CN102836481B - 一种新型胰岛素泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型胰岛素泵，包括有血糖检测系统、控制系统以及胰岛素注射系统，其中，血糖检测系统包括有血糖传感器以及连接血糖传感器的无线发射模块，血糖检测系统能够连续检测糖尿病患者的血糖含量，并可以通过无线方式传输给控制系统；控制系统包括有接收血糖检测系统发来的血糖数据的无线接收模块以及微控制器系统，无线接收模块将接收到的血糖数据传送给微控制器模块，由微控制器计算及模型修正之后得出所需注射的胰岛素剂量。本发明创作采用闭环胰岛素注射方式，模拟正常人体胰腺分泌胰岛素的工作原理，由血糖检测系统测量获得患者血糖数据，本发明能根据患者血糖含量实时调整胰岛素的注射剂量，达到精确注射胰岛素的目的。
Description
技术领域
本发明属于糖尿病患者胰岛素剂量注射控制技术领域，尤其涉及一种能够实时检测患者血糖，并根据测量血糖数据调整注射剂量的一种新型胰岛素泵。
背景技术
糖尿病是一种严重的、慢性、非传染性、终生性疾病。正常生理情况下，血糖的来源与去路保持平衡，故血糖浓度相对恒定，可维持组织细胞的糖代谢正常。糖尿病患者主要是患者体内胰岛素绝对或相对分泌不足引起的，它主要是导致血糖来源增多，去路受阻，从而造成血糖浓度升高。胰岛素是胰腺β细胞生成和分泌的一种激素，是体内惟一的降血糖内分泌物质，可以维持血糖平衡。当患者体内的血糖含量过高时就会导致各种并发症，可以导致眼、肾、神经、心脏、血管等组织的慢性进行性病变，引起功能缺陷及衰竭。严重危害人体的健康，给患者的生活带来很大的不便，因此严格控制血糖在稳定的范围之内是减少糖尿病并发症的关键。
对于糖尿病的治疗，目前糖尿病还无法彻底治愈，但对于糖尿病患者的治疗方法却在不断的提高和改善。在糖尿病血糖控制的过程中最为有效的方法是采用注射胰岛素进行治疗。临床上对于不同类型的糖尿病患者其治疗方法也不同。对于1型糖尿病患者，由于胰腺β细胞完全破坏，必须依靠外源胰岛素注射进行治疗。对于2型糖尿病患者，其胰岛素相对缺乏，可以通过口服药物刺激体内胰岛素的分泌达到治疗目的，但实验表明采用胰岛素治疗有利于胰腺保存更多残余的胰岛细胞，而且还有利于胰岛的自身修复与再生，临床上更多的是采用药物与胰岛素相结合的方式治疗糖尿病。由此可见注射胰岛素在糖尿病患者的治疗中占有举足轻重的作用。
目前临床上采用皮下或者静脉注射胰岛素治疗糖尿病的方法有两种：分次注射胰岛素和佩戴开环式胰岛素泵。分次注射胰岛素是患者在进餐之前，通过注射器在腹部注射胰岛素，长期以来，皮下分次注射胰岛素几乎是唯一的胰岛素给药方式，现在这种给药方式仍然占据统治地位。然而，这种分次注射的胰岛素给药方式与正常人体的胰岛素连续分泌方式差别较大，存在以下主要缺点：
(1)血糖控制仍不平稳，容易出现高血糖或低血糖，给患者带来痛苦和危险。
(2)长期的血糖不稳不但会逐渐加重糖尿病患者的症状，还可能导致各种严重的并发症，危及患者的健康和生命。
(3)操作繁琐，且很难对胰岛素精确定量。
(4)分次注射给患者带来极大的痛苦。
上个世纪的60年代，提出了连续胰岛素注射的概念，即胰岛素的注射应符合正常人体胰岛素分泌的生理特征，随后可连续注射胰岛素的装置——胰岛素泵便应运而生。胰岛素泵可以近似模拟人体胰腺的工作原理，连续不断的对人体进行胰岛素的注射，其功能相当于一个体外的“人工胰腺”。目前市面上的胰岛素泵都属于开环式的胰岛素泵，需要患者根据自身血糖规律设置基础注射率和餐前追加量，存在的缺点是不能实时检测患者的血糖含量，胰岛素注射剂量需要患者自己设定，不是真正的“人工胰腺”。因此有必要设计一种能实时根据患者的血糖含量，自动调节注射剂量的新型的胰岛素泵。
