闭环人工胰腺胰岛素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胰岛素输注控制系统，包括：检测模块，检测模块用于连续检测当前血糖值G；与检测模块相连接的程序模块，程序模块用于程序模块中预设有将在原始物理空间不对称的血糖转换到近似对称的血糖风险空间的rMPC算法和目标血糖值G

【技术实现步骤摘要】
闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统


[0001]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胰岛素输注控制系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]目前，为了实现闭环或半闭环控制的胰岛素输注，模型
‑
预测
‑
控制(MPC)算法使用预测模型对胰岛素泵输出在血糖变化下的未来行为进行预测，可以方便的处理额外输入，比如进餐，运动等，同时其模型参数的生理意义明确，便于个性化设置及优化，实现对胰岛素输注的调控，从而被广泛研究使用。然而由于MPC算法面临准确模型很难建立及运算量大的困境，也导致MPC算法能出现预测的输注偏差。
[0005]因此，现有技术亟需一种含有优化后的MPC算法的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例公开了一种闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，该系统中的rMPC算法将在原始物理空间不对称的血糖转换到近似对称的血糖风险空间，同时考虑血糖的近期变化和分布的不对称性，具有精准、灵活的优势，实现闭环人工胰胰岛素腺输注系统的精准控制。
[0007]本专利技术公开了一种闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，包括：检测模块，检测模块用于连续检测当前血糖值G；与检测模块相连接的程序模块，程序模块用于程序模块中预设有将在原始物理空间不对称的血糖转换到近似对称的血糖风险空间的rMPC算法和目标血糖值G
B
，rMPC算法根据血糖风险计算胰岛素输注指示；和输注模块，输注模块与程序模块相连，根据rMPC算法计算的胰岛素输注指示，程序模块控制输注模块输注胰岛素。
[0008]根据本专利技术的一个方面，rMPC算法包括预测模型，价值函数和约束条件，预测模型为：
[0009]x
t+1
＝Ax
t
+BI
t
[0010]G
t
＝Cx
t
[0011]其中：
[0012]x
t+1
表示下一时刻的状态参数，
[0013]x
t
表示当前时刻的状态参数，
[0014]I
t
表示当前时刻的胰岛素输注量；
[0015]G
t
表示当前时刻的血糖浓度。
[0016]参数矩阵如下：
[0017][0018][0019]C＝[1 0 0][0020]b1,b2,b3,K为先验值。
[0021]价值函数为：
[0022][0023]其中：
[0024]I
′
t+j
表示第j步后胰岛素输注量的变化；
[0025]r
t+j
表示第j步后血糖风险值；
[0026]t表示当前时刻；
[0027]N、P分别为控制时间窗口和预测时间窗口内的步数；
[0028]R为其中胰岛素分量的加权系数。
[0029]根据本专利技术的一个方面，血糖风险r
t+j
计算为：
[0030][0031]G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。
[0032]根据本专利技术的一个方面，血糖风险r
t+j
与计算关系为：
[0033][0034]G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。
[0035]根据本专利技术的一个方面，血糖风险r
t+j
计算为：
[0036][0037]其中，
[0038]r(G
t+j
)＝10*f(G
t+j
)2[0039]其中，f(G
t+j
)为转换函数，其计算式为：
[0040]f(G
t+j
)＝1.509*[(ln(G
t+j
))
1.084
‑
5.381][0041]G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。
[0042]根据本专利技术的一个方面，血糖风险r
t+j
计算为：
[0043][0044]G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。
[0045]根据本专利技术的一个方面，血糖风险r
t+j
的最大值限定为：|r
t+j
|＝min(|r
t+j
|,n)。
[0046]根据本专利技术的一个方面，限定最大值n取值为0～80mg/dL。
[0047]根据本专利技术的一个方面，r
t+j
限定最大值n取值为60mg/dL。
[0048]根据本专利技术的一个方面，当第j步时检测的血糖值G
t+j
大于目标血糖值G
B
时述血糖风险r
t+j
计算为：
[0049]r
t+j
=r(G
t+j
),if G
t+j
＞G
B
，
[0050]其中，
[0051]r(G
t+j
)＝10*f(G
t+j
)2[0052]其中，f(G
t+j
)为转换函数，其计算式为：
[0053]f(G
t+j
)＝1.509*[(ln(G
t+j
))
1.084
‑
5.381]；
[0054]当第j步时检测的血糖值G
t+j
不大于目标血糖值G
B
时，血糖风险r计算为：
[0055]r
t+j
＝G
t+j
‑
G
B
,if G
t+j
≤G
B
[0056]G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。
