CN114486656B - 用于医疗洁净室的动态环境监测*** - Google Patents
用于医疗洁净室的动态环境监测*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及颗粒浓度检测技术，具体涉及用于医疗洁净室的动态环境监测***。该***包括：参数采集模块用于在多个采样点获取浓度参数序列和环境参数序列；稳定性分析模块用于通过对序列分别进行序列波动分析获取相应的序列波动，同时获取每个序列中末尾时刻的瞬时波动，进而获取每个采样点的每类参数的稳定性；模拟环境参数获取模块用于获取每个单位空间的模拟环境参数；模拟浓度参数获取模块用于计算每个采样点处浓度参数与环境参数的相关性，进而获取每个单位空间的模拟浓度参数；预警模块用于判断每个单位空间的参数状态。本发明实施例能够通过数据可视化判断洁净室中每个区域的环境达标情况，还可以依据该***建造环境监测专用仪器仪表。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒浓度检测技术，具体涉及用于医疗洁净室的动态环境监测***。
背景技术
洁净室是空气悬浮粒子浓度受控的房间，同时也是对空气洁净度、温度、湿度、压差、噪声等参数根据需要进行控制的密闭性较好的空间。洁净室分为工业洁净室和生物洁净室，生物洁净室关注的是空气中悬浮粒子和浮游菌数量，需要对其进行严格管控，特别是无菌制药的洁净室，需要进行实时动态监测，配备实时粒子计数器和浮游菌采样仪。
在医疗洁净区中，实施动态监测能够及时发现其中存在的问题，并采取有效的措施解决问题，以防不良影响进一步扩大，同时，也为空气平衡、人员行为和房间消毒方法的进一步改进提供了依据，也是无菌药品放行的首要条件。
因此，通过对环境的动态监测来判定洁净室是否达到了规定的洁净度对于药品生产来说是十分重要的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于医疗洁净室的动态环境监测***，所采用的技术方案具体如下：
本发明一个实施例提供了一种用于医疗洁净室的动态环境监测***，该***包括以下模块：
参数采集模块，用于在洁净室的多个采样点采集预设时间的至少一类悬浮颗粒浓度参数和至少一类环境参数，组成多个浓度参数序列和环境参数序列；
稳定性分析模块，用于通过对所述浓度参数序列和所述环境参数序列分别进行序列波动分析，获取相应的序列波动，同时获取每个序列中末尾时刻的瞬时波动，依据所述序列波动和所述瞬时波动获取每个采样点的每类参数的稳定性；
模拟环境参数获取模块，用于将所述洁净室空间体素化形成多个单位空间，依据所述单位空间到所述采样点的第一距离、该采样点的所述环境参数以及所述环境参数的稳定性获取每个单位空间的模拟环境参数；
模拟浓度参数获取模块，用于计算每个采样点处浓度参数与环境参数的相关性，根据所述第一距离、所述浓度参数的稳定性以及所述相关性获取每个单位空间的模拟浓度参数；
预警模块，用于将所述模拟环境参数和所述模拟浓度参数空间可视化，分别与对应的预警阈值进行对比，判断每个所述单位空间的参数状态。
优选的，所述稳定性分析模块包括：
序列波动分析单元，用于利用多重分形去趋势波动分析方法计算序列的奇异指数和多重分形谱，以最大奇异指数对应的多重分形谱和最小奇异指数对应的多重分形谱的差值作为所述序列波动。
优选的，所述稳定性分析模块还包括：
瞬时波动分析单元，用于在序列末尾获取预设数量的末尾元素，获取所述末尾元素的差分序列，以所述差分序列中所有值的平均值作为所述瞬时波动。
优选的，所述模拟环境参数获取模块包括：
模拟环境参数计算单元，用于获取每个采样点对单位空间的每类环境参数的第一权重，以所述第一权重作为对应的环境参数的权重，对所有同类环境参数进行加权求和得到所述模拟环境参数。
优选的，所述模拟环境参数获取模块还包括：
第一权重获取单元，用于依据所述第一距离以及所述环境参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类环境参数的第一权重，所述第一距离以及所述环境参数的稳定性均与所述第一权重呈负相关关系。
