МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Величко Ольга Миколаївна

УДК 615.47:616–085

МЕТОД ЗОВНІШНЬОГО АДАПТИВНОГО УПРАВЛІННЯ

РІВНЕМ ГЛЮКОЗИ В КРОВІ ЛЮДИНИ

05.11.17 - Медичні прилади та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків –2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент

Мустецов Микола Петрович,

Харківський національний університет радіоелектроніки,

професор кафедри Біомедичних електронних

пристроїв та систем

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Манойлов В'ячеслав Пилипович,

Житомирський інженерно–технологічний інститут

Міністерства освіти і науки України,

завідувач кафедри медичних приладів та систем

кандидат технічних наук, доцент Поворознюк Анатолій Іванович,

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри обчислювальної техніки і програмування

Провідна установа:

Національний університет “Львівська політехніка”

Захист відбудеться " 10 " липня 2002 р. об 11.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .052.05 Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою:

61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою:

61166, Харків, пр. Леніна, 14.

Автореферат розісланий " 10 " 06 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________ Мустецов М.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. За останні 30 років відмічено різке зростання захворюваності цукровим діабетом, особливо в промислово розвинених країнах, де його поширеність становить 5 – % і має тенденцію до подальшого зростання, насамперед у вікових групах старших за 40 років. Кожні 10 - 15 років число хворих цукровим діабетом подвоюється. За розрахунками, у разі збільшення середньої тривалості життя до 80 років, кількість хворих інсуліннезалежним цукровим діабетом буде складати 17 % населення. За даними Всесвітньої організації охорони здоровя сьогодні в світі нараховується більш за 150 млн. хворих на цукровий діабет, і за попередніми даними до 2010 року ця цифра буде перевищувати 230 млн.

За експертними оцінками офіційно зареєстровані випадки захворювання цукровим діабетом становлять близько 4 % населення. Тому ця проблема є також актуальною і для України.

Успішне лікування порушень вуглеводного обміну, одним з найсерйозніших виявлень якого є цукровий діабет, значно залежить від своєчасного виявлення патологічних процесів. Відсутність обєктивних математичних критеріїв для безпомилкового розпізнавання цукрового діабету обмежує використання сучасних компютерних технологій, тому лікарі ендокринологи проводять виявлення порушень вуглеводного обміну, покладаючись частіше на свій досвід та інтуїцію.

Одним з напрямків в лікуванні діабету є інсулінотерапія, яку призначають в ряді випадків. Лікарям доводиться вирішувати задачу правильного вибору дози препарату, що вводиться, оскільки недостатня доза не приведе до очікуваного ефекту, а надмірна – може стати причиною серйозних гіпоглікемічних наслідків.

Для підтримки рівня глікемії поблизу заданого значення були розроблені терапевтичні автомати, які здійснюють ін'єкції інсуліну зі швидкістю, що визначається відповідно до жорсткого алгоритму. Однак, експериментальні клінічні дослідження з їх використанням допомогли встановити, що всі автомати мають спільний недолік – надмірні витрати інсуліну, що стимулює виникнення гіпоглікемічних наслідків.

Найбільш перспективним є створення біотехнічних систем зовнішнього управління глікемією, функціональне призначення яких повинно включати оцінку стану об'єкта, відповідно до якого вибирається стратегія управління.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до плану науково–дослідницьких робіт за темами "Дослідження і розробка системи інтегральної діагностики стану здоров?я людини за біоенергетичними показниками" № 177–1 (номер держреєстрації 0193U039088), "Розробка та впровадження в медичну практику комплексу діагностичних комп?ютерних систем" № 331 (номер держреєстрації 0193U039132).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка методу зовнішнього адаптивного управління рівнем глюкози в крові людини.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити ряд задач: провести аналіз існуючих терапевтичних автоматів для підтримки рівня глікемії поблизу заданого рівня; вивчити фізіологічні моделі та провести аналіз існуючих математичних моделей для опису системи регулювання глюкози в крові; синтезувати структурну схему біотехнічної системи (БТС) зовнішнього управління глікемією, сформулювати наукові та технічні задачі, що необхідно вирішити для успішної реалізації системи; сформулювати вимоги щодо математичної моделі регулювання глікемії у складі БТС; запропонувати адаптивну математичну модель для опису системи регулювання глікемії; розробити спосіб адаптації моделі до кожного пацієнта; запропонувати спосіб оцінки стану людини на основі фазового портрету динамічної системи та спосіб зовнішнього адаптивного управління глікемією.

