段曉曼

摘要：傳統(tǒng)的自動(dòng)控制方法，其控制信號(hào)極易被限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力有限、動(dòng)態(tài)指令無法實(shí)現(xiàn)，因此提出基于無線傳感技術(shù)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制方法。該方法利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲取醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律;通過設(shè)置通訊條件，設(shè)置醫(yī)學(xué)設(shè)備自動(dòng)控制邏輯;基于無線傳感技術(shù)建立信號(hào)接發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，剔除控制信號(hào)限制條件;依據(jù)醫(yī)學(xué)設(shè)備與電信號(hào)之間的關(guān)系，制定設(shè)備分級(jí)檢驗(yàn)過程的自動(dòng)控制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與文獻(xiàn)方法相比，所提出自動(dòng)控制方法的控制限號(hào)不被限制，傳輸動(dòng)態(tài)指令的能力更強(qiáng)、控制效果更好。

關(guān)鍵詞：無線傳感技術(shù);醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備;自動(dòng)化檢驗(yàn)規(guī)律;控制邏輯

中圖分類號(hào)：TP301

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

AutomaticControlMethodofMedicalInspectionEquipment

BasedonWirelessSensingTechnology

DUANXiaoman

（

TheFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity，Chongqing400010，China

）

Abstract：Inthetraditionalautomaticcontrolmethod，thecontrolsignalsareoftenrestricted，whichresultsthatdatatransmissioncapabilitiesarelimitedanddynamicinstructionscannotbeimplemented.Therefore，anewautomaticcontrolmethodformedicaltestingequipmentbasedonwirelesssensortechnologyisproposed.ThismethodusesBPneuralnetworktoobtaintheautomaticinspectionrulesofmedicaltestequipment，setcommunicationconditionsandsetautomaticcontrollogicofmedicalequipment，establishasignaltransmissionnetworktopologybasedonwirelesssensingtechnology，andeliminatetherestrictionsofcontrolsignals.Therelationshipbetweenelectricalsignalsandtheautomaticcontrolmethodisusedtoestablishtheclassificationinspectionprocess.Experimentalresultsshowthatcomparedwiththeliteraturemethods，thecontrollimitnumberoftheproposedautomaticcontrolmethodisnotrestricted，theabilitytotransmitdynamicinstructionsisstronger，andthecontroleffectisbetter.

Keywords：wirelesssensingtechnology;medicaltestingequipment;automatictestingrules;controllogic

0引言

為了驗(yàn)證醫(yī)療設(shè)備的智能化應(yīng)用效果，學(xué)界對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備展開自動(dòng)化控制研究[12]。文獻(xiàn)[3]采用模糊PID控制算法，結(jié)合半波電壓自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)制器半波電壓，將自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用于電光調(diào)制器，使該調(diào)制器的偏置電壓一直處于調(diào)制特性曲線的中點(diǎn)，并對(duì)高傳輸速率調(diào)制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該方法的調(diào)制信號(hào)能夠不失真的傳輸，有效抑制半波電壓漂移問題，但該方法未獲取檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律，其動(dòng)態(tài)指令無法實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一種環(huán)形低速風(fēng)洞自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用PLC作為主控單元，依據(jù)靜壓差和風(fēng)速的關(guān)聯(lián)，并自動(dòng)采集并計(jì)算空氣溫度、大氣壓力、靜壓差，采用PID控制模塊控制變頻器，結(jié)合控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化情況，自動(dòng)輸出環(huán)形低速風(fēng)速。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)速傳感器自動(dòng)化檢測(cè)，其傳輸動(dòng)態(tài)指令較強(qiáng)，但該方法未建立信號(hào)接發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其控制信號(hào)易被限制。文獻(xiàn)[5]采用深度Q值網(wǎng)絡(luò)算法，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)，依據(jù)得到的傳感器信息訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策，完成自動(dòng)小車的控制。該方法能夠依據(jù)傳輸動(dòng)態(tài)指令有效控制自動(dòng)小車，但其數(shù)據(jù)傳輸能力有限。

