一种胰岛素注射设备的控制方法及系统技术方案

一种胰岛素注射设备的控制方法及系统，包括如下步骤：设定采样间隔的采样间隔时间的下限τ1以及上限τ2；通过求解τ1最大化得到下限τ1、上限τ2以及胰岛素的控制参数；利用控制参数得到注射设备的控制速率。本发明专利技术的注射设备的控制方法考虑了实际血糖采样过程的不连续性和非周期性，比基于连续时间测量来控制注射速率更有意义；除此之外，本申请得到控制速率就是基于采样间隔的最大化的计算，因此同时优化了采样间隔，减少了患者血糖的测量频率，进一步的降低了测量成本并且降低了患者的不舒适度。舒适度。舒适度。

【技术实现步骤摘要】
一种胰岛素注射设备的控制方法及系统


[0001]本申请涉及一种胰岛素注射设备的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着人寿命的增长以及生活条件的提升，糖尿病作为一种慢性病也越来越多，现在多是采用口服或者外注射的方式来进行糖尿病控制。在对于糖尿病控制时，为了进行更加精确的控制，现在会在血糖检测和胰岛素控制方面进行互动式设置，血糖检测可以采用定时检测也可以采用非定时检测，为了尽可能的降低检测成本，非定时检测是一个比较重要的方向，但是在采用非定时检测时，如何在血糖检测的数据与胰岛素注射设备的控制之间建立有效的连接对于血糖的尽快回归至关重要。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本申请一方面提出了一种胰岛素注射设备的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0004]设定采样间隔的采样间隔时间的下限τ1以及上限τ2；
[0005]通过求解τ1最大化得到下限τ1、上限τ2以及胰岛素的控制参数；
[0006]利用控制参数得到注射设备的控制速率。
[0007]优选的，所述τ1最大化按照求解最小化来得到；
[0008]最小化由如下优化问题的求解得到：
[0009][0010][0011][0012][0013]其中在所述优化问题有解，则控制器参
数可以通过求解得到；计算求解下式，得到控制速率u(t)；
[0014][0015][0016][0017]其中，各个参数的含义：
[0018]C＝[1000]；
[0019]P，Q1和Q2以及N1、N2为正定矩阵；λ为常数；R、U1和U2为实矩阵；H
b
是血糖基础值；s1,...,s5是模型系数；
[0020]δ(
·
)是局部Lipschitz函数，即存在常数γ＞0，使得
[0021]||δ(x)
‑
δ(y)||≤γ||x
‑
y||
ꢀꢀꢀ
(3)
[0022]I为合适维数的单位矩阵；
[0023]η为常数；
[0024]S1为合适维数的矩阵；
[0025]L和K为待计算得到的参数；
[0026]为合适维数的矩阵；
[0027]为合适维数的矩阵；
[0028]为合适维数的矩阵；
[0029]为合适维数的矩阵；
[0030]为合适维数的矩阵；
[0031]为合适维数的矩阵；
[0032]为合适维数的矩阵；
[0033][0034]为的导数；
[0035]为基于控制器的状态参数；
[0036]为在t
k
时刻的值；
[0037]为在t
k
时刻的值得左极限；
[0038]为y(t)在t
k
时刻的值得左极限；
[0039]由于τ1和τ2分别是采样间隔的上下界，即不等式0＜τ1≤t
k+1
‑
t
k
≤τ2,k∈Ν成立。
[0040]优选的，还包括建立血糖代谢模型：
[0041][0042][0043][0044][0045]其中，y1(t)代表血糖浓度；y3(t)代表血浆胰岛素浓度；L
b
是基础胰岛素值；y2(t)是间质胰岛素浓度；u(t)是外源性胰岛素注射速率；y4(t)代表食物扰动。
[0046]令x1(t)＝y1(t)
‑
H
b
，x2(t)＝y2(t)，x3(t)＝y3(t)
‑
L
b
，x4(t)＝y4(t)与x(t)＝[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]T
，y(t
k
)记作血糖浓度在采样时刻t
k
的测量值，那么(1)可以进一步写作：
[0047][0048][0049]优选的，将式(4)代入式(2)中，令得如下闭环系统：
