一种基于自适应控制加权因子策略的胰岛素输注量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应控制加权因子策略的胰岛素输注量控制方法，通过实时监测的人体血糖数据，利用CARIMA模型预测未来的血糖变化，然后采用最小方差控制调节自适应控制加权因子，使得胰岛素泵能够准确的控制胰岛素输注速率，降低人体血糖波动并将其控制在预定的目标区间。相较于已有的广义预测控制算法，本发明专利技术中所采用的自适应控制加权因子会根据使用者的情况灵活调节自身的数值大小，在保证血糖控制效果的同时，有效降低低血糖发生风险。险。险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应控制加权因子策略的胰岛素输注量控制方法


[0001]本专利技术涉及胰岛素泵输注量估算领域，更具体地，涉及一种基于自适应控制加权因子策略的胰岛素输注量控制方法。

技术介绍

[0002]糖尿病是威胁人类生命健康的重大慢性疾病之一，并且给社会的发展带来了沉重的负担。目前中国糖尿病患者人数约为1.164亿，位列世界首位。人工胰腺，又被称为胰岛素闭环输注系统，能够根据人体血糖波动自动输注胰岛素，从而控制糖尿病患者的血糖水平在设定的目标区间内。作为一种有效的糖尿病治疗手段，人工胰腺已经在多个欧美国家进入长期临床试验阶段，并且取得了良好的效果。
[0003]虽然基于广义预测控制的人工胰腺智能系统已经在一型糖尿病患者的血糖控制方面取得了不俗的表现，但是其还存在一个突出的问题，就是过量胰岛素注射所导致的低血糖风险。目前，所采用的低血糖预防策略主要是引入胰岛素代谢曲线并计算患者体内的胰岛素残留。但是该策略有一个重要的缺陷就是个体差异较大，每个患者均需要测绘自身的胰岛素代谢曲线。同时，该曲线受到患者饮食条件、运动条件和心情的影响，往往存在较大误差。
[0004]专利公开号CN110124151A公开了一种基于自适应参考曲线策略的广义预测控制闭环胰岛素输注系统。然而，上述专利是通过自适应参考曲线对血糖进行控制，并不是通过自适应控制加权因子对血糖进行控制。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于自适应控制加权因子策略的胰岛素输注量控制方法，包括以下步骤：
[0007]通过血糖值检测模块采集当前的使用者的血糖值；
[0008]根据当前的使用者的血糖值，通过CARIMA模型和丢番图方程得到未来的使用者的血糖变化的预测值；
[0009]根据未来的使用者的血糖变化的预测值，通过最小方差控制模型计算胰岛素泵的控制输入增量；其中，最小方差控制使用的控制加权因子是自适应控制加权因子，所述的自适应控制加权因子λ通过下式进行表达：
[0010]λ＝(ξ
×
u)
Δy
[0011]式中，所述的ξ表示预设值；所述的u表示偏离度；所述的Δy表示血糖值的变化量；
[0012]基于闭环控制的思想，对胰岛素泵的控制输入增量进行迭代优化。
[0013]本专利技术具有以下有益效果：
[0014]1、本专利技术相较于已有的比例微积分控制、模糊逻辑控制和模型预测控制，本专利技术具有更高的鲁棒性、搭建较为容易且不需要手动输入进餐信息；
[0015]2、本专利技术采用了CARIMA预测模型、最小方差控制模型、闭环反馈校正和参数滚动
优化，从而保证了预测的准确性和控制的有效性；
[0016]3、本专利技术采用了自适应控制加权因子策略，该策略可以在患者血糖出现下降趋势的时候迅速调低胰岛素注射速率，预防过量胰岛素输注所导致的低血糖现象。
[0017]在一种优选的方案中，所述的“根据当前的使用者的血糖值，通过CARIMA模型和丢番图方程得到未来的使用者的血糖变化的预测值”[0018]通过CARIMA模型和丢番图方程，得到以下方程：
[0019]y(k+j)＝G
j
(z-1
)Δu(k+j-1)+F
j
(z-1
)y(k)(j＝1，2...n)
[0020]式中，所述的y(k)表示使用者在k时刻的血糖值；所述的y(k+j)表示使用者在k时刻超前j步的血糖值的预测值；Δu(k+j-1)表示胰岛素泵在k时刻的控制输入增量；所述的n表示最大预测长度；所述的G
j
(z-1
)表示胰岛素泵在k时刻的控制输入增量的权重系数；所述的F
j
(z-1
)表示血糖值的权重系数；所述的z-1
为后移1步的算子。
[0021]在一种优选的方案中，所述的G
