口腔滅菌設(shè)備滅菌效能關(guān)鍵算法研究

伍強(qiáng)，符錫成，符起亞，陶巍，蒙小軍

1.海南醫(yī)學(xué)院口腔學(xué)院，海南 海口 570102；2.海南科技職業(yè)學(xué)院 信息工程學(xué)院，海南 ?？?571158

口腔滅菌設(shè)備滅菌效能關(guān)鍵算法研究

伍強(qiáng)1，符錫成2，符起亞1，陶巍1，蒙小軍1

1.海南醫(yī)學(xué)院口腔學(xué)院，海南 海口 570102；2.海南科技職業(yè)學(xué)院 信息工程學(xué)院，海南 ?？?571158

基于聚類分析和插值逼近算法分析脈動(dòng)真空滅菌器的物理參數(shù)和管道系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)系。首先進(jìn)行聚類分析，然后由聚類數(shù)據(jù)的插值逼近。該算法為口腔滅菌設(shè)備提供了一種分析設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)和滅菌效果的途徑。

數(shù)據(jù)挖掘；聚類分析；平均二次插值；脈動(dòng)真空滅菌器

0 前言

控制口腔醫(yī)源性感染是口腔醫(yī)學(xué)所面臨的一個(gè)重大課題。我國衛(wèi)生部2005年制定的《醫(yī)療機(jī)構(gòu)口腔診療器械消毒技術(shù)操作規(guī)范》中明確指出：醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)監(jiān)測口腔診療器械的滅菌效果以確保其消毒、滅菌合格。脈動(dòng)真空滅菌器是當(dāng)前醫(yī)院口腔科普遍使用的高壓蒸汽滅菌設(shè)備。但是，由于其蒸汽管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是工作強(qiáng)度較大的止回閥、電磁閥與其他閥容易出現(xiàn)故障，需要多次維修。

1 滅菌參數(shù)

脈動(dòng)真空滅菌器進(jìn)行B-D測試是要評估滅菌器內(nèi)蒸汽穿透與空氣排除情況（圖1）。而滅菌過程挑戰(zhàn)裝置則是用于判斷滅菌循環(huán)整個(gè)裝載是否達(dá)到滅菌條件，正常情況下還需要應(yīng)用生物指示劑或是第五類化學(xué)指示劑對滅菌裝載進(jìn)行監(jiān)測以提前放行。而研究脈動(dòng)真空滅菌器滅菌參數(shù)則是保證微生物小概率殘存的先決條件。

圖1 脈動(dòng)真空滅菌器BD測試程序

用現(xiàn)行的無菌檢查法難以檢出在滅菌物品中存在的微量微生物。因此需要對滅菌方法的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。而在蒸汽滅菌中F與F0值可作為驗(yàn)證滅菌可靠性的參數(shù)。

（1）F值。F值就是在一定T（滅菌溫度）下給定的Z值的滅菌效果與在To（參比溫度）下給定的F值的滅菌效果相同時(shí)所相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，單位為min。

（2）F0值。F0值就是脈動(dòng)真空滅菌器在一定T（滅菌溫度）、Z值為10℃時(shí)的蒸汽滅菌效果與滅菌溫度為121℃、Z值為10℃時(shí)的蒸汽滅菌效果一樣時(shí)所相當(dāng)?shù)臅r(shí)間值。

而如何正確、及時(shí)地評估排氣管路系統(tǒng)中頻繁工作的電磁閥、單向閥等閥件狀態(tài)與直接影響滅菌效果物理參數(shù)的關(guān)聯(lián)，得出些有意義的結(jié)果，為設(shè)備狀態(tài)的分析提供一種確實(shí)可行算法。本文就是構(gòu)建基于聚類分析與數(shù)值插值逼近分析滅菌物理參數(shù)與管路系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)鍵算法。

2 基于聚類分析的分段平均二次插值設(shè)備狀態(tài)分析的關(guān)鍵算法構(gòu)建

2.1 聚類分析

在美國1995年計(jì)算機(jī)年會上，明確提出了數(shù)據(jù)挖掘的概念，就是指從大量的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程。數(shù)據(jù)挖掘中的聚類分析指將物理或抽象對象的集合分組成為由類似的對象組成的多個(gè)簇類。

2.2 改進(jìn)k-means算法

K-means算法是接受輸入量k個(gè)聚類數(shù)；接下來則是將數(shù)據(jù)庫中含有的n個(gè)數(shù)據(jù)對象分成k個(gè)簇（聚類），算法輸出量則是滿足方差為最小標(biāo)準(zhǔn)的k個(gè)聚類簇，即聚類結(jié)果。