Обєкт дослідження – система регулювання рівня глюкози в організмі людини.

Предмет дослідження. Методи оцінки стану людини з метою розпізнавання порушень вуглеводного обміну та виявлення цукрового діабету. Інженерні методи управління фізіологічними показниками людини.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження грунтуються на теорії диференціальних рівнянь, математичному моделюванні, теорії динамічних систем, теорії статистичної обробки даних. Експериментальні дослідження проводились методом чисельного експерименту з клінічними даними з застосуванням персонального комп?ютера.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Запропоновано спрощену математичну модель регулювання рівня глюкози в крові людини. Модель описується системою диференціальних рівнянь і встановлює зв?язок між рівнем глікемії та зовнішнім керуючим або збуджуючим впливом.

2. Вперше розроблено спосіб адаптації моделі до пацієнта за результатами тестів на толерантність до глюкози та інсуліну.

3. Запропоновано спосіб оцінки стану пацієнта на основі фазового портрету динамічної системи з метою виявлення порушень вуглеводного обміну.

4. Розроблено діагностичний критерій, що дозволяє відносити фазові портрети до класів “норма”, “латентний діабет” та “явний діабет”.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблений спосіб оцінки стану людини з метою виявлення порушень вуглеводного обміну був застосований при створенні комп?ютерної системи діагностики цукрового діабету на кафедрі терапії Харківського державного медичного університету (Акт про реалізацію).

2. Спосіб зовнішнього адаптивного управління глікемією використовувався в Харківській міській поліклініці № 6 для розрахунку керуючих доз екзогенного інсуліну з метою виведення рівня глюкози до наданого значення (Акт про реалізацію).

3. Теоретичні та практичні питання побудови БТС зовнішнього адаптивного управління глікемією використовуються в навчальному процесі ХНУРЕ за курсом “Проектування біотехнічних систем”, “Інженерні методи медико–біологічних досліджень” при проведенні лекційних, практичних і лабораторних занять. (Акт про реалізацію в навчальному процесі ХНУРЕ).

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що складають сутність роботи і знайшли відображення в пунктах новизни, наукового і практичного значення, отримані автором самостійно. У роботі [1], що опублікована у співавторстві, здобувачу належить розгляд питань щодо призначення та функцій біомедичної техніки різних класів, частково для діагностики та лікування людини.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації були подані на міжнародній конференції “Компютерна медицина - 93” (Харків, вересень, 1993), на міжнародній науково–технічній конференції “Теория и техника передачи, приема и обработки информации” (Туапсе, жовтень, 1995), на конференції “Молодежь и электроника в XXI веке” (Харків, 1997), на Всеросійській науково–технічній конференції студентів, молодих вчених і спеціалістів “Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы” ("Биомедсистемы – 2001") (Рязань, грудень, 2001 р.), на 4ій міжнародній конференції "Радиоэлектроника в медицинской диагностике" (Москва, жовтень, 2001 р.).

Публікації. З теми дисертації опубліковано 10 робіт ( 5 статей в наукових виданнях, що входять до переліку ВАК, 5 – в матеріалах конференцій).

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Повний обсяг дисертації становить 110 сторінок, список використаних джерел містить 95 найменувань, має 44 ілюстрації, 14 таблиць, 8 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, проведено короткий огляд стану проблеми, визначені задачі дослідження, звязок із програмами і темами НДР, сформульовано мету роботи і розвязані науково–технічні задачі, визначено особистий внесок здобувача в опублікованих роботах, дана інформація про апробації результатів дисертаційних досліджень.

