阴道分泌物检测装置及方法与流程
本发明涉及生物、医疗检测技术领域，尤其涉及一种阴道分泌物检测装置及方法。
背景技术：
阴道分泌物的检测，总体上分为两大部分，干化学检测和显微镜镜检。干化学检测属于半定量检测。一般当干化学检测结果显示患者身体指标异常时，对其再进行显微镜镜检，以便完成检测结果的确认。而当前对阴道分泌物的显微镜镜检主要通过人工检测。
检测人员拿到患者样本后，对样本进行涮洗，涮洗过后，进行人工涂片，并放置到显微镜下面进行检测，检测过程中，需要对显微镜进行调焦，并通过不断切换视野，察看涂片中的有形成分，对有形成分进行分类，并进行数目统计。有形成分主要包括：白细胞、念珠菌、线索细胞、杆菌、念珠菌、滴虫、红细胞、球菌等。人工镜检的方式，不仅需要人工涂片，不断切换视野计数，还要将镜检结果与干化学检测结果对应，进行人工录入，耗时费力，检测效率低，而且计数与录入过程容易出错。
目前，对于显微镜镜检，市面上也有出现自动检测装置，但其装置复杂，对有形成分的识别率低，耗时较长。而且其拍摄图片保存于本地，样本有形成分的检测识别只限于本地，未与云平台实现有效对接。市面上仪器检测率低，主要是其使用的传统的分类方法，传统的神经网络分类方法，不仅对图片要进行大量的前处理，在神经网络构建以及训练时，需要人为的选取一些特征，人为的选取的特征不一定适合计算机识别，而且容易出现过拟合。而且由于有形成分的检测只限于本地，数量庞大的样本，不能及时有效的对检测模型进行修正，其检测的准确率，不会随着检测样本的增多而提升。
技术实现要素：
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种阴道分泌物检测装置及方法，以使能够自动对阴道分泌物进行镜检并提升识别率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种阴道分泌物检测装置，包括底座、控制电路板，底座上一侧依次设有条码扫描头、上卡组件、孵育组件，另一侧依次设有试管架组件、耗材更换组件、玻片上下组件、显微镜电动平台；上卡组件上设有储卡箱，储卡箱内设有试剂卡弹夹；孵育组件上方设有第一光学检测组件和第二光学检测组件，孵育组件外侧设有试剂卡回收盒；底座上还设有y向驱动组件，y向驱动组件上设有移液组件，孵育组件、试管架组件、耗材更换组件、玻片上下组件均位于移液组件运动行程的下方；显微镜电动平台上方设有显微镜，显微镜电动平台外侧设有玻片回收盒；玻片上下组件上设有玻片弹夹。
进一步地，孵育组件包括孵育板，孵育板内沿上卡组件的上卡方向开设有前后开口的孵育腔，孵育板上沿上卡方向依次开设有与孵育腔的相通的第一加样位、第一识别位、第二加样位、第二识别位；第一光学检测组件和第二光学检测组件分别位于、第一识别位和第二识别位的上方。
进一步地，储卡箱内位于试剂卡弹夹的上方还设有加热除湿板、风扇、温湿度传感器，加热除湿板上设有温度传感器和温度保护开关。
进一步地，移液组件包括丝杆传动机构、x向驱动机构、柱塞泵、电磁阀、吸液管，x向驱动机构设于y向驱动组件上，x向驱动机构包括x向安装座和设于x向安装座的同步带轮组件，x向安装座设有x向滑轨，x向滑轨上设有由同步带轮组件驱动的滑块；柱塞泵、电磁阀通过一连接板设于x向驱动机构的滑块上；丝杆传动机构竖直设于连接板上，吸液管设于丝杆传动机构上，丝杆传动机构底部设有套于吸液管外为吸液管导向的导向块，导向块底部设有吸头限位板；电磁阀通过特夫纶管与柱塞泵和吸液管相连接。
进一步地，还包括与控制电路板连接的拍摄机构，拍摄机构包括设于底座上分别用于拍摄吸液管在x向、y向、z向偏移值的拍摄装置a、拍摄装置b、拍摄装置c。
进一步地，耗材更换组件包括滑座、耗材安装板、吸头托架、吸头托盘、吸头，滑座设于底座上，滑座内端部设有磁吸组件和光电感应开关；耗材安装板设于滑座上，耗材安装板的外端部设有耗材拉手；吸头托架设于耗材安装板上，吸头通过吸头托盘放置于吸头托架上。