因此針對(duì)傳統(tǒng)方法目前存在的問題，提出基于無線傳感技術(shù)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制方法。無線傳感技術(shù)將類型與特征不同的電信號(hào)綜合處理，通過感應(yīng)與控制形成一個(gè)歸一化、且具有分析與判別能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的完整輸出。基于無線傳感技術(shù)的自動(dòng)控制方法，充分利用該技術(shù)動(dòng)態(tài)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、以及強(qiáng)有力的信號(hào)傳輸能力，解決傳統(tǒng)控制方法的現(xiàn)有問題。該自動(dòng)控制方法的提出，不僅解決傳統(tǒng)方法信號(hào)輸出被限制的難題，還針對(duì)復(fù)雜的設(shè)備檢驗(yàn)原理、檢驗(yàn)流程制定合理的控制邏輯，為國(guó)家醫(yī)學(xué)設(shè)備的完善與發(fā)展提供科學(xué)的研究依據(jù)，為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)提供強(qiáng)力的技術(shù)支持。

1基于無線傳感技術(shù)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制方法

1.1獲取醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律

以傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制方法為研究前提，此次提出的基于無線傳感技術(shù)的自動(dòng)控制方法，需要預(yù)先研究其自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律，根據(jù)該規(guī)律制定合理的設(shè)備控制邏輯。因此利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)并存儲(chǔ)大量輸入、輸出數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，獲取醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律。已知BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

根據(jù)上圖可知，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱層、輸出層組合而成，且層與層之間的神經(jīng)元相互連接。假設(shè)神

經(jīng)元的個(gè)數(shù)為n，每個(gè)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的輸入?yún)?shù)為xi，輸出參數(shù)為yi，則神經(jīng)元的輸入值可描述為：X=x1，x2，…，xnT，P=p1，p2，…，pnT則表示神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度，即連接權(quán)重，則輸出值如式（1）。

yi=g∑PTX-α

（1）

式中：

∑PTX表示神經(jīng)元的輸入數(shù)據(jù)總和;α表示神經(jīng)元的偏置值。當(dāng)∑PTX-α>0時(shí)，

則神經(jīng)元被激活，此時(shí)激活后的神經(jīng)元被激勵(lì)函數(shù)g進(jìn)行處理，得到上式的計(jì)算結(jié)果[3]。神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

根據(jù)上式輸入醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的檢驗(yàn)一般參數(shù)，計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)輸出值，得到計(jì)算結(jié)果yi，對(duì)該結(jié)果進(jìn)行n次迭代，輸出第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的平方誤差，并獲取誤差平均值。根據(jù)該值結(jié)合輸入層與輸出層的神經(jīng)元梯度，得到權(quán)值修正結(jié)果，以此獲取醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律[4]。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的部分規(guī)律獲取結(jié)果，如表1所示。

根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，該將醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的控制參數(shù)均勻分配，由此獲取規(guī)律分析結(jié)果如式（2）。

y′=yi-minyimaxyi-minyi

（2）

式中：y′表示最終得到的規(guī)律運(yùn)行數(shù)據(jù);maxyi表示最大

輸出值;minyi表示最小輸出值，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢驗(yàn)規(guī)律數(shù)據(jù)的獲取。

1.2設(shè)置醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制邏輯

實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)控制，需要將獲取到的規(guī)律性輸出數(shù)據(jù)為依據(jù)，設(shè)置醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制邏輯。該邏輯的設(shè)置前提，需要滿足以下條件：

第一個(gè)條件是要允許醫(yī)療設(shè)備與控制PC機(jī)實(shí)時(shí)通訊;第二條是要滿足醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制要求，包括本地控制和聯(lián)網(wǎng)控制[5]。本地控制、聯(lián)網(wǎng)控制下，醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備與控制PC機(jī)的電腦實(shí)例，如圖3所示。

當(dāng)滿足上述自動(dòng)控制條件時(shí)，重新設(shè)置設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通訊方式，與醫(yī)學(xué)設(shè)備之間建立聯(lián)系，并初始化;該自動(dòng)控制通過重新設(shè)定訊通方式，將控制指令通過圖3中的控制實(shí)例傳輸給醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備;設(shè)備根據(jù)接收指令，給自動(dòng)控制程序一個(gè)信息反饋，并執(zhí)行輸入的檢驗(yàn)指令;同時(shí)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備在執(zhí)行檢驗(yàn)指令的同時(shí)，將所有事件均實(shí)時(shí)反饋給自動(dòng)控制中心，該通訊邏輯的限制參數(shù)如式（3）。

k=y′a+c+λ

（3）

式（3）中：k表示邏輯限制參數(shù);a表示限制基本條件;c表示限制附加條件;λ表示一個(gè)固態(tài)常量。根據(jù)參數(shù)k約束自動(dòng)控制邏輯的邊界極值，自動(dòng)控制與設(shè)備之間的通訊邏輯[6]，如圖4所示。

