CN103520797B - 闭环药物释放系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭环药物释放系统，包括：传感标签，埋置在皮下，该传感标签中具有涂有生物酶的磁质弹性材料，所述生物酶用于与皮下的分析物反应分解出对应的衍生物质，所述磁质弹性材料的振动频率随所述衍生物质的浓度发生改变；磁质检测器对所述磁质弹性材料施加磁感应，并检测所述磁质弹性材料的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平；药物释放设备根据所述分析物浓度水平确定欲释放的药量，按照所述所确定的药量释放药物。利用本发明，可以根据体内分析物浓度水平自动调整所释放的药量，提高对体内分析物浓度水平的控制的精确度，提升健康水平。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种闭环药物释放系统。
背景技术
目前，药物释放装置已经被广泛应用到疾病治疗当中。例如，目前出现了一种胰岛素药物释放笔，就是一种笔型的药物释放器，其中主要包括：针头、胰岛素笔芯、药物释放机构等。更进一步的是现在还出现了一种胰岛素泵，其中包括存储药物并向外释放药物的药物释放机构，该药物释放机构中包括推送机构、储药器、导管和针头，所述推送装置将储药器中的胰岛素推送到导管，胰岛素沿着导管被送入针头，所述针头埋置到患者皮下，胰岛素从针头被送入患者皮下，从而可以实现向患者体内释放药物的功能。
目前的药物释放装置都是开环的药物释放装置，其所要释放的药量通常都是由医生或者患者人为估计得到，例如患者需要进餐了，患者就会根据当前的血糖值，以及就餐的种类和重量估计出需要注射的胰岛素剂量，然后利用胰岛素泵将所述剂量的胰岛素注入体内；再例如，如果患者通过血糖仪测得当前血糖值超过目标范围，则需要向体内注射相应剂量的胰岛素以降血糖。但是，患者的血糖值是随时变化的，患者如果想要利用药物释放装置保持血糖平稳，需要时常检测血糖值，然后再用药物释放装置释放胰岛素进行矫正。这种方式不但费时费力，操作效率低下，而且会遗漏掉许多时刻的高血糖值，使得患者高血糖无法得到及时矫正，导致患者高血糖值的次数更多，且一次用大剂量胰岛素矫正过高的血糖会引起血糖剧烈降低，形成了血糖的长期剧烈波动，严重影响患者的身体健康。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种闭环药物释放系统，以根据体内分析物浓度水平自动调整所释放的药量，提高对体内分析物浓度水平的控制的精确度，提升健康水平。
为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为：
一种闭环药物释放系统，该系统包括：
传感标签101，埋置在皮下，该传感标签101中具有涂有生物酶112的磁质弹性材料111，所述生物酶112用于与皮下的分析物反应分解出对应的衍生物质，所述磁质弹性材料111的振动频率随所述衍生物质的浓度发生改变；
磁质检测器102，用于对所述磁质弹性材料111施加磁感应，并检测所述磁质弹性材料111的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平；
药物释放设备103，该药物释放设备103具有药物用量模块132和药物释放机构133，该药物用量模块132用于获取所述磁质检测器102检测到的分析物浓度水平，根据所述分析物浓度水平确定欲释放的药量，所述药物释放机构133中存储有药物，用于按照所述药物用量模块132所确定的药量释放药物。
优选的，所述磁质检测器102内侧具有胶粘材质121，用于粘附皮肤。
优选的，所述药物用量模块132具体用于：预存分析物浓度水平取值范围与药量的对应关系，判断所述输入的分析物浓度水平所落入的取值范围，将该取值范围所对应的药量确定为欲释放的药量。
优选的，所述磁质检测器102具体包括：
定时模块121，用于按照预定的时间间隔触发磁感应发生模块122；
磁感应发生模块122，用于按照所述定时模块121的触发指令对所述磁质弹性材料111施加磁感应；
检测模块123，用于检测所述磁质弹性材料111的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平。
优选的，所述药物用量模块132中具体包括：
记录模块311，用于记录历史释放的药量；
第一计算模块312，用于根据历史释放的药量、从释放到当前的时间和预设的药物活性参数计算当前体内残留的活性药量；
