基于无线传感技术的医学检验设备自动控制方法

　　摘要：传统的自动控制方法，其控制信号极易被限制，导致数据传输能力有限、动态指令无法实现，因此提出基于无线传感技术的医学检验设备自动控制方法。该方法利用BP神经网络，获取医学检验设备自动检验规律；通过设置通讯条件，设置医学设备自动控制逻辑；基于无线传感技术建立信号接发网络拓扑结构，剔除控制信号限制条件；依据医学设备与电信号之间的关系，制定设备分级检验过程的自动控制方法。实验结果表明与文献方法相比，所提出自动控制方法的控制限号不被限制，传输动态指令的能力更强、控制效果更好。

　　关键词：无线传感技术；医学检验设备；自动化检验规律；控制逻辑

　　中图分类号：TP301

　　文献标志码：A

　　AutomaticControlMethodofMedicalInspectionEquipment

　　BasedonWirelessSensingTechnology

　　DUANXiaoman

　　（

　　TheFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity，Chongqing400010，China

　　）

　　Abstract：Inthetraditionalautomaticcontrolmethod，thecontrolsignalsareoftenrestricted，whichresultsthatdatatransmissionore，anewautomaticcontrolmethodformthodusesBPneuralnetworktoobtaintheautomaticinspectionrulesofmedicaltestequipment，setcommunicationconditionsandsetautomaticcontrollogicofmedicalequipment，establishasignaltransmissionnetworktopologybasedonwirelesssensingtechnology，ationshipbetweenelectricalsignalsandtheautomaticcmentalresultsshowthatcomparedwiththeliteraturemethods，thecontrollimitnumberoftheproposedautomaticcontrolmethodisnotrestricted，theabilitytotransmitdynamicinstructionsisstronger，andthecontroleffectisbetter.

　　Keywords：wirelesssensingtechnology；medicaltestingequipment；automatictestingrules；controllogic

　　0引言

　　为了验证医疗设备的智能化应用效果，学界对医学检验设备展开自动化控制研究[12]。文献[3]采用模糊PID控制算法，结合半波电压自动控制技术，实现高精度自动调节调制器半波电压，将自动控制系统运用于电光调制器，使该调制器的偏置电压一直处于调制特性曲线的中点，并对高传输速率调制进行实验。该方法的调制信号能够不失真的传输，有效抑制半波电压漂移问题，但该方法未获取检验设备自动检验规律，其动态指令无法实现。文献[4]设计了一种环形低速风洞自动控制系统。该系统运用PLC作为主控单元，依据静压差和风速的关联，并自动采集并计算空气温度、大气压力、静压差，采用PID控制模块控制变频器，结合控制电动机的转速变化情况，自动输出环形低速风速。该方法能够实现风速传感器自动化检测，其传输动态指令较强，但该方法未建立信号接发网络拓扑结构，其控制信号易被限制。文献[5]采用深度Q值网络算法，结合神经网络及强化学习技术，依据得到的传感器信息训练神经网络决策，完成自动小车的控制。该方法能够依据传输动态指令有效控制自动小车，但其数据传输能力有限。

　　因此针对传统方法目前存在的问题，提出基于无线传感技术的医学检验设备自动控制方法。无线传感技术将类型与特征不同的电信号综合处理，通过感应与控制形成一个归一化、且具有分析与判别能力的传感器网络，实现对信号的完整输出。基于无线传感技术的自动控制方法，充分利用该技术动态拓扑网络结构、以及强有力的信号传输能力，解决传统控制方法的现有问题。该自动控制方法的提出，不仅解决传统方法信号输出被限制的难题，还针对复杂的设备检验原理、检验流程制定合理的控制逻辑，为国家医学设备的完善与发展提供科学的研究依据，为医学检验提供强力的技术支持。

　　1基于无线传感技术的医学检验设备自动控制方法

　　1.1获取医学检验设备自动检验规律

　　以传统医学检验设备自动控制方法为研究前提，此次提出的基于无线传感技术的自动控制方法，需要预先研究其自动检验规律，根据该规律制定合理的設备控制逻辑。因此利用BP神经网络学习并存储大量输入、输出数据的映射关系，获取医学检验设备自动检验规律。已知BP神经网络的基本结构，如图1所示。