[0057]根据本专利技术的一个方面，血糖风险r
t+j
的最大值限定为：|r
t+j
|＝min(|r
t+j
|,n)。
[0058]根据本专利技术的一个方面，限定最大值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，包括：检测模块，所述检测模块用于连续检测当前血糖值G；与所述检测模块相连接的程序模块，所述程序模块中预设有将在原始物理空间不对称的血糖转换到在风险空间近似对称的血糖风险的rMPC算法和目标血糖值G
B
，所述rMPC算法根据血糖风险计算胰岛素输注指示；和输注模块，所述输注模块与所述程序模块相连，根据所述rMPC算法计算的胰岛素输注指示，所述程序模块控制所述输注模块输注胰岛素。2.根据权利要求1所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述rMPC算法包括预测模型，价值函数和约束条件，所述预测模型为：x
t+1
＝Ax
t
+BI
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
t
表示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。所述价值函数为：其中：I
′
t+j
表示第j步后胰岛素输注量的变化；r
t+j
表示第j步后血糖风险值；t表示当前时刻；N、P分别为控制时间窗口和预测时间窗口内的步数；R为其中胰岛素分量的加权系数。3.根据权利要求2所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险r
t+j
计算为：
G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。4.根据权利要求2所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险r
t+j
与计算关系为：G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。5.根据权利要求2所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，述血糖风险r
t+j
计算为：其中，r(G
t+j
)＝10*f(G
t+j
)2其中，f(G
t+j
)为转换函数，其计算式为：f(G
t+j
)＝1.509*[(ln(G
t+j
))
1.084
‑
5.381]G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。6.根据权利要求5所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险r
t+j
计算为：G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。7.根据权利要求6所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险r
t+j
的最大值限定为：|r
t+j
|＝min(|r
t+j
|，n)。8.根据权利要求7所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述限定最大值n取值为0～80mg/dL。9.根据权利要求8所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述限定最大值n取值为60mg/dL。10.根据权利要求2所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，当所述第j步时检测的血糖值G
t+j
大于目标血糖值G
B
时，所述血糖风险r
t+j
计算为：r
t+j
＝r(G
t+j
)，if G
t+j
＞G
B
，其中，r(G
t+j
)＝10*f(G
t+j
)2其中，f(G
t+j
)为转换函数，其计算式为：f(G
t+j
)＝1.509*[(ln(G
t+j
))
1.084
‑
5.381]；当所述第j步时检测的血糖值G
t+j
不大于目标血糖值G
B
时，所述血糖风险r计算为：
r
t+j
＝G
t+j
‑
G
B
，if G
t+j
≤G
B
G
t+j
表示在第j步时检测的血糖值。11.根据权利要求10所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述血糖风险r的最大值限定为：|r
t+j
|＝min(|r
t+j
|，n)。12.根据权利要求11所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述限定最大值n取值为0～80mg/dL。13.根据权利要求12所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，所述限定最大值n取值为60mg/dL。14.根据权利要求2所述的闭环人工胰腺胰岛素输注控制系统，其特征在于，当所述第j步时检测的血糖值G
t+j
不大于目标血糖值G
B
时，所述血糖风险r
t+j
计算为：r
t+j
＝
‑
r(G
t+j
)，if G
t+j
≤G
B
其中：r(G
t+j
)＝10*f(G
t+j
)2转换函数f(G
t+j
)下：f(G
t+j
)＝1.509*[(ln(G
t+j
))
1.084
‑
5.381]当所述第j步时检测的血糖值G
t+j
大于目标血糖值G
B
时，所述血糖风险r
t+j
计算为：r
t+j
＝
‑...

【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：