闭环人工胰腺药物输注控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种闭环人工胰腺药物输注控制系统，包括：输注模块，用于输出药物；程序模块，程序模块包括输入端和输出端，输入端包括多个电连接区，以接收当前血糖值，程序模块还预设有算法，用于计算用户所需的药物量，输出端和输注模块电连接后，程序模块控制输注模块根据计算的用户所需的药物量输出药物；和设置有至少两个检测电极的输注软管，输注软管为药物输注通道，电极设置于输注软管的管壁，当输注软管被安装至工作位置时，输注软管与输注模块连通，药物经输注软管流向体内，且不同的电极分别与不同的电连接区电连接，以将当前血糖值输入程序模块。利用算法实现闭环人工胰腺药物输注系统的精准控制。药物输注系统的精准控制。药物输注系统的精准控制。

【技术实现步骤摘要】
闭环人工胰腺药物输注控制系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求以下专利申请的权益并要求其优先权：2021年10月25日提交的PCT专利申请，申请号为PCT/CN2021/126005。


[0003]本专利技术主要涉及医疗器械领域，特别涉及一种闭环人工胰腺药物输注控制系统。

技术介绍

[0004]正常人的胰腺可根据人体血液中的葡萄糖水平，自动分泌所需的胰岛素/胰高血糖素，从而维持合理的血糖波动范围。而糖尿病患者的胰腺功能出现异常，无法正常分泌人体所需的胰岛素。糖尿病是代谢类疾病，为终身疾病。目前的医疗技术尚无法根治糖尿病，只能通过稳定血糖来控制糖尿病及其并发症的发生和发展。
[0005]糖尿病患者在向体内注射胰岛素之前需要检测血糖。目前的检测手段可以对血糖连续检测，并将血糖数据实时发送至显示设备，便于用户查看，这种检测方法称为持续葡萄糖检测(Continuous Glucose Monitoring，CGM)。该方法需要检测装置贴在皮肤表面，将其携带的探头刺入皮下的组织液完成检测。根据CGM检测到的血糖值，输注设备将当前所需的胰岛素输入皮下，进而构成闭环或者半闭环人工胰腺。
[0006]目前，为了实现人工胰腺的闭环或半闭环控制，比例
‑
积分
‑
微分(PID)算法和模型
‑
预测
‑
控制(MPC)算法被广泛研究，但由于PID算法结构简单，不太适用于扰动比较大而复杂的情景，而MPC算法面临准确模型很难建立及运算量大的困境，导致可能出现预测的输注偏差。
[0007]因此，现有技术亟需一种含有优化的人工胰腺算法的闭环人工胰腺药物输注控制系统。

