CN106730153A - 一种模块化血糖调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化血糖调控系统，其特征在于：该系统包括检测模块、控制器、存储器和输液泵；所述检测模块用于将检测到的血糖浓度数据传输至所述控制器，所述控制器根据接收到的血糖浓度数据得到输注速度信息、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值，并将接收到的血糖浓度数据及其相应时间、得到的输注速度、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值传输至所述存储器内；所述控制器将输注速度信息、葡萄糖输注总量传输至所述输液泵，控制所述输液泵工作状态。本发明调控简单、易操作，适用人群广，准确率较高，既保证的实验数据可溯源，同时也可让操作者通过浏览这些数据不断积累经验。

Description

一种模块化血糖调控系统

技术领域

本发明涉及一种血糖调控系统，特别是关于一种模块化血糖调控系统。

背景技术

胰岛素抵抗广泛存在于2型糖尿病人群中。而且有相当一部分人群在确诊为糖尿病之前就已经发生胰岛素抵抗现象。机体摄入的葡萄糖需要在胰岛素的作用下才能进入细胞内部完成代谢过程。胰岛素抵抗可直接导致机体对葡萄糖利用率的下降，造成血糖持续升高，机体代偿性的增加胰岛素分泌，进而导致高胰岛素血症和代谢综合征。胰岛素抵抗的原因复杂，与遗传、生活习惯、脂代谢异常密切相关，且互为因果。大体分为胰岛素本身的生物活性降低或丧失和机体细胞受体发生改变、无法识别胰岛素两种情况。

胰岛素是由人体胰腺B细胞分泌的、人体唯一的降糖激素。随着年龄增加，机体功能衰退，肥胖或其它疾病的发展，胰腺B细胞无法分泌维持正常血糖浓度的胰岛素，从而导致机体血糖浓度升高。

目前，胰岛素抵抗和B细胞分泌功能障碍的评价采用以下方法：糖耐量扩展实验、微小模型及HOMA指数。虽然这些方法简单易行，但需要谨慎选择适用人群。大多数情况下适用于纵向比较，在人群间进行横向比较时，会产生很大的失真。

葡萄糖钳夹实验技术是目前公认的评价胰岛素抵抗和B细胞分泌功能的金标准方法。葡萄糖钳夹技术分为高胰岛正常血糖钳夹实验(简称正糖钳夹技术，用于评价胰岛素敏感性)和高血糖钳夹技术(简称高糖钳夹技术，用于评价胰岛B细胞分泌功能)。此技术广泛用于胰岛素敏感性和B细胞分功能的评价、临床治疗干预方案的评估、降糖药物的代谢动力学研究等领域。

正糖钳夹技术原理是：受试者空腹、清醒、静卧，双侧静脉放置留置针并维持静脉开放。其中一侧肘正中静脉输注大剂量胰岛素，在短时间内形成优势胰岛素浓度，达到抑制受试者自身胰岛素分泌的目的，随后以恒定剂量持续输注胰岛素。同时输入浓度为20％的葡萄糖溶液。另一侧静脉通路每隔5分钟采集血标本，检测血糖浓度；每20分钟检测受试者血浆胰岛素浓度和C肽指标。整个实验需耗时150分钟。

根据测得的血糖结果，结合实验操作人员的经验和简单计算，不断调整葡萄糖溶液的输注速度。最终使受试者血糖浓度维持在5mmol/L左右，即达到“稳态血糖浓度”并维持稳态30分钟以上。达到稳态后，由于受试者自身的胰岛素分泌被抑制，所以稳态期的胰岛素浓度完全是外源性输入的，并可以通过检测得到具体的血浆胰岛素浓度值。稳态期所输入的葡萄糖完全在外源性的胰岛素的介导下全部被代谢和利用。换言之，若受试者需要大量的葡萄糖输入才能将血糖维持在5mmol/L的水平，说明其机体胰岛素非常敏感，不存在胰岛素抵抗；相反若仅需小剂量葡萄糖就可到达稳态，说明葡萄糖并未在胰岛素的作用下进入细胞进行代谢，机体对胰岛素不敏感，存在胰岛素抵抗。

高糖钳夹技术是用于评价受试者B细胞分泌功能。其原理为：受试者空腹、清醒、静卧，双侧静脉放置留置针并维持静脉开放。其中一侧肘正中静脉输注大剂量葡萄糖，使受试者血糖浓度在15分钟内升高到基础血糖加7mmol/L的水平，以最大限度激发实施者分泌胰岛素。这期间需要每隔2分钟抽取血液标本，检测血糖浓度和胰岛素浓度。并根据血糖浓度不断调整葡萄糖输注速度。此过程称为胰岛素分泌的第一时相。

