智能护理环境监测与感染控制系统

本发明涉及医疗护理，具体是指智能护理环境监测与感染控制系统。

背景技术：

1、目前，在医疗护理机构中，为了保证病人的健康安全，防止医院内感染的发生，需要对护理环境进行严格监控，传统的检测方式往往依赖于人工操作，这种方式不仅效率低下，还容易导致疏漏或错误，然而，随着物联网技术的进步，越来越多的环境监控方法已经出现。尽管如此，这些监控手段由于缺乏集成化管理以及智能化水平不足，并未能有效地应对护理环境中感染控制方面的挑战；此外，现有的系统未能实现对护理环境中设备的智能调控，也缺乏能够自动监测并改善环境状况的体系结构；同时，在当前使用的控制系统中还存在着响应迟缓及数据包丢失的现象，这些问题导致了控制措施的不及时性，进而对护理环境的质量造成了不利影响。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了智能护理环境监测与感染控制系统，针对由于缺乏集成化管理以及智能化水平不足，未能有效地应对护理环境中感染控制方面的问题，采用传感器网络和视频监控设备对护理环境进行监测；针对现有的系统未能实现对护理环境中设备的智能调控，缺乏能够自动监测并改善环境状况的体系结构的问题，采用基于多智能体的通信协同控制方法对护理环境进行自动化监测和控制，定义一个包含所有监测设备的智能体集合的通信网络模型，通过对护理过程中各任务进行拓扑排序，确保从患者监测、药物配送到病情报告等各项操作的有序执行，避免了任务冲突或遗漏；同时，通过对原始二值通信图进行时空转换，形成具有连续值的松弛图，以此来优化护理环境中监测设备之间的通信效率；针对当前使用的控制系统中存在着响应迟缓及数据包丢失的现象，导致控制措施不及时的问题，基于多智能体的通信协同控制方法通过控制规则的设计，采用事件驱动的方式响应数据变化，减少时间延迟和数据包丢失的影响。

2、本发明提供的智能护理环境监测与感染控制系统包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理分析模块、消毒效果评估模块、控制执行模块、用户交互模块和预警响应模块；

3、所述数据采集模块使用传感器网络和视频监控设备对护理环境进行24小时的监测和数据收集，获得护理环境数据；

4、所述数据传输模块采用无线技术和以太网将采集到的护理环境数据传输至数据处理分析模块的中央服务器进行处理；

5、所述数据处理分析模块使用中央服务器对护理环境数据进行存储和处理，并使用基于多智能体的通信协同控制方法进行数据分析预测，得到护理环境预测结果和控制策略；

6、所述消毒效果评估模块获取医院环境护理标准，用于评估护理环境内病房、手术室和感染护理区域的消毒效果，根据数据采集模块得到的护理环境数据和医院环境护理标准，使用从1到10的评分系统评估不同区域的消毒效果，其中1表示消毒效果非常差，而10则表示消毒效果极佳，得到消毒效果评分；

7、所述控制执行模块根据得到的控制策略自动调整护理环境中各个设备的工作状态，并通过消毒效果评估模块进行检测，得到消毒效果评分，根据消毒效果评分，再通过数据处理分析模块得到控制策略，进行控制调整，确保达到清洁标准，维持适宜的室内环境；

8、所述用户交互模块提供图形用户界面，展示监测的护理环境数据和系统状态信息；

9、所述预警响应模块设置护理环境数据的安全范围，在护理环境数据超出安全范围时，及时发出警报，并在用户交互模块通过短信、邮件、app提醒的方式通知医护人员，以便快速采取行动。

10、进一步的，所述数据处理分析模块使用基于多智能体的通信协同控制方法进行数据分析预测，所述基于多智能体的通信协同控制方法，具体包括以下步骤：

11、步骤s1：定义通信网络模型，将传感器网络中的设备作为智能体，将智能体之间的通信关系表示为二值通信图，其中，为智能体集合，为边集合，为邻接矩阵；

12、步骤s2：多智能体通信，根据通信网络模型，智能体按照拓扑排序依次进行任务处理和信息交换，得到解决方案；

13、步骤s3：时空图转换，将原始的二值通信图转换为具有连续值的松弛图，所用公式如下：

14、；

15、；

16、式中，表示二值通信图的邻接矩阵，和分别表示空间和时间邻接矩阵，和表示可微的图掩码，和分别表示空间和时间松弛图，表示松弛图的邻接矩阵；

17、步骤s4：优化松弛图的时空连通性；

18、步骤s5：控制规则构建，使用控制器、缓冲区和执行器以事件驱动方式响应数据，进行自动化控制，控制规则设计，所用公式如下：

19、；

20、式中，为控制器增益矩阵，和为索引，表示智能体的邻居集合，表示邻接矩阵的元素，表示采样时刻，表示智能体状态采样的时间间隔，和表示不同的智能体的状态，表示智能体在时间的控制输入；

21、步骤s6：定义时间延迟，所用公式如下：

22、；

23、式中，表示时间延迟，表示时间，<mi>t∈[kh</mi><mo>+</mo><msub><mi>τ</mi><mi>k</mi></msub><mi>,</mi><mi>(k+1)</mi><mi>h</mi><mo>+</mo><msub><mi>τ</mi><mrow><mi>k</mi><mi>+1</mi></mrow></msub><mi>]</mi>，和分别表示第次和第次采样时刻的总延迟；

24、步骤s7：设置数据包丢失时间限制，对数据包丢失的频率和持续时间设置限制，定义时间间隔和，表示在时间延迟在<mi>[</mi><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>d</mi><mn>2</mn></msub><mi>]</mi>区间内的总时间长度，表示在<mi>[</mi><msub><mi>d</mi><mn>2</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>d</mi><mn>3</mn></msub><mi>]</mi>区间的总时间长度，其中,表示最小的延迟，和分别表示和的时间延迟的上界。

25、进一步的，在步骤s2中，多智能体通信，具体包括以下步骤：

26、步骤s21：初始化，设置智能体的初始状态和角色，并确定每个智能体的插件配置；

27、步骤s22：查询分发，给定任务q，将任务q依次分发给所有智能体；

28、步骤s23：拓扑排序，对智能体之间的依赖关系进行排序，得到一个有向无环的空间通信图；

29、步骤s24：消息传递，每个智能体根据任务q、当前设置的角色、状态、其时间邻居和空间邻居的信息生成响应，时间邻居是指在前一轮对话中与之交互过的智能体，空间邻居则是指在同一轮对话中与之交互的智能体；

30、步骤s25：迭代更新汇总，重复步骤s23和s24直到完成m轮对话,生成最终解决方案；

31、进一步的，在步骤s4中，优化松弛图的时空连通性，具体包括以下步骤：

32、步骤s41：分布逼近，采用策略梯度方法反映松弛图的潜在概率分布；

33、步骤s42：低秩稀疏性，最小化图掩码的核范数，得到优化后的图掩码，并去除冗余信息，所用公式如下：

34、；

35、其中，表示寻找一组参数，获取最小值，为所有图掩码的集合，和表示图掩码和中的元素，表示对于集合中的每一个元素进行求和操作，为核范数，为约束条件字符，为原始矩阵，为优化后的图掩码，为frobenius范数的约束条件，为设置的阈值；

36、步骤s43：执行一次剪枝，在优化后的图掩码上执行一次剪枝操作，去除冗余连接，得到二值掩码矩阵，所用公式如下：

37、；

38、式中，为特征函数，为二值掩码矩阵，表示邻接矩阵的元素总数，表示剪枝比率，表示选取前个元素，为逻辑运算符；

39、步骤s44：更新连通性，将二值掩码矩阵应用在邻接矩阵中，得到更新后的连通性，所用公式如下：

40、；

41、式中，和表示空间和时间二值掩码矩阵，表示二值通信图的子图，表示经过剪枝优化后的子图的邻接矩阵。

42、采用上述方案本发明取得的有益效果如下：

43、（1）针对由于缺乏集成化管理以及智能化水平不足，未能有效地应对护理环境中感染控制方面的问题，采用传感器网络和视频监控设备对护理环境进行监测，传感器网络实时监测护理环境中的各种参数，通过视频分析技术识别潜在的感染源或不当操作行为；针对现有的模型未能实现对护理环境中设备的智能调控，缺乏能够自动监测并改善环境状况的体系结构的问题，采用基于多智能体的通信协同控制方法对护理环境进行自动化监测和控制，该系统定义了一个包含所有监测设备的智能体集合的通信网络模型，通过对护理过程中各任务进行拓扑排序，确保从患者监测、药物配送到病情报告等各项操作的有序执行，避免了任务冲突或遗漏；同时，通过对原始二值通信图进行时空转换，形成具有连续值的松弛图，以此来优化护理环境中监测设备之间的通信效率，确保整个系统的高效运行；

44、（2）针对当前使用的控制系统中存在着响应迟缓及数据包丢失的现象，导致控制措施的不及时性，进而对护理环境的质量造成了不利影响的问题，基于多智能体的通信协同控制方法建立设计一种能够有效减少时间延迟和数据包丢失现象的网络架构，通过控制规则的设计，采用事件驱动的方式响应数据变化，并结合对时间延迟和数据包丢失现象的精确定义与管理，显著提高系统的响应速度和稳定性，从而改善护理环境的整体质量，即便在复杂或不可预测的情况下，系统也能确保及时准确地执行各项控制措施，提高护理的工作效率，降低护理环境改善的难度。