第二计算模块313，用于根据当前分析物浓度水平、目标值、以及当前体内残留的活性药量计算得到欲释放的药量，计算方式是：
[（当前分析物浓度水平－目标值）/预设的药物敏感系数]－当前体内残留的活性药量。
优选的，所述药物释放设备103中具体包括：
记录模块311，用于记录历史释放的胰岛素剂量；
第一计算模块312，用于根据历史释放的胰岛素剂量、从释放到当前的时间和预设的胰岛素活性参数计算当前体内残留的活性胰岛素剂量；
第二计算模块313，用于根据当前血糖值、目标值、以及当前体内残留的活性胰岛素剂量计算得到欲释放的胰岛素剂量，计算方法是：
[当前血糖值－目标值）/预设的胰岛素敏感系数]－当前体内残留的活性胰岛素剂量。
优选的，所述分析物为葡萄糖；所述生物酶为葡萄糖氧化酶，所述葡萄糖氧化酶与皮下的葡萄糖反应分解出酸性物质。
优选的，该闭环药物释放系统为闭环胰岛素泵。
优选的，该系统进一步包括显示器，用于显示所述检测到的所述分析物浓度水平。
优选的，该系统进一步包括与无线网络通信的无线通信接口，用于将所述分析物浓度水平上传到互联网的云端。
与现有技术相比，本发明中，所述生物酶可以与皮下的分析物反应分解出对应的衍生物质，该衍生物质可以使磁质弹性材料的质量和/或体积发生膨胀或缩小等变化，从而改变磁质弹性材料的振动频率，使得磁质弹性材料的振动频率随所述衍生物质的浓度发生改变。所述磁质检测器可以本身具备磁场，如果需要检测人体的分析物浓度水平，则将所述磁质检测器靠近埋置有所述传感标签的皮肤，那么所述磁质检测器就会将自身的磁场施加到所述传感标签上，使得传感标签发生振动，进而检测该磁质弹性材料的振动频率，最终确定出对应的分析物浓度水平；所检测出的分析物浓度水平又传输给所述药物释放设备，药物释放设备根据所述分析物浓度水平自动计算欲释放的药量，由药物释放机构将对应的药量释放到患者体内。因此，本发明可以根据体内分析物浓度水平自动调整所释放的药量，该药量可以及时对患者体内的分析物浓度水平做出反应，从而实现闭环的向患者体内释放药物，提高对体内分析物浓度水平的控制的精确度，提升健康水平。
例如，在糖尿病治疗领域，所述传感标签和磁质检测器可以实时或以非常短的间隔如30秒检测出患者体内的葡萄糖浓度水平（如血糖值），药物释放设备根据该葡萄糖浓度水平计算出所需要释放的胰岛素剂量，如果葡萄糖浓度水平超过了正常范围，则可以及时向患者体内释放相应的胰岛素剂量来降低葡萄糖浓度水平，从而可以非常精确地将患者体内的葡萄糖浓度水平控制在正常范围内，降低葡萄糖浓度水平的波动，提升患者的健康水平。
另外，由于所述生物酶可以与皮下的分析物反应分解出对应的衍生物质，该衍生物质可以使磁质弹性材料的质量和/或体积发生膨胀或缩小等变化，从而改变磁质弹性材料的振动频率，使得磁质弹性材料的振动频率随所述衍生物质的浓度发生改变。所述磁质检测器可以本身具备磁场，如果需要检测人体的分析物浓度水平，则将所述磁质检测器靠近埋置有所述传感标签的皮肤，那么所述磁质检测器就会将自身的磁场施加到所述传感标签上，使得传感标签发生振动，进而检测该磁质弹性材料的振动频率，最终确定出对应的分析物浓度水平。因此本发明的传感标签不需要电源驱动就可以工作，更不需要电缆给传感标签供电，非常方便佩戴，患者只需要将传感标签埋置在皮下，而磁质检测器贴在皮肤外侧即可，磁质检测器和药物释放设备可以通过无线通信，因此佩戴者佩戴好所述传感标签、磁质检测器和药物释放设备后活动自如，不必担心线缆阻碍行动。
附图说明
图1为本发明所述闭环药物释放系统的一种实施例的组成示意图；
图2为本发明所述闭环药物释放系统的又一种实施例的组成示意图；
图3为本发明所述闭环药物释放系统的又一种实施例的组成示意图；
图4为本发明所述闭环药物释放系统的再一种实施例的组成示意图;
图5为某种药物在体内剩余的活性药物剂量随时间变化的一种变化参数示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明所述闭环药物释放系统的一种实施例的组成示意图。参见图1，该闭环药物释放系统具体包括：
传感标签101，埋置在皮下，所述皮下是指佩戴者的皮肤之下，如图1所示传感标签101被埋置与皮肤100之下。该传感标签101中具有涂有生物酶112的磁质弹性材料111，所述生物酶112用于与皮下的分析物反应分解出对应的衍生物质，所述磁质弹性材料111的振动频率随所述衍生物质的浓度发生改变；
磁质检测器102，用于对所述磁质弹性材料111施加磁感应，并检测所述磁质弹性材料111的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平。
