基于三支决策的双激素人工胰脏模型预测控制算法研究

发布时间：2021-08-09 21:18

　　目前,关于双激素人工胰脏子系统切换机制的研究较少,并且现有研究在运行效率和群体控制质量上有待提高。以三支决策理论和模型预测控制算法为依托,提出一种基于三支决策的双激素人工胰脏模型预测控制算法。该算法利用三支决策理论设计3个子系统之间的切换规则,该规则通过设计包含经济代价和高低血糖风险的代价矩阵,计算切换到每个子系统的决策风险值,确保最终切换到风险值最小的子系统。利用UVA仿真平台对33位虚拟病人进行实验并从多方面对仿真结果进行分析,证明该算法能很好地将血糖控制在正常范围内,在跟踪误差、风险指数、运行效率和对多个病人的群体控制质量上取得了良好的效果。 

【文章来源】：计量学报. 2021,42(05)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

基于三支决策的双激素人工胰脏模型预测控制算法结构框图

对于仿真结果分别从个体和整体2部分进行分析，从33个实验对象中选择1个个体对其结果进行分析，该个体的血糖曲线、对应的胰岛素输注速率曲线和胰高血糖素输注速率曲线如图2所示。其中，图2(a)是该个体在控制过程中血糖浓度随时间变化的曲线，图2(b)是控制过程中胰岛素输注速率随时间变化的曲线，图2(c)是控制过程中胰高血糖素输注速率随时间变化的曲线。对3个子图分析得到3个子系统的工作时间分布如图3所示，其中采用胰岛素子系统输出值为1，采用零输注子系统输出值为2，采用胰高血糖素子系统输出值为3。图3 3个子系统工作时间分布图

图2 基于三支决策切换规则的人工胰脏个体控制效果图实验过程中设置该个体的胰岛素基础输注速率为55.475 6 pmol/min，从图2(a)可以看出，该个体的血糖值始终处于[70,180]的正常范围内，在设定值130 mg/d L附近上下浮动;虚拟病人分别在420 min、720 min和1 080 min时用餐，并且血糖随之升高。综合分析图2可知，在0 min时虚拟病人经过长时间的睡眠，血糖水平下降，因此输注胰高血糖素以维持血糖，185 min后血糖逐渐升高，停止输注胰高血糖素。420 min时病人用餐，血糖大幅度升高但可依靠胰岛素基础输注速率将血糖控制在正常范围内，因此无需输注大剂量胰岛素，胰岛素子系统不工作。随着餐后血糖不断被消耗利用，497 min时血糖开始下降，693 min时血糖低于设定值，输注胰高血糖素减缓血糖下降速率。720 min时病人再次用餐，血糖不断升高，782 min时血糖高于区间上限，输注大剂量胰岛素，801 min时血糖恢复到正常区间内，胰岛素子系统停止工作。1 025 min时血糖低于设定值，输注胰高血糖素减缓血糖下降。1 080 min时病人再次用餐，血糖升高，1 142 min时输注大剂量胰岛素，1 161 min时血糖恢复到正常区间内，胰岛素子系统停止工作。综上所述，本文算法将该个体的血糖浓度控制在正常范围内，且没有低血糖事件的发生，获得了较好的控制效果。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]双激素人工胰脏的经济模型预测控制[D]. 汤凤娜.北京化工大学 2018



本文编号：3332817