胰島素泵給藥精度及安全性研究.pdf

1、糖尿病是威脅人類健康的三大疾病之一，患者數(shù)量接近人口總數(shù)的10％，胰島素泵給藥是當前最有效的I型糖尿病治療方案，且胰島素泵是病人痛苦程度最低的精確給藥裝置。不過，該類裝置主要被國外產(chǎn)品壟斷。所以，開發(fā)一種高精度、高安全的自主知識產(chǎn)權(quán)胰島素泵具有十分重要的社會意義與經(jīng)濟價值。本課題旨在設(shè)計一種胰島素泵，并重點研究其給藥精度及系統(tǒng)安全性提升方法。
　　首先，根據(jù)糖尿病特點分析了給藥精度需求，確定了胰島素泵的設(shè)計目標參數(shù)，并提出“柱塞式

2、”的胰島素泵總體方案。根據(jù)目標參數(shù)明確了電機及機械傳動機構(gòu)具體參數(shù)。建立了胰島素泵機電傳動系統(tǒng)的數(shù)學模型，通過對數(shù)學模型的分析，得到影響給藥精度的因素。為保證胰島素泵給藥的精確性，建立系統(tǒng) PID控制模型，利用4:1臨界比例法確定 PID控制器參數(shù)，最終達到控制給藥精度的目的。通過SIMULINK仿真驗證了系統(tǒng)模型參數(shù)設(shè)計的正確性。
　　在系統(tǒng)安全性方面，首先對影響胰島素泵安全性的因素進行分析，提出了提升系統(tǒng)安全性的軟硬件設(shè)計方案

3、，而后進行了詳細的設(shè)計。面向硬件系統(tǒng)的安全設(shè)計主要包括：溫度檢測模塊、壓力檢測模塊、過流檢測模塊等傳感器模塊的硬件電路設(shè)計；面向軟件系統(tǒng)安全設(shè)計包括軟件在編程上、算法上的安全保護措施，及結(jié)合硬件對異常情況處理等。
　　最后，搭建胰島素泵樣機實驗平臺，進行給藥精度及系統(tǒng)安全性實驗。給藥精度實驗主要包含：給定線數(shù)與實際線數(shù)實驗、碼盤線數(shù)與實際給藥量關(guān)系實驗以及系統(tǒng)控制器參數(shù)驗證及給藥精度實驗。通過該實驗，驗證了系統(tǒng)控制器設(shè)計的有效性、