　　根据上图可知，BP神经网络由输入层、隐层、输出层组合而成，且层与层之间的神经元相互连接。假设神

　　经元的个数为n，每个神经元对应的输入参数为xi，输出参数为yi，则神经元的输入值可描述为：X=x1，x2，…，xnT，P=p1，p2，…，pnT则表示神经元之间的连接强度，即连接权重，则输出值如式（1）。

　　yi=g∑PTX-α

　　（1）

　　式中：

　　∑PTX表示神经元的输入数据总和；α表示神经元的偏置值。当∑PTX-α>0时，

　　则神经元被激活，此时激活后的神经元被激励函数g进行处理，得到上式的计算结果[3]。神经元的基本结构模型，如图2所示。

　　根据上式输入医学检验设备的检验一般参数，计算神经网络某一节点的数据输出值，得到计算结果yi，对该结果进行n次迭代，输出第i个节点的平方误差，并获取误差平均值。根据该值结合输入层与输出层的神经元梯度，得到权值修正结果，以此获取医学检验设备的自动检验规律[4]。医学检验设备的部分规律获取结果，如表1所示。

　　根据上表中的数据，该将医学检验设备的控制参数均匀分配，由此获取规律分析结果如式（2）。

　　y′=yi-minyimaxyi-minyi

　　（2）

　　式中：y′表示最终得到的规律运行数据；maxyi表示最大

　　输出值；minyi表示最小输出值，以此实现对医学检验设备自动检验规律数据的获取。

　　1.2设置医学检验设备自动控制逻辑

　　实现医学检验设备的自动控制，需要将获取到的规律性输出数据为依据，设置医学检验设备自动控制逻辑。该逻辑的设置前提，需要满足以下条件：

　　第一个条件是要允许医疗设备与控制PC机实时通讯；第二条是要满足医学检验设备的远程控制要求，包括本地控制和联网控制[5]。本地控制、联网控制下，医学检验设备与控制PC机的电脑实例，如图3所示。

　　当满足上述自动控制条件时，重新设置设备与控制系统之间的通讯方式，与医学设备之间建立联系，并初始化；该自动控制通过重新设定讯通方式，将控制指令通过图3中的控制实例传输给医学检验设备；设备根据接收指令，给自动控制程序一个信息反馈，并执行输入的检验指令；同时医学检验设备在执行检验指令的同时，将所有事件均实时反馈给自动控制中心，该通讯逻辑的限制参数如式（3）。

　　k=y′a+c+λ

　　（3）

　　式（3）中：k表示逻辑限制参数；a表示限制基本条件；c表示限制附加条件；λ表示一个固态常量。根据参数k约束自动控制逻辑的边界极值，自动控制与设备之间的通讯逻辑[6]，如图4所示。

　　根据上图4中的通讯逻辑，设置自动控制与医学检验设备之间的数据接收与传输方式，当设备接收控制中心发送检验执行指令时，设备会给控制中心一个响应信号，以此确定与控制中心的实时通讯，确保自动控制操作过程实时可控。

　　1.3基于无线传感技术建立信号接发网络拓扑结构

　　医学检验设备自动控制模块的实现，需要根据设置的通讯逻辑建立信号接发网络拓扑结构，实现对传输信号的可靠控制。已知当操作人员向医学检验设备输入检验指令时，该设备的通行模块，会按照通讯逻辑，向中央控制中心输送执行指令电信号，因此采用无线传感技术，根据指令执行信号归一化处理结果，建立信号接发网络拓扑结构。假设水平与垂直方向上的信号采集频率在0.5Hz～1500Hz之间，标定的数据输出结果与设备获取信息的速度之间的公式如式（4）。

　　fyi=1-2×V1-VOUTV1-V2

　　（4）

　　式（4）中：fyi表示输出信号与医学设备之间的标定结果；V1表示最高输出电压；V2表示设备传感器的最低输出电压；VOUT表示归一化处理电信号时的实时电压[7]。将归一化后的标定结果进行运算，实现无线传感技术下，传输信号自动控制网络结构的建立，如图5所示。

　　根据上述设定流程，使用快速傅叶里变换方法，对加速信号进行处理，该变化核心参数如式（5）。

　　Wκ=∫∞-∞wte-jκtdt/fyi

　　（5）

　　式中：

　　κ表示迭代计算的控制量；wt表示时间为t的权重函数。已知复数加法次数为log2m*m，复数乘法次数为log2m*m/2，则利用无线传感技术建立的信息接发网络控制量如式（6）。

