闭环人工胰腺药物输注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药物输注控制系统。

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，为了实现人工胰腺的闭环或半闭环控制，比例-积分-微分(pid)算法和模型-预测-控制(mpc)算法被广泛研究，但由于pid算法结构简单，不太适用于扰动比较大而复杂的情景，而mpc算法面临准确模型很难建立及运算量大的困境，导致可能出现预测的输注偏差。

4、因此，现有技术亟需一种含有优化的人工胰腺算法的闭环人工胰腺药物输注控制系统。

技术实现思路

1、本发明实施例公开了一种闭环人工胰腺药物输注控制系统，该系统中预设有rmpc算法，rpid算法和复合人工胰腺算法中的一种或多种，充分利用rpid算法和rmpc算法的优势来面对复杂的情景，使人工胰腺在各种情况下都能提供可靠的控制血糖的药物种类和药物输注量，从而使血糖到达理想水平，实现闭环人工胰腺药物输注系统的精准控制。

2、本发明公开了一种闭环人工胰腺药物输注控制系统，包括：输注模块，用于输出药物；程序模块，程序模块包括输入端和输出端，输入端包括多个电连接区，以接收当前血糖值，程序模块还预设有算法，算法为rmpc算法、rpid算法或复合人工胰腺算法中的一种或多种，输出端和输注模块电连接后，算法根据接收到的当前血糖值计算用户所需的药物量，程序模块控制输注模块根据计算的用户所需的药物量输出药物；具有导电区域的输注管，输注管为药物输注通道；和多个用于检测当前血糖值的电极，电极包括导电区域电极和管壁电极，输注管的导电区域至少作为一个导电区域电极，一个或多个管壁电极设置于输注管管壁，当输注管被安装至工作位置时，输注管与输注模块连通，可使药物经输注管流向体内，且不同的电极分别与不同的电连接区电连接，以当前血糖值输入程序模块。

3、根据本发明的一个方面，rmpc算法和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，并根据血糖风险计算当前所需药物输注量。

4、根据本发明的一个方面，rmpc算法和rpid算法的血糖风险空间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。

5、根据本发明的一个方面，rmpc算法和rpid算法的血糖风险空间转换方法中还包括以下

6、一种或多种处理方式：

7、①扣除和预测的血浆内降血糖药物或升血糖药物浓度估计成比例的分量；

8、②扣除在体内尚未起作用的降血糖药物或升血糖药物量；

9、③采用自回归方法对组织液葡萄糖浓度和血液葡萄糖的感测延迟进行补偿。

10、根据本发明的一个方面，复合人工胰腺算法包括第一算法和第二算法，第一算法计算第一胰岛素输注量i1，第二算法计算第二胰岛素输注量i2，复合人工胰腺算法计算对第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2进行优化计算，得到最终胰岛素输注量i3。

11、根据本发明的一个方面，最终胰岛素输注量i3通过第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2的平均值进行优化：

12、①求解第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2的平均值

13、②将平均值带入到第一算法和第二算法中，调整算法参数；

14、③基于当前血糖值、调整参数后的第一算法和第二算法重新计算第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2；

15、④对①～③步进行循环计算，直至i1＝i2，最终胰岛素输注量i3＝i1＝i2。

16、根据本发明的一个方面，最终胰岛素输注量i3通过第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2的加权值进行优化：

17、①求解第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2的加权值其中α和β分别为第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2的加权系数；

18、②将加权值带入到第一算法和第二算法中，调整算法参数；

19、③基于当前血糖值、调整参数后的第一算法和第二算法重新计算第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2；

20、④对①～③步进行循环计算，直至i1＝i2，最终胰岛素输注量i3＝i1＝i2。

21、根据本发明的一个方面，最终胰岛素输注量i3通过第一胰岛素输注量i1和第二胰岛素输注量i2与历史数据的统计分析结果i4进行比较后得到：

22、

23、根据本发明的一个方面，第一算法和第二算法为经典pid算法，经典mpc算法，rpid算法或rmpc算法。

24、根据本发明的一个方面，输注管包括输注钢针和套在输注钢针外壁表面的软管，输注钢针的针腔用于输注药物。

25、根据本发明的一个方面，输注钢针为导电区域电极，管壁电极设置于软管管壁外表面或内表面，或者设置于输注钢针的外壁表面。

26、根据本发明的一个方面，输注模块包括多个输注子模块，多个输注子模块分别与输出端电连接，程序模块选择控制输注子模块根据计算的用户所需的药物量输出药物。

27、根据本发明的一个方面，药物为升血糖药物和降血糖药物。

28、根据本发明的一个方面，闭环人工胰腺药物输注控制系统由多个部分组成，输注模块和程序模块设置于不同的部分中，通过多个电触点电连接。

29、与现有技术相比，本发明的技术方案具备以下优点：

30、本发明公开的闭环人工胰腺药物输注控制系统中，该系统中预设有rmpc算法，rpid算法和复合人工胰腺算法中的一种或多种，充分利用rpid算法和rmpc算法的优势来面对复杂的情景，使人工胰腺在各种情况下都能提供可靠的控制血糖的药物种类和药物输注量，从而使血糖到达理想水平，实现闭环人工胰腺药物输注系统的精准控制。

31、进一步的，复合人工胰腺算法的最终输出是通过rmpc算法和rpid算法计算后得到的一致结果，该结果更加可行和可靠。

32、进一步的，复合人工胰腺算法的最终输出是通过第一算法和第二算法计算后得到的不同结果进行平均或加权优化后得到的相同结果，两套算法互为补偿，进一步提高输出结果的准确性。

33、进一步的，复合人工胰腺算法的最终输出是通过rmpc算法和rpid算法计算结果的复合处理得到的，该处理结合历史控制数据的统计分析，从另一方面确保胰岛素输注量的可靠性。

34、进一步的，输注管包括输注钢针和套在输注钢针外壁表面的软管，输注钢针的针腔用于输注药物。在软管表面设计电极的工艺相对简单，这样设计降低电极制造的工艺难度，提高制备效率。其次，软管的管壁材料可根据需要进行选择，其管壁只能允许特定血糖透过，减弱其它物质的干扰，提高血糖的检测准确性。

35、进一步的，输注模块包括多个输注子模块，多个输注子模块分别与输出端电连接，程序模块选择控制输注子模块是否输出药物。多个子模块中放置不同的药物，程序模块选择向不同的输注子模块发送药物输注指令，实现对血糖的精确控制。

36、进一步的，各药物输注量由相同的算法计算得出，保证计算时基础条件的一致性，使计算结果更稳定。