闭环人工胰腺胰岛素输注个性化控制系统的制作方法

本发明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个性化控制系统。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、目前，考虑到个体间生理特征的巨大差异，每个个体参数和人群均值的参数间也必然存在着较大不同。采用统一的人工胰腺模型来处理具有广泛差异的不同个体，必然存在着人体-模型不匹配的问题，并不能使每个患者的都得到理想的血糖控制。

4、因此，现有技术亟需一种具有个性化设置的闭环人工胰腺胰岛素输注个性化控制系统。

技术实现思路

1、本发明实施例公开了一种闭环人工胰腺胰岛素输注个性化控制系统，该系统中预设根据用户体重bw调整算法的增益系数的自适应单元，可以根据用户的体重调整响应算法的增益系数，便于根据用户的实际情况进行个性化设置，更能满足用户的真实需求，提高用户体验。

2、本发明公开了一种闭环人工胰腺胰岛素输注个性化控制系统，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，程序模块中预设用于计算胰岛素输注指示的算法、根据用户体重bw调整所述算法的增益系数的自适应单元和预设的目标血糖值gb；和输注模块，与程序模块相连，根据计算胰岛素输注指示的算法计算得出的胰岛素输注指示，程序模块控制输注模块输注胰岛素。

3、根据本发明的一个方面，计算胰岛素输注量的算法为经典pid算法或rpid算法，比例部分的增益系数kp与用户体重bw的关系为：

4、kp＝dir/(bw*m)

5、其中，

6、dir表示全天胰岛素需求量，u；

7、bw表示用户体重，kg；

8、m表示用户体重补偿系数。

9、根据本发明的一个方面，用户体重补偿系数m取值为50～500。

10、根据本发明的一个方面，dir与体重bw的比例系数范围为0.6-1.1u/kg。

11、根据本发明的一个方面，计算胰岛素输注量的算法为经典mpc算法或rmpc算法，经典mpc算法或风险rmpc算法的增益系数k与用户体重bw的关系为：

12、

13、其中，

14、c为安全系数；

15、s为临床经验系数；

16、e为体重调整系数，u/kg。

17、根据本发明的一个方面，安全系数c取值为1.25～3。

18、根据本发明的一个方面，临床经验系数s取值为1500～2500。

19、根据本发明的一个方面，体重调整系数e取值为0.6～1.1u/kg。

20、根据本发明的一个方面，增益系数kp或k可通过与基础胰岛素需求量相关的系数进行调整：

21、k′p＝kp*sb(t)；k′＝k*sb(t)，

22、其中，

23、sb(t)为t时的基础胰岛素需求量b(t)和全天基础胰岛素量均值ba的比值：

24、sb(t)＝b(t)/ba。

25、根据本发明的一个方面，全天基础胰岛素量均值ba为：

26、ba＝y*dir/24，

27、其中，y为基础胰岛素量补偿系数。

28、根据本发明的一个方面，基础胰岛素量补偿系数y取值为0.1～5。

29、根据本发明的一个方面，基础胰岛素需求量b(t)采用分段设置：

30、①当时间t为凌晨0点到4点时，b(t)＝0.5*dir/48；

31、②当时间t为凌晨4点到上午10点时，b(t)＝1.5*dir/48；

32、③当时间t为上午10点到凌晨0点时，b(t)＝dir/48。

33、根据本发明的一个方面，风险rmpc算法和风险rpid算法分别在经典pid算法和经典mpc算法的基础上，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。

34、根据本发明的一个方面，rmpc算法或rpid算法的血糖风险r的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。

35、根据本发明的一个方面，血糖风险r计算为：

36、

37、根据本发明的一个方面，血糖风险r计算系为：

38、

39、根据本发明的一个方面，血糖风险r计算为：

40、

41、其中，

42、r(g)＝10*f(g)2

43、其中，f(g)为转换函数，其计算式为：

44、f(g)＝1.509*[(ln(g))1.084-5.381]。

45、根据本发明的一个方面，血糖风险r计算为：

46、

47、根据本发明的一个方面，当所述当前血糖值g大于目标血糖值gb时，所述血糖风险r计

48、算为：

49、r＝r(g),ifg＞gb

50、其中，

51、r(g)＝10*f(g)2，

52、其中，f(g)为转换函数，其计算式为：

53、f(g)＝1.509*[(ln(g))1.084-5.381]；

54、当所述当前血糖值g不大于目标血糖值gb时，所述血糖风险r计算为：

55、r＝g-gb,ifg≤gb。

56、根据本发明的一个方面，当当前血糖值g不大于目标血糖值gb时，血糖风险r计算为：

57、r＝-r(g),ifg≤gb

58、其中：

59、r(g)＝10*f(g)2

60、转换函数f(g)下：

61、f(g)＝1.509*[(ln(g))1.084-5.381]

62、当当前血糖值g大于目标血糖值gb时，所述血糖风险r计算为：

63、r＝-4.8265*104-4*g2+0.45563*g-44.855,ifg＞gb。

64、根据本发明的一个方面，当当前血糖值g不大于目标血糖值gb时，血糖风险r计算为：

65、r＝-r(g),ifg≤gb

66、其中：

67、r(g)＝10*f(g)2

68、转换函数f(g)如下：

69、f(g)＝1.509*[(ln(g))1.084-5.381]

70、当当前血糖值g大于目标血糖值gb时，血糖风险r计算为：

71、

72、根据本发明的一个方面，当当前血糖值g不大于目标血糖值gb时，血糖风险r计算为：

73、r＝-r(g),ifg≤gb

74、其中:

75、r(g)＝10*f(g)2

76、转换函数f(g)如下：

77、f(g)＝1.509*[(ln(g))1.084-5.381]

78、当当前血糖值g大于目标血糖值gb时，血糖风险r计算为：

79、r＝100*(g-gb)/g,ifg＞gb。

80、根据本发明的一个方面，rpid算法或rmpc算法中还包括以下一种或多种处理方式：

81、①扣除和预测的血浆胰岛素浓度估计成比例的分量；

82、②扣除在体内尚未起其作用的胰岛素量；

83、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。

84、根据本发明的一个方面，检测模块、程序模块和输注模块中的其中两个模块互相连接组成一个整体结构，并与第三个模块分别粘贴在皮肤的不同位置。

85、根据本发明的一个方面，检测模块、程序模块和输注模块相连接组成一个整体结构，并粘贴在皮肤的同一位置。

86、与现有技术相比，本发明的技术方案具备以下优点：

87、在本发明公开的闭环人工胰腺胰岛素输注个性化控制系统中，该系统中预设根据用户体重bw调整算法的增益系数的自适应单元，可以根据用户的体重调整响应算法的增益系数，便于根据用户的实际情况进行个性化设置，更能满足用户的真实需求，提高用户体验。

88、进一步的，算法的增益系数中引入与不同时间段的基础胰岛素需求量相关的系数sb(t)，使增益系数随着时间的变化而调整，满足用户在不同时段的胰岛素需求，进一步提高用户体验。

89、进一步的，预设算法为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rpid算法或rmpc算法，提高输注结果的准确性和可靠性。

90、进一步的，检测模块、程序模块和输注模块相连接组成一个整体结构，并粘贴在皮肤的同一位置。三个模块连接成一个整体并粘贴在同一位置，用户皮肤粘贴设备的数量将减少，进而减弱因粘贴较多设备对用户活动伸展的干扰；同时，也有效解决了分离设备之间无线通信不畅的问题，进一步增强用户体验。