دانلود مقاله کنترل سطح قند خون بیماران دیابتی به کمک منطق فازی

Word 205 KB 31461 17
مشخص نشده مشخص نشده بهداشت - تغذیه
قیمت: ۲,۰۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  • چکیده- بیماری دیابت به شرایط حادی اطلاق می­شود که در آن تولید و مصرف انسولین در بدن دچار اختلال شده و در نتیجه­ غلظت گلوکز در خون افزایش می­یابد. نگه­داری سطح گلوکز خون در نرمال­ترین حد ممکن عوارض بلندمدت ناشی از بیماری دیابت را به­طور قابل ملاحظه­ای کاهش داده و منجر به کاهش هزینه­های مرتبط با این بیماری می­گردد. در بیماران دیابتی سیستم درونی تنظیم گلوکز که به­درستی عمل نمی­کند، با یک الگوریتم کنترلی به­منظور تنظیم سطح گلوکز خون جایگزین می­شود. برای توسعه­ی یک الگوریتم کارآمد آشنایی با نحوه­ی عملکرد سیستم تنظیم گلوکز در یک فرد سالم ضروری است. در این تحقیق برای توصیف دینامیک­های غیرخطی سیستم گلوکز- انسولین در بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 از مدل مینیمال برگمان استفاده شده است. سپس یک کنترلر فازی با هدف تنظیم نرخ تزریق انسولین با فرض وجود اغتشاش و درنظرگرفتن تغییرات پارامترهای مدل پیشنهاد شده است. نتایج شبیه­سازی­ها نشان می­دهد که کنترلر پیشنهادی توانسته سطح گلوکز خون را با موفقیت تنظیم نماید. هم­چنین کارایی کنترلر مورد نظر یعنی رباست بودن و دقت بالای آن با وجود اغتشاش­های فیزیکی مانند مصرف مه­ی غذایی از طریق شبیه­سازی­ها تایید می­شود.     

    واژگان کلیدی- دیابت، غلظت گلوکز خون، نرخ تزریق انسولین، مدل مینیمال برگمان، کنترل فازی.

     

    1- مقدمه

    در بدن انسان، تعداد زیادی حلقه­ی طبیعی فیدبک­دار برای حفظ تعادل حیاتی وجود دارد. ناتوانی یا سوءعمل هر یک از این حلقه­ها باعث بروز بیماری­های جدی با عوارض کوتاه یا بلندمدت می­شود. بیماری دیابت یکی از انواع بیماری­هایی است که در نتیجه­ی عملکرد نادرست این حلقه­های طبیعی در بدن ایجاد می­شود.

    دیابت، یک بیماری متابولیکی است که در آن بدن انسولین را به­طور مناسب تولید یا مصرف نمی­نماید.

    در حالت طبیعی، غذا در معده تبدیل به گلوکز یا قندخون می­شود. قند از معده به جریان خون وارد می­گردد. لوزالمعده (پانکراس) هورمون انسولین را ترشح می­کند و این هورمون باعث می­شود قند از جریان خون وارد سلول­های بدن شود. در نتیجه مقدار قندخون در حد نرمال و متعادل باقی می­ماند.

    ولی در بیماری دیابت، انسولین به میزان کافی در بدن وجود ندارد و یا انسولین موجود قادر نیست تا وظایف خود را به درستی انجام دهد، در نتیجه به علت وجود مقاومت در برابر آن، قندخون نمی­تواند به­طور مؤثری وارد سلول­های بدن شود و مقدار آن بالا می­رود.

    بالا بودن قندخون در درازمدت باعث بروز عوارضی در سیستم قلب و عروق، کلیه‌ها، چشم و سلسله­ی اعصاب می­گردد.

    دیابت یکی از شایع­ترین بیماری­های انسانی در زمان ماست. در برآورد و تخمینی که در سال 1985 انجام شده مشاهده شده است که 30 میلیون نفر در سراسر جهان مبتلا به بیماری دیابت بودند، اما امروزه حدود 194 میلیون نفر به بیماری دیابت مبتلا هستند که در مقایسه با 20 سال گذشته 6 برابر شده است ]19[. آمارها نشان می­دهد که اگر جلوی پیشرفت این بیماری همه‌گیر گرفته نشود تا سال 2025 شمار مبتلایان در سطح جهانی 50 درصد رشد خواهد داشت ]20[. طبق آمارهای بدست آمده، در کشور آمریکا در سال 2005 میلادی 8/20 میلیون نفر - 7 درصد کل جمعیت- به بیماری دیابت مبتلا بوده­اند ]21[. از هر 20 ایرانی یک نفر به دیابت مبتلاست و نیمی از این تعداد نمی‌دانند که دیابت دارند. هر 10 ثانیه یک نفر در جهان به دلیل عدم آگاهی از دیابت و روش کنترل آن، جان خود را از دست می­دهد. هر 30 ثانیه یک نفر در جهان به علت عدم آگاهی از دیابت و روش کنترل آن، پای خود را از دست می­دهد ]22[.

