开放式全自动核酸样本处理工作站之软件系统的设计与开发.pdf

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1、学校代码：10286分类号：R318密级：公开UDC：606学号：153810开放式全自动核酸样本处理工作站之软件系统的设计与开发研究生姓名：高寒松导师姓名：何农跃教授王遵亮副教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称生物医学工程论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称生物医学工程学位授予日期2018年6月日答辩委员会主席卢青教授评阅人卢青教授曾新副研究员2018年6月6日硕士学位论文开放式全自动核酸样本处理工作站之软件系统的设计与开发专业名称：生物医学工程研究生姓名：高寒松导师姓名：何农跃，王遵亮————————————本论文获国家重点研发计划课题(2016YFC0

2、100901，2017YFA0205301)、国家自然科学基金委项目(61527806)资助。DESIGNANDDEVELOPMENTOFSOFTWARESYSTEMFOROPENAUTOMATICNUCLEICACIDSAMPLEPROCESSINGWORKSTATIONAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYGaoHan-songSupervisedbyProf.HeNong-yueProf.WangZun-liangDepartmentofBiological

3、Science&MedicalEngineeringSoutheastUniversity,Nanjing,P.R.ChinaMay.2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光

4、盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要随着实验室自动化技术的发展，高通量核酸检测设备成为当今分子诊断领域的有力工具，为疾病筛查及个体化精准医疗服务提供了新的技术平台。然而，由于不同商用平台系统的软件接口设计

5、存在较大差异，且不同类型硬件设备之间兼容性不足，导致现有的实验室自动化平台在针对新的实验需求和将不同设备和耗材集成起来协同工作时往往十分困难。为此，本论文针对前期搭建的高通量核酸样本处理自动化硬件系统，提出了一种基于SiLA（实验室自动化标准）的开放式软件架构，旨在通过统一软硬件接口和通信协议，简化核酸样本处理自动化系统硬件的集成复杂度，提高集成系统的执行效率和工作性能。首先，采用SiLA标准，对系统控制对象进行模型化设计；然后，针对标准化系统硬件（设备和耗材）模型的建立，进一步为自己研发的硬件系统开发了一个3D可视化建模组件，可以让用户通过软件进行系统平台的硬件配置，并对自动化工作

6、流进行设置和实时跟踪。为了对集成后的自动化工作流进行优化控制，提高平台的执行效率，基于论文中所设计的开放软件架构，提出了一种结合图论分析与遗传算法（GeneticAlgorithms,GA）的工作流智能规划算法。最后，为了验证这种工作流优化算法的性能，在自己研制的高通量样本处理系统上开展了两组自动化核酸提取实验，对系统工作流优化前后的工作性能和执行效率进行了分析和比较。实验结果显示，论文提出的智能优化算法能够有效优化多设备集成式系统的自动化工作流，加速系统平台并行化处理效率。这进一步说明开发的平台控制软件及其开放式架构设计不仅有助于高通量核酸样本处理平台硬件的标准化集成，还有助于对自

7、动化工作流实施更好的优化控制，使研发的核酸处理平台具有更好的开放性，可以满足核酸样本的不同检测、分析需求。关键词：实验室自动化；高通量核酸检测；工作流规划；遗传算法；SiLAIAbstractAbstractWiththedevelopmentoflaboratoryautomation,ahigh-throughputautomaticnucleicacidprocessingplatformprovidesapowerfultoolforapplica