目前,關(guān)于雙激素人工胰臟子系統(tǒng)切換機制的研究較少,并且現(xiàn)有研究在運行效率和群體控制質(zhì)量上有待提高。以三支決策理論和模型預(yù)測控制算法為依托,提出一種基于三支決策的雙激素人工胰臟模型預(yù)測控制算法。該算法利用三支決策理論設(shè)計3個子系統(tǒng)之間的切換規(guī)則,該規(guī)則通過設(shè)計包含經(jīng)濟代價和高低血糖風(fēng)險的代價矩陣,計算切換到每個子系統(tǒng)的決策風(fēng)險值,確保最終切換到風(fēng)險值最小的子系統(tǒng)。利用UVA仿真平臺對33位虛擬病人進(jìn)行實驗并從多方面對仿真結(jié)果進(jìn)行分析,證明該算法能很好地將血糖控制在正常范圍內(nèi),在跟蹤誤差、風(fēng)險指數(shù)、運行效率和對多個病人的群體控制質(zhì)量上取得了良好的效果。 

【文章來源】：計量學(xué)報. 2021,42(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

基于三支決策的雙激素人工胰臟模型預(yù)測控制算法結(jié)構(gòu)框圖

對于仿真結(jié)果分別從個體和整體2部分進(jìn)行分析，從33個實驗對象中選擇1個個體對其結(jié)果進(jìn)行分析，該個體的血糖曲線、對應(yīng)的胰島素輸注速率曲線和胰高血糖素輸注速率曲線如圖2所示。其中，圖2(a)是該個體在控制過程中血糖濃度隨時間變化的曲線，圖2(b)是控制過程中胰島素輸注速率隨時間變化的曲線，圖2(c)是控制過程中胰高血糖素輸注速率隨時間變化的曲線。對3個子圖分析得到3個子系統(tǒng)的工作時間分布如圖3所示，其中采用胰島素子系統(tǒng)輸出值為1，采用零輸注子系統(tǒng)輸出值為2，采用胰高血糖素子系統(tǒng)輸出值為3。圖3 3個子系統(tǒng)工作時間分布圖

圖2 基于三支決策切換規(guī)則的人工胰臟個體控制效果圖實驗過程中設(shè)置該個體的胰島素基礎(chǔ)輸注速率為55.475 6 pmol/min，從圖2(a)可以看出，該個體的血糖值始終處于[70,180]的正常范圍內(nèi)，在設(shè)定值130 mg/d L附近上下浮動;虛擬病人分別在420 min、720 min和1 080 min時用餐，并且血糖隨之升高。綜合分析圖2可知，在0 min時虛擬病人經(jīng)過長時間的睡眠，血糖水平下降，因此輸注胰高血糖素以維持血糖，185 min后血糖逐漸升高，停止輸注胰高血糖素。420 min時病人用餐，血糖大幅度升高但可依靠胰島素基礎(chǔ)輸注速率將血糖控制在正常范圍內(nèi)，因此無需輸注大劑量胰島素，胰島素子系統(tǒng)不工作。隨著餐后血糖不斷被消耗利用，497 min時血糖開始下降，693 min時血糖低于設(shè)定值，輸注胰高血糖素減緩血糖下降速率。720 min時病人再次用餐，血糖不斷升高，782 min時血糖高于區(qū)間上限，輸注大劑量胰島素，801 min時血糖恢復(fù)到正常區(qū)間內(nèi)，胰島素子系統(tǒng)停止工作。1 025 min時血糖低于設(shè)定值，輸注胰高血糖素減緩血糖下降。1 080 min時病人再次用餐，血糖升高，1 142 min時輸注大劑量胰島素，1 161 min時血糖恢復(fù)到正常區(qū)間內(nèi)，胰島素子系統(tǒng)停止工作。綜上所述，本文算法將該個體的血糖濃度控制在正常范圍內(nèi)，且沒有低血糖事件的發(fā)生，獲得了較好的控制效果。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3332817