[发明专利]一种人工胰腺的闭环控制算法

权利要求书

1.一种闭环控制的人工胰腺，包括：

a)葡萄糖传感器，用于以离散的时间间隔连续测量血糖值并提供相应的血糖测量数据；

b)胰岛素泵，用于响应输注控制信号并输注胰岛素；以及

c)控制器，用于在多个离散时间间隔中的每一个进行如下步骤：

i)从葡萄糖传感器获取真实时刻的血糖测量值；

ii)计算指定时刻的体内血浆胰岛素估算浓度；

iii)构建一个自回归模型，用于描述所述血浆胰岛素估算浓度与两次连续测量所得的血糖测量值之差的关系；

iv)计算所述自回归模型的初始参数以预测未来血糖的变化趋势；

v)用所述自回归模型和一个PID控制器分别计算当前所需的胰岛素输注量；

vi)分别调整所述自回归模型和所述PID控制器的参数直到两者对所需胰岛素输注量的计算结果相同；

vii)根据步骤vi)的最终计算结果决定胰岛素输注量；并

viii)通过控制器指示胰岛素泵进行输注。

2.根据权利要求1所述的人工胰腺，其特征在于，

所述控制器是所述葡萄糖传感器、所述胰岛素泵、外置手持机中的处理器或智能设备的处理模块之一。

3.根据权利要求1所述的人工胰腺，其特征在于，

所述胰岛素估算浓度通过以下公式进行计算：

其中,

I_p(t)表示时间为t-T₀时刻的血浆胰岛素估算浓度；

t表示时间；

T₀表示胰岛素吸收延时；

T₁表示胰岛素输注周期；

τ₁和τ₂为时间常数， 单位为分钟，与胰岛素皮下吸收率有关；

Kcl表示胰岛素清除率；

I_B表示在时间t＝0输注的胰岛素大剂量的脉冲幅值。

4.根据权利要求1所述的人工胰腺，其特征在于，

所述自回归模型为：

Y_t’＝kI_p(t)+b

其中,

I_p(t)表示时间为t-T₀时刻的血浆胰岛素估算浓度；

Y_t’表示两次连续测量所得的血糖测量值之差；

参数k和b由下式计算：

其中，

C_(n-t)表示t-T₀分钟 时刻的血浆胰岛素估算浓度；

C_(n-t-1)表示t-T₀-2分钟时刻的血浆胰岛素估算浓度；

C_(n-t-k)表示t-T₀-2k分钟时刻的血浆胰岛素估算浓度；

y_(n)表示t时刻和t-2分钟时刻的血糖测量差值；

y_(n-1)表示t-2分钟和t-4分钟时刻的血糖测量差值；

y_(n-k)表示t-2k分钟和t-2(k+1)分钟时刻的血糖测量差值。

5.根据权利要求1所述的人工胰腺，其特征在于，

PID控制器计算当前所需的胰岛素输注量采用如下公式：

其中，

γ表示的校正因子是一个常数；

I_s是表征输注部位的校正因子；

I_p是表征血浆胰岛素估算值的校正因子；

I_E是表征效应位点隔室的校正因子；

K_p＝K_d/30

其中，

W表示特定患者的体重；

Si表示该特定患者的胰岛素敏感因子；

Q是常数。