[发明专利]基于模型预测控制的大剂量胰岛素全自动智能输注方法和装置

权利要求书

1.一种基于模型预测控制的大剂量胰岛素设计和输注方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

(1)利用动态血糖监测系统(CGMS)输出的血糖浓度值，估计血糖变化率，根据血糖变化率，判断患者是否有进食；

(2)如果判断患者确实进食，则马上输注初始大剂量胰岛素，并进行未来血糖水平预测，每半个小时判断一次是否追加大剂量胰岛素；

(3)实时监测血糖浓度是否开始下降：如果没有下降，则返回步骤(2)；如果开始下降，则判断未来是否有低血糖风险，如果有低血糖风险，则暂停基础胰岛素注射。

(4)血糖进入安全范围后，停止注射胰岛素。

2.根据权利要求1所述的大剂量胰岛素设计方法，其特征在于：步骤(1)中，使用二阶线性动态模型和强跟踪滤波器来估计血糖变化率，根据血糖变化率是否大于某阈值来检测是否有进食。

3.根据权利要求2所述的大剂量胰岛素设计方法，其特征在于：判断是否有进食的血糖变化率阈值根据患者的历史数据统计分析得到，通常可以选择1.5-3mg/dL/min(毫克每升每分钟)之间。

4.根据权利要求1所述的大剂量胰岛素设计方法，其特征在于：步骤(2)中，在饮食刚被检测出来的时刻，初始大剂量由患者历史平均饮食大小确定；为了提高安全性，利用历史平均饮食大小的1/3至1/2来计算初始大剂量。

5.根据权利要求1所述的大剂量胰岛素设计方法，其特征在于：步骤(2)中，由基于离散传递函数的两输入单输出预测模型来预测未来血糖水平。

6.根据权利要求5所述的胰岛素注射方法，其特征在于：追加大剂量由模型预测控制方法来设计，由下面两个因素决定：未来血糖水平与设定值之间的差距；以及胰岛素输注速度的变化程度。

7.根据权利要求1所述的大剂量胰岛素设计方法，其特征在于：步骤(3)中，血糖进入下降通道后，基于血糖预测值，判断是否暂停注射胰岛素；预测步长选为30-60分钟；暂停时长为60-90分钟。

8.一种基于模型预测控制的大剂量胰岛素设计和输注装置，其特征在于：

在患者身体上，设置有：

胰岛素泵41，内含一定剂量的胰岛素，可以在自动设计大剂量胰岛素系统的控制下进行精确量注射；

和CGMS动态血糖监测系统42，用于实时监测糖尿病患者血糖浓度，并将数据发送给自动设计大剂量胰岛素系统的控制器；

患者体外设置有自动设计大剂量胰岛素系统控制模块，包括以下部件：

通信模块43用于胰岛素泵41、CGMS动态血糖监测系统42和控制器45之间的数据传输，

存储器44用于存储系统程序数据，还有患者的历史饮食量数据、历史血糖浓度等病患数据；

用户输入模块46，用于患者向系统输入控制信息，进行控制；

显示模块47，用于向患者显示胰岛素注射信息、血糖浓度信息、血糖过高或过低报警信息等数据；

控制器45，控制整个系统，根据CGMS读数估计血糖变化率，判断患者有进食后输入初始大剂量胰岛素，每隔30分钟注射一次大剂量胰岛素，直到血糖值进入安全范围。

9.根据权利要求8所述的大剂量胰岛素设计和输注装置，其特征在于，控制器45包含如下模块：

饮食检测模块451，用于根据患者血糖变化率判断患者是否有进食；

血糖预测模块452，用于预测未来时间患者的血糖浓度值；

大剂量设计模块453，用于根据血糖预测模块452计算得到的未来血糖水平与设定值之间的差距，以及胰岛素输注速度的变化程度，来计算每隔30分钟应该注射的大剂量胰岛素数量。