药物释放设备103，该药物释放设备103具有药物用量模块132和药物释放机构133，该药物用量模块132用于获取所述磁质检测器102检测到的分析物浓度水平，根据所述分析物浓度水平确定欲释放的药量，所述药物释放机构133中存储有药物，用于按照所述药物用量模块132所确定的药量释放药物。
例如药物释放机构103可以是胰岛素释放笔或胰岛素释放泵等，所述释放方式例如可以是注射方式，也可以是喷射方式等等。本图1以注射方式为例进行说明，其中包括埋置在患者皮下的注射针头105，药物释放机构133可以通过导管106将药物输入针头105，通过针头105将药物注射入患者体内。当然，所述药物释放机构133也可以直接粘附在患者的皮肤110上，或者可以埋置在患者皮肤之下。
为了方便佩戴，所述的磁质检测器102可以用非本发明的部件诸如胶布粘贴在患者的皮肤上，以对磁质检测器102起固定作用。所述磁质检测器102和所述药物释放设备103之间可以采用线缆的有线通信方式，也可以采用没有线缆的无线通信方式。
在另一种优选实施例中，如图2所示的实施例中，为了进一步方便患者佩戴所述磁质检测器102，所述磁质检测器102内侧具有胶粘材质121，用于粘附皮肤。这样就可以不必使用外界的胶布来粘贴所述磁质检测器102。
本发明中，所述分析物可以是皮下的任一种分析物，如葡萄糖水平、酮体水平、酸或碱水平等等。
在一种典型的应用实施例中，所述分析物为葡萄糖；所述生物酶可以为葡萄糖氧化酶，所述葡萄糖氧化酶与皮下的葡萄糖反应分解出酸性物质。所述酸性物质可以使所述磁质弹性材料发生膨胀，导致其振动频率发生改变。一般来讲体内的葡萄糖浓度越高，则分解出的酸性物质越多，则所述磁质弹性材料发生膨胀越大，相应的其振动频率改变越大。那么该振动频率就和所述体内的葡萄糖浓度值具有对应关系，而皮下的葡萄糖浓度值与血糖值有具有直接的对应关系，那么预先将这个对应关系存储在磁质检测器102中，磁质检测器102不必与所述传感标签101连接就可以检测到传感标签101的振动频率，然后就可以根据检测到的振动频率得到对应的葡萄糖浓度值以及血糖值，因此实现了对人体血糖值的检测。
在一种优选实施例中，所述药物用量模块132具体用于：预存分析物浓度水平取值范围与药量的对应关系，判断所述输入的分析物浓度水平所落入的取值范围，将该取值范围所对应的药量确定为欲释放的药量。
例如，对于糖尿病患者，所述传感标签101可以每隔30秒检测一次患者体内的葡萄糖浓度水平，得到血糖值，对于血糖值所述药物用量模块132可以预存如下表1所述的对应关系：
| 输入的血糖值 | 对应的胰岛素剂量 |
| 小于6.2 | 0 |
| 大于等于6.2，小于7 | 0.3U |
| 大于等于7，小于8 | 0.6U |
| 大于等于8，小于9 | 1U |
| 大于等于9，小于10 | 1.3U |
| 大于等于10 | 1.5U |
表1
例如，如果磁质检测器检测到的血糖值为7.6，则根据上述表1，所述药物用量模块132可以查询出对应的胰岛素剂量为0.6U，那么通知药物释放机构133向患者体内注射0.6U的胰岛素，如果用户的胰岛素敏感系数为3，那么这0.6U胰岛素可以降低的血糖值为3×0.6U/1U=1.8mmol/L，那么患者预期的血糖值可以降低到7.6-1.8=5.8mmol/L，5.8mmol/L处于正常范围内，因此本发明可以及时地将患者体内的高血糖值矫正到正常范围。
图3为本发明所述闭环药物释放系统的有一种实施例的组成示意图。参见图3，在该实施例中，所述磁质检测器102具体包括：
定时模块121，用于按照预定的时间间隔触发磁感应发生模块122；
磁感应发生模块122，用于按照所述定时模块121的触发指令对所述磁质弹性材料111施加磁感应；
检测模块123，用于检测所述磁质弹性材料111的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平。
这个实施例可以实现对体内分析物浓度水平的动态监控。例如，可以用非本发明的材质如胶布，将所述磁质检测器固定在埋置有所述传感标签的皮肤上，然后所述定时模块会按照预定的时间间隔（如每隔30秒）触发磁感应发生模块，磁感应发生模块对皮肤下的磁质弹性材料施加磁感应，检测模块根据磁质弹性材料的振动频率检测到皮下的分析物浓度水平，这样就可以实现每隔30秒检测得到一个皮下的分析物浓度水平值，形成对皮下分析物浓度水平的动态监控。