根據(jù)上圖4中的通訊邏輯，設(shè)置自動(dòng)控制與醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)接收與傳輸方式，當(dāng)設(shè)備接收控制中心發(fā)送檢驗(yàn)執(zhí)行指令時(shí)，設(shè)備會(huì)給控制中心一個(gè)響應(yīng)信號(hào)，以此確定與控制中心的實(shí)時(shí)通訊，確保自動(dòng)控制操作過程實(shí)時(shí)可控。

1.3基于無線傳感技術(shù)建立信號(hào)接發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制模塊的實(shí)現(xiàn)，需要根據(jù)設(shè)置的通訊邏輯建立信號(hào)接發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸信號(hào)的可靠控制。已知當(dāng)操作人員向醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備輸入檢驗(yàn)指令時(shí)，該設(shè)備的通行模塊，會(huì)按照通訊邏輯，向中央控制中心輸送執(zhí)行指令電信號(hào)，因此采用無線傳感技術(shù)，根據(jù)指令執(zhí)行信號(hào)歸一化處理結(jié)果，建立信號(hào)接發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。假設(shè)水平與垂直方向上的信號(hào)采集頻率在0.5Hz～1500Hz之間，標(biāo)定的數(shù)據(jù)輸出結(jié)果與設(shè)備獲取信息的速度之間的公式如式（4）。

fyi=1-2×V1-VOUTV1-V2

（4）

式（4）中：fyi表示輸出信號(hào)與醫(yī)學(xué)設(shè)備之間的標(biāo)定結(jié)果;V1表示最高輸出電壓;V2表示設(shè)備傳感器的最低輸出電壓;VOUT表示歸一化處理電信號(hào)時(shí)的實(shí)時(shí)電壓[7]。將歸一化后的標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)無線傳感技術(shù)下，傳輸信號(hào)自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立，如圖5所示。

根據(jù)上述設(shè)定流程，使用快速傅葉里變換方法，對(duì)加速信號(hào)進(jìn)行處理，該變化核心參數(shù)如式（5）。

Wκ=∫∞-∞wte-jκtdt/fyi

（5）

式中：

κ表示迭代計(jì)算的控制量;wt表示時(shí)間為t的權(quán)重函數(shù)。已知復(fù)數(shù)加法次數(shù)為log2m*m，復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為log2m*m/2，則利用無線傳感技術(shù)建立的信息接發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制量如式（6）。

Wb=1N∑N-1n=0Wκej2πNnφ

（6）

式中：Wb表示網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)序列;N表示閾值;φ表示變換參量。根據(jù)上式公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)的建立[8]。

1.4制定設(shè)備分級(jí)檢驗(yàn)過程的自動(dòng)控制方法

根據(jù)已經(jīng)建立的控制信號(hào)接發(fā)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)設(shè)備的各個(gè)階段進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)定。對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的分級(jí)檢驗(yàn)程序和檢驗(yàn)類型進(jìn)行定義，如式（7）。

s=u1ε1+u2ε2u1+u2+u

（7）

簡(jiǎn)化并整理上述公式，得到式（8）。

u=u1×ε1s-1+u2×ε2s-1

（8）

式中：s表示醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測(cè)量;u1表示控制中心發(fā)出信號(hào)量;u2表示接收中心的信號(hào)接收量;ε1表示發(fā)出信號(hào)的交互性系數(shù);ε2表示接收信號(hào)的交互性系數(shù)[9]。此時(shí)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備與控制信號(hào)之間的關(guān)系，如圖6所示。

根據(jù)上圖中顯示的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算設(shè)備自動(dòng)控制循環(huán)操作配比如式（9）。

q=1-T·uWb

（9）

式中：q表示根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)序列獲得的控制強(qiáng)度配比結(jié)果;T表示設(shè)備一個(gè)檢驗(yàn)階段的周期參數(shù)。將上述配比輸入到控制PC機(jī)管理醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的控制平臺(tái)中，試運(yùn)行醫(yī)學(xué)設(shè)備，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果符合醫(yī)學(xué)設(shè)備常規(guī)檢驗(yàn)結(jié)果，則完成對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制方法的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)基于無線傳感技術(shù)的設(shè)備自動(dòng)控制[10]。

2實(shí)驗(yàn)