进一步地，试管架组件包括试管架、试管架导轨，试管架导轨设于底座上，试管架设于试管架导轨上，试管架上开设有多个试管槽，试管槽侧面设有弹片；试管架导轨的内端部设有检测架，试管架的内端部设有对应的磁性件。
相应地，本发明实施例还提供了一种阴道分泌物检测方法，包括：
步骤1：构建图像的识别模型，识别模型依次由卷积层1、池化层1、卷积层2、卷积层3、卷积层4、卷积层5、卷积层6、卷积层7、卷积层8、卷积层9、反卷积1、反卷积2、反卷积3、反卷积4构成；其中卷积层1~卷积层4为ssd-resnet101的网络结构，卷积层5~卷积层9为经典ssd的扩展卷积层，在每个反卷积之后都采用预测模块进行深度特征的提取；
步骤2：将待训练的阴道分泌物图片进行标注，对标注后的图片及标注数据进行数据增值，并将数据增值后的图片和标注数据输入识别模型进行多次的模型的训练；
步骤3：采用反卷积模型对识别模型的卷积层直接输出的特征和反卷积层输出的特征进行融合，将融合后的数据输入到激活函数，激活输出；
步骤4：计算激活输出的值和标注数据的损失率，并对激活层参数进行调整，直至损失率小于设定值，或达到训练次数，停止训练；从中挑选出损失率最低的模型参数，输入到识别模型中，用于阴道分泌物有形成分的识别；
步骤5：将显微镜采集的阴道分泌物图片输入训练好的识别模型进行运算，得到有形成分的检测结果。
本发明实施例的有益效果为：本发明提高了检测速度与识别准确率，不需要人为提取特征与图像前处理；
本发明不断进行学习运算，不断完善算法，提高了识别的准确率；
本发明提高了检测效率，减少人为带来的错误，并且将干化学检测结果与镜检结果相结合，综合判断，减少了误诊。
本发明使用一次性吸头，不仅从根本上避免了交叉污染，还不用清洗装置，有效的简化了仪器复杂度，也更为环保、经济。
附图说明
图1是本发明实施例的阴道分泌物检测装置一个角度的立体结构图。
图2是本发明实施例的阴道分泌物检测装置另一个角度的立体结构图。
图3是本发明实施例的上卡组件的立体结构图。
图4是本发明实施例的储卡箱的立体结构图。
图5是本发明实施例的孵育组件的立体结构图。
图6是本发明实施例的第二光学检测组件的立体结构图。
图7是本发明实施例的移液组件的立体结构图。
图8是本发明实施例的显微镜电动平台的立体结构图。
图9是本发明实施例的耗材更换组件的立体结构图。
图10是本发明实施例的试管架组件的立体结构图。
图11是本发明实施例的试管架的立体结构图。
图12是本发明实施例的阴道分泌物检测装置的部分结构的立体图。
图13是本发明实施例的阴道分泌物检测方法的流程示意图。
图14是本发明实施例的识别模型的模型图。
图15是本发明实施例的预测模块的模型图。
图16是本发明实施例的反卷积模型的模型图。
图17是本发明实施例的控制电路板的部分电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图1～图12，本发明实施例的阴道分泌物检测装置包括底座10、控制电路板20，底座10上一侧依次设有条码扫描头30、上卡组件40、孵育组件50，另一侧依次设有试管架组件60、耗材更换组件70、玻片上下组件80、显微镜电动平台90。
条码扫描头30安装于底座10左侧，扫描口朝右，上卡组件40位于条码扫描组件后方。上卡组件40上设有储卡箱100，储卡箱100内设有试剂卡弹夹101。孵育组件50主要实现试剂卡的恒温孵育。孵育组件50上方设有第一光学检测组件110和第二光学检测组件120，孵育组件50外侧设有试剂卡回收盒11。底座10上还设有y向驱动组件130。y向驱动组件130设于孵育组件50、试管架组件60、耗材更换组件70、玻片上下组件80的上方。y向驱动组件130可选用2个常用的直线电机驱动机构，通过架子设于底座10上。y向驱动组件130上设有移液组件140，孵育组件50、试管架组件60、耗材更换组件70、玻片上下组件80均位于移液组件140运动行程的下方。控制电路板20与条码扫描头30、上卡组件40、玻片上下组件80、显微镜电动平台90、y向驱动组件130、移液组件140、第一光学检测组件110、显微镜150和第二光学检测组件120电连接。控制电路板20可以选用以stm32f407iet6芯片为核心，进行自动化控制，如图17所示。
