовлены опытные образцы сканирующих столов и электронных модулей в НПО "Электромеханика", г.Миаоо.
ADSQU'&ffilS-pafi'QIH» Основные результаты диссертационной работы
обсуждались и получили одобрение на: *
- Ш Всесоюзной научно-технической конференции по неразруша-
ющим физическим методам контроля (Свердловск, 1990);
і - научном семинаре НИИ приборостроения (Москва, 1969)\
научном семинаре Всероссийского Гематологического Научного Центра (Москва, 1991);
научном семинаре НИИ порошковой металлургии ЦНИИ Чермет (Москва, 1992)$
научном семинаре Санкт-Петербургского института авиационного приборостроения (С.Петербург, 1992).
Проведенные эксперименты позволили получить набор информационных признаков, позволяющих провести идентификацию форменных элементов крови (эритроцит, лимфоцит, нейтрофил) по форме электрического сигнала, а такав определить ряд ыорфометрических показателей для эритроцитов. Показана возможность анализа металлических порошков и проектирования счетчиков-граігулометров с использованием метода упорядоченного ионослоя.
С учетом результатов диссертационной работы составлен проект учебного плана по курсу: "Проектирование медико-биологических систем и комплексов" в Санкт-Петербургском институте авиационного приборостроения.
ПїЗйіШШШ* По результатам проведенных исследований опубликовано пять, печатных работ, получены два положительных релешя in выдачу патента.
СїКБЇЇРЗ._2_с2ьєи_Діі5СеРїіийи« диссертация состоит из введения, пяти разделов с основными результатами, заключения, списка литературы и приложения. іабота содержит 172 страницы основного текста, 31 рисунок; список использованной литературы содержит 74 наименования*.
КРАТКОЕ СОДЕНІШИЕ ІЧКЯЬІ '