提出對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將基于無線傳感技術(shù)的自動(dòng)控制方法，與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制方法進(jìn)行對(duì)比，分析兩種方法對(duì)于多種動(dòng)態(tài)拓?fù)渲噶畹倪m用效果。

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，此次實(shí)驗(yàn)測(cè)試選用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)控制過程和控制結(jié)果進(jìn)行測(cè)試。該檢測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)分析界面，如圖7所示。

將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與醫(yī)學(xué)檢測(cè)設(shè)備之間建立網(wǎng)絡(luò)連接，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。選取的實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象，如圖8所示。

上圖中，設(shè)備1作為實(shí)驗(yàn)組測(cè)試對(duì)象;設(shè)備2作為對(duì)照組測(cè)試對(duì)象;設(shè)備3則作為替補(bǔ)使用對(duì)象。將上述實(shí)驗(yàn)對(duì)象與控制計(jì)算機(jī)相連接，形成完整的實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境。設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，分別利用兩種自動(dòng)控制方法控制兩組實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象。數(shù)據(jù)為此次實(shí)驗(yàn)測(cè)試基本參數(shù)，如表2所示。

上表中的數(shù)據(jù)，為此次實(shí)驗(yàn)需要測(cè)試的運(yùn)行動(dòng)態(tài)指令。為保證實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠，分別將兩種控制方法下的測(cè)試對(duì)象試運(yùn)行15min，沒有問題后開始實(shí)驗(yàn)。

2.2結(jié)果分析

此次實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，設(shè)置100組數(shù)據(jù)應(yīng)用，每組數(shù)據(jù)100MB大小，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出量曲線，分別采用文獻(xiàn)[3]方法和所提方法對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，并將控制曲線與標(biāo)準(zhǔn)值曲線進(jìn)行對(duì)比，所得曲線對(duì)比結(jié)果，如圖9所示。

根據(jù)圖9可知，所提方法與標(biāo)準(zhǔn)值曲線高度擬合，文獻(xiàn)[3]方法偏離標(biāo)準(zhǔn)曲線十分明顯，由此可見，所提方法在數(shù)據(jù)輸出量的控制方面，比文獻(xiàn)[3]方法高出很多。將所提出控制方法以設(shè)備1為實(shí)驗(yàn)組測(cè)試對(duì)象，其測(cè)試結(jié)果記為實(shí)驗(yàn)A組;文獻(xiàn)[3]方法將設(shè)備B作為對(duì)照組測(cè)試對(duì)象，其測(cè)試結(jié)果記為實(shí)驗(yàn)B組。對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖10所示。

根據(jù)上述兩組對(duì)此測(cè)試結(jié)果可知，在同樣的測(cè)試時(shí)間、同樣的動(dòng)態(tài)執(zhí)行指令的測(cè)試條件下，基于無線傳統(tǒng)技術(shù)的自動(dòng)控制方法，嚴(yán)格遵循動(dòng)態(tài)指令控制醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備的程序運(yùn)行，根據(jù)曲線走勢(shì)可知，實(shí)驗(yàn)A組曲線與期望曲線極為近似，可見該控制方法并沒有限制設(shè)備的控制信號(hào)，對(duì)動(dòng)態(tài)指令信號(hào)的傳輸能力極佳，從而使控制效果接近理想效果。而傳統(tǒng)的控制方法，其曲線走勢(shì)與期望曲線相似程度極低，可見傳統(tǒng)的自動(dòng)控制方法受不同的動(dòng)態(tài)指令影響，其控制信號(hào)被限制，對(duì)動(dòng)態(tài)指令的數(shù)據(jù)傳輸能力差，因此無法保證控制效果可以達(dá)到理想狀態(tài)。

3總結(jié)

此次提出的自動(dòng)控制方法，在傳統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上，通過分析設(shè)備在檢驗(yàn)過程中的規(guī)律，設(shè)置自動(dòng)控制與醫(yī)學(xué)設(shè)備之間的通訊邏輯，通過無線傳感技術(shù)控制傳輸信號(hào)，以此制定更加合理的醫(yī)學(xué)設(shè)備自動(dòng)控制方法。但該方法并沒有進(jìn)一步闡述通訊邏輯的控制方式，今后的分析與研究，可以著重對(duì)邏輯控制下的通信方法進(jìn)行詳細(xì)描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)療檢驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制方法的全方面研究。

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（收稿日期：2020.02.13）