控制电路板20包括上网模块（包括有线与无线），通过该上网模块能够将采集到的图像及检测结果，不断传送到云平台服务器，上传后，供专家标注，标注完的图片，供服务器学习运算，不断完善算法，以提高仪器识别的准确率。
显微镜电动平台90上方设有显微镜150，显微镜电动平台90外侧设有玻片回收盒12。玻片上下组件80上设有玻片弹夹。玻片弹夹用于放置玻片，玻片上下组件80将玻片弹夹内的玻片推送至显微镜电动平台90上，再通过显微镜150进行检测，检测完成后显微镜电动平台90将玻片输送至玻片回收盒12内。显微镜电动平台90实现玻片的自动移动，自动聚焦及拍照。
作为一种实施方式，孵育组件50包括孵育板51，孵育板51内沿上卡组件40的上卡方向开设有前后开口的孵育腔，孵育板51上沿上卡方向依次开设有与孵育腔的相通的第一加样位52、第一识别位53、第二加样位54、第二识别位55；第一光学检测组件110和第二光学检测组件120分别位于、第一识别位53和第二识别位55的上方。孵育板51采用隔热材料制成。
作为一种实施方式，储卡箱100内位于试剂卡弹夹101的上方还设有加热除湿板102、风扇103、温湿度传感器104，加热除湿板102上设有温度传感器105和温度保护开关106。加热除湿板102、风扇103、温湿度传感器104与控制电路板20电连接。
作为一种实施方式，上卡组件40包括直线驱动组件41，直线驱动组件41的动子上设有拨片安装架42，拨片安装架42两侧各绕设有一个拨动片43和一个扭簧44；扭簧44两端分别作用于拨动片43和拨片安装架42上，为拨动片43的复位提供回复力。
作为一种实施方式，移液组件140包括丝杆传动机构141、x向驱动机构142、柱塞泵143、电磁阀144、吸液管145，x向驱动机构142设于y向驱动组件130上，x向驱动机构142包括x向安装座和设于x向安装座的同步带轮组件，x向安装座设有x向滑轨，x向滑轨上设有由同步带轮组件驱动的滑块；柱塞泵143、电磁阀144通过一连接板设于x向驱动机构142的滑块上；丝杆传动机构141竖直设于连接板上，吸液管145设于丝杆传动机构141上，丝杆传动机构141底部设有套于吸液管145外为吸液管145导向的导向块146，导向块146底部设有吸头限位板147。电磁阀144通过特夫纶管与柱塞泵143和吸液管145相连接。具体实施时，丝杆传动机构141、柱塞泵143、电磁阀144、吸液管145有多组，分别吸取不同试剂（由于要吸取不同的试剂，试剂用量不一致，因此需要使用多个吸液管145，多个吸液管145共用一个柱塞泵，能够减少柱塞泵143的用量），提升效率和功能。
作为一种实施方式，阴道分泌物检测装置还包括与控制电路板20电连接的拍摄机构，拍摄机构包括设于底座10上分别用于拍摄吸液管145的x向、y向、z向偏移值的拍摄装置a13、拍摄装置b14、拍摄装置c15。
由于吸液管145要移动到特定位置拾取耗材更换组件70的一次性吸头，若位置偏差在0.5mm以上，拾取吸头75会失败；若偏差更大，可能导致加样等不准确，造成检测失败。由于阴道分泌物检测装置的加工制造、组装水平的不一致，位置偏差不可避免；阴道分泌物检测装置运行中，如果出现撞击，也有可能造成吸液管145的偏位，偏位后，阴道分泌物检测装置无法正常运行，人工校准费时耗力，成本较高。
