穆爽 上海永歷科貿(mào)有限公司 （上海 200000）

內(nèi)容提要： 胰島素泵由泵、小注射器以及與之相連的輸液管構(gòu)成，是一種持續(xù)輸注胰島素裝置，既安全又方便攜帶，有助于控制血糖濃度。為了更好地監(jiān)測血糖，根據(jù)人體血糖變化趨勢，科學(xué)注射胰島素，本文配合應(yīng)用動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀（CGMS），從整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面著手，設(shè)計(jì)研究新型閉環(huán)胰島素泵。

近年，社會(huì)迅速發(fā)展，人們生活水平不斷提升，糖尿病發(fā)病率逐年升高，成為影響患者身心健康的重要疾病，降低患者生存質(zhì)量。其中，胰島素是糖尿病治療的重要組成部分[1]。胰島素泵中的小注射器最多可容納3mL胰島素，將注射器裝入至泵中，借助注針器，扎入輸液管前端的引導(dǎo)針至皮下（常規(guī)情況下選擇腹壁），利用電池，驅(qū)動(dòng)胰島素泵的螺旋馬達(dá)，推動(dòng)小注射器活塞，向體內(nèi)輸注胰島素[2]。胰島素泵，通過模擬胰腺的分泌功能，根據(jù)所需劑量，持續(xù)推注胰島素至患者皮下，穩(wěn)定全天血糖，實(shí)現(xiàn)對血糖值的有效控制[3]。為了更好地監(jiān)測血糖變化，掌握糖尿病患者的病情，有學(xué)者開始研究基于動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀的閉環(huán)胰島素泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在此，筆者將結(jié)合自己的臨床經(jīng)驗(yàn)，參考借鑒相關(guān)文獻(xiàn)資料，探討研究基于動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀的閉環(huán)胰島素泵。

1.基于動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀的閉環(huán)胰島素泵

1.1 整體結(jié)構(gòu)

基于CGMS的閉環(huán)胰島素泵由多個(gè)部分構(gòu)成，如MSP430微處理器、藍(lán)牙接口、無線接收模塊nRF2401、微型泵等。這種胰島素泵，通過無線接收模塊接收來自于CGMS監(jiān)測到的血糖值，并根據(jù)人體的正常血糖濃度值，借助微控制器對需注射胰島素量進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，將此作為基礎(chǔ)量，促使微型泵輸出精準(zhǔn)度高的值。根據(jù)醫(yī)學(xué)規(guī)定，按照胰島素用量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式對基礎(chǔ)量準(zhǔn)確值進(jìn)行計(jì)算。具體公式如下：

其中，U表示胰島素每日用量，單位取mg；P為空腹血糖值，單位取mg/dl；K表示體重，單位取kg。血糖正常值取100，血糖單位換算成mg/L用×10表示，×0.6表示的是人體體液量為體重的60%，將mg換成g用÷1000表示，÷2表示2g血糖需胰島素1U。

1.2 系統(tǒng)軟件

基于CGMS的閉環(huán)胰島素泵，采用模塊化方法完成軟件部分設(shè)計(jì)，包括多個(gè)構(gòu)成要素，如鍵盤子程序、主程序、胰島素注射子程序等。主程序。設(shè)計(jì)閉環(huán)胰島素泵主程序時(shí)，需考慮多方面的功能需求，主要包括以下幾點(diǎn)：①整個(gè)系統(tǒng)初始化；②顯示開機(jī)畫面；③檢測系統(tǒng)故障；④調(diào)整基礎(chǔ)率；⑤根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置時(shí)間，包括基礎(chǔ)量、餐前量以及加餐量。胰島素泵注射子程序。系統(tǒng)初始化完成之后，自行判斷注射胰島素基礎(chǔ)率的時(shí)間是否到了，如果是則按照事先預(yù)定的量進(jìn)行注射，在此基礎(chǔ)上，判斷餐前量注射時(shí)間，最終，根據(jù)實(shí)際情況，決定有沒有必要加減量。整個(gè)過程的局部程序設(shè)計(jì)如下所示：

#pragma vector =TIMERB0-VECTOR

--interrupt void Timer -B0(void)

…………

//若需注射胰島素

If(Action -ing||Add-Temp-ing||Act-Before-ing)

{

//胰島素量合成給定

Insulin-Value=InterFun-Target-Insulin();