技术实现思路

[0008]本专利技术实施例公开了一种闭环人工胰腺药物输注控制系统，中预设有混合人工胰腺算法，混合人工胰腺算法包括cPID算法和/或cMPC算法，cPID算法的输入为MPC算法的中间值，cMPC算法的输入为PID算法的输出值，通过PID算法和MPC算法的深度结合，充分利用PID算法和MPC算法的优势，使人工胰腺在各种情况下都能提供可靠的控制血糖的药物种类和药物输注量，从而使血糖到达理想水平，实现闭环人工胰腺药物输注系统的精准控制。
[0009]本专利技术公开了一种闭环人工胰腺药物输注控制系统，包括：输注模块，用于输出药物；程序模块，程序模块包括输入端和输出端，输入端包括多个电连接区，以接收当前血糖值，程序模块还预设混合人工胰腺算法，用于计算用户所需的胰岛素输注量，混合人工胰腺算法包括cPID算法和/或cMPC算法，cPID算法的输入为MPC算法的中间值，cMPC算法的输入为PID算法的输出值，输出端和输注模块电连接后，程序模块控制输注模块根据计算的用户所需的药物量输出药物；和设置有至少两个检测电极的输注软管，输注软管为药物输注通
道，电极设置于输注软管的管壁，当输注软管被安装至工作位置时，输注软管与输注模块连通，药物经输注软管流向体内，且不同的电极分别与不同的电连接区电连接，以当前血糖值输入程序模块。
[0010]根据本专利技术的一个方面，cPID算法是根据通过MPC算法的预测模型预测的当前时刻的血糖值进行计算的，计算式为：
[0011][0012]其中：
[0013]K
P
是比例部分的增益系数；
[0014]K
I
是积分部分的增益系数；
[0015]K
D
是微分部分的增益系数；
[0016]G
MPC(t)
表示通过MPC预测模型预测的当前时刻的血糖值；
[0017]G
B
表示目标血糖值；
[0018]C表示常数；
[0019]cPID(t)表示发送给胰岛素输注系统的输注指示。
[0020]根据本专利技术的一个方面，cPID算法是根据通过MPC算法的预测模型预测的当前时刻的血糖值进行风险转化后再计算的，计算式为：
[0021][0022]其中：
[0023]K
P
是比例部分的增益系数；
[0024]K
I
是积分部分的增益系数；
[0025]K
D
是微分部分的增益系数；
[0026]r
MPC(t)
表示基于MPC预测模型预测的当前时刻的血糖值进行风险转换后的血糖风险；
[0027]G
B
表示目标血糖值；
[0028]C表示常数；
[0029]rcPID(t)表示发送给胰岛素输注系统的输注指示。
[0030]根据本专利技术的一个方面，血糖风险空间转换方法包括分段加权法，相对值转换，血糖风险指数转换和改进的控制易变性网格分析转换的一种或多种。
[0031]根据本专利技术的一个方面，血糖风险空间转换方法中还包括以下一种或多种处理方式：
[0032]①
扣除和预测的血浆胰岛素浓度估计成比例的分量；
[0033]②
扣除在体内尚未起其作用的胰岛素量；
[0034]③
采用自回归方法对血液葡萄糖和组织间液葡萄糖浓度感测延迟进行补偿。
[0035]根据本专利技术的一个方面，cMPC算法的预测模型中的当前时刻的胰岛素输注量是通过rPID算法计算的，预测模型为：
[0036]x
t+1
＝Ax
t
+BI
PID(t)
[0037]G
t
＝Cx
t
[0038]其中：
[0039]x
t+1
表示下一时刻的状态参数，
[0040]x
t
表示当前时刻的状态参数，
[0041]I
PID(t)
表示通过PID算法计算的当前时刻的胰岛素输注量；
[0042]G
t
表示当前时刻的血糖浓度。
[0043]参数矩阵如下：
[0044][0045][0046]C＝[1 0 0][0047]b1,b2,b3,K为先验值。
[0048]根据本专利技术的一个方面，cMPC算法的预测模型中的当前时刻的胰岛素输注量是通过rPID算法计算的，预测模型为：
[0049]x
t+1
＝Ax
t
+BI
rPID(t)
[0050]G
t
＝Cx
t
[0051]其中：
[0052]x
t+1
表示下一时刻的状态参数，
[0053]x
t
表示当前时刻的状态参数，
[0054]I
rPID(t)
表示通过rPID算法计算的当前时刻的胰岛素输注量；
[0055]G
t
表示当前时刻的血糖浓度。
[0056]参数矩阵如下：
[0057][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，包括：输注模块，所述输注模块用于输出药物；程序模块，所述程序模块包括输入端和输出端，所述输入端包括多个电连接区，以接收当前血糖值，所述程序模块还预设有混合人工胰腺算法，用于计算用户所需的药物量，所述混合人工胰腺算法包括cPID算法和/或cMPC算法，所述cPID算法的输入为MPC算法的中间值，所述cMPC算法的输入为PID算法的输出值，所述输出端和所述输注模块电连接后，所述程序模块控制所述输注模块根据所述计算的用户所需的药物量输出药物；和设置有至少两个检测电极的输注软管，所述输注软管为药物输注通道，所述电极设置于所述输注软管的管壁，当所述输注软管被安装至工作位置时，所述输注软管与所述输注模块连通，药物经所述输注软管流向体内，且不同的所述电极分别与不同的所述电连接区电连接，以将当前血糖值输入所述程序模块。2.根据权利要求1所述的闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，所述cPID算法是根据通过所述MPC预测模型预测的当前时刻的血糖值进行计算的，计算式为：其中：K
P
是比例部分的增益系数；K
I
是积分部分的增益系数；K
D
是微分部分的增益系数；G
MPC(t)
表示通过MPC预测模型预测的当前时刻的血糖值；G
B
表示目标血糖值；C表示常数；cPID(t)表示发送给胰岛素输注系统的输注指示。3.根据权利要求2所述的闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，所述cPID算法是根据通过所述MPC算法的预测模型预测的当前时刻的血糖值进行风险转化后再计算的，计算式为：其中：K
P
是比例部分的增益系数；K
I
是积分部分的增益系数；K
D
是微分部分的增益系数；r
MPC(t)
表示基于MPC预测模型预测的当前时刻的血糖值进行风险转换后的血糖风险；G
B
表示目标血糖值；C表示常数；rcPID(t)表示发送给胰岛素输注系统的输注指示。4.根据权利要求3所述的闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险转换方法包括分段加权法，相对值转换，血糖风险指数转换和改进的控制易变性网格分析
转换的一种或多种。5.根据权利要求4所述的闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险转换方法中还包括以下一种或多种处理方式：
①
扣除和预测的血浆胰岛素浓度估计成比例的分量；
②
扣除在体内尚未起其作用的胰岛素量；
③
采用自回归方法对血液葡萄糖和组织间液葡萄糖浓度感测延迟进行补偿。6.根据权利要求1所述的闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，所述cMPC算法的预测模型中的当前时刻的胰岛素输注量是通过所述PID算法计算的，所述预测模型为：x
t+1
＝Ax
t
+BI
PID(t)
G
t
＝Cx
t
其中：x
t+1
表示下一时刻的状态参数，x
t
表示当前时刻的状态参数，I
PID(t)
表示通过PID算法计算的当前时刻的胰岛素输注量；G
t
表示当前时刻的血糖浓度。参数矩阵如下：参数矩阵如下：C＝[1 0 0]b1，b2，b3，K为先验值。7.根据权利要求1所述的闭环人工胰腺药物输注控制系统，其特征在于，所述cMPC算法的预测模型中的当前时刻的胰岛素输注量是通过rPID算法计算的，所述预测模型为：x
t+1
＝Ax
t
+BI
rPID(t)
G
t
＝Cx
t
其中：x
t+1
表示下一时刻的状态参数，x
t
表示当前时刻的状态参数，I
rPID(t)
表示通过rPID算法计算的当前时刻的胰岛素输注量；G
t
表示当前时刻的血糖浓度。
参数矩阵如下：参数矩阵如下：C＝[1 0 0]b1，b2，b3K为先验值。8.根据权利要求7所述的闭环...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨翠军，
申请(专利权)人：上海移宇科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：