本发明实施例在任何情况均可进行自校准，保证了阴道分泌物检测装置的良好运行，并且节约了阴道分泌物检测装置的调试与维修成本。拍摄装置a13和拍摄装置b14主要用来校准xy向，拍摄装置c15用来校准z向。拍摄装置a13和拍摄装置b14通过拍摄吸液管145按预设值移动到其正上方时，计算吸液管145中心坐标在图像中的偏移，确定出其实际的位置偏差；拍摄装置c15通过拍摄吸液管145下端面坐标在图像中的偏移，计算出高度偏差。其实施过程以拍摄装置a13和c15为例，吸液管145按预设值移动到拍摄装置a13上方，控制电路板20启动拍摄装置a13进行拍摄，将拍摄后的图像进行图像识别，计算出吸液管145的中心坐标（x1,y1），并与用吸液管145处于拍摄装置a13正上方的坐标（x0,y0）进行差值运算，将差值带入事先拟合好的公式中计算出实际的位置偏差，将偏差值进行保存，在实际运动中根据位置偏差进行补偿，从而xy完成校准。吸液管145按预设值移动到拍摄装置c15正前方，启动拍摄装置c15进行拍摄，将拍摄后的图像进行图像识别，计算出吸液管145的下端面高度坐标（z1）,并与用吸液管145处于拍摄装置c15正前方的坐标（z0）进行差值运算，将差值带入事先拟合好的公式中计算出实际的位置偏差，将偏差值进行保存，在实际运动中根据位置偏差进行补偿，从而完成校准。
作为一种实施方式，耗材更换组件70包括滑座71、耗材安装板72、吸头托架73、吸头托盘74、吸头75，滑座71设于底座10上，滑座71内端部设有磁吸组件77和光电感应开关78；耗材安装板72设于滑座71上，耗材安装板72的外端部设有耗材拉手76；吸头托架73设于耗材安装板72上，吸头75通过吸头托盘74放置于吸头托架73上。吸头75为一次性吸头。
作为一种实施方式，试管架组件60包括试管架61、试管架导轨62，试管架导轨62设于底座10上，试管架61设于试管架导轨62上，试管架61上开设有多个试管槽，试管槽侧面设有弹片64；试管架导轨62的里侧端部设有检测架63，试管架61的里侧端部设有对应的磁性件65。检测架63上装有微动开关，试管架61到位后，可触发该微动开关。
本发明实施例的工作原理为：将装有样品的试管架61沿着试管架导轨62开始滑入阴道分泌物检测装置时，条码扫描头30开始对试管架61和试管上的条码进行扫描识别，同时试管架61里侧端部的磁性件65会被检测架63上的微动开关所检测，控制电路板20会知道是哪个通道有新的样本进入，试管架61完全进入后，可以开始检测。
在第一次检测开始时，控制电路板20控制吸液管145移动到耗材更换组件70的正上方有一次性吸头的位置，然后控制吸液管145向下移动，同时拾取一次性吸头。在移液组件140移动的过程中，上卡组件40的直线驱动组件41正向转动，致使拨片安装架42向前移动，最终使拨动片43向前移动，从而推动试剂卡弹夹101的试剂卡向前移动，进入孵育板51对应第一加样位52的位置，直线驱动组件41停止转动。
吸液管145拾取吸头75成功后，向上移动，使吸头75完全从吸头托盘74中移出时，停止移动；控制电路板20继续控制丝杆传动机构141、x向驱动机构142，使吸液管145移动到试管架61有样品的试管上方，然后向下移动，通过控制柱塞泵143对试管中样本进行涮洗与混匀；然后，通过控制柱塞泵143吸取混合液，吸液管145向上移动。与此同时，玻片上下组件80将玻片套装推至显微镜电动平台90上。吸液管145移动到显微镜电动平台90上面的玻片套装上面，给玻片套装第1个样本孔加样，玻片套装加样完成后。吸液管145移动到孵育组件50的第一加样位52，通过控制柱塞泵143滴入混合液，从而完成第一次加样。加样完成后，吸液管145在丝杆传动机构141、x向驱动机构142、y向驱动组件130共同带动下，移动到试剂卡回收盒11上方，丝杆传动机反向转动，使一次性吸头脱落至试剂卡回收盒11中。计时时间到了以后，进行第一次光学检测。第一次光学检测完成后，开始孵育计时，直线驱动组件41继续正向转动，使试剂卡运动到第二加样位54，直线驱动组件41停止转动。其他孵育通道依次上卡，移液组件140重复以上动作。玻片套装加样完成以后。显微镜电动平台90将加有样本的玻片套装移动到显微镜150的物镜下采集图像，根据采集图像的清晰度调整玻片套装的位置，直到找到最佳清晰度为止，即显微镜150对焦成功。对焦成功后，显微镜电动平台90使玻片套装相对显微镜150目镜不断运动，每完成一次运动，拍照一次，从而完成不同视野下的拍照。照片被保存到控制电路板20中。拍照完成后，将玻片套装推出，使玻片套装落入玻片回收盒12，镜检动作完成。