在随后的135分钟内，每隔5分钟采集受试者血液检测血糖浓度。并根据血糖浓度变化不断调整葡萄糖输注速度，使受试者血糖浓度稳定在基础血糖浓度加7mmol/L的水平。同时每隔20分钟检测胰岛素浓度，即胰岛分泌功能的第二时相。根据受试者胰岛素分泌的时相和测得的胰岛素浓度即可判断受试者胰岛功能是否受损。

综上所述，钳夹实验目前以手工开展为主。实验者需要每隔2-5分钟进行血糖监测，记录数据(包括检测时间，检测结果，输注速度等)，并根据上述数据计算新的数据和受试者护理等工作。同时由于简单的数学计算无法完全描述机体代谢过程，而且在5分钟内完成上述操作是比较困难的。这种情况往往造成计算的数据失真较大，且对实验者的实验经验要求非常高，从而限制此技术的推广和应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种模块化血糖调控系统，该系统调控简单、易操作，适用人群广，准确率较高。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种模块化血糖调控系统，其特征在于：该系统包括检测模块、控制器、存储器和输液泵；所述检测模块用于将检测到的血糖浓度数据传输至所述控制器，所述控制器根据接收到的血糖浓度数据得到输注速度信息、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值，并将接收到的血糖浓度数据及其相应时间、得到的输注速度、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值传输至所述存储器内；所述控制器将输注速度信息、葡萄糖输注总量传输至所述输液泵，控制所述输液泵工作状态。

优选地，所述检测模块与所述控制器之间的数据传输采用数据线传输或无线传输。

优选地，所述检测模块采用现有的血糖分析仪。

进一步，所述控制器内设置有计算处理模块，所述计算处理模块根据接收到的血糖浓度数据进行计算处理；所述计算处理模块采用负反馈数学模型，根据计算结果的偏差计算反馈量，以修正当前的计算结果。

进一步，所述计算处理模块内预置有葡萄糖输注速度计算模块和胰岛素敏感指数计算模块，通过计算结果实施绘制曲线、以拟合曲线方式实时输出并不断修正计算得出的输注率。

进一步，在所述葡萄糖输注速度计算模块内，通过以下步骤计算获得葡萄糖输注速度：1)当前时刻的葡萄糖输注速度计算公式：G_inf＝GV_i+GM_i(1)，式中，G_inf为当前时刻的葡萄糖输注速度，GV_i为机体当前时刻的葡萄糖容量，GM_i表示预定时间内机体所代谢的葡萄糖的量；2)未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖GV_i为：GV_i＝(G_d-G_i)×3.759×SA(2)，式中，G_d为目标血糖浓度；G_i为当前时刻的血糖浓度；3.759为转换因子；SA表示受试者体表面积，单位为m²(平方米)；其中，受试者体表面积SA为：SA＝0.0061×H+0.0124×Kg-0.0099(3)，H为受试者身高，单位为cm，Kg为受试者体重，单位为Kg；3)将公式(3)代入公式(2)中得到未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖GV_i的最终公式为：GV_i＝(G_d-G_i)×3.759×(0.0061×H+0.0124×Kg-0.0099)(4)；4)预定时间内机体所代谢的葡萄糖的量GM_i的计算公式为：GM_i＝GM_i-2×FM_i×FM_i-1(5)，式中，GM_i-2为10分钟前的葡萄糖输注速度；FM_i为代谢校正因子，FM_i＝(G_d-G_b)/(G_i-G_b)；FM_i-1为代谢校正因子，FM_i-1＝(G_d-G_b)/(G_i-1-G_b)；G_d为目标血糖浓度，G_b为基础血糖浓度，G_i为当前时刻的血糖浓度，G_i-1为上一个时刻的血糖浓度；5)将公式(5)和公式(4)代入公式(1)中，得到最终完成的葡萄糖输注速度：

进一步，在所述胰岛素敏感指数计算模块内，通过以下步骤计算得到胰岛素敏感指数：1)假设稳态期区间为实验m分钟至n分钟最终评价胰岛素敏感性M的公式为：M＝[(T_n-T_m)/(Kg×Min)]-SC，式中，m<n；T_n为实验n分钟时的总的葡萄糖输注量，单位为mg；T_m为实验m分钟时的总的葡萄糖输注量，单位为mg；Kg为受试者体重；Min为稳态期时间，单位为分钟；SC为葡萄糖空间修正量，SC＝(G_n-G_m)×0.095，G_n为实验n分钟时的血糖浓度，G_m为实验m分钟时的血糖浓度；2)根据最终评价胰岛素敏感性M值计算胰岛素敏感指数＝M/I×100％，其中，I为稳态期的平均胰岛素浓度。