Insulin'-Motor-Output-PID();

//所需注射量輸送至電機(jī)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出

InterFun-Motor-Output(Insulin-Value);

}}

1.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件是閉環(huán)胰島素泵的重要構(gòu)成要素，是影響閉環(huán)胰島素泵工作性能的一大因素，設(shè)計(jì)過程中需尤為重視。同時(shí)，系統(tǒng)硬件間的相互配合與協(xié)助，是提高閉環(huán)胰島素泵工作效率的有效措施。本次研究的基于動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀的閉環(huán)胰島素泵所涉及的硬件結(jié)構(gòu)包括以下幾類：①微處理器。選擇由T1公司生產(chǎn)提供的MSP430F149微處理器，具有超低功耗的特點(diǎn)，設(shè)定于保持模式狀態(tài)下，MCU消耗電流一般為0.1μA，6μs內(nèi)便可從待機(jī)狀態(tài)恢復(fù)至正常工作模式。MSP430F149單片機(jī)的片內(nèi)外設(shè)十分豐富，UART、SPI、A/D、定時(shí)器等是常用的模塊，極大地提升了系統(tǒng)的開發(fā)效率。②血糖監(jiān)測。關(guān)于血糖監(jiān)測模塊，市面上常見的類型有2種。一是微創(chuàng)血糖監(jiān)測，現(xiàn)如今，大部分血糖儀都采用微創(chuàng)血糖檢測方法檢測血糖，具體操作時(shí)，在血糖儀中先插入試紙，再在試紙上滴上患者的血液，血液中的葡萄糖成分和試紙上的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)便可得出相應(yīng)的血糖值。二是采用皮下植入傳感器方式，無創(chuàng)測量血糖值。該方法的基本原理是借助聚合物傳感器，通過其對酸度變化做出的反應(yīng)，檢測葡萄糖氧化酶的含量。顧名思義，這種檢測方法無創(chuàng)性，避免因采血出現(xiàn)的傷口，患者更加愿意接受，可減少感染發(fā)生率。閉環(huán)胰島素泵設(shè)計(jì)中，選擇無創(chuàng)檢測方法，即皮下植入傳感器無創(chuàng)監(jiān)測方法，利用檢測儀配備的無線發(fā)射模塊nRF2401，實(shí)現(xiàn)血糖濃度的實(shí)時(shí)發(fā)射。研究證實(shí)，CGMS應(yīng)用在閉環(huán)胰島素泵中，對糖尿病患者具有指導(dǎo)作用，有助于降低患者血糖值，緩解糖尿病病癥，減少并發(fā)癥與合并癥，改善預(yù)后，促使患者早日康復(fù)。另外，CGMS屬于微型化智能設(shè)備，操作十分簡單，而且精度高，對血糖信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，并且能夠無線傳輸，為掌握患者的血糖值變化創(chuàng)造有利條件。③閉環(huán)無線接收模塊。利用由Nordic公司生產(chǎn)提供的單片射頻發(fā)射器芯片nRF2401對閉環(huán)無線接收模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，芯片內(nèi)由多部分構(gòu)成，包括晶體振蕩器及調(diào)制器和功率放大器，發(fā)射功率與工作頻率等參數(shù)配置主要依靠3線SPI完成。同時(shí)，nRF2401內(nèi)置多個(gè)功能模塊，包括時(shí)鐘處理器、先入先出堆棧區(qū)、地址解碼器、GFSK濾波器等，由于所需要的外圍模塊并不多，因此更方便使用。除此之外，nRF2401具有電流消耗低的特點(diǎn)，一般情況下，輸出功率為-5dBm時(shí)，可能會(huì)消耗電流10.5mA，若是處于接收模式狀態(tài)下，消耗電流18mA左右。另外，該模塊還可以調(diào)整至掉電模式，降低功耗。

2.小結(jié)

基于動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀的閉環(huán)胰島素泵系統(tǒng)，根據(jù)患者的實(shí)際需求，結(jié)合患者病情，調(diào)節(jié)胰島素用量，并詳細(xì)記錄胰島素輸注情況，有助于臨床醫(yī)師掌握患者的情況，便于醫(yī)師處理突發(fā)事件。目前，基于動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測儀的閉環(huán)胰島素泵總功耗如何降低仍是研究的重點(diǎn)，旨在完善該系統(tǒng)。