專利名稱：一種新型胰島素泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于糖尿病患者胰島素劑量注射控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠?qū)崟r(shí)檢測患者血糖,并根據(jù)測量血糖數(shù)據(jù)調(diào)整注射劑量的一種新型胰島素泵。
背景技術(shù)：
糖尿病是一種嚴(yán)重的、慢性、非傳染性、終生性疾病。正常生理情況下，血糖的來源與去路保持平衡，故血糖濃度相對恒定，可維持組織細(xì)胞的糖代謝正常。糖尿病患者主要是患者體內(nèi)胰島素絕對或相對分泌不足引起的，它主要是導(dǎo)致血糖來源增多，去路受阻，從而造成血糖濃度升高。胰島素是胰腺β細(xì)胞生成和分泌的一種激素，是體內(nèi)惟一的降血糖內(nèi)
分泌物質(zhì)，可以維持血糖平衡。當(dāng)患者體內(nèi)的血糖含量過高時(shí)就會(huì)導(dǎo)致各種并發(fā)癥，可以導(dǎo)致眼、腎、神經(jīng)、心臟、血管等組織的慢性進(jìn)行性病變，引起功能缺陷及衰竭。嚴(yán)重危害人體的健康，給患者的生活帶來很大的不便，因此嚴(yán)格控制血糖在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)是減少糖尿病并發(fā)癥的關(guān)鍵。對于糖尿病的治療，目前糖尿病還無法徹底治愈，但對于糖尿病患者的治療方法卻在不斷的提高和改善。在糖尿病血糖控制的過程中最為有效的方法是采用注射胰島素進(jìn)行治療。臨床上對于不同類型的糖尿病患者其治療方法也不同。對于I型糖尿病患者，由于胰腺β細(xì)胞完全破壞，必須依靠外源胰島素注射進(jìn)行治療。對于2型糖尿病患者，其胰島素相對缺乏，可以通過口服藥物刺激體內(nèi)胰島素的分泌達(dá)到治療目的，但實(shí)驗(yàn)表明采用胰島素治療有利于胰腺保存更多殘余的胰島細(xì)胞，而且還有利于胰島的自身修復(fù)與再生，臨床上更多的是采用藥物與胰島素相結(jié)合的方式治療糖尿病。由此可見注射胰島素在糖尿病患者的治療中占有舉足輕重的作用。目前臨床上采用皮下或者靜脈注射胰島素治療糖尿病的方法有兩種分次注射胰島素和佩戴開環(huán)式胰島素泵。分次注射胰島素是患者在進(jìn)餐之前，通過注射器在腹部注射胰島素，長期以來，皮下分次注射胰島素幾乎是唯一的胰島素給藥方式，現(xiàn)在這種給藥方式仍然占據(jù)統(tǒng)治地位。然而，這種分次注射的胰島素給藥方式與正常人體的胰島素連續(xù)分泌方式差別較大，存在以下主要缺點(diǎn)(I)血糖控制仍不平穩(wěn)，容易出現(xiàn)高血糖或低血糖，給患者帶來痛苦和危險(xiǎn)。(2)長期的血糖不穩(wěn)不但會(huì)逐漸加重糖尿病患者的癥狀，還可能導(dǎo)致各種嚴(yán)重的并發(fā)癥，危及患者的健康和生命。(3)操作繁瑣，且很難對胰島素精確定量。(4)分次注射給患者帶來極大的痛苦。上個(gè)世紀(jì)的60年代，提出了連續(xù)胰島素注射的概念，即胰島素的注射應(yīng)符合正常人體胰島素分泌的生理特征，隨后可連續(xù)注射胰島素的裝置一胰島素泵便應(yīng)運(yùn)而生。胰島素泵可以近似模擬人體胰腺的工作原理，連續(xù)不斷的對人體進(jìn)行胰島素的注射，其功能相當(dāng)于一個(gè)體外的“人工胰腺”。目前市面上的胰島素泵都屬于開環(huán)式的胰島素泵，需要患者根據(jù)自身血糖規(guī)律設(shè)置基礎(chǔ)注射率和餐前追加量，存在的缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)檢測患者的血糖含量，胰島素注射劑量需要患者自己設(shè)定，不是真正的“人工胰腺”。因此有必要設(shè)計(jì)一種能實(shí)時(shí)根據(jù)患者的血糖含量，自動(dòng)調(diào)節(jié)注射劑量的新型的胰島素泵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)作的目的在于提供一種新的胰島素泵，主要解決目前的開環(huán)胰島素泵血糖控制穩(wěn)定性不高，基礎(chǔ)量與追加量難以確定，成本過高，操作復(fù)雜的問題。