[0050][0051][0052][0053]其中
[0054]优选的，还包括验证是否存在的过程：包括如下步骤：构造一类时变Lyapunov函数，分析闭环控制系统的稳定性。
[0055]优选的，构造时变Lyapunov函数如下：
[0056][0057][0058]基于所构造的Lyapunov函数(6)，利用Lyapunov稳定性理论，得到采样控制器的充分条件为：
[0059]下述实矩阵P＞0，U1＞0,U2＞0,N1＞0,N2＞0,R＞0需要使得下列不等式成立
[0060][0061](I
‑
LC)
T
U2(I
‑
LC)
‑
U1＜0
ꢀꢀꢀ
(8)
[0062][0063]其中则闭环系统(5)是渐进稳定，此种情况下存在u(t)。。
[0064]另一方面，本申请还提出了一种胰岛素注射设备的控制系统，包括如下模块：
[0065]时间校核模块；用于设定采样间隔的采样间隔时间的下限τ1以及上限τ2；
[0066]控制参数确定模块：用于通过求解τ1最大化得到下限τ1、上限τ2以及胰岛素的控制参数；
[0067]控制速率确定模块：用于利用控制参数得到注射设备的控制速率。
[0068]本申请能够带来如下有益效果：本专利技术的注射设备的控制方法考虑了实际血糖采样过程的不连续性和非周期性，比基于连续时间测量来控制注射速率更有意义；除此之外，本申请得到控制速率就是基于采样间隔的最大化的计算，因此同时优化了采样间隔，减少了患者血糖的测量频率，进一步的降低了测量成本并且降低了患者的不舒适度。
附图说明
[0069]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0070]图1为实施例1的示意图；
[0071]图2为患者服用60g碳水化合物后血糖变化曲线；
[0072]图3为采样时刻及采样间隔分布；
[0073]图4为在本申请设计的血糖调控策略控制下患者的血糖变化曲线；
[0074]图5为胰岛素注射速率；
[0075]图6为实施例2的示意图。
具体实施方式
[0076]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本申请进行详细阐述。
[0077]在实施例1中，如图1所示，包括如下步骤：
[0078]S101.设定采样间隔的采样间隔时间的下限τ1以及上限τ2；
[0079]S102.通过求解τ1最大化得到下限τ1、上限τ2以及胰岛素的控制参数；
[0080]S103.利用控制参数得到注射设备的控制速率。
[0081]结合
技术实现思路
中的参数设定和描述，来进行本申请的阐明，具体来讲，某I型糖尿病患者的血糖
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胰岛素注射设备的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：设定采样间隔的采样间隔时间的下限τ1以及上限τ2；通过求解τ1最大化得到下限τ1、上限τ2以及胰岛素的控制参数；利用控制参数得到注射设备的控制速率。2.根据权利要求1所述的一种胰岛素注射设备的控制方法，其特征在于：所述τ1最大化按照求解最小化来得到；最小化由如下优化问题的求解得到：最小化由如下优化问题的求解得到：最小化由如下优化问题的求解得到：最小化由如下优化问题的求解得到：其中在所述优化问题有解，则控制器参数可以通过求解得到；计算求解下式，得到控制速率u(t)；计算求解下式，得到控制速率u(t)；计算求解下式，得到控制速率u(t)；其中，各个参数的含义：
(t),x3(t),x4(t)]
T
，y(t
k
)记作血糖浓度在采样时刻t
k
的测量值，那么(1)可以进一步写作：y(t
k
)＝Cx(t
k
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)。4.根据权利要求3所述的一种胰岛素注射设备的控制方法，其特征在于：将式(4)代入式(2)中，令得如下闭环系统：得如下闭环系统：得如下闭环系统：其中其中5.根据权利要求4所述的一种胰岛...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，赵鹏，祝宝龙，
申请(专利权)人：山东第一医科大学附属省立医院山东省立医院，
类型：发明
国别省市：