优选地，所述稳态期区间为实验80分钟至120分钟。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于计算处理模块，实时输出并不断修正计算得出的输注率，可极大提高实验的效率、精确性和重复性。2、本发明通过控制器和存储器不但可实时记录血糖监测时间、血糖浓度、输注率、输注量等实验数据，而且任何数据的修改都可以被记录下来。这样既保证的实验数据可溯源，同时也可让操作者通过浏览这些数据不断积累经验。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种模块化血糖调控系统，其包括检测模块、控制器、存储器和输液泵。检测模块用于将检测到的血糖浓度数据传输至控制器，控制器根据接收到的血糖浓度数据得到输注速度信息、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值，并将接收到的血糖浓度数据及其相应时间、得到的输注速度、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值等数据传输至存储器内。控制器将输注速度信息、葡萄糖输注总量传输至输液泵，控制输液泵工作状态。

上述实施例中，检测模块与控制器之间的数据传输可以采用数据线传输，也可以采用无线传输。

上述各实施例中，检测模块可以采用现有的血糖分析仪。

上述各实施例中，控制器内设置有计算处理模块，该计算处理模块根据接收到的血糖浓度数据进行计算处理。该计算处理模块采用负反馈数学模型，根据计算结果的偏差计算反馈量，进而修正当前的计算结果。

上述实施例中，计算处理模块内预置有葡萄糖输注速度计算模块和胰岛素敏感指数计算模块，通过计算结果实施绘制曲线、以拟合曲线方式实时输出并不断修正计算得出的输注率。

其中，在葡萄糖输注速度计算模块内，通过以下步骤计算获得葡萄糖输注速度：

1)当前时刻的葡萄糖输注速度计算公式：

G_inf＝GV_i+GM_i， (1)

式中，G_inf为当前时刻的葡萄糖输注速度，每5分钟更新一次。GV_i为机体当前时刻的葡萄糖容量，GV_i表示为未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖；若外界输入的葡萄糖不能及时进入细胞进行代谢清除，则葡萄糖会持续堆积在外周血液中，造成血糖浓度升高。GM_i表示预定时间内机体所代谢的葡萄糖的量。

2)未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖GV_i为：

GV_i＝(G_d-G_i)×3.759×SA， (2)

式中，G_d为目标血糖浓度，即稳态血糖浓度；G_i为当前时刻的血糖浓度；3.759为转换因子，用于将计算结果转换为ml/h，便于输液泵工作；SA表示受试者体表面积，单位为m²(平方米)。

其中，受试者体表面积SA为：

SA＝0.0061×H+0.0124×Kg-0.0099， (3)

H为受试者身高，单位为cm，Kg为受试者体重，单位为Kg。

3)将公式(3)代入公式(2)中得到未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖GV_i的最终公式为：

GV_i＝(G_d-G_i)×3.759×(0.0061×H+0.0124×Kg-0.0099)。 (4)

4)预定时间内机体所代谢的葡萄糖的量GM_i的计算公式为：

GM_i＝GM_i-2×FM_i×FM_i-1， (5)

式中，GM_i-2为10分钟前的葡萄糖输注速度；由于葡萄糖输注进入人体后，需要大约10分钟的时间才能均匀分布到全身，因此，需要引用10分钟前的葡萄糖输注速度来计算当前的输注率。FM_i为代谢校正因子，用以校正当前的输注速度，FM_i＝(G_d-G_b)/(G_i-G_b)。FM_i-1为代谢校正因子，根据上一个血糖结果校正当前的输注速度，FM_i-1＝(G_d-G_b)/(G_i-1-G_b)。其中，G_d为目标血糖浓度，G_b为基础血糖浓度，G_i为当前时刻的血糖浓度，G_i-1为上一个时刻的血糖浓度。

5)将公式(5)和公式(4)代入公式(1)中，得到最终完成的葡萄糖输注速度：

在胰岛素敏感指数计算模块内，通过以下步骤计算得到胰岛素敏感指数：

1)假设稳态期区间为实验m分钟(T_m)至n分钟(T_n)最终评价胰岛素敏感性M的公式为：

M＝[(T_n-T_m)/(Kg×Min)]-SC， (6)

式中，m<n。T_n为实验n分钟时的总的葡萄糖输注量，单位为mg。T_m为实验m分钟时的总的葡萄糖输注量，单位为mg。Kg为受试者体重。Min为稳态期时间，单位为分钟。SC为葡萄糖空间修正量。其中，SC＝(G_n-G_m)×0.095，G_n为实验n分钟时的血糖浓度，G_m为实验m分钟时的血糖浓度。