由此進(jìn)而改進(jìn)k-means算法方法，見圖2。

圖2 改進(jìn)k-means算法流程圖

本文研究算法，令口腔滅菌設(shè)備滅菌效能進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的聚類數(shù)等于3，理由是口腔滅菌設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)包括正常、亞正常和故障3類，相應(yīng)的設(shè)備滅菌效能數(shù)據(jù)也會呈現(xiàn)3種分布范圍狀態(tài)。挖掘出3個(gè)聚類結(jié)果之后，針對滅菌器的滅菌溫度、滅菌時(shí)間等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果應(yīng)用平均二次插值法對設(shè)備不同的狀態(tài)分析提供理論判決依據(jù)。判斷3個(gè)聚類分別代表哪種設(shè)備狀態(tài)下的數(shù)據(jù)分布情況?？谇粶缇O(shè)備滅菌效能數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果與選取的被挖掘數(shù)據(jù)有很大關(guān)系。

2.3 拉格朗日插值

根據(jù)拉格朗日插值與分段二次插值的思想，本文構(gòu)建一種拉格朗日分段平均二次插值算法，構(gòu)造方法如下：

按拉格朗日二次插值在[xi-1, xi, xi+1]區(qū)間上構(gòu)造多項(xiàng)式，

在[xi, xi+1]區(qū)間上取平均值將區(qū)間上的拼接在一起則可記為，以拉格朗日分段平均二次插值作為在區(qū)間上的插值函數(shù)：

3 滅菌參數(shù)與管路系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)聯(lián)實(shí)例

在海南醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院口腔科應(yīng)用山東新華醫(yī)療器械股份公司的MOST-80脈動(dòng)真空滅菌器，經(jīng)過500次數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖3。在圖中反映滅菌器運(yùn)行狀態(tài)的物理參數(shù)應(yīng)用改進(jìn)k-means算法對F0值相關(guān)參數(shù)進(jìn)行滅菌物品完成聚類分析，得出正常F0M，亞正常F0N，故障F0L3個(gè)聚類F0值參數(shù)，并就對應(yīng)的F0值參數(shù)。

圖3 滅菌溫度與滅菌時(shí)間曲線

用多個(gè)離散點(diǎn)按公式（6）構(gòu)建擬合曲線方程。在該插值中，應(yīng)用的是參數(shù)值F0經(jīng)聚類分析后的得出正常F0M，亞正常F0N，故障F0L。不同的F0值對應(yīng)不同狀態(tài)。根據(jù)本算法模擬出不正常F0L插值曲圖（圖4），由于滅菌器疏水閥故障，致使溫度長時(shí)間無法回歸至＞132℃，由此進(jìn)行的插值曲圖能很好地反映設(shè)備狀態(tài)情況并排除不同狀態(tài)滅菌設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的相互干擾，有利于數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

圖4 模擬F0L插值曲線圖

根據(jù)聚類數(shù)據(jù)插值得出曲線趨向圖，并設(shè)置相關(guān)的滅菌器管路系統(tǒng)狀態(tài)閾值，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)告知功能。在具體實(shí)施過程中，對采集的參數(shù)統(tǒng)計(jì)來分析設(shè)備狀態(tài)的方法取得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)記數(shù)與提前告知功能。

4 結(jié)論

該算法實(shí)現(xiàn)了對滅菌系統(tǒng)的設(shè)備和部件的狀態(tài)分析，有效地控制了醫(yī)院口腔醫(yī)源性感染。

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Study on the Key Algorithms of Sterilization Efficiency of Oral Sterilization Equipment

WU Qiang1, FU Xi-cheng2, FU Qi-ya1, TAO Wei1,MENG Xiao-Jun1
1.
School of Stomatology, HainanMedical University, Haikou Hainan 570102, China；2.School of Information Engineering, Hainan Technology Vocational College, Haikou Hainan 571158, China

Based on the cluster analysis and interpolation approximate algorithm, the relationship between physical parameters of the pulsating vacuumsterilizer and thestate of the pipelinesystem was analyzed. Firstly, the cluster analysis was carried out, and then the interpolation and approximation of clusterdata were performed. The algorithm provided a comprehensive evaluation method for effectiveness of thesterilization and also a feasible algorithm to analyze thestatus of the equipment.

data mining；cluster analysis；average quadratic interpolation；pulsating vacuumsterilizer

R11

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.010

1674-1633（2015）08-0033-02

2015-05-16

海南省教育廳高?？蒲姓n題（HNKY2015-37，HNKY 2014-111）；海南省自然科學(xué)基金（614249）。

作者郵箱：13389828686@163.com