一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统。该系统包括：可穿戴血糖监测子模块，用于利用可穿戴设备通过无创方式获取血糖传感信号；饮食运动监测子模块，用于获得能够引起待测者血糖浓度变化的饮食监测数据和运动监测数据；计算控制子模块，用于根据血糖传感信号、饮食监测数据和运动监测数据，利用经训练的深度学习模型，获得胰岛素输注相关信息；胰岛素输注子模块，用于自动实施胰岛素输注；效果评估子模块，用于对胰岛素输注效果进行评估，并将评估结果反馈至计算控制子模块以供其确定是否更新所述胰岛素输注相关信息。本发明专利技术能提供一种便捷、舒适、低成本、高适用性、高可靠性的闭环人工胰腺系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统
本专利技术涉及医疗健康
，更具体地，涉及一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统。
技术介绍
糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，高血糖的发生是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，或两者兼有引起。目前糖尿病尚无切实可行的根治方法，糖尿病患者，尤其是I型糖尿病患者，需通过测量血糖浓度来及时调整胰岛素的剂量，进而控制血糖水平，预防或减轻糖尿病并发症。目前控制血糖水平的方法包括：1)利用微创血糖仪获取患者的血糖浓度，根据血糖浓度来调整胰岛素的剂量，该方法需要频繁扎指采血，会给患者造成较大疼痛，而且有感染的危险，且该方法无法实现实时地胰岛素剂量调整；2)利用植入式连续血糖监测(CGM)传感器实现患者血糖浓度的自动获取，同时佩戴胰岛素输注泵，胰岛素输注泵根据血糖浓度自动调整胰岛素的输注剂量，形成一个人工胰腺系统。然而植入式CGM传感器可能会造成一些患者出现过敏、感染等现象，且传感器寿命较短，需定期更换。此外，目前的人工胰腺系统一般只考虑日常生活条件，当患者处于饮食、运动等情况时，人工胰腺系统的胰岛素剂量自动调整功能表现的不尽如人意。人工胰腺系统主要由持续血糖监测仪、计算控制系统和胰岛素输注泵组成。持续血糖监测仪用于实时获取血糖浓度数据，计算控制系统基于接收的血糖浓度数据，计算并实时自动调节胰岛素输注速率，进而保证替代胰腺内分泌功能的准确性。在现有技术中，人工胰腺系统存在的缺陷有：人工胰腺系统通过植入式CGM传感器实现血糖浓度数据的获取，植入式CGM传感器会造成患者出现过敏、感染等现象，且传感器寿命较短，需定期更换，使用成本大；目前人工胰腺系统未考虑饮食、运动对血糖浓度变化影响，导致人工胰腺系统在上述情况下的胰岛素自动输注功能表现较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统，实现血糖浓度的实时、无创监测，并根据血糖浓度的变化精确自动地调整胰岛素的输注剂量。本专利技术提供一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统，该系统包括：可穿戴血糖监测子模块：用于利用可穿戴设备通过无创方式获取反映待测者血糖浓度的血糖传感信号；饮食运动监测子模块：用于监测待测者的饮食行为和运动行为，获得能够引起待测者血糖浓度变化的饮食监测数据和运动监测数据；计算控制子模块：用于根据所述血糖传感信号、所述饮食监测数据和所述运动监测数据，利用经训练的深度学习模型，获得待测者的胰岛素输注相关信息；胰岛素输注子模块：用于根据所述胰岛素输注相关信息，对待测者自动实施胰岛素输注；效果评估子模块：用于对胰岛素输注效果进行评估，并将评估结果反馈至所述计算控制子模块以供其确定是否更新所述胰岛素输注相关信息。在一个实施例中，所述可穿戴血糖监测子模块包含低频传感器、第一中频传感器、第二中频传感器和高频传感器，所述低频传感器包含两个接收电极和两个激励电极，所述第一中频传感器和所述第二中频传感器各包括一个接收电极和一个激励电极，各电极以适于消除干扰的方式分布设置。在一个实施例中，所述低频传感器的激励源频率设置为10Hz至1kHz，用于获取表征血糖浓度的阻抗谱信息；所述第一中频传感器和所述第二中频传感器的激励源频率设置为1kHz至1GHz，用于获取表征血糖浓度的S21值；所述高频传感器的激励源频率设置为1GHz至10GHz，用于获取表征血糖浓度的S11值。在一个实施例中，所述计算控制子模块执行以下过程：设定输入矩阵D，表示为：其中，[a(t-N),a(t-N+1),a(t-N+2),a(t-N+3),...,a(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的低频传感器所获取的血糖传感信号，[b(t-N),b(t-N+1),b(t-N+2),b(t-N+3),...,b(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的第一中频传感器所获取的血糖传感信号，[c(t-N),c(t-N+1),c(t-N+2),c(t-N+3),...,c(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的第二中频传感器所获取的血糖传感信号，[d(t-N),d(t-N+1),d(t-N+2),d(t-N+3),...,d(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的高频传感器所获取的血糖传感信号，[e(t-N),e(t-N+1),e(t-N+2),e(t-N+3),...,e(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的卡路里摄入的速率，[f(t-N),f(t-N+1),f(t-N+2),f(t-N+3),...,f(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的运动类型，[g(t-N),g(t-N+1),g(t-N+2),g(t-N+3),...,g(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的运动强度，N表示总时间长度；设定输出矩阵Y：其中，y1表示胰岛素输注方式，y2表示每次胰岛素持续输注时间，y3表示胰岛素的输注速率；根据学习到的输入矩阵D和输出矩阵Y之间的映射关系Y＝M×D，获得待测者的所述胰岛素输注相关信息。