【摘要】：糖尿病已經(jīng)逐漸成為危害人類生命安全和影響全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的世界性公共衛(wèi)生問(wèn)題之一。作為最具研究?jī)r(jià)值的糖尿病治療手段之一,人工胰臟已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)儀是人工胰臟的關(guān)鍵組成部分,正是隨著傳感器技術(shù)的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,才使得對(duì)病人進(jìn)行連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)成為可能。連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)能為后續(xù)的血糖預(yù)測(cè)報(bào)警和血糖控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此,根據(jù)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行血糖研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。血糖的生理建模通常耗時(shí)耗力,且不同對(duì)象之間的模型差距較大,導(dǎo)致生理建模在實(shí)際應(yīng)用中受限。而隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法受到越來(lái)越多學(xué)者的重視。采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法對(duì)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析存在血糖信號(hào)易受噪聲影響、血糖監(jiān)測(cè)儀易發(fā)生故障、血糖預(yù)測(cè)報(bào)警受預(yù)測(cè)誤差影響而精度不高、血糖控制性能的評(píng)價(jià)不夠全面等問(wèn)題。本文在深入研究這些問(wèn)題的基礎(chǔ)上,從幫助病人提高自身血糖管理水平出發(fā),提出了一系列針對(duì)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)的濾波處理、故障檢測(cè)、預(yù)測(cè)報(bào)警和控制評(píng)價(jià)的算法:(1)針對(duì)病人個(gè)體間差異和個(gè)體內(nèi)差異影響濾波精度的問(wèn)題,提出了一種基于自動(dòng)噪聲水平估計(jì)和響應(yīng)濾波參數(shù)更新的濾波方法。該方法能夠根據(jù)不同病人的測(cè)量數(shù)據(jù)定量和準(zhǔn)確地估計(jì)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和噪聲水平,避免了傳統(tǒng)濾波方法不能有效地根據(jù)不同病人調(diào)節(jié)濾波器固定參數(shù)的問(wèn)題,更有針對(duì)性的對(duì)特定病人進(jìn)行信號(hào)濾波處理。同時(shí),該方法通過(guò)響應(yīng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)到的噪聲水平的變化來(lái)調(diào)節(jié)濾波器參數(shù),定量的分析信號(hào)在頻帶I的功率譜密度值來(lái)定義合適的置信區(qū)間,避免了傳統(tǒng)方法不停地盲目更新濾波參數(shù)的問(wèn)題,從而提升了連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性。(2)針對(duì)故障和未申明飲食對(duì)血糖信號(hào)的影響難以區(qū)分的問(wèn)題,提出了一種基于全動(dòng)態(tài)分析的協(xié)同故障和飲食檢測(cè)方法,包括對(duì)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)相關(guān)關(guān)系和暫態(tài)特征兩方面進(jìn)行分析。首先通過(guò)典型變量分析的方法來(lái)提取正常血糖間的相關(guān)關(guān)系,并定義了監(jiān)測(cè)指標(biāo)來(lái)衡量信號(hào)相關(guān)關(guān)系的變化情況,以此來(lái)判斷是否發(fā)生了故障或者未申明飲食的輸入。為了進(jìn)一步區(qū)分這兩種情況,采用慢特征分析的方法來(lái)提取連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)的暫態(tài)特性,并定義了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)來(lái)衡量變化速率的波動(dòng)情況,以此來(lái)區(qū)分暫時(shí)喪失敏感性故障和未申明飲食的輸入,保證了連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)的可靠性。