发明内容
本发明创作的目的在于提供一种新的胰岛素泵，主要解决目前的开环胰岛素泵血糖控制稳定性不高，基础量与追加量难以确定，成本过高，操作复杂的问题。
本发明实施是这样实现的，一种新型胰岛素泵，包括有血糖检测系统、控制系统以及连接控制系统的胰岛素注射系统，其中，血糖检测系统包括有血糖传感器以及连接血糖传感器的无线发射模块，血糖检测系统能够连续检测糖尿病患者的血糖含量，并可以通过无线方式传输给控制系统；控制系统包括有接收血糖检测系统发来的血糖数据的无线接收模块以及微控制器系统，无线接收模块将接收到的血糖数据传送给微控制器模块，由微控制器计算及模型修正之后得出所需注射的胰岛素剂量。
进一步地，所述胰岛素注射系统包括有微型步进电机以及输注装置。
进一步地，所述输注装置包括有储药器、导管和注射针头。
进一步地，还包括有报警模块、按键选择模块、供电模块、液晶显示模块以及USB存储模块。
本发明还提供一种胰岛素泵的使用方法，包括以下步骤：
（1）血糖检测系统实时测量患者血糖含量，并可将测得的血糖值无线发射至控制系统；
（2）控制系统根据接受的血糖值计算出胰岛素的注射剂量，根据自校正控制方法获得更加精确的胰岛素注射剂量；
（3）胰岛素注射系统根据控制器计算的胰岛素注射剂量，由微型步进电机完成胰岛素的精确注射，经由导管及针头进入患者体内。
相较于现有的胰岛素泵，本发明创作采用闭环胰岛素注射方式，模拟正常人体胰腺分泌胰岛素的工作原理，由血糖检测系统测量获得患者血糖数据，由无线发射装置发射至控制系统，由于胰岛素皮下注射之后有吸收过程，因此在控制系统中加入血糖调节模型修正环节，精确计算胰岛素的注射剂量，经由精确的步进电机实现胰岛素的闭环注射。该注射方法能根据患者血糖含量实时调整胰岛素的注射剂量，达到精确注射胰岛素，稳定控制患者血糖的目的，同时本发明考虑到胰岛素泵产品在使用过程中可能出现的故障，设计完善的解决方案，提高了系统的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明创作的原理框图。
图2是本发明创作的微控制系统组成图。
图3是本发明创作的显示界面图。
图4是本发明创作的控制器设计结构图。
具体实施方式
为了使本创作的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本创作进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1、图2所示，本发明新型胰岛素泵包括有血糖检测系统、接收来自血糖检测系统所获取的血糖数据的控制系统以及连接控制系统的胰岛素注射系统，其中，血糖检测系统包括有血糖传感器1以及连接血糖传感器1的无线发射模块2，所述无线发射模块2具有传输速率高、功耗低的特点。血糖检测系统能够连续检测糖尿病患者的血糖含量，并可以通过无线方式传输给控制系统。控制系统包括有接收血糖检测系统发来的血糖数据的无线接收模块3以及微控制器系统4，无线接收模块3将接收到的血糖数据传送给微控制器模块4，由微控制器计算出所需注射的胰岛素剂量。胰岛素注射系统包括有微型步进电机5以及输注装置6；所述输注装置6包括有储药器、导管和注射针头。
血糖传感器1测量得到的血糖数据经由无线发射模块2发送至控制系统的无线接收模块3，无线接收模块3接收数据，并传输给微控制系统4，微控制系统4经过计算之后得出胰岛素的注射剂量，并控制胰岛素注射系统的微步进电机5经注射装置6，将精确计算的胰岛素输入糖尿病患者7。