　　Wb=1N∑N-1n=0Wκej2πNnφ

　　（6）

　　式中：Wb表示网络控制节点序列；N表示阈值；φ表示变换参量。根据上式公式，实现对医学设备控制网络的建立[8]。

　　1.4制定设备分级检验过程的自动控制方法

　　根据已经建立的控制信号接发网络，对设备的各个阶段进行自动控制设定。对医学检验设备的分级检验程序和检验类型进行定义，如式（7）。

　　s=u1ε1+u2ε2u1+u2+u

　　（7）

　　简化并整理上述公式，得到式（8）。

　　u=u1×ε1s-1+u2×ε2s-1

　　（8）

　　式中：s表示医学检验设备的实时检测量；u1表示控制中心发出信号量；u2表示接收中心的信号接收量；ε1表示发出信号的交互性系数；ε2表示接收信号的交互性系数[9]。此时的医学检验设备与控制信号之间的关系，如图6所示。

　　根据上图中显示的对应关系，计算设备自动控制循环操作配比如式（9）。

　　q=1-T·uWb

　　（9）

　　式中：q表示根据网络节点序列获得的控制强度配比结果；T表示设备一个检验阶段的周期参数。将上述配比输入到控制PC机管理医学检验设备的控制平臺中，试运行医学设备，当检验结果符合医学设备常规检验结果，则完成对医学检验设备自动控制方法的设定，实现基于无线传感技术的设备自动控制[10]。

　　2实验

　　提出对比实验，将基于无线传感技术的自动控制方法，与传统的自动控制方法进行对比，分析两种方法对于多种动态拓扑指令的适用效果。

　　2.1实验准备

　　搭建实验测试平台，此次实验测试选用监测系统，对医学检验设备的自动控制过程和控制结果进行测试。该检测系统的监测分析界面，如图7所示。

　　将监测系统与医学检测设备之间建立网络连接，确保监测系统可以获取设备的实时运行状态。选取的实验测试对象，如图8所示。

　　上图中，设备1作为实验组测试对象；设备2作为对照组测试对象；设备3则作为替补使用对象。将上述实验对象与控制计算机相连接，形成完整的实验测试环境。设置实验参数，分别利用两种自动控制方法控制两组实验测试对象。数据为此次实验测试基本参数，如表2所示。

　　上表中的数据，为此次实验需要测试的运行动态指令。为保证实验测试结果真实可靠，分别将两种控制方法下的测试对象试运行15min，没有问题后开始实验。

　　2.2结果分析

　　此次实验测试中，设置100组数据应用，每组数据100MB大小，设置标准数据输出量曲线，分别采用文献[3]方法和所提方法对输出数据进行控制，并将控制曲线与标准值曲线进行对比，所得曲线对比结果，如图9所示。

　　根据图9可知，所提方法与标准值曲线高度拟合，文献[3]方法偏离标准曲线十分明显，由此可见，所提方法在数据输出量的控制方面，比文獻[3]方法高出很多。将所提出控制方法以设备1为实验组测试对象，其测试结果记为实验A组；文献[3]方法将设备B作为对照组测试对象，其测试结果记为实验B组。对比测试实验结果，如图10所示。

　　根据上述两组对此测试结果可知，在同样的测试时间、同样的动态执行指令的测试条件下，基于无线传统技术的自动控制方法，严格遵循动态指令控制医学检验设备的程序运行，根据曲线走势可知，实验A组曲线与期望曲线极为近似，可见该控制方法并没有限制设备的控制信号，对动态指令信号的传输能力极佳，从而使控制效果接近理想效果。而传统的控制方法，其曲线走势与期望曲线相似程度极低，可见传统的自动控制方法受不同的动态指令影响，其控制信号被限制，对动态指令的数据传输能力差，因此无法保证控制效果可以达到理想状态。

　　3总结

　　此次提出的自动控制方法，在传统控制方法的基础上，通过分析设备在检验过程中的规律，设置自动控制与医学设备之间的通讯逻辑，通过无线传感技术控制传输信号，以此制定更加合理的医学设备自动控制方法。但该方法并没有进一步阐述通讯逻辑的控制方式，今后的分析与研究，可以着重对逻辑控制下的通信方法进行详细描述，实现对医疗检验设备自动控制方法的全方面研究。