(3)針對(duì)預(yù)測(cè)的不確定性影響高低血糖報(bào)警的問(wèn)題,提出了一種基于預(yù)測(cè)不確定性分析的異常血糖事件概率軟報(bào)警的方法,首次將概率軟報(bào)警的概念引入到在線異常血糖報(bào)警事件預(yù)測(cè)當(dāng)中。首先通過(guò)高斯混合模型來(lái)擬合預(yù)測(cè)誤差的分布,將預(yù)測(cè)的不確定性進(jìn)行定量化的表示,隨后根據(jù)所設(shè)置的置信區(qū)間和高低血糖報(bào)警距離來(lái)估計(jì)出異常血糖事件報(bào)警概率,量化了高低血糖的報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)。為了捕捉隨時(shí)間變化的預(yù)測(cè)不確定性,提出了一種在線更新高斯混合模型參數(shù)的方法,來(lái)更好的擬合預(yù)測(cè)誤差的分布情況,以此給出了細(xì)化報(bào)警程度的概率值。(4)針對(duì)現(xiàn)有血糖控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)忽視了連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)時(shí)序變化信息的問(wèn)題,提出了一種基于暫態(tài)特征分析的血糖控制性能在線精細(xì)化評(píng)價(jià)的方法。通過(guò)慢特征分析的方法來(lái)提取連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)的暫態(tài)信息,來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法忽略時(shí)間信息的不足,以此將正常區(qū)域的血糖控制性能分為了三個(gè)等級(jí),提供了更詳細(xì)的評(píng)價(jià)信息。同時(shí),所提方法能夠在線實(shí)時(shí)地評(píng)估信號(hào)的控制性能效果,便于及時(shí)改善控制器的控制效果。最后,為了對(duì)病人血糖控制情況進(jìn)行一個(gè)整體的評(píng)價(jià),提出了控制性能評(píng)價(jià)網(wǎng)格分析的方法,綜合了連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)的靜態(tài)特征和暫態(tài)特征,不僅提供了定性的可視化評(píng)價(jià)結(jié)果,同時(shí)也定量的分析了血糖控制結(jié)果在不同等級(jí)區(qū)域的分布情況。本方法能夠?qū)Σ煌刂扑惴ǖ目刂菩ЧM(jìn)行更全面的總結(jié),也方便對(duì)比不同病人不同時(shí)間段的血糖控制結(jié)果。為了驗(yàn)證上述算法,采用了仿真數(shù)據(jù)、開(kāi)源網(wǎng)站的臨床數(shù)據(jù)和劍橋大學(xué)提供的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方法的有效性和可靠性。最后,對(duì)全文的工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來(lái)的工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R319;TN911.7
【圖文】：

全世界約有４．２５億人（２０－７９歲）患有糖尿病，占該年齡段總數(shù)的８．８％，每１１逡逑人就有１個(gè)糖尿病患者，有超過(guò)１００萬(wàn)的兒童和青少年患有１型糖尿病。如果將年齡范圍逡逑擴(kuò)展到１８－９９歲的，糖尿病患者的人數(shù)將增加到４．５１億。圖１．１展示了邋２０１７年成人（２０－７９逡逑歲）糖尿病患者的估計(jì)總數(shù)。根據(jù)這一趨勢(shì)，到２０４５年，２０－７９歲的人口中有６．２９億人逡逑糖尿病患者［１８］。在高收入國(guó)家，約有８７％－９１°／。的糖尿病人患有２型糖尿病，７°／。－１２°／。估逡逑計(jì)患有１型糖尿病，患有其他類型的糖尿病。在多數(shù)高收入國(guó)家，兒童和青少年逡逑糖尿病人患有的是１型糖尿病。２０１７年約有４００萬(wàn)人（２０－７９歲）死于糖尿病，相當(dāng)于每逡逑８秒就有１人死于糖尿病，占該年齡段死亡率的１０．７％。由糖尿病所造成的醫(yī)療保健支出逡逑達(dá)７２７０億美元，相比２０１５年增長(zhǎng)了邋８％，占全球衛(wèi)生支出的１２％［１９］。逡逑—％邋＾邐＾逡逑０邋１００－５００邋ｔｈｏｕｓａｎｄ邐Ｗ逡逑S緬澹擔(dān)埃板澹簦瑁錚酰螅幔睿洌卞澹恚椋歟歟椋錚鑠義希擼保玻埃恚椋眨椋錚鑠義希咤澹荊玻埃恚椋歟熵錚鑠�？逦／辶x賢跡保卞澹玻埃保紡瓿扇耍ǎ玻埃罰顧輳┨悄蠆』頰叩墓蘭譜蓯郟玻跡蒎義現(xiàn)泄奶悄蠆』頰呷聳錚保保匆�，占全峭惽南姟浊{聳呢醋笥遙瘓郵瀾緄諞唬義掀渲杏校矗吠蚨頹嗌倌昊加校斃吞悄蠆�。中国的糖南姟嚷桚呈柱^甑菰鑾魘

本文編號(hào)：2772833