    در سه دهه­ی اخیر تحقیقات گسترده­ای در زمینه کنترل قندخون در بیماران مبتلا به دیابت نوع اول انجام گرفته است. مقالات مختلف، استفاده از روش­های گوناگون کنترل کلاسیک و مدرن را پیشنهاد می­دهند که طبعاً هر کدام مزایا و معایب خود را دارند ]12-1[. در اغلب این مقالات ابتدا مدل غیرخطی تاثیر متقابل گلوکز و انسولین، خطی سازی شده و سپس از روشهای کنترل خطی جهت بهبود شرایط بیمار استفاده می شود. اما کنترلرهای خطی ممکن است در مداوای بیمارانی که در شرایط بسیار حادی قرار دارند، با شکست مواجه گردند. در واقع اگر شرایط بیمار فاصله زیادی با شرایط نرمال داشته باشد، مدل خطی دیگر معتبر نبوده و نباید جهت طراحی کنترلر مورد استفاده قرار گیرد.

    به­طور کلی استراتژی­های کنترلی به کار رفته در این زمینه را می­توان به سه دسته­ی کنترل حلقه­باز، حلقه­بسته و نیمه­حلقه­بسته تقسیم نمود. در روش­های کنترل حلقه­باز، پزشک یک دُز[1] معین انسولین را دو یا سه بار در روز به بیمار تزریق می­کند. این روش کنترلی بسیار ساده و پر کاربرد است. هر چند که اگر بیمار در معرض تغییرات شدید قند خون باشد، این روش کارایی چندان خوبی نخواهد داشت. در روش­های کنترل حلقه­بسته، انسولین به­طور پیوسته تزریق شده و سطح گلوکز خون به صورت بلادرنگ مانیتور می­شود. استراتژی دیگر کنترل نیمه­حلقه­بسته است. در روش­های کنترلی نیمه­حلقه­بسته، قندخون در فواصل زمانی معین اندازه گرفته شده و نرخ تزریق انسولین با توجه به این نمونه­برداری­ها تنظیم می­شود. طبعاٌ این نوع کنترل بسیار ساده­تر بوده و هزینه­ی کمتری در بر خواهد داشت.

    یکی از مشکلات کلیه­ی روش­های کنترل کلاسیک در برخورد با سیستم­های بیولوژیکی آن است که این روش­ها معمولاً به­شدت به پارامترهای مدل وابسته هستند. در حالی­که این پارامترها معمولاً مقادیر مشخص و ثابتی نداشته و از یک فرد به فرد دیگر تغییر می­کنند. با استفاده از تکنیک­های کنترل فازی که کمتر به مدل ریاضی سیستم وابسته هستند، می­توان این مشکل را برطرف نمود.

    در این مقاله دینامیک های غیر خطی تاثیر متقابل گلوکز و انسولین، با کمک مدل مینیمال ارائه شده توسط برگمان مدل می­شود. سپس یک کنترلر فازی با هدف تنظیم نرخ تزریق انسولین با فرض وجود اغتشاش و درنظرگرفتن تغییرات پارامترهای مدل پیشنهاد شده است. نتایج شبیه­سازی­ها نشان می­دهد که کنترلر پیشنهادی توانسته سطح گلوکز خون را با موفقیت تنظیم نماید. هم­چنین کارایی کنترلر مورد نظر یعنی رباست بودن و دقت بالای آن با وجود اغتشاش­های فیزیکی مانند مصرف ماده­ی غذایی از طریق شبیه­سازی­ها تایید می­شود.

