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谈医学检验设备自动控制方法

2020/11/02 阅读:

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

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[1-2]。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设备控制逻辑。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,…,x(n)T,P=p1,p2,…,p(n)T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)。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)。(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)。(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]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)。(4)式(4)中:fy(i)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。(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台中,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,比文献[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。

参考文献

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作者:段晓曼 单位:重庆医科大学附属第一医院

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