У першому розділі показано клінічне значення цукрового діабету, розглянуті методи його діагностики. Розглянуто фізіологічний опис системи регулювання цукру крові. Враховуючи її складний характер, неможливість обліку і формалізації опису всіх її складових та взаємозв'язків між ними, пропонується для розгляду системи регулювання глікемії використовувати методологію системного підходу. Проведено аналіз існуючих терапевтичних автоматів для підтримки рівня глікемії на певному рівні, внаслідок якого встановлено, що їх широке застосування є ускладненим, оскільки визначення рівня глюкози здійснюється інвазивним датчиком, що імплантується, а жорсткий алгоритм управління глікемією є причиною надмірного витрачання інсуліну, що часто приводить до виникнення гіпоглікемічних наслідків.

Обумовлена необхідність створення нових підходів як в діагностиці, так і лікуванні цукрового діабету. У зв'язку з цим розглянуті можливі засоби зовнішнього управління глікемією. Визначені основні елементи біотехнічної системи зовнішнього управління глікемією і запропонована структурна схема БТС, яка включає три підсистеми (рис.1).

Біологічна підсистема складається з двох елементів. Елемент пацієнт може бути представлена сукупністю взаємозв?язних елементів, у глибінь яких аналіз не розповсюджується. Цей елемент будемо розглядати як "чорний ящик", на вхід якого надходить збуджуючий або керуючий вплив, а сигнали з виходу характеризують реакцію системи.

Послідовність дій при виконанні системою деякої функції відображає зміст закону поведінки, що характеризує зв'язок реакції елемента на зовнішній вплив. У загальному випадку можливо декілька одночасних впливів, тому загальна реакція може бути виражена в сукупності актів поводження. Цей зв'язок описується системою рівнянь вигляду:

,

де – вихідний сигнал на –виході системи;

() – вхідні сигнали;

– характеристичні параметри системи;

– функція, що повязує сигнал на –виході системи з вхідними сигналами.

Таким чином, використовуючи методологію системного підходу, під час аналізу даного елемента, на перше місце будемо ставити не вивчення складових частин об'єкту як таких, а його характеристику як певного цілого, а також розкриття механізмів, що забезпечують цілісність об'єкту. Другим елементом підсистеми є лікар – інтелектуальна ланка системи, без якої неможлива повноцінна робота системи, тому що саме він приймає кінцеве рішення.

Технічна підсистема представляє собою вимірювальну систему, яка може бути заснована як на інвазивних, так і на неінвазивних методах визначення глікемії.

Центральним елементом комп'ютерної підсистеми управління глікемією є математична модель, яка призначена для імітації біологічних процесів, що розглядаються. Функціональне призначення моделі – визначення поточного і подальшого стану системи з метою оцінки стану пацієнта та корекції рівня глюкози в крові.

Блок обробки інформації складається з кількох елементів. Блок адаптації проводить порівняння фактичного фізіологічного значення глікемії , сукупність яких формує вектор , і розрахункового вектора значень , отриманого за допомогою математичної моделі. Ця інформація використовується для адаптації моделі, що досягається визначенням коефіцієнтів моделі для пацієнта після кожної серії вимірювань.

Блок визначення стану людини використовується для виявлення порушень вуглеводного обміну, в основу якого покладено спосіб оцінки фазового портрету біологічної системи, що розглядається з позиції теорії динамічних систем. Оцінка портретів дозволяє отримати діагностичне рішення. Цей блок уявляє собою алгоритм, що реалізується як програмний модуль.

Блок відображення інформації призначається для одержання результатів у зручному вигляді та ведення документації.

