低功耗技术在胰岛素泵中的应用研究

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糖尿病已成为继心脑血管疾病、恶性肿瘤之后威胁人类健康的第三大慢性疾病。截至2013年5月,我国糖尿病患者已经超过9200万,北京和上海等大型城市糖尿病发病率已超过10％,因此,提倡健康的生活方式,并对糖尿病患者进行“早诊断、早治疗”已成为我国糖尿病防控的关键。
　　在糖尿病患者当中,I型糖尿病患者(胰岛素依赖型)必须输注胰岛素进行治疗,而输注胰岛素的最佳方式是胰岛素泵给药。当前,以美敦力712智能型开环胰岛素泵为代表的国外品牌垄断着我国胰岛素泵市场,国产品牌刚刚起步,在给药精度、低功耗策略、系统集成、安全保护体系等关键技术方面有待提升。
　　作为一节干电池供电的有源医疗器械,低功耗技术在胰岛素泵使用中表现得尤为突出。为实现一节3瓦干电池可支持胰岛素泵工作9天的目标,本文着重研究低功耗技术在胰素泵中的应用。具体内容如下:
　　首先,基于胰腺分泌胰岛素调节人体血糖浓度的机理分析,设计了胰岛素泵的工作过程,从而获得胰岛素泵的功耗需求,并设计了一节干电池供电的胰岛素泵控制系统总体设计方案;然后在总体设计方案的基础上对芯片的功耗进行原理分析,完成了元器件的选型。
　　其次,根据总体设计方案和选择的低功耗器件进行了控制系统设计,搭建了低功耗控制系统样机。基于控制系统样机和胰岛素泵仿胰腺工作模式,进行了胰岛素泵工作过程中的理论功耗计算和分析,得出胰岛素泵功耗分布图,获取了功耗最大的工作模块,即胰岛素输注模块。
　　然后,针对胰岛素泵控制系统中功耗最大的胰岛素输注模块,综合胰岛素泵给药的精密性和低功耗需求,采取了在电机的速度环和位置环中分别加入增量式PID控制器和模糊PID控制器的低功耗控制策略,并在MATLAB中进行了仿真。仿真结果表明,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实现良好效果的控制效果。
　　最后,为验证整体控制方案的可行性以及针对功耗最大的胰岛素输注模块提出的控制策略有效性,在系统样机的基础上搭建了测试平台。针对胰岛素输注单元,测试其在有无低功耗控制策略的情况下实际电流、工作时间;实验结果表明,本文设计的整体控制方案及低功耗控制策略可满足胰岛素泵连续工作9天左右的要求。

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作者
陈岩霞;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科机械电子工程
授予学位硕士
导师姓名姚玉峰;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类自动控制、自动控制系统;
关键词
糖尿病; 胰岛素泵; 低功耗技术; 控制策略;

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