优选的，所述模拟浓度参数获取模块包括：
相关性计算单元，用于对于每个采样点处的每类浓度参数，将所有环境参数降维为一维序列，计算所述一维序列与该浓度参数序列的相关系数，作为所述相关性。
优选的，所述模拟浓度参数获取模块还包括：
模拟浓度参数计算单元，用于获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的第二权重，以所述第二权重作为对应的浓度参数的权重，对所有同类浓度参数进行加权求和得到所述模拟浓度参数。
优选的，所述模拟浓度参数获取模块还包括：
第二权重获取单元，用于利用所述相关性、所述第一距离以及所述浓度参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的第二权重，所述相关性与所述第二权重呈正相关关系。
优选的，所述预警模块包括：
实时计分获取单元，用于预设每个参数对应的限制阈值，当所述参数在连续时刻都大于所述限制阈值时，将该参数的分值累计，并减去衰减分值，得到实时计分。
优选的，所述预警模块还包括：
预警比较单元，用于当所述实时计分大于所述预警阈值时，该单位空间处对应的参数超标，并将超标结果空间可视化。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
1、基于各个采样点对于每个单位空间的每类参数的稳定性以及获取其权重，进而得到模拟参数，获取准确的环境三维数据，利于数据的可视化，同时可判断医疗洁净室中每个空间区域的环境达标情况，还可以依据该***建造环境监测专用仪器仪表。
2、通过多个时刻的累计分值以及衰减分值获取实时计分，与预警阈值进行对比，可以准确地判断每个单位空间的参数是否达标，考虑到时序的变化，可以尽最大程度的避免误检。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明一个实施例提供的用于医疗洁净室的动态环境监测***的***框图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于医疗洁净室的动态环境监测***，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的用于医疗洁净室的动态环境监测***的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的用于医疗洁净室的动态环境监测***的***框图，该***包括以下模块：参数采集模块100、稳定性分析模块200、模拟环境参数获取模块300、模拟浓度参数获取模块400以及预警模块500。
参数采集模块100，用于在洁净室的多个采样点采集预设时间的至少一类悬浮颗粒浓度参数和至少一类环境参数，组成多个浓度参数序列和环境参数序列。
具体的，参数采集模块100包括：悬浮颗粒浓度参数采集单元110、环境参数采集单元120以及序列获取单元130。
悬浮颗粒浓度参数采集单元110用于采集洁净室内每个采样点的悬浮颗粒浓度参数，在本发明实施例中悬浮颗粒包括尘埃粒子和浮游菌落，通过粒子计数器和浮游菌采样仪对洁净室内生产流程中的尘埃粒子数、浮游菌落数进行24小时实时连续监测，得到尘埃粒子浓度和浮游菌落浓度。
环境参数采集单元120用于采集洁净室内每个采样点的环境参数，在本发明实施例中环境参数包括风速、温度、湿度以及压强差的数值，通过风速传感器、温湿度传感器、压差传感器分别对风速、温度、湿度以及压强差进行监测。
上述每个参数的监测都需要在多个采样点进行传感器部署，获取多个采样点处的上述参数。采样点数目及其布置，应根置区域的面积和洁净级别确定。采样点一般在离地面0.8m高度的水平面上均匀布置。采样点多于5点时，在离地面0.8-1.5m高度的区域内分层布置，但每层不少于5点。
本发明实施例采用CRMS超净间动态监测***采集各类参数。
序列获取单元130用于获取每个采样点的每类参数在预设时间内的参数序列。对于每一个采样点处的传感器，获取其实时的监测序列，以尘埃粒子个数浓度监测为例，传感器数据刷新频率为1s，即一秒监测一次，采样流量为2.83L/min，可以获取大于
