第２７卷第１１期 ２００８年１１月 实验室研究与探索 Ｖ０１．２７ ＮＯ．１ｌ ＮＯＶ．２００８ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ ＩＮ ＬＡＢ０ＲＡＴＯＲＹ 基于Ａｇｅｎｔ的智能医疗监护系统 徐大华 （南京农业大学工学院，江苏南京２１００３１） 摘 要：通过Ａｇｅｎｔ技术的研究，设计了基于Ａｇｅｎｔ的智能监护系统模型。对床旁机的核心模块采集Ａ． ｇｅｎｔ重点进行了设计，构建了智能控制中心模块，针对系统的特殊情况设计了合适的视频数据采集方 案。通过对系统的性能分析，结合系统的试运行情况，验证了系统的设计方案与开发思路都是正确可行 的，能满足医疗监护的需要。 关键词：Ａｇｅｎｔ；拓朴结构；视频采集；线程 中图分类号：ＴＰ３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７１６７（２００８）１１—００４１—０４ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍｅｄｉｃａｌ ＷａｒｄＳｈｉｐ—Ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｇｅｎｔ Ｄａ—ｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｇｅｎｔ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ＷａｒｄＳｈｉｐ—ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａ— ｇｅｎｔ．Ｈａｖｉｎｇ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ・Ａｇｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｂｅｄｓｉｄｅ ｍａｃｈｉｎｅ，ｉｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ－ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｅｎｔｅｒ，ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｖｉｄｅｏ—ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｃａｓｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ． Ｂｙｓａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔ—ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅａｓｉ— ｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｗａｙ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｖａｌｉｄａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｇｅｎｔ；ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｖｉｄｅｏ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；ｔｈｒｅａｄ ＣＬＣ ｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ３９ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｃｏｄｅ：Ａ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１００６—７１６７（２００８）１１—００４１—０４ １ 引言 智能医疗监护系统是用来实现对重病人的生理参 数进行实时监护和集中管理的一套软、硬件系统。通 系统）等系统对接，因此医生可以直接通过本系统查 阅病人的所有病历情况，为抢救病人赢得宝贵的时间。 Ａｇｅｎｔ是指驻留在某一环境下能够自主、灵活地 执行动作以满足设计目标的行为实体。现在对Ａｇｅｎｔ 技术的研究主要集中在两方面，一是人工智能，知识工 过该系统的应用，可以实时监控重病人的生命体能参 数，对重危病人及时采取急救处理。通过该系统的应 程领域，侧重于研究Ａｇｅｎｔ的认知、学习、决策、分布 式求解等方面；另一方面是将Ａｇｅｎｔ视为一种新的计 算模型，侧重于如何构造基于Ａｇｅｎｔ的系统，Ａｇｅｎｔ软 件体系结构，开发方法，程序设计语言等。 神经监护系统作为一个科技项目与商业应用 用能大大降低医院护士的工作强度，提高医院对重症 病人病情监控的快速反应能力，因此该系统的应用前 景很广泛。同时该系统还可以与医院现有的ＨＩＳ （Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ医院信息系统）、ＰＡＣＳ （Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ图像存档 和传输系统）、ＣＩＳ（Ｃｌｉｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉ临床路径 收稿日期：２００８～０４—１５ 项目，其在理论与临床应用上很广泛。该项目在运行 过程中，要采集大量的生命体能特征参数，有些数据的 量非常大，有些数据量虽然不大，但采集频率很高，为 了增强系统的适应性与可扩展性，在系统的开发过程 中，引入Ａｇｅｎｔ技术与多线程技术，对系统中数据的采 集与管理均采用基于Ａｇｅｎｔ的方法，每一个功能需求 开发一个相应的Ａｇｅｎｔ线程模块，从而增强了系统的 基金项目：江苏省技术研究项目（ＢＧ２００５３２０），江苏省农机基金项 目（ＧＸＺ０５０１４）。 作者简介：徐大华（１９７２一），男，副教授，主要研究方向为软件工 程、智能控制，目前已经在国内核心期刊发表文章３０余篇，其中ＥＩ检索 ３篇，ＩＳＴＰ检索１篇。Ｔｅｌ：０１３７７０５８１６６３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｄａｈｕａ＠ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 扩展性与健壮性，提高了系统的理论研究价值与商业 ４２ 实 验 室 研 究 与 探 索 第２７卷 应用价值。 ２ Ａｇｅｎｔ技术 面向Ａｇｅｎｔ的建模体现了一种崭新的合成计算机 系统的方法，改进了计算机系统建模、设计和实现的理 论和实践。面向Ａｇｅｎｔ的建模问题不是一个孤立的问 题。任何一个建模方法都不会是凭空出来的，而是要 借鉴和利用现有的成熟技术，并在此基础上加以扩展。 多Ａｇｅｎｔ系统建模所能利用的己有成果有：面向过程、 面向对象、和知识工程的方法 。 Ａｇｅｎｔ系统作为一个高度开放的智能系统，其结 构的设计将直接影响到系统的智能与性能。