基于脉冲区域模型预测控制的动态目标区间调制在人工胰腺中的物理活动管理应用

《IEEE Transactions on Control Systems Technology》：Dynamic Target Zone Modulation for Physical Activity Management in Artificial Pancreas Using Pulsatile Zone Model Predictive Control

　　

摘要：

体育活动（PA）对人工胰腺（AP）系统管理1型糖尿病构成了重大挑战，主要是因为它增加了运动期间和运动后发生低血糖的风险。本研究介绍并评估了一种新型的、能够感知运动情况的脉动区域模型预测控制（pZMPC）策略，旨在提高运动期间的血糖安全性和控制效果。该策略通过动态调整葡萄糖目标范围来主动降低这一风险，在预计运动、运动过程中以及运动后提高葡萄糖目标值。通过在一组十个虚拟成年患者身上进行的计算机模拟（in silico simulations），在模拟现实生活事件的多种场景下，使用两种与控制相关的代谢模型（其中一个模型明确将运动效应视为不可控输入），系统地评估了该策略的性能。与没有运动特定调整的标准pZMPC控制器相比，采用动态目标范围调整的改进型pZMPC显著提高了血糖安全性，减少了运动诱发的低血糖的发生率和持续时间。此外，即使在运动信息存在不确定性的情况下，该策略也能有效降低整体血糖波动并保持稳定的控制效果。