直径的粒子个数浓度(pcs/L)，则预设时间内可以获取直径范围内的尘埃粒子浓度序列。
作为一个示例，本发明实施例中的预设时间为30秒。
稳定性分析模块200，用于通过对浓度参数序列和环境参数序列分别进行序列波动分析，获取相应的序列波动，同时获取每个序列中末尾时刻的瞬时波动，依据序列波动和瞬时波动获取每个采样点的每类参数的稳定性。
对于动态监测，对于尘埃粒子个数浓度、浮游菌落个数浓度的监测易受到环境的影响导致误差发生较大变化，传感器可能会存在误差，造成误报的情况，因此本发明对动态序列进行波动分析。
具体的，稳定性分析模块200包括：序列波动分析单元210、瞬时波动分析单元220以及稳定性计算单元230。
序列波动分析单元210，用于利用多重分形去趋势波动分析方法计算序列的奇异指数和多重分形谱，以最大奇异指数对应的多重分形谱和最小奇异指数对应的多重分形谱的差值作为序列波动。
多重分形奇异谱能够精细刻画时间序列的内部动力学特性。利用多重分形去趋势波动分析方法计算序列的奇异指数
和多重分形谱
，获取序列的多重分形维度。所述多重分形谱为一个序列，多重分形谱维度
计算为：
其中，
表示最大奇异指数，
表示最小奇异指数。
多重分形谱维度越大，信号波动越剧烈，多重分形特性越强。
瞬时波动分析单元220，用于在序列末尾获取预设数量的末尾元素，获取末尾元素的差分序列，以差分序列中所有值的平均值作为瞬时波动。
在序列末尾获取预设数量N的末尾元素，以表征序列的瞬时变化。对该N个值进行差分计算，即将序列中相邻的后一个值减去前一个值，并取其绝对值，得到差分序列，然后求取差分序列中所有差分值的均值作为瞬时波动U。
作为一个示例，本发明实施例中的预设数量取值为5。
瞬时波动为单个数值，即某个时间点的表现与前时间段内存在较大的差异，该数值可反映瞬时的序列变化，其数值越大，表明瞬时变化越大。
稳定性计算单元230，用于计算每个采样点的每类参数的稳定性。
利用序列波动和瞬时波动计算每个采样点的每类参数的稳定性T：
稳定性T越趋近于0序列越不稳定，越接近于1表明传感器数值稳定，该结果越准确。
模拟环境参数获取模块300，用于将洁净室空间体素化形成多个单位空间，依据单位空间到采样点的第一距离、该采样点的环境参数以及环境参数的稳定性获取每个单位空间的模拟环境参数。
具体的，模拟环境参数获取模块300包括：第一权重获取单元310和模拟环境参数计算单元320。
第一权重获取单元310，用于依据第一距离以及环境参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类环境参数的第一权重，第一距离以及环境参数的稳定性均与第一权重呈负相关关系。
将洁净室空间进行体素化，整个空间均匀划分为多个体素，以每个体素作为一个单位空间，优选的，每个采样点均处在单位空间的中心位置。
作为一个示例，本发明实施例将洁净室空间划分为50*60个单位空间。
对于每个单位空间，获取该单位空间中心点
到各个采样点所处单位空间中心
的第一距离D，并将所有第一距离进行极差归一化，统一量纲。
对于每个单位空间对应的每类环境参数，计算每个采样点对该单位空间的影响权重
：
获取每个采样点的归一化权重作为第一权重：
其中，
表示第i个采样点对该单位空间对应的某类环境参数的第一权重，
表示第i个采样点对该单位空间对应的某类环境参数的影响权重。
模拟环境参数计算单元320，用于获取每个采样点对单位空间的每类环境参数的第一权重，以第一权重作为对应的环境参数的权重，对所有同类环境参数进行加权求和得到模拟环境参数。
具体的计算公式为：
其中，
表示某个单位空间的模拟环境参数，
表示第i个采样点的环境参数。
每一时刻都可以通过历史预设时间序列的数据获取每个单位空间的模拟环境参数。
模拟浓度参数获取模块400，用于计算每个采样点处浓度参数与环境参数的相关性，根据第一距离、浓度参数的稳定性以及相关性获取每个单位空间的模拟浓度参数。
具体的，模拟浓度参数获取模块400包括：
相关性计算单元410，用于对于每个采样点处的每类浓度参数，将所有环境参数降维为一维序列，计算一维序列与该浓度参数序列的相关系数，作为相关性。
