[發明專利]一種預防低血糖現象的閉環胰島素輸注系統

有效

• 申請號: 202011077604.8
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112402731B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 金浩宇;劉文平;陳婷
• 申請（專利權）人: 廣東食品藥品職業學院;金浩宇;劉文平
• 主分類號: A61M5/142
• 分類號: A61M5/142
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種預防低血糖現象的閉環胰島素輸注系統，其特征在于，包括血糖值檢測模塊、控制器、胰島素泵和程序模塊，其中，

所述的血糖值檢測模塊用于采集使用者的血糖值，血糖值檢測模塊的輸出端與控制器的輸入端信號連接；

所述的胰島素泵用于給使用者輸注胰島素，所述的胰島素泵的輸入端與控制器的輸出端信號連接；

所述的程序模塊通過血糖值檢測模塊采集使用者的血糖值，結合CARIMA模型、最小方差控制算法和自適應控制加權因子λ調節胰島素泵的輸注速率；

所述的自適應控制加權因子λ通過下式進行表達：

λ＝(ξ×u)^Δy

式中，所述的ξ表示預設值；所述的u表示偏離度；所述的Δy表示血糖值的變化量

所述的程序模塊包括以下步驟：

通過血糖值檢測模塊采集當前的使用者的血糖值；

根據當前的使用者的血糖值，通過CARIMA模型和丟番圖方程得到未來的使用者的血糖變化的預測值；

根據未來的使用者的血糖變化的預測值，通過最小方差控制模型計算胰島素泵的控制輸入增量；其中，最小方差控制使用的控制加權因子是自適應控制加權因子；

基于閉環控制的思想，對胰島素泵的控制輸入增量進行迭代優化；

所述的“根據未來的使用者的血糖變化的預測值，通過最小方差控制模型計算胰島素泵的控制輸入增量”包括以下內容：

式中，所述的J表示胰島素泵的輸注速率；所述的n表示預測長度；所述的λ表示自適應控制加權因子；所述的m表示控制長度；所述的w(k+j)通過下式進行表達：

W＝Qy(k)+My_r(j＝1，2，...，n)

式中，所述的y_r表示參考曲線；所述的y(k)表示當前的使用者的血糖值；

所述的Q通過下式進行表達：

Q＝[α，α²，...，αⁿ]^T

所述的α表示自適應柔化因子；

所述的M通過下式進行表達：

M＝[1-α，1-α²，...，1-αⁿ]^T

所述的自適應控制加權因子包括以下內容：

人為設定血糖期望值

根據當前的使用者的血糖值y(k)，計算當前的使用者的血糖值與血糖期望值的偏離度u；

計算當前的使用者的血糖值的變化量Δy

通過偏離度u和變化量Δy計算自適應控制加權因子λ；

所述的偏離度u通過下式進行表達：

所述的變化量Δy通過下式進行表達：

Δy＝y(k)-y(k-1)

所述的y(k-1)表示前一時刻的使用者的血糖值；

所述的“基于閉環控制的思想，對胰島素泵的控制輸入增量進行迭代優化”包括以下子步驟：

S1：將胰島素泵的控制輸入增量作為CARIMA模型的輸入值，對使用者的血糖變化的預測值進行更新；

S2：根據更新后的使用者的血糖變化的預測值作為最小方差控制模型的輸入，更新胰島素泵的控制輸入增量；其中，最小方差控制使用的控制加權因子是自適應控制加權因子，所述的自適應控制加權因子會根據血糖值的變化而調節自身數值的大小；

S3：循環執行S1～S2，實現對胰島素泵的控制輸入增量進行迭代優化。

2.根據權利要求1所述的閉環胰島素輸注系統，其特征在于，所述的“根據當前的使用者的血糖值，通過CARIMA模型和丟番圖方程得到未來的使用者的血糖變化的預測值”

通過CARIMA模型和丟番圖方程，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時刻的血糖值；所述的y(k+j)表示使用者在k時刻超前j步的血糖值的預測值；Δu(k+j-1)表示胰島素泵在k時刻的控制輸入增量；所述的n表示最大預測長度；所述的G_j(z^-1)表示胰島素泵在k時刻的控制輸入增量的權重系數；所述的F_j(z^-1)表示血糖值的權重系數；所述的z^-1為后移1步的算子。