База даних використовується для зберігання інформації. Модуль статистичної обробки інформації доповнює функції системи ще однією – вивчаємість, що може дозволити проведення більш глибокого аналізу зв'язку між керуючим або збуджуючим впливом і реакцією біологічної системи.

Інформація, що отримується за допомогою блоку визначення стану людини, застосовується для визначення керуючого впливу (наприклад, ін'єкції інсуліну), характеристики якого задаються алгоритмом управління, реалізованим у вигляді програмного модуля. Цей вплив здійснюється через дозатор. Вказані елементи створюють блок формування керуючого впливу.

Блок управління призначений для інформаційного узгодження роботи всіх елементів біотехнічної системи.

Для успішної реалізації вище означеної системи необхідне вирішення ряду наукових та технічних задач:–

розробка датчика неінвазивного визначення рівня глюкози крові;–

створення адаптивної моделі для опису системи регулювання глікемії;–

розробка діагностичного критерію для виявлення порушень вуглеводного обміну з метою розпізнавання цукрового діабету;–

створення способу зовнішнього адаптивного управління глікемією.

В другому розділі проведено аналіз існуючих математичних моделей для опису системи регулювання рівня цукру крові, внаслідок якого встановлено, що ці моделі розвиваються в напрямі відображення процесів всіх найважливіших показників метаболізму і основних гормонів в нелінійних ефектах їх взаємодії. Однак, всі відомі моделі застосовуються з усередненими коефіцієнтами, що неминуче приводить до появи помилок внаслідок розузгодження експериментальних і теоретичних даних при використанні моделі для верифікації алгоритму управління глікемією.

Система регулювання рівня глюкози в крові у більшості випадків описується диференціальними рівняннями. Такий вигляд моделей дозволяє віднести систему, що розглядається, до класу динамічних систем, які в загальному вигляді можуть бути представлені рівнянням:

,

де змінна стану.

Стан системи в фазовому просторі з координатами характеризується фазовим портретом, що пропонується використати з метою управління її станом.

Цей підхід визначає вимоги до математичного опису системи регулювання рівня глюкози:

–

–

Цим вимогам задовольняє модель для опису реакції системи на навантаження глюкозою (рис. 2):

, (1)

де – концентрація глюкози в ворітній вені печінки;

– концентрація глюкози в крові;

– швидкість усмоктування глюкози з шлунково–кишкового тракту у ворітну вену;

– тривалість процесу усмоктування;

– константи.

а) | б)

Рис. 2.

Рішення системи (1) на інтервалі має вигляд:

, (2)

а на інтервалі

, (3)

де ;–

сталі інтегрування, що визначаються початковими умовами.

Рівняння (2), (3) дають можливість побудувати фазовий портрет системи із змінними стану (рис. 3), на якому можна виділити дві дільниці, що характеризують залежність швидкості зміну концентрації |

глюкози від її концентрації в період часу та . Перша дільниця характеризує підвищення концентрації глюкози в крові після навантаження глюкозою, а другий – повернення системи до початкового рівня, тобто до стану рівноваги.

З рис. 2 можна побачити, що зміну швидкості рівня глюкози в нормі і патології може бути однаковим на дільниці зростання її концентрації, однак відрізнятись на дільниці повернення до стану рівноваги. Це дає можливість використовувати фазовий портрет в

Рис. 3.

діагностичному значенні.

Для опису інсулін–глюкозної залежності пропонується використовувати аналогічну модель, виходячи з наступних припущень: 1) швидкість витрачання екзогенного інсуліну пропорційна його концентрації у крові; 2) швидкість зміну концентрації глюкози визначається як її поточним значенням, так і концентрацією екзогенного інсуліну.

, (4)

де i(t) – поточне значення концентрації екзогенного інсуліну в крові;

– швидкість розсмоктування інсуліну за рахунок кровотоку у тієї дільниці тканини, куди була зроблена ін'єкція;

– час, протягом якого продовжується розсмоктування інсуліну;

– рівень глікемії;–

коефіцієнти пропорційності.