Ａｇｅｎｔ系 统建模需要解决的主要问题是Ａｇｅｎｔ由哪些模块组 成，它们之间如何交互信息，Ａｇｅｎｔ感知到的信息如何 影响它行为和内部状态，以及如何将这些模块用软件 和硬件组合起来形成一个有机的整体，真正实现主 体 。目前基于Ａｇｅｎｔ的系统结构模型主要有：慎思 型Ａｇｅｎｔ、反应型Ａｇｅｎｔ和混合型Ａｇｅｎｔ，其中混合型Ａ－ ｇｅｎｔ又可以分为：基于经典逻辑的混合型Ａｇｅｎｔ和基 于决策理论的混合型Ａｇｅｎｔ。 （１）慎思型Ａｇｅｎｔ。用七元组表示Ａｇｅｎｔ：：＝＜ Ａｉｄ，Ｐ，Ｉ，Ａ，ｓｅｅ，ｎｅｘｔ，ａｃｔｉｏｎ＞； （２）反应型Ａｇｅｎｔ。用五元组表示Ａｇｅｎｔ：：＝＜ Ａｉｄ，Ｐ，Ａ，ｓｅｅ，ａｃｔｉｏｎ＞； （３）经典逻辑混合型Ａｇｅｎｔ。用八元组表示Ａｇｅｎｔ ：：＝＜Ａｉｄ，Ｐ，Ｉ，Ａ，Ｒ－ｋ，ｓｅｅ，ｎｅｘｔ，ａｃｔｉｏｎ＞； （４）决策理论混合型Ａｇｅｎｔ。用十一元组表示Ａ－ ｇｅｎｔ：：＝＜Ａｉｄ，Ｐ，Ａ，Ｒ，Ｄｖａ，Ｄａｒ，Ｒｕｌｅ，ｓｅｅ ｎｅｘｔ，ｅｓｔｉ— ｍａｔｅ，ａｃｔｉｏｎ＞； 其中，Ａｉｄ是某个具体Ａｇｅｎｔ的标识，Ｐ表示Ａｇｅｎｔ 的视觉状态集；Ｉ表示Ａｇｅｎｔ的内部状态集；Ａ表示Ａ． ｇｅｎｔ的行为集；ｓｅｅ，ｎｅｘｔ，ａｃｔｉｏｎ分别用于刻画Ａｇｅｎｔ的 内部观察过程、思维过程和行为决策过程；Ｒ－Ａ，是一个 推理规则序列集；Ｒ表示Ａｇｅｎｔ所有可能行动方案所 对应的所有可能结果状态构成的集合；Ｄｖａ表示视觉 状态与方案集的对应规则集；Ｄａｒ表示方案集与结果 状态之间的对应关系；Ｒｕｌｅ是具体的决策法则构成的 集合；ｅｓｔｉｍａｔｅ表示选定方案集，根据方案与结果状态 集的对应规则库，确定可能的结果状态；Ｉ表示做出承 诺的目标。 ３ 系统拓朴结构设计 该系统由用于分布式监护的床旁机和用于集中管 理的机组成。机和床旁机通过相应的数据线 进行连接，实现数据的双向传输。机主要由３个 部分组成：数据采集控制中心、任务调度中心及医院已 有的系统ＨＩＳ和ＰＡＣＳ接口。数据采集中心可以统一 对每台床旁机的硬件进行初始化，也可以单独对一台 床旁机的参数初始化，并选取可任意选取要监控的病 人。任务调度中心接收采集控制中心发送来的采集任 务后，对采集任务进行规则解析，将采集任务和其对应 的规则文件和配置文件下发到对应的床旁机的采集 Ａｇｅｎｔ，由床旁机的采集Ａｇｅｎｔ中的智能解析Ａｇｅｎｔ进 行分析和解释，决定要进行的采集动作。系统拓朴结 构如图１所示。 机 ＨＩＳ系统Ｈ数据采集控制中心ＨＰＡＣＳ系统 任务调度中心 交换机 ｉ癫痫监测腩 ｌ ｌ ｌ，Ｌ ｌ ｉ Ｉ摄像头 懈譬 … ｉ铺癫痫监测 ｌ ｌ ｌ一、 ｌ ０ ！摄像头［］一ｌ番禅 渐Ｊ、： 生命 ｌ脑功能监 ｉ床旁机 ：生命体征监测ｌ…ｉ［］—＿Ｊ脑功髂监 ！…。。 ： Ｉ 些Ｉ 图１系统拓扑结构 ４床旁机设计 每个床旁机的数据采集活动由采集Ａｇｅｎｔ来完 成，由于床旁机是可编程的工控机，因此该Ａｇｅｎｔ模块 采用ＷｉｎＣＥ Ｃ编写，直接嵌入到工控机中，该Ａｇｅｎｔ采 用基于决策理论混合型Ａｇｅｎｔ设计。它是整个系统开 发的关键，其结构如图２所示。 Ｉ一一一一一一一一一一一一一一一１ 智能控制中心 Ｉ Ｉ ～一一一任 安 配置文件 务 全 调 控 度 制 中 规则集 心 嚅 暑 ｌ三兰 ｌ广戛、、 ｉ ］Ｉ ＸＭＬ ３￣Ｉ ．——— ．—， 图２采集Ａｇｅｎｔ架构 （１）安全控制Ａｇｅｎｔ。模块提供对采集Ａｇｅｎｔ自 身的保护，防止外部环境对采集Ａｇｅｎｔ的非法访问，以 保证数据的正确性和合法性，它主要完成数据加密和 数字签名等任务，Ａｇｅｎｔ采用基于慎思型模型开发。 （２）智能控制中心。智能控制中心是采集Ａｇｅｎｔ 的核心部分，包括解析Ａｇｅｎｔ、数据采集Ａｇｅｎｔ、数据处 理Ａｇｅｎｔ、数据转发Ａｇｅｎｔ。解析Ａｇｅｎｔ对调度中心下 发的命令包进行解析，根据其中的配置文件和规则集 决定需要处理的采集动作，然后发送给数据采集Ａ． ｇｅｎｔ；数据采集Ａｇｅｎｔ执行解析Ａｇｅｎｔ传送来的采集命 ～一第１１期 徐大华：基于Ａｇｅｎｔ的智能医疗监护系统 ４３ 令，对与工控机相连的设备进行具体的数据采集，并将 数据采集结果信息传送给数据处理Ａｇｅｎｔ；数据处理 Ａｇｅｎｔ对采集到的数据根据数据结构规则集进行处 全部以二进制形式保存，既保证数据传输的速度，又有 效的降低了系统数据的存储量。视频处理线程部分核 心代码如下： Ｖｏｉｄ Ｖｉｄｅｏ—理，得到可读数据，然后调用数据转发Ａｇｅｎｔ；数据转发 Ａｇｅｎｔ进行数据转发，根据用户要求可转发到数据库、 二进制文件、ＸＭＬ文件等。 ＰｒｏｃｅｓｓＴｈｒｅａｄ｛ ＡＶＩＦｉｌｅＩｎｉｔ（）；／／初始化系统的ＡＶＩＦＩＬＥ库 ＡＶＩＦＩＬＥ ａｆ； ／／文件指针 ＨＲＥＳＵＬＴ ｈｒ； 本控制中心的每个Ａｇｅｎｔ都采用一个的线程 进行开发。对于智能控制中心的４个Ａｇｅｎｔ模块都各 自建立一个线程，使之与主线程并行运行，同时利用列 Ｈｒ＝ＡＶＩＦｉｌｅＯｐｅｎ（＆ａｆ，ＬＰＣＴＳＴＲ（ｆｉｌｅｎａｍｅ），ＯＦ—ＣＲＥ— 表式的数据结构构建一个任务列表，所有任务都保存 在任务列表中，专门由数据采集Ａｇｅｎｔ线程来读取任 务列表并执行发送任务，最后利用循环队列式的数据 结构构建一个数据处理Ａｇｅｎｔ数据队列，所有线程获 取的数据都保存在这个队列中，由数据转发Ａｇｅｎｔ线 程读取数据进行相应的处理。在数据采集Ａｇｅｎｔ中设 有一个变量ＦＬＡＧ，其初值为０，当ＦＬＡＧ＝０时，数据 转发Ａｇｅｎｔ模块将获取的数据保存在与床旁机通过 ＵＳＢ相连的存储设备上，这样可有效的降低网络中的 数据流量；一旦数据处理Ａｇｅｎｔ发现某个生命体能参 数偏离正常阀值，则立即启动报警线程，同时向机 的数据采集控制中心发送异常数据，并置ＦＬＡＧ值为 １；当ＦＡＬＧ的值为１时，数据转发Ａｇｅｎｔ立即启动数 据上报线程，将该病人的生命体能数据全部复制并发 送机，供医护人员诊断参考，医护人员在确认病人 情况后，可手工停止数据上报线程。 （３）床旁机的工作原理。如图３所示。 图３床旁机工作原理 （４）视频处理线程。由于本系统中设有病人视频 监控，目前主要的视频编码技术有ＭＰＥＧ－４和Ｈ．２６４， 其中Ｈ．２６４编码以低于２８．８Ｋｂｐｓ的码率对视频进行 压缩解压缩，可以完成对图像序列和流动视频的实时 采集、压缩、解压、回放。Ｈ．２６４编码采用独特的自适 应Ｐ帧及Ｂ帧压缩技术，进一步加强了压缩算法的压 缩比。考虑到当多个监控点同时报警时，可能出现大 比特流的数据同时传输。本系统的视频流采用Ｈ．２６４ 编码，采用ＡＶＩ形式保存视频数据文件，所有的数据 ＡＴＥ，ＮＵＬＬ）；／／生成视频数据文件 ＡＶＩＳＴＲＥＡＭＩＮＦＯ ｓｔｈｄ；／／视频数据流结构 ＡＶＩＳＴＲＥＡＭ ａｓ； ／／视频数据流接口 ＳｅｔＲｅｃｔ（＆ｓｔｈｄ．ｒｅＦｒａｍｅ，０，０，ｂｉｏｕｔ．ｂｉＷｉｄｔｈ，ｂｉｏｕｔ．ｂｉ— Ｈｅｉｇｈｔ）；／／创建视频数据流接口 ５ 系统性能分析与测试 在传统的监控系统中，系统采集的数据通常存储 在与主控机相连的数据服务器上，数据采集一次的时 间开销为采集到的数据信息传送到主控机的时间 （ｔ１）、采集指令从主控机传送到需采集设备的时间 （ｔ２）、主控机到数据服务器的时间（ｔ３）、主控机与数据 服务器连接的软件开销（Ｓ）以及对采集信息进行处理 的时间（ｃ）总和，即：Ｔ＝ｔｌ＋ｔ２＋ｔ３＋Ｓ＋Ｃ。 