在一个实施例中，映射矩阵M是通过预训练长短期记忆网络获得，该长短时记忆网络采用堆叠式架构，依次包括多个LSTM层的叠加和多个Dense层的叠加。在一个实施例中，所述胰岛素输注子模块通过利用微型电机驱动胰岛素输注泵，同时利用重力感应、近红外监控对输注过程进行监测，并且所述胰岛素输注子模块设有人体通信传输接口，以直接控制胰岛素输注泵。在一个实施例中，所述效果评估子模块执行以下过程：确定输入因子U＝{u1,u2,u3,u4}，输入因子U是待测者进行胰岛素输注后的预期血糖值U＝{u1,u2,u3,u4}，其中u1为t时刻的预期血糖值，u2为血糖预期波动幅度，u3为血糖预期变异系数，u4为血糖预期平均值；确定输出因子V＝{v1,v2,v3,v4}，其中v1为t时刻的真实血糖值，v2为血糖真实波动幅度，v3为血糖真实变异系数，v4为血糖真实平均值；建立从输入因子到输出因子的评估矩阵，得到从U→F(V)的映射矩阵；根据获得的映射矩阵评估当前采用的所述胰岛素输注相关信息的有效性。在一个实施例中，所述饮食监测数据包括饮食过程中卡路里摄入的速率和饮食的总持续时间，是通过可穿戴的摄像设备自动记录的待测者的饮食行为进行分析获得。在一个实施例中，所述饮食监测数据的获取过程包括：通过可穿戴摄像设备以预定频率获取被测者的图像信息，并将图像信息上传至云平台；在云平台通过利用卷积神经网络对每一帧图像进行识别与解析，当识别出被测者处于饮食状态时，则将该帧图像进行保存，并识别图像中的食品种类，计算卡路里总量；根据每帧图像的变化，自动分析被测者在饮食过程中卡路里摄入的速率和饮食的总持续时间。在一个实施例中，所述运动监测数据包括运动类型和运动强度，其是通过可穿戴的三轴运动传感器同时获取在x，y，z平面的速度、倾斜、冲击、振动、旋转多种类型的传感信号，进而利用深度学习模型识别出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统，包括：/n可穿戴血糖监测子模块：用于利用可穿戴设备通过无创方式获取反映待测者血糖浓度的血糖传感信号；/n饮食运动监测子模块：用于监测待测者的饮食行为和运动行为，获得能够引起待测者血糖浓度变化的饮食监测数据和运动监测数据；/n计算控制子模块：用于根据所述血糖传感信号、所述饮食监测数据和所述运动监测数据，利用经训练的深度学习模型，获得待测者的胰岛素输注相关信息；/n胰岛素输注子模块：用于根据所述胰岛素输注相关信息，对待测者自动实施胰岛素输注；/n效果评估子模块：用于对胰岛素输注效果进行评估，并将评估结果反馈至所述计算控制子模块以供其确定是否更新所述胰岛素输注相关信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可穿戴监测方法的闭环人工胰腺系统，包括：
可穿戴血糖监测子模块：用于利用可穿戴设备通过无创方式获取反映待测者血糖浓度的血糖传感信号；
饮食运动监测子模块：用于监测待测者的饮食行为和运动行为，获得能够引起待测者血糖浓度变化的饮食监测数据和运动监测数据；
计算控制子模块：用于根据所述血糖传感信号、所述饮食监测数据和所述运动监测数据，利用经训练的深度学习模型，获得待测者的胰岛素输注相关信息；
胰岛素输注子模块：用于根据所述胰岛素输注相关信息，对待测者自动实施胰岛素输注；
效果评估子模块：用于对胰岛素输注效果进行评估，并将评估结果反馈至所述计算控制子模块以供其确定是否更新所述胰岛素输注相关信息。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可穿戴血糖监测子模块包含低频传感器、第一中频传感器、第二中频传感器和高频传感器，所述低频传感器包含两个接收电极和两个激励电极，所述第一中频传感器和所述第二中频传感器各包括一个接收电极和一个激励电极，各电极以适于消除干扰的方式分布设置。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述低频传感器的激励源频率设置为10Hz至1kHz，用于获取表征血糖浓度的阻抗谱信息；所述第一中频传感器和所述第二中频传感器的激励源频率设置为1kHz至1GHz，用于获取表征血糖浓度的S21值；所述高频传感器的激励源频率设置为1GHz至10GHz，用于获取表征血糖浓度的S11值。


4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述计算控制子模块执行以下过程：
设定输入矩阵D，表示为：



其中，[a(t-N),a(t-N+1),a(t-N+2),a(t-N+3),...,a(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的低频传感器所获取的血糖传感信号，[b(t-N),b(t-N+1),b(t-N+2),b(t-N+3),...,b(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的第一中频传感器所获取的血糖传感信号，[c(t-N),c(t-N+1),c(t-N+2),c(t-N+3),...,c(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的第二中频传感器所获取的血糖传感信号，[d(t-N),d(t-N+1),d(t-N+2),d(t-N+3),...,d(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的高频传感器所获取的血糖传感信号，[e(t-N),e(t-N+1),e(t-N+2),e(t-N+3),...,e(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的卡路里摄入的速率，[f(t-N),f(t-N+1),f(t-N+2),f(t-N+3),...,f(t)]表示从(t-N)时刻至t时刻的运动类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂泽东，李景振，刘宇航，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44