模糊邏輯）算法上的研宄成果，形成一種模糊自適應(yīng)比例微 積分控制算法，以控制胰島素輸注設(shè)備，即采用PID算法模擬人體0細(xì)胞分泌胰島素的生 理傳輸過程，作為基本模型，并采用FL算法對PID模型中的各參數(shù)進(jìn)行滾動優(yōu)化，對胰島素 輸注設(shè)備進(jìn)行智能控制，該模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法充分發(fā)揮了 PID和FL兩大算法 的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的閉環(huán)控制。
【附圖說明】
[0027] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中MPC算法原理示意圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)的控制原理圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明的模糊自適應(yīng)PID控制算法原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 實(shí)施例1 :
[0032] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0033] 如圖2所示，本實(shí)施例的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)包括連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備、智能控制 器和胰島素輸注設(shè)備，所述智能控制器通過無線信號（如藍(lán)牙、GSM/GPRS、2G、3G等）分別 與連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備和胰島素輸注設(shè)備連接；其中：
[0034]所述連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備，用于按照設(shè)定時(shí)間間隔對人體血糖濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測， 具有監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)無線發(fā)射功能，會將監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)送給智能控制器；
[0035] 所述智能控制器可以采用PLC控制器、51系列控制器、ARM系列控制器等，是整個 系統(tǒng)（人工胰腺）的核心，其內(nèi)置有模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法，用于實(shí)時(shí)接收連續(xù)血 糖監(jiān)測設(shè)備的人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí)人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用模糊自適應(yīng)比例微 積分控制算法，計(jì)算出實(shí)時(shí)的胰島素輸注設(shè)備給藥量，該實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量會發(fā) 送給胰島素輸注設(shè)備；
[0036] 所述胰島素輸注設(shè)備，用于接收智能控制器的實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，并根 據(jù)實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，對人體進(jìn)行實(shí)時(shí)輸注。
[0037] 如圖2和圖3所示，本實(shí)施例的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)控制過程如下：
[0038] 1)連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備按照設(shè)定時(shí)間間隔對人體血糖濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并將人體 血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給智能控制器；
[0039] 2)智能控制器接收連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備的人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí)人體血糖 監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用內(nèi)置的模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法，計(jì)算出實(shí)時(shí)的胰島素輸注設(shè)備給 藥量，然后將實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量發(fā)送給胰島素輸注設(shè)備；
[0040] 3)胰島素輸注設(shè)備接收智能控制器的實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，并根據(jù)實(shí)時(shí)胰 島素輸注設(shè)備給藥量，對人體進(jìn)行實(shí)時(shí)輸注。
[0041] 上述步驟2)中，所述模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法具體為：
[0042] 采用比例微積分（PID)算法模擬人體0細(xì)胞分泌胰島素的生理傳輸過程，作為基 本模型，并采用模糊邏輯（FL)算法對比例微積分算法建立的基本模型中的各個參數(shù)進(jìn)行 滾動優(yōu)化，如圖4所示，對胰島素輸注設(shè)備進(jìn)行智能控制，模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法 充分發(fā)揮了兩大算法的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的閉環(huán)控制；
[0043] 所述采用比例微積分算法模擬人體0細(xì)胞分泌胰島素的生理傳輸過程，作為基 本模型，該模型如下式所示：
[0044]
[0045] 其中，人體0細(xì)胞因血糖變化分泌的胰島素量PID(t)由比例（proportion)分 量、積分（integration)分量和微分（differentiation)分量構(gòu)成，G B為設(shè)定目標(biāo)血糖值， G為實(shí)時(shí)測量血糖值，Kp、K#PKD分別是比例分量、積分分量和微分分量的增益；所述比例分 量對應(yīng)于實(shí)測血糖值偏離目標(biāo)血糖值時(shí)的胰島素分泌量，當(dāng)實(shí)測血糖值等于目標(biāo)血糖值時(shí) 則為0,因而該分量對于保持日常的基礎(chǔ)胰島素輸注沒有任何貢獻(xiàn)；所述積分分量用于調(diào) 整血糖圍繞目標(biāo)值上下微幅波動時(shí)的胰島素分泌量，也是使血糖穩(wěn)定在目標(biāo)值時(shí)保持基礎(chǔ) 胰島素輸注量的唯一成分，由于積分分量僅在血糖圍繞目標(biāo)值微幅波動時(shí)微量調(diào)節(jié)胰島素 分泌，因而可以確保血糖能穩(wěn)定在目標(biāo)值；所述微分分量對應(yīng)于血糖快速變化時(shí)迅速調(diào)節(jié) 胰島素分泌。