     

    2- مدل ریاضی

    مدل­ مینیمال برای بیان غلظت انسولین و گلوکز پلاسما که به مدل برگمان نیز معروف است به منظور بررسی و آنالیز نتیجه­ی تست­های تحمل گلوکز[2] در انسان­ها و حیوانات آزمایشگاهی استفاده­ی بسیار متداولی دارد. این مدل­ توسط دکتر ریچارد اِن. برگمان ارائه شده و توسط او و همکارانش از دهه­ 70 میلادی به بعد در حال گسترش است ]17-13[. این مدل در تحقیقات فیزیولوژیکی بر روی متابولیسم گلوکز بسیار محبوب است.

    مدل­ مینیمالِ گلوکز و انسولین یک توصیف کمی و صرفه­جویانه از غلظت انسولین و گلوکز موجود در نمونه­ی خون ارائه می­دهد. به طور کلی یکی از دلایل نامگذاری این مدل به مدل مینیمال این است که این مدل، یک مدل ریاضی با حداقل پارامترهای ممکن برای پوشش دادن داده­های تجربی موجود است.

    این مدل از یک محفظه­ی گلوکز تشکیل می­شود که انسولین پلاسما از طریق یک محفظه­ی تاخیر عمل نموده و جذب خالص گلوکز را تحت تاثیر قرار می­دهد. معادلات مدل مینیمال برگمان عبارتند از:                                        

    در معادلات فوق، G(t) اختلاف غلظت گلوکز خون با حالت نرمال آن، Gb، را نشان می­دهد. هم­چنین I(t) اختلاف غلظت انسولین آزاد پلاسما با مقدار نرمال آن، Ib، می­باشد. X(t) با غلظت انسولین در محفظه­ی تاخیر متناسب است. و و  پارامترهای مدل مینیمال هستند که دینامیک های تاثیر متقابل گلوکز پلاسما و انسولین را مدل می­نمایند. نرخ آزادسازی انسولین از لوزالمعده، n نرخ کسری ناپدید شدن انسولین و D(t) و u(t) به ترتیب نرخ تزریق خارجی گلوکز و انسولین هستند.

  • فهرست:

    ندارد.
     

    منبع:

     

    F. Chee, A.V. Savkin, T.L. Fernando, and S. Nahavandi. Optimal H∞ insulin injection control for blood glucose regulation in diabetic patients. IEEE Trans. Biomed. Eng., 52(10):1625–1631, October 2005.

    P. Kaveh,Y. B. Shtessel, Blood Glucose Regulation in Diabetics Using Sliding Mode Control Techniques, Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual international Conference, New York City, USA, 2006.

    F. Chee, T.L. Fernando, A.V. Savkin, and P.V. van Heerden. Expert PID control system for blood glucose control in critically-ill patients. IEEE Trans. Inf. Tech. Biomed., 7(4):419–425, December 2003.

    J. Lin, J. G. Chase1, G. M. Shaw, C. V. Doran1, C. E. Hann1, M. B. Robertson1, P. M. Browne, Adaptive Bolus-Based Set-Point Regulation of Hyperglycemia in Critical Care, Proceedings of the 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Francisco, CA, USA, 2004.

    L. Kovács1, B. Paláncz, Zs. Almássy and Z. Benyó1, Optimal Glucose-Insulin Control in Space, Proceedings of the 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Francisco, CA, USA, September 2004.

    M. S. Ibbini, M. A. Masadeh and M. M. Bani Amer, A Semi Closed-loop Optimal Control System for Blood Glucose Level in Diabetics, Journal of Medical Engineering & Technology, Volume 28, Number 5, pp. 189–196, September/October 2004.

    E.D. Lehmann, T. Deutsch, Computer Assisted Diabetes Care: Computer Assisted Diabetes Care:A 6-Year Retrospective, Computer Methods and Programs in Biomedicine 50, pp. 209-230, 1996.

    J. Geoffrey’ Chase, Graeme C. Wake, Z-H Lam, J-Y Lee, K-S Hwang and G. Shaw, Steady-State Optimal Insulin Infusion for Hyperglycemic ICU Patients, 7th International Conference on Control, Automation and Robotics, Singapore, 2002.

    M. E. FISHER, A Semiclosed-loop Algorithm for the Control of Blood Glucose Levels in Diabetics, IEEE Transactions on Biomedical Engineering 38, pp. 157-160, 1991.

    R.L. Ollerton, Application of Optimal Control Theory to Diabetes Mellitus, International Journal of Control 50, pp. 2503 – 2522, 1989.

    Z.H. Lam, K.S. Hwang and  J.Y. Lee, Active insulin infusion using optimal and derivative-weighted control, Medical Engineering & Physics 24, pp. 663–672, 2002.

    R. S. