口腔滅菌設備滅菌效能關鍵算法研究

伍強，符錫成，符起亞，陶巍，蒙小軍

1.海南醫學院口腔學院，海南 海口 570102；2.海南科技職業學院 信息工程學院，海南 海口 571158

口腔滅菌設備滅菌效能關鍵算法研究

伍強1，符錫成2，符起亞1，陶巍1，蒙小軍1

1.海南醫學院口腔學院，海南 海口 570102；2.海南科技職業學院 信息工程學院，海南 海口 571158

基于聚類分析和插值逼近算法分析脈動真空滅菌器的物理參數和管道系統狀態的關系。首先進行聚類分析，然后由聚類數據的插值逼近。該算法為口腔滅菌設備提供了一種分析設備系統狀態和滅菌效果的途徑。

數據挖掘；聚類分析；平均二次插值；脈動真空滅菌器

0 前言

控制口腔醫源性感染是口腔醫學所面臨的一個重大課題。我國衛生部2005年制定的《醫療機構口腔診療器械消毒技術操作規范》中明確指出：醫療機構應監測口腔診療器械的滅菌效果以確保其消毒、滅菌合格。脈動真空滅菌器是當前醫院口腔科普遍使用的高壓蒸汽滅菌設備。但是，由于其蒸汽管路系統結構比較復雜，特別是工作強度較大的止回閥、電磁閥與其他閥容易出現故障，需要多次維修。

1 滅菌參數

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

圖1 脈動真空滅菌器BD測試程序

用現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行驗證。而在蒸汽滅菌中F與F0值可作為驗證滅菌可靠性的參數。

（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所相當的時間，單位為min。

（2）F0值。F0值就是脈動真空滅菌器在一定T（滅菌溫度）、Z值為10℃時的蒸汽滅菌效果與滅菌溫度為121℃、Z值為10℃時的蒸汽滅菌效果一樣時所相當的時間值。

而如何正確、及時地評估排氣管路系統中頻繁工作的電磁閥、單向閥等閥件狀態與直接影響滅菌效果物理參數的關聯，得出些有意義的結果，為設備狀態的分析提供一種確實可行算法。本文就是構建基于聚類分析與數值插值逼近分析滅菌物理參數與管路系統狀態的關聯關系的關鍵算法。

2 基于聚類分析的分段平均二次插值設備狀態分析的關鍵算法構建

2.1 聚類分析

在美國1995年計算機年會上，明確提出了數據挖掘的概念，就是指從大量的數據中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程。數據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簇類。

2.2 改進k-means算法

K-means算法是接受輸入量k個聚類數；接下來則是將數據庫中含有的n個數據對象分成k個簇（聚類），算法輸出量則是滿足方差為最小標準的k個聚類簇，即聚類結果。

由此進而改進k-means算法方法，見圖2。

圖2 改進k-means算法流程圖

本文研究算法，令口腔滅菌設備滅菌效能進行數據挖掘的聚類數等于3，理由是口腔滅菌設備的運行狀態包括正常、亞正常和故障3類，相應的設備滅菌效能數據也會呈現3種分布范圍狀態。挖掘出3個聚類結果之后，針對滅菌器的滅菌溫度、滅菌時間等實驗數據結果應用平均二次插值法對設備不同的狀態分析提供理論判決依據。判斷3個聚類分別代表哪種設備狀態下的數據分布情況。口腔滅菌設備滅菌效能數據挖掘的結果與選取的被挖掘數據有很大關系。

2.3 拉格朗日插值

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

按拉格朗日二次插值在[xi-1, xi, xi+1]區間上構造多項式，

在[xi, xi+1]區間上取平均值將區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間上的插值函數：

3 滅菌參數與管路系統狀態的關聯實例

在海南醫學院附屬醫院口腔科應用山東新華醫療器械股份公司的MOST-80脈動真空滅菌器，經過500次數據采集，統計結果見圖3。在圖中反映滅菌器運行狀態的物理參數應用改進k-means算法對F0值相關參數進行滅菌物品完成聚類分析，得出正常F0M，亞正常F0N，故障F0L3個聚類F0值參數，并就對應的F0值參數。

圖3 滅菌溫度與滅菌時間曲線

用多個離散點按公式（6）構建擬合曲線方程。在該插值中，應用的是參數值F0經聚類分析后的得出正常F0M，亞正常F0N，故障F0L。不同的F0值對應不同狀態。根據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，致使溫度長時間無法回歸至＞132℃，由此進行的插值曲圖能很好地反映設備狀態情況并排除不同狀態滅菌設備狀態數據的相互干擾，有利于數據分析的準確性。

圖4 模擬F0L插值曲線圖

根據聚類數據插值得出曲線趨向圖，并設置相關的滅菌器管路系統狀態閾值，可實現設備狀態自動告知功能。在具體實施過程中，對采集的參數統計來分析設備狀態的方法取得了良好的效果，實現了自動記數與提前告知功能。

4 結論

該算法實現了對滅菌系統的設備和部件的狀態分析，有效地控制了醫院口腔醫源性感染。

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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

海南省教育廳高校科研課題（HNKY2015-37，HNKY 2014-111）；海南省自然科學基金（614249）。

作者郵箱：13389828686@163.com