基于速率权重及生理微循环模型的人工胰腺血糖控制算法研究

发布时间：2021-07-18 14:28

　　人工胰腺从技术上讲是一种可穿戴、微型化的仿生测控仪器,它由连续血糖监测系统、胰岛素输注系统及血糖控制算法三部分组成,是一种针对于糖尿病治疗的最具潜力的技术方案。然而其临床试验的数据及结果显明,人工胰腺尚未成熟且面临诸多技术挑战,其中最为关键的是血糖控制算法如何应对生物系统的特殊控制需求,例如患者在进餐、运行、情绪等复杂环境下的血糖控制波动问题,各大机构纷纷致力于血糖控制算法的研究中并取得了一系列的成果。本论文首先对人工胰腺研究的重要意义与现状进行了分析,继而阐述了血糖控制算法环节的重要性,并对各大血糖控制算法进行了综述;然后,针对于MPC血糖控制算法中仍旧存在的血糖控制问题,针对于其因过度控制原因而导致的餐后低血糖事件,重点研究了基于速率权重的MPC算法在理论上对血糖控制过程中规避餐后低血糖现象的有效性,也进一步利用Ⅰ型糖尿病模拟器中对基于速率权重的MPC算法在餐后血糖控制效果上的有效性进行模拟仿真并得到了验证;其次,使用高精度柱塞泵、指尖血糖仪、皮下植入式葡萄糖传感器以及自行设计了一套基于Matlab环境下的自动控制软件搭建了人工胰腺实验系统,它能成为一个用于研究血糖控制算法以及其他... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

IOB限制条件的时间权重曲线

图 2-4 算法系统的输入输出流算法系统的输入输出流是糖尿病模拟器为血糖控制算法所提供的所有的外部输入输出的可用接口，如图 2-4，左边数据为算法的输出（从上到下：基础胰岛素、餐时胰岛素、静脉胰岛素、静脉葡萄糖、碳水化合物、皮下普兰林肽、皮下胰高血糖素），右边为算法的输入（从上到下：传感器测得血糖数据、进餐提醒、时间控制参数、胰高血糖素注射、普兰林肽注射、胰岛素注射）。在基于速率权重的 MPC 算法中，使用了图 2-4 所示用红色椭圆线框所标注的输入输出口，除此之外，还调用了糖尿病人的生理参数，如图 2-3 中的红色椭圆线框标注，从上到下分别是病人的基础胰岛素值、日用胰岛素总量、校正因子。下面逐一介绍算法所采用的三个外部输入输出口的设置。首先，在考虑此算法子系统与前后系统的仿真步长不一致的情况下，引入 Rate Transition 进行系统仿真步伐的调整与转换，利用 Memory 模块将系统的历史血糖值以及胰岛素计算量采入到算法的计算中，从而实现整个 MPC 算法在此模拟器中的植入使其可以顺利进入模拟器的算法系统，进行糖尿病控制仿真，如图 2-5、2-6 所示；其次，在其过程中需注意相应的胰岛素单位的转换与配合，如图 2-6、2-7 中 K 模块的

MPC算法的输入-传感器测量血糖值

【参考文献】：
期刊论文
[1]用于人工胰腺的血糖闭环控制方法研究进展[J]. 姚玉峰,刘亚欣,黄博,钟鸣.  中国生物医学工程学报. 2013(06)
[2]人体血液与组织液中葡萄糖浓度延迟关系的研究进展[J]. 石婷,栗大超,李国卿,徐可欣.  医学研究杂志. 2013(09)



本文编号：3289758