在基于Ａｇｅｎｔ的智能监护系统中，机的数据 采集控制中心主要负责任务的下发与控制，不收集也 不存储数据，只有当相应的病人的生命体征参数异于 正常阀值时，床旁机的数据处理Ａｇｅｎｔ才将该病人的 相关数据报送到主控机，正常情况下，机只在屏幕 上显示一些最重要的生命体征数据，而不存储数据。 机如果需要采集某一床旁机的数据，只要启动相 应的数据拷贝命令，设定要查看的数据源，这时床旁机 的数据转发Ａｇｅｎｔ就将对应的数据转发给机。此 时系统时间开销仅为床旁机上的数据信息传送到 机的时间（ｔｌ’＝ｍａｘ（ｔｌ 、ｔｌ ．．．．．．ｔｌｉ））、采集指令从 机传送到床旁机的时间（ｔ２’＝ｍａｘ（ｔ２ 、ｔ２ …．．． ｔ２；））的总和Ｔ’＝ｔｌ’＋ｔ２’。 在系统运行测试时，结果显示由于机不需要 存储数据，机上只显示主要生命体征数据，即使医 护人员需要查看某一病人或某几个病人的实时数据与 历史数据，由于系统的数据采集与处理、转发功能都由 床旁机上的相应的Ａｇｅｎｔ线程承担，机不需要增 加额外的开销，因此在机上无论是显示的体征数 据曲线，还是视频数据都是比较平滑，不会出现阻塞与 噪声，较好的实现了医疗监护系统的需求。 ６ 结 语 系统在设计与开发过程中，将传统的数据存储在 ４４ 实 验 室 研 究 与 探 索 第２７卷 （上接第１ｌ页） （３）两测压管液柱高度测量有一定误差，测量方 法有待改进。 ４ 结 语 泊肃叶定律是流体力学的基本定律，它表明不可 压缩牛顿流体在圆管中作定常层流时，体积流量正比 于比压降和管半径的四次方，反比于流体的粘性，泊肃 叶定律从理论和实验上证实了牛顿粘性假设、壁面不 图２ 温度与粘度系数的关系曲线 滑移假设的正确性，本文利用泊肃叶定律，自制测量设 大，只有一个点有较大的偏离，（同一温度下不同实验 备测定了液体粘滞系数。 值为流量不同导致），且拟和结果与理论值变化趋势 基于本实验仪器为从民用市场上购买材料并手工 相符，实验较为成功。 制作完成，精密度不够，对实验结果带来误差。只要克 服以上分析的由于仪器造成的误差以及减小雷诺数， 控制流动为定常层流，则实验结果将更为准确。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］杨述武．普通物理实验（一）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９． ［２］ 宋家鳌，王 立．大学物理实验［Ｍ］．西安：陕西人民出版社， ２００２． ［３］ 王玉清，任新成．落球法测液体粘度实验的改进［Ｊ］．大学物理， 图３粘栉系数与雷诺数关系图 ２００４，２３（８）：４１－４２． 从图３可以看出，本实验测得粘滞系数的准确度 ［４］华中工学院．物理实验（工科用）［Ｍ］．北京 高等教育出版， 与雷诺数有着密切关系，即实验结果基本符合“雷诺 ２０００． 数越大，实验误差越大”的关系，这也说明了泊肃叶定 ［５］ 张申余．毛细管法测液体粘滞系数［Ｊ］．物理实验，１９９１（５）： 律是基于定常层流的流体力学定律。 ２０１． 该实验引起误差的原因可能有： ［６］ 王希义．大学物理实验［Ｍ］．西安：陕西科学技术出版社，１９９８． ［７］ 赵平华．落球法测液体的粘滞系数的研究［Ｊ］．大学物理，２００２， （１）细直管为普通有机玻璃管，内管径不够均匀； ２１（７）：２９—３０． （２）实验过程中，细直管内流速难以达到稳定状 ［８］ 田春山，马洪涛．液体粘滞系数测量方法的改进［Ｊ］．青海大学 态： 学报（自然科学版），２００６（１１）：７６—７８．