Взаємозвязок зміни концентрації інсуліну та глюкози у нормі, зображено на рис. 4. Рішення системи (4) на інтервалі має вигляд |

, (5)

а на інтервалі

, (6)

де ;

– сталі інтегрування, що визначаються початковими умовами. Рівняння (5), (6) не тільки виявляють характер зв'язку інсулін – глюкоза, але й враховують дозу препарату ,

а)

б)

Рис. 4.

що вводиться, та пов'язана з константою співвідношенням

(7)

Співвідношення (5) – (7) дозволяють вирішити задачу підбору адекватної дози для виведення системи на заданий рівень.

У третьому розділі приведено розроблений спосіб адаптації моделі на основі толерантного тесту до глюкози. Задача адаптації моделі

полягає у визначенні коефіцієнтів моделі (1) в кожному конкретному випадку. Початковими даними є доза прийнятої глюкози, а також концентрація глюкози в моменти часу , , , хвилин. Отже, шукані коефіцієнти визначаються як

, , (8)

де ;

– концентрація глюкози в ворітній вені в моменти часу відповідно;

– концентрація глюкози в крові в моменти часу та відповідно;

– стала інтегрування, значення якої визначається концентрацією глюкози при .

Істинним приймається більше за нуль значення коефіцієнта , яке визначає як

, (9)

Для з'ясування відповідності моделі емпіричним даним був проведений чисельний експеримент для трьох груп пацієнтів: без порушень вуглеводного обміну, з латентним та явним діабетом. Cлід зазначити, що визначені на інтервалі коефіцієнти моделі не описують вірно глікемічну криву на інтервалі . Тому, залишаючи знайдене постійним, по формулам (8), (9) знаходимо . На рис. 5 вибірково приведені результати співставлення модельних і експериментальних даних в нормі (а), при латентному (б) та явному діабетах (в), яке підтверджує, що використання даної моделі є обгрунтованим.

, ,

де ;

– концентрація інсуліну в моменти часу та відповідно;

– концентрація глюкози в крові в моменти часу та відповідно;

– стала інтегрування, значення якої визначається концентрацією глюкози при .

Істинним приймається те значення коефіцієнта , яке більше за нуль. Таким чином, значення коефіцієнта визначається коефіцієнтом :

,

На рис. 7 вибірково приведене порівняння експериментальних і модельних даних для двох пацієнтів з інсулінзалежним цукровим діабетом.

Рис. 7.

Оцінка результатів моделювання за даними 110 обстежених була проведена з використанням методів кореляції та регресії, які підтвердили високу міру збігу експериментальних і модельних даних. В клінічній практиці виявлення порушень вуглеводного обміну проводять за допомогою глікемічних профілів (див. рис. 2). Однак ознаки, що допомагають відносити дані до одного чи другого клінічних класів, є розмитими і не завжди однозначно їх характеризують.

Для рішення цієї проблеми запропоновано спосіб оцінки стану людини на основі фазового портрету динамічної системи, який отримується за допомогою моделі (1), що адаптується у кожному випадку за результатами тесту на толерантність до глюкози (рис. 8).

З метою отримання інформації у більш детальному вигляді, координати фазового простору було модифіковано, так що змінна на осі абсцис дорівнює .

Для оцінки фазових портретів з метою їх диференціації розроблено приведений діагностичний коефіцієнт , який дозволяє кількісно відрізняти портрети та відносити їхніх до відповідних класів (норма (а), латентний діабет (б) та явний діабетв)).

В четвертому розділі внаслідок проведеного аналізу існуючих алгоритмів управління глікемією було встановлено, що всі алгоритми орієнтовані на обчислення базальної швидкості уведення інсуліну і не враховують різні цукрознижуючі властивості препаратів, що вводяться.

Вказані недоліки сприяли звявленню гіпоглікемічних ускладнень.

