The invention discloses a method of fuzzy adaptive PID control of closed loop insulin pump infusion on the blood glucose according to the real-time monitoring data, physical transmission process using PID algorithm to simulate human beta cell insulin secretion as the basic model, and relying on the knowledge of clinical experience in establishing clinical diabetes treatment experts will be long-term experience accumulated for experts knowledge base is transformed into fuzzy control rules, parameters of basic model and then to establish the proportion calculus algorithm of rolling optimization, finally calculates the dosage of insulin pump. The beneficial effect of the invention is able to greatly reduce the fluctuation of blood glucose in patients with diabetes, blood glucose levels in diabetic patients always controlled in the target range set, to improve the accuracy and effectiveness of insulin therapy, the blood glucose levels of diabetic patients is more close to or even reach normal standards, greatly reducing the complications of. To improve the quality of life of patients.
【技术实现步骤摘要】
基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法
本专利技术涉及一种胰岛素泵注射量的控制方法,具体来说,涉及一种基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法。
技术介绍
糖尿病是一种严重危害现代社会人类健康的慢性疾病,但目前在医学界还没有根治糖尿病的有效手段,医院里针对糖尿病患者治疗的下一步目标是将能够连续监测糖尿病患者葡萄糖变化的监测器与胰岛素泵连接进行人工胰岛,完全实现对糖尿病患者进行葡萄糖注射的自动闭环控制。人工胰岛主要由三个部分组成:一是可以准确实时测量糖尿病患者血糖值并能将数据传输给控制端的血糖仪,二是可以被自动调节的胰岛素泵,三是根据糖尿病患者血糖值不断反馈调节胰岛素注射速度的闭环控制算法。当前血糖仪和胰岛素泵的研究都逐渐趋于成熟,而进行人工胰岛的关键在于采取有效的闭环控制算法或方法的对糖尿病患者血糖进行精确控制。为了实现对糖尿病患者血糖的有效控制,先后出现了多种基于不同控制理论的控制算法。近二十年出现了采用更先进控制理论的算法,如Steil提出的比例微积分控制算法、Parker提出的模型预测控制算法、Richard提出的模糊控制算法等等。比例微积分控制算法(ProportionalIntegralDerivative,PID)控制作为最早实用化的控制器,已经有70多年的历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID设计的胰岛素输注速度可以看作三部分的加权和:比例项、积分项和微分项。PID算法的比例、微分、积分三个分量尽可能地模拟人体β细胞分泌胰岛素的生理传输过程。线性比例分量对应于实测血糖值偏离目标血糖值时的胰岛素分泌量,当实测血糖值 ...
【技术保护点】
一种基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法,其特征在于,所述控制胰岛素泵闭环输注的方法是以糖尿病患者的血糖浓度作为控制对象,实时血糖测量值作为PID控制器的输入,胰岛素泵注射量作为PID控制器的输出,并根据实时监测的血糖数据运用模糊逻辑推理,模拟人的决策过程对PID预测模型中的各个参数的不断滚动优化,使得PID控制器的控制方法能够精确地计算出胰岛素的注射时间和注射量,为患者提供接近正常范围的血糖控制,实现将模糊自适应PID控制算法对胰岛素泵的输注进行最优的闭环控制,它包括以下步骤:步骤10:根据胰岛素泵的结构和运行特征,以糖尿病患者的血糖浓度作为控制对象建立数学模型,以糖尿病患者的血糖测量值作为PID控制器的输入,根据实时人体血糖监测数据进行分析处理,采用PID控制算法的比例、微分、积分三个分量模拟人体β细胞分泌胰岛素的生理传输过程,建立基于PID控制算法的预测模型,并以此PID模型作为基本模型;步骤20:确定步骤10中PID模型的各个控制参数,并根据PID模型各个控制参数的特点,设计模糊控制算法的模糊逻辑控制规则,依据实时人体血糖监测数据分析,依托临床专家并将临床糖尿病治 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法,其特征在于,所述控制胰岛素泵闭环输注的方法是以糖尿病患者的血糖浓度作为控制对象,实时血糖测量值作为PID控制器的输入,胰岛素泵注射量作为PID控制器的输出,并根据实时监测的血糖数据运用模糊逻辑推理,模拟人的决策过程对PID预测模型中的各个参数的不断滚动优化,使得PID控制器的控制方法能够精确地计算出胰岛素的注射时间和注射量,为患者提供接近正常范围的血糖控制,实现将模糊自适应PID控制算法对胰岛素泵的输注进行最优的闭环控制,它包括以下步骤:步骤10:根据胰岛素泵的结构和运行特征,以糖尿病患者的血糖浓度作为控制对象建立数学模型,以糖尿病患者的血糖测量值作为PID控制器的输入,根据实时人体血糖监测数据进行分析处理,采用PID控制算法的比例、微分、积分三个分量模拟人体β细胞分泌胰岛素的生理传输过程,建立基于PID控制算法的预测模型,并以此PID模型作为基本模型;步骤20:确定步骤10中PID模型的各个控制参数,并根据PID模型各个控制参数的特点,设计模糊控制算法的模糊逻辑控制规则,依据实时人体血糖监测数据分析,依托临床专家并将临床糖尿病治疗长期实践积累的经验知识建立为专家知识库,转化为对PID模型的各个控制参数进行优化调整的模糊逻辑控制规则;步骤30:运用步骤20中建立的模糊逻辑控制规则进行模糊逻辑推理,模拟人的决策过程对步骤10中所建立的PID模型的各个参数进行滚动优化,建立闭环胰岛素输注模糊自适应PID控制方法,计算出糖尿病患者实时的胰岛素给药量。2.根据权利要求1所述的基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法,其特征在于,所述步骤10中的PID模型如下式所示:其中,人体β细胞因血糖变化分泌的胰岛素量PID(t)由比例分量、积分分量和微分分量构成,式中GB为设定目标血糖值,G为实时测量血糖值,Kp、KI和KD分别是比例分量、积分分量和微分分量的增益;所述比例分量对应于实测血糖值偏离目标血糖值时的胰岛素分泌量,当实测血糖值等于目标血糖值时则为0;所述积分分量用于调整血糖围绕目标值上下微幅波动时的胰岛素分泌量;所述微分分量对应于血糖快速变化时迅速调节胰岛素分泌。3.根据权利要求1所述的一种基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法,其特征在于,所述步骤20中的模糊逻辑控制规则建立过程为:步骤21:对临床糖尿病治疗长期实践积累的经验进行较为全面的总结,建立专家知识库;步骤22:运用模糊数学的基本理论和方法,把临床治疗经验规则的条件、操作用模糊集表示;步骤23:将这些模糊控制规则及相关信息作为知识存入专家知识库中;步骤24:根据实时监测的血糖数据,运用模糊逻辑推理,得出相适应的胰岛素输注剂量的参数。4.根据权利要求3所述的基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭环输注的方法,其特征在于,所述步骤22中用于表示临床治疗经验规则的条件、操作的模糊集,是将实时监测的血糖值与设定目标血糖之间的偏差e和偏差的变化率ec变化范围定义为模糊集上的论域,其论域的模糊子集E={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},EC={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB};其中,模糊子集中的语言值NB、NM、NS、ZO、PS、PM,PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。5.根据权利要求3所述的基于模糊自适应比例微积分控制胰岛素泵闭...
【专利技术属性】
技术研发人员:金浩宇,余丽玲,欧阳习浩,杨立,黄耀熊,刘虔铖,
申请(专利权)人:广东食品药品职业学院,珠海福尼亚医疗设备有限公司,
类型:发明
国别省市:广东,44
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