典型相关分析法（CCA）是利用综合变量对之间的相关关系来反映两组指标之间的整体相关性的多元统计分析方法。对于同一采样点处，获取环境参数序列，在本发明实施例中为风速、温度、湿度以及压强差4个序列，记为[M，4]，M代表预设时间内的采样次数，4分别表示风速、温度、湿度和压差。利用CCA首先对该环境变量序列进行降维，得到[M,1]的序列，即长度为M的单个数值的序列，数值即为四个环境变量值降维后的值。利用Pearson相关系数法，获取降维后序列与浓度序列的相关系数，数值在[-1,1]之间，-1强烈负相关，+1强烈正相关，0表示无关系。然后对于相关系数取其绝对值得到相关性Corr，Corr越大表明该采样点处的颗粒浓度受环境参数的影响越大。
第二权重获取单元420，用于利用相关性、第一距离以及浓度参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的第二权重，相关性与第二权重呈正相关关系。
利用相关性、第一距离以及浓度参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的影响权重
：
将其归一化得到第二权重
。
模拟浓度参数计算单元430，用于获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的第二权重，以第二权重作为对应的浓度参数的权重，对所有同类浓度参数进行加权求和得到模拟浓度参数。
具体的计算公式为：
其中，
表示某个单位空间的模拟浓度参数，
表示第i个采样点的浓度参数。
每一时刻都可以通过历史预设时间序列的数据获取每个单位空间的模拟浓度参数。
预警模块500，用于将模拟环境参数和模拟浓度参数空间可视化，分别与对应的预警阈值进行对比，判断每个单位空间的参数状态。
对于传统的环境监测***，仅通过阈值或连续超过阈值的次数来判断是否存在颗粒污染的情况，前者容易造成频繁误报，后者易受环境、传感器精度的影响，次数需要人为调试或者难以触发条件，进而浪费人力。
具体的，预警模块500包括：
实时计分获取单元510，用于预设每个参数对应的限制阈值，当参数在连续时刻都大于限制阈值时，将该参数的分值累计，并减去衰减分值，得到实时计分。
以浮游菌落数个体浓度为例，首先设置浮游菌落数个体浓度阈值
，然后根据下述热度算法计算实时警报分值
：
其中
为累计计分器，当初始时刻浮游菌落数个体浓度大于浮游菌落数个体浓度阈值
时，计为1，当连续的下一时刻仍然大于浮游菌落数个体浓度阈值
时：
预警比较单元520，用于当实时计分大于预警阈值时，该单位空间处对应的参数超标，并将超标结果空间可视化。
设置预警阈值
，当实时计分大于预警阈值
时，该单位空间处出现颗粒污染超标。
作为一个示例，本发明实施例中预警阈值取25。
通过上述方法判断每个空间体素的参数是否达标，考虑到时序的变化，可以尽最大程度的避免误检。
需要说明的是，本发明实施例中空间数据可视化渲染技术采用SuperMap空间数据可视化工具，在其他实施例中还可以采用ArcGIS工具等能够达到同样效果的空间可视化技术。
将当前动态监测的环境进行可视化，还可以和现代Web技术进行融合，让当前医疗洁净室进行更多可视化效果展现。
综上所述，本发明实施例包括以下模块：参数采集模块100、稳定性分析模块200、模拟环境参数获取模块300、模拟浓度参数获取模块400以及预警模块500。
具体的，参数采集模块100用于在洁净室的多个采样点采集预设时间的至少一类悬浮颗粒浓度参数和至少一类环境参数，组成多个浓度参数序列和环境参数序列；稳定性分析模块200用于通过对浓度参数序列和环境参数序列分别进行序列波动分析，获取相应的序列波动，同时获取每个序列中末尾时刻的瞬时波动，依据序列波动和瞬时波动获取每个采样点的每类参数的稳定性；模拟环境参数获取模块300用于将洁净室空间体素化形成多个单位空间，依据单位空间到采样点的第一距离、该采样点的环境参数以及环境参数的稳定性获取每个单位空间的模拟环境参数；模拟浓度参数获取模块400用于计算每个采样点处浓度参数与环境参数的相关性，根据第一距离、浓度参数的稳定性以及相关性获取每个单位空间的模拟浓度参数；预警模块500用于将模拟环境参数和模拟浓度参数空间可视化，分别与对应的预警阈值进行对比，判断每个单位空间的参数状态。本发明实施例能够通过数据可视化判断洁净室中每个区域的环境达标情况，还可以将该***用于环境监测专用仪器仪表。