本發(fā)明實(shí)施是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種新型胰島素泵，包括有血糖檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及連接控制系統(tǒng)的胰島素注射系統(tǒng)，其中，血糖檢測系統(tǒng)包括有血糖傳感器以及連接血糖傳感器的無線發(fā)射模塊，血糖 檢測系統(tǒng)能夠連續(xù)檢測糖尿病患者的血糖含量，并可以通過無線方式傳輸給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括有接收血糖檢測系統(tǒng)發(fā)來的血糖數(shù)據(jù)的無線接收模塊以及微控制器系統(tǒng)，無線接收模塊將接收到的血糖數(shù)據(jù)傳送給微控制器模塊，由微控制器計(jì)算及模型修正之后得出所需注射的胰島素劑量。進(jìn)一步地，所述胰島素注射系統(tǒng)包括有微型步進(jìn)電機(jī)以及輸注裝置。進(jìn)一步地，所述輸注裝置包括有儲(chǔ)藥器、導(dǎo)管和注射針頭。進(jìn)一步地，還包括有報(bào)警模塊、按鍵選擇模塊、供電模塊、液晶顯示模塊以及USB存儲(chǔ)模塊。本發(fā)明還提供一種胰島素泵的使用方法，包括以下步驟(I)血糖檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)測量患者血糖含量，并可將測得的血糖值無線發(fā)射至控制系統(tǒng)；(2)控制系統(tǒng)根據(jù)接受的血糖值計(jì)算出胰島素的注射劑量，根據(jù)自校正控制方法獲得更加精確的胰島素注射劑量；(3)胰島素注射系統(tǒng)根據(jù)控制器計(jì)算的胰島素注射劑量，由微型步進(jìn)電機(jī)完成胰島素的精確注射，經(jīng)由導(dǎo)管及針頭進(jìn)入患者體內(nèi)。相較于現(xiàn)有的胰島素泵，本發(fā)明創(chuàng)作采用閉環(huán)胰島素注射方式，模擬正常人體胰腺分泌胰島素的工作原理，由血糖檢測系統(tǒng)測量獲得患者血糖數(shù)據(jù)，由無線發(fā)射裝置發(fā)射至控制系統(tǒng)，由于胰島素皮下注射之后有吸收過程，因此在控制系統(tǒng)中加入血糖調(diào)節(jié)模型修正環(huán)節(jié)，精確計(jì)算胰島素的注射劑量，經(jīng)由精確的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)胰島素的閉環(huán)注射。該注射方法能根據(jù)患者血糖含量實(shí)時(shí)調(diào)整胰島素的注射劑量，達(dá)到精確注射胰島素，穩(wěn)定控制患者血糖的目的，同時(shí)本發(fā)明考慮到胰島素泵產(chǎn)品在使用過程中可能出現(xiàn)的故障，設(shè)計(jì)完善的解決方案，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明創(chuàng)作的原理框圖。圖2是本發(fā)明創(chuàng)作的微控制系統(tǒng)組成圖。圖3是本發(fā)明創(chuàng)作的顯示界面圖。圖4是本發(fā)明創(chuàng)作的控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本創(chuàng)作的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本創(chuàng)作進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。參照圖I、圖2所示，本發(fā)明新型胰島素泵包括有血糖檢測系統(tǒng)、接收來自血糖檢測系統(tǒng)所獲取的血糖數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)以及連接控制系統(tǒng)的胰島素注射系統(tǒng)，其中，血糖檢測系統(tǒng)包括有血糖傳感器I以及連接血糖傳感器I的無線發(fā)射模塊2，所述無線發(fā)射模塊2具有傳輸速率高、功耗低的特點(diǎn)。血糖檢測系統(tǒng)能夠連續(xù)檢測糖尿病患者的血糖含量，并可以通過無線方式傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括有接收血糖檢測系統(tǒng)發(fā)來的血糖數(shù)據(jù)的無線接收模塊3以及微控制器系統(tǒng)4，無線接收模塊3將接收到的血糖數(shù)據(jù)傳送給微控制器模塊4，由微控制器計(jì)算出所需注射的胰島素劑量。胰島素注射系統(tǒng)包括有微型步進(jìn)電機(jī)5以及輸注裝置6 ;所述輸注裝置6包括有儲(chǔ)藥器、導(dǎo)管和注射針頭。