[0046] 上述實(shí)施例中，所述連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備采用葡萄糖傳感器，一般采用葡萄糖氧化 酶傳感器；所述胰島素輸注設(shè)備采用胰島素泵。
[0047] 綜上所述，本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測到的人體血糖數(shù)據(jù)，利用智能控制器內(nèi)置的 模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法，自動、即時(shí)、微量、智能地調(diào)整胰島素輸注設(shè)備給藥量，從 而進(jìn)行實(shí)時(shí)輸注，形成胰島素輸注與連續(xù)血糖監(jiān)測的閉環(huán)控制系統(tǒng)，即人工胰腺，能夠大大 降低人體血糖的波動范圍，將血糖水平控制在設(shè)定的目標(biāo)區(qū)間，提高胰島素注射療法的精 確性和有效性，使糖尿病患者的血糖水平接近甚至達(dá)到正常人的標(biāo)準(zhǔn)，大大降低各種并發(fā) 癥的廣生，提尚患者的生存質(zhì)量。
[0048] 以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技 術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能控制的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)，其特征在于：包括連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備、智能 控制器和胰島素輸注設(shè)備，所述智能控制器分別與連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備和胰島素輸注設(shè)備連 接； 所述連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備，用于按照設(shè)定時(shí)間間隔對人體血糖濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測； 所述智能控制器，用于實(shí)時(shí)接收連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備的人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí) 人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用內(nèi)置的模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法，計(jì)算出實(shí)時(shí)的胰島素輸 注設(shè)備給藥量；其中，所述模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法具體為： 采用比例微積分算法模擬人體e細(xì)胞分泌胰島素的生理傳輸過程，作為基本模型，并 采用模糊邏輯算法對比例微積分算法建立的基本模型中的各個參數(shù)進(jìn)行滾動優(yōu)化，對胰島 素輸注設(shè)備進(jìn)行智能控制； 所述胰島素輸注設(shè)備，用于接收智能控制器的實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，并根據(jù)實(shí) 時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，對人體進(jìn)行實(shí)時(shí)輸注。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能控制的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)，其特征在于：所述采 用比例微積分算法模擬人體e細(xì)胞分泌胰島素的生理傳輸過程，作為基本模型，該模型如 下式所示：其中，人體0細(xì)胞因血糖變化分泌的胰島素量PID(t)由比例分量、積分分量和微分分 量構(gòu)成，Gb為設(shè)定目標(biāo)血糖值，G為實(shí)時(shí)測量血糖值，Kp、K#PKD分別是比例分量、積分分量 和微分分量的增益；所述比例分量對應(yīng)于實(shí)測血糖值偏離目標(biāo)血糖值時(shí)的胰島素分泌量， 當(dāng)實(shí)測血糖值等于目標(biāo)血糖值時(shí)則為O;所述積分分量用于調(diào)整血糖圍繞目標(biāo)值上下微幅 波動時(shí)的胰島素分泌量；所述微分分量對應(yīng)于血糖快速變化時(shí)迅速調(diào)節(jié)胰島素分泌。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能控制的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)，其特征在于：所述連 續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備采用葡萄糖傳感器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能控制的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)，其特征在于：所述胰 島素輸注設(shè)備采用胰島素泵。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能控制的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)，其特征在于：所述智 能控制器通過無線信號分別與連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備和胰島素輸注設(shè)備連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能控制的閉環(huán)式人工胰腺系統(tǒng)，包括：連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備，用于按照設(shè)定時(shí)間間隔對人體血糖濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測；智能控制器，用于實(shí)時(shí)接收連續(xù)血糖監(jiān)測設(shè)備的人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí)人體血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用內(nèi)置的模糊自適應(yīng)比例微積分控制算法，計(jì)算出實(shí)時(shí)的胰島素輸注設(shè)備給藥量；胰島素輸注設(shè)備，用于接收智能控制器的實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，并根據(jù)實(shí)時(shí)胰島素輸注設(shè)備給藥量，對人體進(jìn)行實(shí)時(shí)輸注。本發(fā)明能夠大大降低人體血糖的波動范圍，將血糖水平控制在設(shè)定的目標(biāo)區(qū)間，提高胰島素注射療法的精確性和有效性，使糖尿病患者的血糖水平接近甚至達(dá)到正常人的標(biāo)準(zhǔn)，大大降低各種并發(fā)癥的產(chǎn)生，提高患者的生存質(zhì)量。
【IPC分類】G06F19/00, A61B5/145, A61M5/142
【公開號】CN104958077
【申請?zhí)枴緾N201510444435
【發(fā)明人】金浩宇, 黃耀熊, 楊立, 歐陽習(xí)浩
【申請人】珠海福尼亞醫(yī)療設(shè)備有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月24日