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,并對糖尿病患者進(jìn)行“早診斷、早治療”已成為我國糖尿病防控的關(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外品牌壟斷

2、著我國胰島素泵市場,國產(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)上搭建了測試平臺。針對胰島素輸注單元,測試其在有無低功耗控制策略的情況下實(shí)際電流、工作