在一个优选实施例中，假设稳态期区间为实验80分钟(T80)至120分钟(T120)最终评价胰岛素敏感性的公式为：

M＝[(T₁₂₀-T₈₀)/(Kg×Min)]-SC。

2)根据最终评价胰岛素敏感性M值计算胰岛素敏感指数＝M/I×100％，其中，I为稳态期的平均胰岛素浓度。

综上所述，本发明在使用时，基于计算处理模块实施绘制曲线、以拟合曲线方式实时输出并不断修正计算得出的输注率，可极大提高实验的效率、精确性和重复性。本发明通过控制器和存储器不但可实时记录血糖监测时间、血糖浓度、输注率、输注量等实验数据，而且任何数据的修改都可以被记录下来。这样既保证的实验数据可溯源，同时也可让操作者通过浏览这些数据不断积累经验。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种模块化血糖调控系统，其特征在于：该系统包括检测模块、控制器、存储器和输液泵；所述检测模块用于将检测到的血糖浓度数据传输至所述控制器，所述控制器根据接收到的血糖浓度数据得到输注速度信息、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值，并将接收到的血糖浓度数据及其相应时间、得到的输注速度、葡萄糖输注总量和胰岛素敏感性M值传输至所述存储器内；所述控制器将输注速度信息、葡萄糖输注总量传输至所述输液泵，控制所述输液泵工作状态。

2.如权利要求1所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：所述检测模块与所述控制器之间的数据传输采用数据线传输或无线传输。

3.如权利要求1所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：所述检测模块采用现有的血糖分析仪。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：所述控制器内设置有计算处理模块，所述计算处理模块根据接收到的血糖浓度数据进行计算处理；所述计算处理模块采用负反馈数学模型，根据计算结果的偏差计算反馈量，以修正当前的计算结果。

5.如权利要求4所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：所述计算处理模块内预置有葡萄糖输注速度计算模块和胰岛素敏感指数计算模块，通过计算结果实施绘制曲线、以拟合曲线方式实时输出并不断修正计算得出的输注率。

6.如权利要求5所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：在所述葡萄糖输注速度计算模块内，通过以下步骤计算获得葡萄糖输注速度：

1)当前时刻的葡萄糖输注速度计算公式：

G_inf＝GV_i+GM_i， (1)

式中，G_inf为当前时刻的葡萄糖输注速度，GV_i为机体当前时刻的葡萄糖容量，GM_i表示预定时间内机体所代谢的葡萄糖的量；

2)未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖GV_i为：

GV_i＝(G_d-G_i)×3.759×SA， (2)

式中，G_d为目标血糖浓度；G_i为当前时刻的血糖浓度；3.759为转换因子；SA表示受试者体表面积，单位为m²(平方米)；其中，受试者体表面积SA为：

SA＝0.0061×H+0.0124×Kg-0.0099， (3)

H为受试者身高，单位为cm，Kg为受试者体重，单位为Kg；

3)将公式(3)代入公式(2)中得到未进入机体细胞代谢而存在于外周体液、血液中的葡萄糖GV_i的最终公式为：

GV_i＝(G_d-G_i)×3.759×(0.0061×H+0.0124×Kg-0.0099)； (4)

4)预定时间内机体所代谢的葡萄糖的量GM_i的计算公式为：

GM_i＝GM_i-2×FM_i×FM_i-1， (5)

式中，GM_i-2为10分钟前的葡萄糖输注速度；FM_i为代谢校正因子，FM_i＝(G_d-G_b)/(G_i-G_b)；FM_i-1为代谢校正因子，FM_i-1＝(G_d-G_b)/(G_i-1-G_b)；G_d为目标血糖浓度，G_b为基础血糖浓度，G_i为当前时刻的血糖浓度，G_i-1为上一个时刻的血糖浓度；

5)将公式(5)和公式(4)代入公式(1)中，得到最终完成的葡萄糖输注速度：

$G_{inf}=(G_d-G_i)\&times;3.759\&times;SA+\frac{{\mathrm{GM}}_{i-2}\&times;{(G_d-G_b)}^2}{(G_i-G_b)\&times;(G_{i-1}-G_b)}.$

7.如权利要求5所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：在所述胰岛素敏感指数计算模块内，通过以下步骤计算得到胰岛素敏感指数：

1)假设稳态期区间为实验m分钟至n分钟最终评价胰岛素敏感性M的公式为：

M＝[(T_n-T_m)/(Kg×Min)]-SC，

式中，m<n；T_n为实验n分钟时的总的葡萄糖输注量，单位为mg；T_m为实验m分钟时的总的葡萄糖输注量，单位为mg；Kg为受试者体重；Min为稳态期时间，单位为分钟；SC为葡萄糖空间修正量，SC＝(G_n-G_m)×0.095，G_n为实验n分钟时的血糖浓度，G_m为实验m分钟时的血糖浓度；

2)根据最终评价胰岛素敏感性M值计算胰岛素敏感指数＝M/I×100％，其中，I为稳态期的平均胰岛素浓度。

8.如权利要求7所述的一种模块化血糖调控系统，其特征在于：所述稳态期区间为实验80分钟至120分钟。