参照图2所示，本发明新型胰岛素泵还设置有报警模块8、按键选择模块9、供电模块10、液晶显示模块11以及USB存储模块12。微控制系统分别与该等模块进行连接，以对该等模块进行控制。其中，现当胰岛素泵出现异常状态时，控制报警模块8发出报警提示；而控制按键选择模块9实现胰岛素开关机、设置参数、胰岛素注射路径的选择以及设置系统时间等功能；通过控制供电模块10，管理整机的电源；控制液晶显示模块11显示胰岛素泵注射的相关信息；控制USB存储模块12保存注射记录及报警信息。本发明实施例中，采用微型步进电机5实现胰岛素的精确注射功能。
请参照图3所示，其为液晶显示模块的主要界面，包括有显示内容以及设置参数的设置键，以及功能键与开关键。
请参照图4所示，在开发闭环式胰岛素泵时，胰岛素注射剂量实时地根据糖尿病患者血糖含量来计算，控制系统的稳定性尤为重要，这里主要是控制器的设计。本发明创作首先根据糖尿病患者的血糖数据运用系统辨识的方法获得其数学模型，根据该模型来设计控制器。当患者血糖出现波动时，设计补偿系统，系统模型可以在线实时修正，实现稳定控制血糖的目的。
本发明采用自校正控制系统设计控制器，该控制方法应用于被控对象参数缓慢变化的情况，具有被控对象在线辨识环节，根据辨识得到的模型参数和预先确定的性能指标，进行在线的控制器参数修正，以适应被控对象的变化，参照图4为自校正控制系统结构图。血糖检测系统获得血糖数据16与设定的血糖理想值13相比较的偏差信号14，经由控制器计算之后得到胰岛素的注射率15。
应用时，本发明新型胰岛素泵的使用步骤如下：
（1）血糖检测系统实时测量患者血糖含量，并可将测得的血糖值无线发射至控制系统；
（2）控制系统根据接受的血糖值计算出胰岛素的注射剂量，根据自校正控制方法获得更加精确的胰岛素注射剂量。
（3）胰岛素注射系统根据控制器计算的胰岛素注射剂量，由微型步进电机完成胰岛素的精确注射，经由导管及针头进入患者体内。
本发明创作采用闭环胰岛素注射方式，模拟正常人体胰腺分泌胰岛素的工作原理，由血糖检测系统测量获得患者血糖数据，由无线发射装置发射至控制系统，由于胰岛素皮下注射之后有吸收过程，因此在控制系统中加入血糖调节模型修正环节，精确计算胰岛素的注射剂量，经由精确的步进电机实现胰岛素的闭环注射。该注射方法能根据患者血糖含量实时调整胰岛素的注射剂量，达到精确注射胰岛素，稳定控制患者血糖的目的，同时本发明考虑到胰岛素泵产品在使用过程中可能出现的故障，设计完善的解决方案，提高了系统的可靠性和稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种新型胰岛素泵，其特征在于，包括有血糖检测系统、控制系统以及连接控制系统的胰岛素注射系统，其中，血糖检测系统包括有血糖传感器以及连接血糖传感器的无线发射模块，血糖检测系统能够连续检测糖尿病患者的血糖含量，并可以通过无线方式传输给控制系统；控制系统包括有接收血糖检测系统发来的血糖数据的无线接收模块以及微控制器系统，无线接收模块将接收到的血糖数据传送给微控制器模块，由微控制器计算及模型修正之后得出所需注射的胰岛素剂量；具体地，根据所述血糖数据运用系统辨识的方法获得其数学模型，根据该数学模型来设计微控制器，并设计补偿系统，以在线实时修正该数学模型，从而稳定控制血糖。
2.如权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于：所述胰岛素注射系统包括有微型步进电机以及输注装置。
3.如权利要求2所述的胰岛素泵，其特征在于：所述输注装置包括有储药器、导管和注射针头。
4.如权利要求3所述的胰岛素泵，其特征在于：还包括有报警模块、按键选择模块、供电模块、液晶显示模块以及USB存储模块。
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