血糖傳感器I測量得到的血糖數(shù)據(jù)經(jīng)由無線發(fā)射模塊2發(fā)送至控制系統(tǒng)的無線接收模塊3，無線接收模塊3接收數(shù)據(jù)，并傳輸給微控制系統(tǒng)4，微控制系統(tǒng)4經(jīng)過計(jì)算之后得出胰島素的注射劑量，并控制胰島素注射系統(tǒng)的微步進(jìn)電機(jī)5經(jīng)注射裝置6，將精確計(jì)算的胰島素輸入糖尿病患者7。 參照圖2所示，本發(fā)明新型胰島素泵還設(shè)置有報(bào)警模塊8、按鍵選擇模塊9、供電模塊10、液晶顯示模塊11以及USB存儲(chǔ)模塊12。微控制系統(tǒng)分別與該等模塊進(jìn)行連接，以對該等模塊進(jìn)行控制。其中，現(xiàn)當(dāng)胰島素泵出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，控制報(bào)警模塊8發(fā)出報(bào)警提示；而控制按鍵選擇模塊9實(shí)現(xiàn)胰島素開關(guān)機(jī)、設(shè)置參數(shù)、胰島素注射路徑的選擇以及設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間等功能；通過控制供電模塊10，管理整機(jī)的電源；控制液晶顯示模塊11顯示胰島素泵注射的相關(guān)信息；控制USB存儲(chǔ)模塊12保存注射記錄及報(bào)警信息。本發(fā)明實(shí)施例中，采用微型步進(jìn)電機(jī)5實(shí)現(xiàn)胰島素的精確注射功能。請參照圖3所示，其為液晶顯示模塊的主要界面，包括有顯示內(nèi)容以及設(shè)置參數(shù)的設(shè)置鍵，以及功能鍵與開關(guān)鍵。請參照圖4所示，在開發(fā)閉環(huán)式胰島素泵時(shí)，胰島素注射劑量實(shí)時(shí)地根據(jù)糖尿病患者血糖含量來計(jì)算，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性尤為重要，這里主要是控制器的設(shè)計(jì)。本發(fā)明創(chuàng)作首先根據(jù)糖尿病患者的血糖數(shù)據(jù)運(yùn)用系統(tǒng)辨識的方法獲得其數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該模型來設(shè)計(jì)控制器。當(dāng)患者血糖出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，設(shè)計(jì)補(bǔ)償系統(tǒng)，系統(tǒng)模型可以在線實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制血糖的目的。本發(fā)明采用自校正控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，該控制方法應(yīng)用于被控對象參數(shù)緩慢變化的情況，具有被控對象在線辨識環(huán)節(jié)，根據(jù)辨識得到的模型參數(shù)和預(yù)先確定的性能指標(biāo)，進(jìn)行在線的控制器參數(shù)修正，以適應(yīng)被控對象的變化，參照圖4為自校正控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。血糖檢測系統(tǒng)獲得血糖數(shù)據(jù)16與設(shè)定的血糖理想值13相比較的偏差信號14，經(jīng)由控制器計(jì)算之后得到胰島素的注射率15。應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明新型胰島素泵的使用步驟如下(I)血糖檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)測量患者血糖含量，并可將測得的血糖值無線發(fā)射至控制系統(tǒng)；(2)控制系統(tǒng)根據(jù)接受的血糖值計(jì)算出胰島素的注射劑量，根據(jù)自校正控制方法獲得更加精確的胰島素注射劑量。(3)胰島素注射系統(tǒng)根據(jù)控制器計(jì)算的胰島素注射劑量，由微型步進(jìn)電機(jī)完成胰島素的精確注射，經(jīng)由導(dǎo)管及針頭進(jìn)入患者體內(nèi)。本發(fā)明創(chuàng)作采用閉環(huán)胰島素注射方式，模擬正常人體胰腺分泌胰島素的工作原理，由血糖檢測系統(tǒng)測量獲得患者血糖數(shù)據(jù)，由無線發(fā)射裝置發(fā)射至控制系統(tǒng)，由于胰島素皮下注射之后有吸收過程，因此在控制系統(tǒng)中加入血糖調(diào)節(jié)模型修正環(huán)節(jié)，精確計(jì)算胰島素的注射劑量，經(jīng)由精確的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)胰島素的閉環(huán)注射。