Автором запропоновано спосіб зовнішнього адаптивного управління глікемією, основу якого складає визначення необхідної коригуючої дози препарату у відповідність з виразом, одержаним за допомогою моделі (4), що адаптується до кожного пацієнта після серії вимірювань та формулою (7):

,

де – коефіцієнти моделі;

– рівень глікемії, на який необхідно вивести систему протягом часу ;

– коефіцієнт, який визначається рівнем глікемії в момент часу .

Спосіб враховує наступні чинники:

–

–

–

–

Клінічні експерименти, що проведені з метою оцінки ефективності запропонованого способу підтвердили, що отримані результати можна вважати задовільними.

У висновках сформульовані основні результати досліджень, які отримано в дисертації.

ВИСНОВКИ

1. Проведено аналіз існуючих математичних моделей для опису системи регулювання глюкози в крові людини. Встановлено, що моделі представляють собою системи диференціальних рівнянь з великим числом змінних, що унеможливлює їх застосування для вирішення задачі адаптації до пацієнта у вигляді відсутності відповідних технічних засобів контролю показників метаболізму.

2. Запропоновано використати методологію системного аналізу, коли при аналізі біологічної підсистеми на перше місце ставиться не вивчення її складових елементів як таких, а розкриття механізмів, що забезпечують цілісність об'єкту дослідження.

3. Запропоновано адаптивну спрощену модель для опису системи регулювання рівня глюкози в крові.

4. Розроблено спосіб адаптації моделі до пацієнта за результатами тестів на толерантність до глюкози та інсуліну.

5. Обгрунтовано застосування способу оцінки стану об'єкта на основі фазового портрета динамічної системи і запропоновано діагностичний індекс для виявлення порушень вуглеводного обміну. Обгрунтоване використання вказаного критерію.

6. Проведено порівняльну оцінку експериментальних і розрахункових даних, отриманих відповідно до моделі.

7. Розроблено спосіб управління рівнем глюкози в крові, який базується на визначенні коригуючої дози з урахуванням стану системи, заданого рівня глікемії, на який необхідно вивести систему, особливостей препарату та індивідуальних особливостей організму.

8. Синтезована структурна схема БТС зовнішнього адаптивного управління рівнем глюкози в крові та обгрунтовані вимоги до її технічних елементів.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Мустецов Н.П., Величко О.Н. Особенности применения технических средств в медицине // Радиотехника. – . – № 120. С. 203 –205.

2. Величко О.Н. Система регуляции сахара в крови // Проблемы бионики. – . – № 53. С. 65–69.

3. Мустецов Н.П., Величко О.Н. Система адаптивного управления гликемией // Труды Междунар. конф. "Радиоэлектроника в медицинской диагностике". – Москва. 2001. С. 6972.

4. Величко О.Н., Мустецов Н.П. Биотехническая система внешнего управления гликемией с адаптирующейся моделью // Труды Всероссийской науч.–техн. конф. "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы". – Рязань. 2001. С. 8384.

5. Величко О.Н. Идентификация математической модели системы регулирования сахара крови. // Вестник НТУ "ХПИ". – Харьков: НТУ "ХПИ". 2002. №4. С. 2025.

6. Величко О.Н. Система регуляции сахара крови с позиций теории динамических систем // Вестник НТУ "ХПИ". – Харьков: НТУ "ХПИ". 2002. №3. С. 96. 

7. Величко О.Н. Диагностика диабета на основе анализа фазового портрета системы // Системи обробки інформації. – Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ. 2002. С. 154157.

8. Величко О.Н. Вероятностный подход к вопросу интегральной диагностики на базе лабораторного анализа // Труды Междунар. научн.–техн. конф. "Теория и техника передачи, приема и обработки информации". – Туапсе. 1995. – С. 210.

9. Величко О.Н. Компьютерная система дифференциальной диагностики гематологических заболеваний на базе лабораторного анализа // Труды Междунар. конф. "Молодежь и электроника в XXI веке". – Харьков: ХТУРЭ. 1997. – С. 147.

