[发明专利]一种人工胰腺的闭环控制算法

说明书

本发明提供了一种人工胰腺的闭环控制方法以及使用该方法的人工胰腺，所述方法主要包括构建一个主动引入了胰岛素吸收延迟因素的自回归模型，用该自回归模型和PID算法分别计算所需的胰岛素输注量，并取两者计算结果的平均值分别循环优化两者的参数，以提供更准确的血糖趋势预测以及更合适的胰岛素输注量。

技术领域

本发明涉及人工胰腺，具体地说，涉及一种用控制器控制胰岛素输注的闭环算法。

背景技术

糖尿病是由于胰腺不能产生足量的胰岛素导致的慢性代谢疾病，该病导致身体代谢葡萄糖的能力降低。近来，通过开发胰岛素输注装置已经实现了糖尿病治疗的实质性改善，所述胰岛素输注装置减轻了患者通过注射器或胰岛素每日多次注射的需要。胰岛素输注装置能够实现与自然生理过程具有更大相似性的方式输注胰岛素，并且可以控制胰岛素输注装置以标准方案或个性化调整方案给予患者更好的血糖控制。此外，胰岛素输注装置可以是用于皮下输注的可植入装置或者作为具有输注装置的外部装置，通过经皮插入导管，套管或经皮药物输送来实现对患者的皮下输注。

为了实现可接受的血糖控制，血糖监测必不可少。在过去几十年中，利用动态血糖监测(CGM)系统和胰岛素泵的联合使用，以实现对输送至糖尿病患者的胰岛素进行闭环控制。为了实现闭环控制的胰岛素输注，比例-积分-微分(“PID”) 控制器与人体内葡萄糖和胰岛素之间的代谢及相互作用的数学模型被广为研究使用。然而，当PID控制器单独应用或用于主动调节受试者的血糖水平时，由于缺乏动态补偿，可能发生设定水平的过冲，这在血糖调节中是与期望背道而驰的。在胰岛素泵中，通常使用速效胰岛素而不是长效胰岛素，胰岛素泵通常允许改变使用的胰岛素，且快速作用胰岛素通常吸收更快。然而，输注的效果根据不同患者的具体情况和胰岛素的类型而变化，并且当下市场上的胰岛素泵仍然受其使用的胰岛素运输、吸收速度的限制。尽管泵与传感器技术这些年来取得了重大突破，但人工胰腺必须解决血糖传感器及胰岛素注射中存在的延时及不准确问题。这是一个相当棘手的问题，这是由于当一个系统被像进食这样的行为干扰时，会引起快速的葡萄糖升高，这要比胰岛素吸收更起效所需的时间快多了

发明内容

为了克服现有技术的以上不足，本发明的一个目的是提供一种用控制器控制胰岛素泵的方法，所述控制器从葡萄糖传感器获取数据，且所述胰岛素泵响应所述控制器的控制信号，所述方法包括以下步骤：

从葡萄糖传感器获取当前时刻的血糖测量值；

计算指定时刻的体内血浆胰岛素估算浓度；

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，其特征在于模型构建中考虑了胰岛素的吸收延迟；

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；

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；

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；

根据计算结果决定当前所需的胰岛素输注量，并通过控制器指示胰岛素泵进行输注。

优选地，所述自回归模型将B时刻的血糖值与A时刻的血浆胰岛素值对应，所述A时刻输注的胰岛素开始于B时刻进入血液中。

优选地，调整所述自回归模型和所述PID控制器的参数还包括以下步骤：

比较所述自回归模型和所述PID控制器的各自计算得到的所需胰岛素输注量；

如果两者的计算结果存在差值，则将所述自回归模型和所述PID控制器对所需胰岛素输注量的计算结果分别用两者计算结果的平均值替换，重新计算所述自回归模型和所述PID控制器的参数；

重复上述步骤直到差值为零。