在玻片套装拍照完成的同时，控制电路板20对照片的尺寸进行处理，并直接输入到用之前采集到阴道分泌物图片训练好的识别模型中，对图片中的有形成分进行识别并分类；同时通过网络将图片发送到云平台，云平台对图片保存，待人工标注后，将图片用于识别模型的训练与优化。
快到孵育时间时，控制吸液管145移动到第二加样位54上方，进行二次加样。接着直线驱动组件41继续正向转动，使试剂卡运动到第二识别位55。第二光学检测组件120对试剂卡进行检测，完成试剂卡的干化学检测。随后直线驱动组件41继续正向转动，将试剂卡推出孵育位，进入试剂卡剔除通道，最后落入试剂卡回收盒11，将试剂卡回收，干化学动作完成。最后，将干化学检测结果和显微镜镜检结果，综合判断，给出诊疗结果。
请参照图13～图16，本发明实施例的阴道分泌物检测方法，包括：
步骤1：构建图像的识别模型，识别模型依次由卷积层1、池化层1、卷积层2、卷积层3、卷积层4、卷积层5、卷积层6、卷积层7、卷积层8、卷积层9、反卷积1、反卷积2、反卷积3、反卷积4构成；其中卷积层1~卷积层4为ssd-resnet101的网络结构，卷积层5~卷积层9为经典ssd的扩展卷积层，在每个反卷积之后都采用预测模块进行深度特征的提取。
步骤2：将待训练的阴道分泌物图片进行标注，对标注后的图片及标注数据进行数据增值，并将数据增值后的图片和标注数据输入识别模型进行多次的模型的训练。
步骤3：采用反卷积模型对识别模型的卷积层直接输出的特征和反卷积层输出的特征进行融合，将融合后的数据输入到激活函数，激活输出。激活函数可选用relu，是个分段函数，其表达式为：
relu(x)=max{0,x}=
该函数也存在许多变种。
步骤4：计算激活输出的值和标注数据的损失率，并对激活层参数进行调整，直至损失率小于设定值，或达到训练次数，停止训练；从中挑选出损失率最低的模型参数，输入到识别模型中，用于阴道分泌物有形成分的识别。
步骤5：将显微镜采集的阴道分泌物图片输入训练好的识别模型进行运算，得到有形成分的检测结果（包括种类、数量、位置）。
由于样本不断在采集，标注数据不断增加，识别模型的参数一直处于不断的优化中，本发明实施例的识别率也逐渐上升。
作为一种实施方式，所述步骤1中预测模块将反卷积层1～反卷积层4每个层各自的输出特征经过3次卷积之后，并与卷积层的输出特征进行加法运算，用于检测框分类和回归分析。
作为一种实施方式，步骤2中数据增值包括镜像、缩放、旋转等操作中的一种或多种。
作为一种实施方式，所述步骤3中反卷积模型将识别模型的卷积层直接输出的特征进行两次反卷积后进行批归一化处理；将反卷积层直接输出的特征先经过卷积，再进行批归一化处理，再通过激活函数进行激活，激活处理后的数据再次进行卷积与批归一化处理；然后将归一化处理后的卷积层输出的特征与反卷积层输出的特征进行元素点积运算完成融合。
作为一种实施方式，步骤4中损失率包括置信度损失率和位置损失率，采用下式进行计算：
其中，
其中
置信度损失率的计算公式为：
若n=0，则认为损失率为0，位置损失率的计算公式如下所示：
其中
在训练过程中，为了加快训练速度，采用下式进行归一化处理：
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
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