j
(z-1
)通过下式进行表达：
[0022]G
j
(z-1
)＝E
j
(z-1
)B(z-1
)
[0023]所述的E
j
(z-1
)通过下式进行表达：
[0024]E
j
(z-1
)＝e
j0
+e
j1
z-1
+
…
+e
j-1
z-j+1
[0025]式中，所述的e
j0
～e
j-1
是可调参数；所述的z-1
～z-j+1
是后移1～j-1步的算子；
[0026]所述的B(z-1
)通过下式进行表达：
[0027]B(z-1
)＝b0+b1z-1
+
…
+b
nb
z-nb
[0028]式中，所述的b0～b
nb
是可调参数；所述的z-1
～z-nb
是后移1～nb步的算子。
[0029]在一种优选的方案中，所述的F
j
(z-1
)通过下式进行表达：
[0030]F
j
(z-1)＝f
j0
+f
j1
z-1
+
…
+f
jn
z-n
[0031]式中，所述的f
j0
～f
jn
是可调参数；所述的z-1
～z-n
是后移1～n步的算子。
[0032]本优选方案中，给出y(k+j)＝G
j
(z-1
)Δu(k+j-1)+F
j
(z-1
)y(k)的推导思路：
[0033]CRIMA模型描述如下；
[0034]A(z-1
)y(k)＝B(z-1
)u(k-1)+C(z-1
)ξ(k)/Δ
[0035]A(z-1
)＝1+a1z-1
+
…
+a
na
z-na
[0036]B(z-1
)＝b0+b1z-1
+
…
+b
nb
z-nb
[0037]C(z-1
)＝1+c1z-1
+
…
+c
nc
z-nc
[0038]其中，所述的y(k)表示使用者在k时刻的血糖值，u(k-1)为k-1时刻的胰岛素注射速率；ξ(k)为均值为零的白噪声；Δ＝(1-z-1
)，表示积分因子。z-1
为后移算子，na，nb，nc表示模型的阶数。a1～a
na
，b1～b
nb
和c1～c
nz
均为可在线实时优化的模型参数，根据采集环境赋予不同的数值。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应控制加权因子策略的胰岛素输注量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过血糖值检测模块采集当前的使用者的血糖值；根据当前的使用者的血糖值，通过CARIMA模型和丢番图方程得到未来的使用者的血糖变化的预测值；根据未来的使用者的血糖变化的预测值，通过最小方差控制模型计算胰岛素泵的控制输入增量；其中，最小方差控制使用的控制加权因子是自适应控制加权因子，所述的自适应控制加权因子λ通过下式进行表达：λ＝(ξ
×
u)
Δy
式中，所述的ξ表示预设值；所述的u表示偏离度；所述的Δy表示血糖值的变化量；基于闭环控制的思想，对胰岛素泵的控制输入增量进行迭代优化。2.根据权利要求1所述的胰岛素输注量控制方法，其特征在于，所述的“根据当前的使用者的血糖值，通过CARIMA模型和丢番图方程得到未来的使用者的血糖变化的预测值”通过CARIMA模型和丢番图方程，得到以下方程：y(k+j)＝G
j
(z-1
)Δu(k+j-1)+F
j
(z-1
)y(k)(j＝1，2...n)式中，所述的y(k)表示使用者在k时刻的血糖值；所述的y(k+j)表示使用者在k时刻超前j步的血糖值的预测值；Δu(k+j-1)表示胰岛素泵在k时刻的控制输入增量；所述的n表示最大预测长度；所述的G
j
(z-1
)表示胰岛素泵在k时刻的控制输入增量的权重系数；所述的F
j
(z-1
)表示血糖值的权重系数；所述的z-1
为后移1步的算子。3.根据权利要求2所述的胰岛素输注量控制方法，其特征在于，所述的G
j
(z-1
)通过下式进行表达：G
j
(z-1
)＝E
j
(z-1
)B(z-1
)所述的E
j
(z-1
)通过下式进行表达：E
j
(z-1
)＝e
j0
+e
j1
z-1
+
…
+e
j-1
z-j+1
式中，所述的e
j0
～e
j-1
是可调参数；所述的z-1
～z-j+1
是后移1～j-1步的算子；所述的B(z-1
)通过下式进行表达：B(z-1
)＝b0+b1z-1
+
…
+b
nb
z-nb
式中，所述的b0～b
nb
是可调参数；所述的z-1
～z-nb
是...

【专利技术属性】
技术研发人员：金浩宇，刘文平，陈婷，
申请(专利权)人：金浩宇刘文平，
类型：发明
国别省市：