低功耗技術(shù)在胰島素泵中的應(yīng)用研究.pdf

1、糖尿病已成為繼心腦血管疾病、惡性腫瘤之后威脅人類健康的第三大慢性疾病。截至2013年5月,我國(guó)糖尿病患者已經(jīng)超過9200萬,北京和上海等大型城市糖尿病發(fā)病率已超過10％,因此,提倡健康的生活方式,并對(duì)糖尿病患者進(jìn)行“早診斷、早治療”已成為我國(guó)糖尿病防控的關(guān)鍵。
　　在糖尿病患者當(dāng)中,I型糖尿病患者(胰島素依賴型)必須輸注胰島素進(jìn)行治療,而輸注胰島素的最佳方式是胰島素泵給藥。當(dāng)前,以美敦力712智能型開環(huán)胰島素泵為代表的國(guó)外品牌壟斷

2、著我國(guó)胰島素泵市場(chǎng),國(guó)產(chǎn)品牌剛剛起步,在給藥精度、低功耗策略、系統(tǒng)集成、安全保護(hù)體系等關(guān)鍵技術(shù)方面有待提升。
　　作為一節(jié)干電池供電的有源醫(yī)療器械,低功耗技術(shù)在胰島素泵使用中表現(xiàn)得尤為突出。為實(shí)現(xiàn)一節(jié)3瓦干電池可支持胰島素泵工作9天的目標(biāo),本文著重研究低功耗技術(shù)在胰素泵中的應(yīng)用。具體內(nèi)容如下:
　　首先,基于胰腺分泌胰島素調(diào)節(jié)人體血糖濃度的機(jī)理分析,設(shè)計(jì)了胰島素泵的工作過程,從而獲得胰島素泵的功耗需求,并設(shè)計(jì)了一節(jié)干電池供電

3、的胰島素泵控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案;然后在總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上對(duì)芯片的功耗進(jìn)行原理分析,完成了元器件的選型。
　　其次,根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案和選擇的低功耗器件進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),搭建了低功耗控制系統(tǒng)樣機(jī)?；诳刂葡到y(tǒng)樣機(jī)和胰島素泵仿胰腺工作模式,進(jìn)行了胰島素泵工作過程中的理論功耗計(jì)算和分析,得出胰島素泵功耗分布圖,獲取了功耗最大的工作模塊,即胰島素輸注模塊。
　　然后,針對(duì)胰島素泵控制系統(tǒng)中功耗最大的胰島素輸注模塊,綜合胰島素泵給藥

4、的精密性和低功耗需求,采取了在電機(jī)的速度環(huán)和位置環(huán)中分別加入增量式PID控制器和模糊PID控制器的低功耗控制策略,并在MATLAB中進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明,采用增量式PID控制器和模糊PID控制器的低功耗控制策略可實(shí)現(xiàn)良好效果的控制效果。
　　最后,為驗(yàn)證整體控制方案的可行性以及針對(duì)功耗最大的胰島素輸注模塊提出的控制策略有效性,在系統(tǒng)樣機(jī)的基礎(chǔ)上搭建了測(cè)試平臺(tái)。針對(duì)胰島素輸注單元,測(cè)試其在有無低功耗控制策略的情況下實(shí)際電流、工作