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.用于医疗洁净室的动态环境监测***，其特征在于，该***包括以下模块：
参数采集模块，用于在洁净室的多个采样点采集预设时间的至少一类悬浮颗粒浓度参数和至少一类环境参数，组成多个浓度参数序列和环境参数序列；
稳定性分析模块，用于通过对所述浓度参数序列和所述环境参数序列分别进行序列波动分析，获取相应的序列波动，同时获取每个序列中末尾时刻的瞬时波动，依据所述序列波动和所述瞬时波动获取每个采样点的每类参数的稳定性；
模拟环境参数获取模块，用于将所述洁净室空间体素化形成多个单位空间，依据所述单位空间到所述采样点的第一距离、该采样点的所述环境参数以及所述环境参数的稳定性获取每个单位空间的模拟环境参数；
模拟浓度参数获取模块，用于计算每个采样点处浓度参数与环境参数的相关性，根据所述第一距离、所述浓度参数的稳定性以及所述相关性获取每个单位空间的模拟浓度参数；
预警模块，用于将所述模拟环境参数和所述模拟浓度参数空间可视化，分别与对应的预警阈值进行对比，判断每个所述单位空间的参数状态；
所述模拟环境参数获取模块包括：
模拟环境参数计算单元，用于获取每个采样点对单位空间的每类环境参数的第一权重，以所述第一权重作为对应的环境参数的权重，对所有同类环境参数进行加权求和得到所述模拟环境参数；
所述模拟环境参数获取模块还包括：
第一权重获取单元，用于依据所述第一距离以及所述环境参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类环境参数的第一权重，所述第一距离以及所述环境参数的稳定性均与所述第一权重呈负相关关系；
所述模拟浓度参数获取模块包括：
相关性计算单元，用于对于每个采样点处的每类浓度参数，将所有环境参数降维为一维序列，计算所述一维序列与该浓度参数序列的相关系数，作为所述相关性；
所述模拟浓度参数获取模块还包括：
模拟浓度参数计算单元，用于获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的第二权重，以所述第二权重作为对应的浓度参数的权重，对所有同类浓度参数进行加权求和得到所述模拟浓度参数；
所述模拟浓度参数获取模块还包括：
第二权重获取单元，用于利用所述相关性、所述第一距离以及所述浓度参数的稳定性获取每个采样点对单位空间的每类浓度参数的第二权重，所述相关性与所述第二权重呈正相关关系。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述稳定性分析模块包括：
序列波动分析单元，用于利用多重分形去趋势波动分析方法计算序列的奇异指数和多重分形谱，以最大奇异指数对应的多重分形谱和最小奇异指数对应的多重分形谱的差值作为所述序列波动。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述稳定性分析模块还包括：
瞬时波动分析单元，用于在序列末尾获取预设数量的末尾元素，获取所述末尾元素的差分序列，以所述差分序列中所有值的平均值作为所述瞬时波动。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述预警模块包括：
实时计分获取单元，用于预设每个参数对应的限制阈值，当所述参数在连续时刻都大于所述限制阈值时，将该参数的分值累计，并减去衰减分值，得到实时计分。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述预警模块还包括：
预警比较单元，用于当所述实时计分大于所述预警阈值时，该单位空间处对应的参数超标，并将超标结果空间可视化。
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