該注射方法能根據(jù)患者血糖含量實(shí)時(shí)調(diào)整胰島素的注射劑量，達(dá)到精確注射胰島素，穩(wěn)定控制患者血糖的目的，同時(shí)本發(fā)明考慮到胰島素泵產(chǎn)品在使用過程中可能出現(xiàn)的故障，設(shè)計(jì)完善的解決方案，提高了系 統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型胰島素泵，其特征在于，包括有血糖檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及連接控制系統(tǒng)的胰島素注射系統(tǒng)，其中，血糖檢測系統(tǒng)包括有血糖傳感器以及連接血糖傳感器的無線發(fā)射模塊，血糖檢測系統(tǒng)能夠連續(xù)檢測糖尿病患者的血糖含量，并可以通過無線方式傳輸給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括有接收血糖檢測系統(tǒng)發(fā)來的血糖數(shù)據(jù)的無線接收模塊以及微控制器系統(tǒng)，無線接收模塊將接收到的血糖數(shù)據(jù)傳送給微控制器模塊，由微控制器計(jì)算及模型修正之后得出所需注射的胰島素劑量。
2.如權(quán)利要求I所述的胰島素泵，其特征在于所述胰島素注射系統(tǒng)包括有微型步進(jìn)電機(jī)以及輸注裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的胰島素泵，其特征在于所述輸注裝置包括有儲(chǔ)藥器、導(dǎo)管和注射針頭。
4.如權(quán)利要求3所述的胰島素泵，其特征在于還包括有報(bào)警模塊、按鍵選擇模塊、供電模塊、液晶顯示模塊以及USB存儲(chǔ)模塊。
5.權(quán)利要求I所述胰島素泵的使用方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)血糖檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)測量患者血糖含量，并可將測得的血糖值無線發(fā)射至控制系統(tǒng)； (2)控制系統(tǒng)根據(jù)接受的血糖值計(jì)算出胰島素的注射劑量，根據(jù)自校正控制方法獲得更加精確的胰島素注射劑量； (3)胰島素注射系統(tǒng)根據(jù)控制器計(jì)算的胰島素注射劑量，由微型步進(jìn)電機(jī)完成胰島素的精確注射，經(jīng)由導(dǎo)管及針頭進(jìn)入患者體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于胰島素注射控制采用閉環(huán)的方式。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型胰島素泵，包括有血糖檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及胰島素注射系統(tǒng)，其中，血糖檢測系統(tǒng)包括有血糖傳感器以及連接血糖傳感器的無線發(fā)射模塊，血糖檢測系統(tǒng)能夠連續(xù)檢測糖尿病患者的血糖含量，并可以通過無線方式傳輸給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括有接收血糖檢測系統(tǒng)發(fā)來的血糖數(shù)據(jù)的無線接收模塊以及微控制器系統(tǒng)，無線接收模塊將接收到的血糖數(shù)據(jù)傳送給微控制器模塊，由微控制器計(jì)算及模型修正之后得出所需注射的胰島素劑量。本發(fā)明創(chuàng)作采用閉環(huán)胰島素注射方式，模擬正常人體胰腺分泌胰島素的工作原理，由血糖檢測系統(tǒng)測量獲得患者血糖數(shù)據(jù)，本發(fā)明能根據(jù)患者血糖含量實(shí)時(shí)調(diào)整胰島素的注射劑量，達(dá)到精確注射胰島素的目的。
文檔編號A61M5/172GK102836481SQ20121037486
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者李成偉, 胡瑞強(qiáng) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)