10. Мустецов Н.П., Мусийченко В.А., Величко О.Н. Імовірна логіка в експертних системах: Аспекти реалізації. // Труди Міжнар. конф. “Компютерна медицина – 93”. – Харків. – 1993. – С. 68-70.

АНОТАЦІЯ

Величко О.М. Метод зовнішнього адаптивного управління рівнем глюкози в крові людини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 - медичні прилади і системи. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2002.

Дисертація присвячена питанням створення біотехнічної системи зовнішнього адаптивного управління глікемією, що обєднує діагностичне та терапевтичне призначення. Синтезована структурна схема системи та обгрунтовані вимоги до її елементів.

Імітатором фізіологічної системи регулювання рівня глюкози у складі БТС є спрощена математична модель, яка адаптується до кожного пацієнта. Розроблений спосіб адаптації моделі за результатами тестів на толерантність до глюкози та інсуліну. Методом чисельного експерименту через порівняння емпіричних і теоретичних даних показане пристосування моделі в нормі і патології.

Розроблено спосіб оцінки стану людини, що засновується на аналізі фазового портрету динамічної системи. Для віднесення даних до клінічного класу запропоновано діагностичний індекс.

Запропоновано спосіб зовнішнього адаптивного управління глікемією, що базується на визначенні дози препарату за допомогою адаптивної моделі.

Ключові слова: глікемія, біотехнічна система, математична модель, динамічна система, фазовий портрет, спосіб управління.

ANNOTATION

Velichko O.N. External adaptive control of the glucose blood level method. – The thesis.

The dissertation to competition of scientific degree of candidate of technical sciences by the speciality 05.11.17 – Medical devices and systems. The Charkiv National University of radioelectronics. - Charkiv, 2002.

The questions of the glucose level external control biotechnical system creation are considered. The biotechnical system combines diagnostic and therapeutic functions. The block diagram of system is synthesized and requirements for its elements are stated.

The glucose level system mathematical model is a louver-damper model which adapted to each patient. The method of model adaptation, based on the glucose and insulin tolerant test is made. By data treatment a high degree of coincidence between experimental and theoretical results is obtained which confirm using mathematical model to all cases.

A method, based on the phase-plane portrait analysis is developed. Index for diagnostic is made.

An adaptive external method for the glucose level control, based on the control medication estimation with help of adaptive model is developed.

Keys words: glucose level, biotechnical system, mathematical model, dynamic system, phase-plane portrait, control method.

АННОТАЦИЯ

Величко О.Н. Метод внешнего адаптивного управления уровнем глюкозы в крови человека. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 – медицинские приборы и системы. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена вопросам создания БТС внешнего адаптивного управления гликемией. Обоснована необходимость, синтезирована структурная схема БТС и сформулированы медико–технические требования к ее элементам.

В качестве имитатора физиологической системы регулирования гликемией предложено использовать упрощенную математическую модель, которая устанавливает зависимость между оказываемым на пациента воздействием (в качестве дозированной нагрузки глюкозой или инсулином) и реакцией организма. Разработан способ адаптации модели по результатам толерантных тестов к глюкозе и инсулину. Сопоставление экспериментальных и модельных данных и проведенный статистический анализ информации подтвердили высокую меру совпадения эмпирических и модельных данных.

Разработан способ оценки состояния человека на основе фазового портрета динамической системы в системе приведенных фазовых координат. Для количественной оценки фазового портрета предложен диагностический индекс и установлены его границы для клинических классов “норма”, “латентный диабет”, “явный диабет”.

Разработан способ управления гликемией с учетом состояния объекта, особенностей препарата, времени, необходимого для выведения гликемии к заданному уровню, индивидуальных особенностей организма.

Степень обоснованности и достоверности результатов диссертационного исследования подтверждается актами о внедрении.

Ключевые слова: гликемия, биотехническая система, математическая модель, динамическая система, фазовый портрет, способ управления.