例如如果所述分析物为葡萄糖，所述分析物浓度水平为血糖值，则利用本发明可以实现对患者血糖值的动态监控，即每30秒就会监测出患者当前的实时血糖，这对糖尿病的血糖控制极为重要，患者或医生可以根据这些实时的血糖值及时调整治疗方案，使患者血糖值保持在正常范围内，提高患者健康水平。
在定时动态监测出所述分析物浓度水平后，就可以利用本发明所述药物释放设备103计算出对应需要释放的药量，将该药量释放到患者体内，从而可以实现闭环自动向患者体内释放药物，使得药物释放更为精确。
图4为本发明所述闭环药物释放系统的又一种实施例的组成示意图。参见图4，在该实施例中，所述药物用量模块132中具体包括：
记录模块311，用于记录历史释放的药量；
第一计算模块312，用于根据历史释放的药量、从释放到当前的时间和预设的药物活性参数计算当前体内残留的活性药量；
第二计算模块313，用于根据当前分析物浓度水平、目标值、以及当前体内残留的活性药量计算得到欲释放的药量，计算方式是：
[（当前分析物浓度水平－目标值）/预设的药物敏感系数]－当前体内残留的活性药量。
所述第二计算模块313在计算出欲释放的药量后，将该药量发送给所述药物释放机构133进行释放，同时将该药量发送给所述记录模块311，该记录模块311记录该药量及当前时间，作为历史记录供下次计算药量。
所述第一计算模块312所预设的药物活性参数是指所释放药物在体内所起的作用随时间变化的曲线。如图5为某种药物在体内剩余的活性药物剂量随时间变化的一种变化参数示意图。参见图5，所述横坐标为时间，纵坐标为体内剩余的活性药物剂量，虚线位置所示为所述药物释放机构133向体内释放的药量。随着时间的延长，所述体内剩余的活性药物剂量会依照所述曲线减少，所述曲线就是该种药物种类对应的药物活性随时间的变化参数，本发明所述第一计算模块312可以根据所述计时查询这个变化参数曲线，得到当前在体内剩余的活性药物剂量。胰岛素活性参数就是指所释放的胰岛素在体内所起的作用随时间变化的曲线。
第二计算模块313中所述的目标值可以根据不同的疾病种类和分析物进行设置，例如对于糖尿病来说，所述目标值是血糖目标值，例如餐前目标值可以设置为5.8mmol/L，餐后目标值可以设置为6.8mmol/L。
所述药物敏感系数是指该药物的剂量对所述分析物浓度水平的影响，例如对于胰岛素来讲就是胰岛素敏感系数。胰岛素敏感系数是指胰岛素对人体内血糖的影响系数，例如某一患者的胰岛素敏感系数为3，也就是说1个单位的胰岛素可以降低3mmol/L的血糖值。
如果所述分析物为葡萄糖水平，则本发明的一种优选实施例中，所述药物释放设备103中具体包括：
记录模块311，用于记录历史释放的胰岛素剂量；
第一计算模块312，用于根据历史释放的胰岛素剂量、从释放到当前的时间和预设的胰岛素活性参数计算当前体内残留的活性胰岛素剂量；
第二计算模块313，用于根据当前血糖值、目标值、以及当前体内残留的活性胰岛素剂量计算得到欲释放的胰岛素剂量，计算方法是：
[（当前血糖值－目标值）/预设的胰岛素敏感系数]－当前体内残留的活性胰岛素剂量。
所述葡萄糖浓度水平可以是体液中的葡萄糖浓度水平，也可以是血液中的葡萄糖浓度水平。
如果所述传感标签直接埋置到血管中，则可以直接检测到血液中的葡萄糖浓度水平，即血糖值，血糖值是医生对糖尿病患者健康状况进行评价的直接参考值。
如果所述传感标签埋置在皮下组织中，则可以直接检测到体液中的葡萄糖浓度水平，那么在这种情况下，则需要将所述体液葡萄糖浓度水平转换为血液的葡萄糖浓度水平，即血糖值。在这种场景下，所述传感标签101的磁质弹性材料111会根据体液中的葡萄糖水平改变振动频率，这样所述磁质检测器检测出的是体液中的葡萄糖浓度水平，那么本发明可以进一步包括血糖转换模块，可以设置在所述磁质检测器102中，也可以设置在药物释放设备103中，该血糖转换模块中存储体液葡萄糖浓度水平与血液葡萄糖浓度水平的对应关系，用于将体液葡萄糖浓度水平的信号转换为血液葡萄糖浓度水平的信号。
另外，在上述实施例的基础上，本系统还可以进一步包括显示器，用于显示所述检测到的所述分析物浓度水平。
在上述任一种实施例的基础上，该系统还可以进一步包括与无线网络通信的无线通信接口，用于将所述分析物浓度水平上传到互联网的云端。该无线通信接口可以直接和磁质检测器102连接，磁质检测器102检测到分析物浓度水平后，由该无线通信接口实时地将该分析物浓度水平上传到互联网的云端。或者，该无线通信接口也可以与所述药物释放设备103连接，可以将该信息记录设备所记录的分析物浓度水平实时或定时地上传到互联网的云端。上传到云端后，就可以实现远程医疗，医生可以登录云端下载所述分析物浓度水平的数据，并据此为患者提出合理的治疗方案。
本发明可以应用到许多具体疾病的治疗领域，例如对于糖尿病治疗领域，本闭环药物释放系统可以是闭环胰岛素泵，用于根据所检测的葡萄糖浓度水平向患者体内注射对应剂量的胰岛素，帮助患者保持平稳正常的血糖值，提高患者的健康水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种闭环药物释放系统，其特征在于，该系统包括：
传感标签(101)，埋置在皮下，该传感标签(101)中具有涂有生物酶(112)的磁质弹性材料(111)，所述生物酶(112)用于与皮下的分析物反应分解出对应的衍生物质，该衍生物质使所述磁质弹性材料(111)的质量和/或体积发生变化，所述磁质弹性材料(111)的振动频率随所述衍生物质的浓度发生改变；
磁质检测器(102)，用于对所述磁质弹性材料(111)施加磁感应，并检测所述磁质弹性材料(111)的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平；
药物释放设备(103)，该药物释放设备(103)具有药物用量模块(132)和药物释放机构(133)，该药物用量模块(132)用于获取所述磁质检测器(102)检测到的分析物浓度水平，根据所述分析物浓度水平确定欲释放的药量，所述药物释放机构(133)中存储有药物，用于按照所述药物用量模块(132)所确定的药量释放药物。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁质检测器(102)内侧具有胶粘材质(121)，用于粘附皮肤。
3.根据权利要求1所述的闭环药物释放系统，其特征在于，所述药物用量模块(132)具体用于：预存分析物浓度水平取值范围与药量的对应关系，判断所述获取的分析物浓度水平所落入的取值范围，将该取值范围所对应的药量确定为欲释放的药量。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述磁质检测器(102)具体包括：
定时模块(121)，用于按照预定的时间间隔触发磁感应发生模块(122)；
磁感应发生模块(122)，用于按照所述定时模块(121)的触发指令对所述磁质弹性材料(111)施加磁感应；
检测模块(123)，用于检测所述磁质弹性材料(111)的振动频率，根据预存的振动频率值与分析物浓度水平的对应关系，确定对应的分析物浓度水平。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述药物用量模块(132)中具体包括：
记录模块(311)，用于记录历史释放的药量；
第一计算模块(312)，用于根据历史释放的药量、从释放到当前的时间和预设的药物活性参数计算当前体内残留的活性药量；
第二计算模块(313)，用于根据当前分析物浓度水平、目标值、以及当前体内残留的活性药量计算得到欲释放的药量，计算方式是：
[(当前分析物浓度水平－目标值)/预设的药物敏感系数]－当前体内残留的活性药量。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述药物释放设备(103)中具体包括：
记录模块(311)，用于记录历史释放的胰岛素剂量；
第一计算模块(312)，用于根据历史释放的胰岛素剂量、从释放到当前的时间和预设的胰岛素活性参数计算当前体内残留的活性胰岛素剂量；
第二计算模块(313)，用于根据当前血糖值、目标值、以及当前体内残留的活性胰岛素剂量计算得到欲释放的胰岛素剂量，计算方法是：
[(当前血糖值－目标值)/预设的胰岛素敏感系数]－当前体内残留的活性胰岛素剂量。
7.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，
所述分析物为葡萄糖；
所述生物酶为葡萄糖氧化酶，所述葡萄糖氧化酶与皮下的葡萄糖反应分解出酸性物质。
8.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，该闭环药物释放系统为闭环胰岛素泵。
9.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括显示器，用于显示所述检测到的所述分析物浓度水平。
10.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括与无线网络通信的无线通信接口，用于将所述分析物浓度水平上传到互联网的云端。
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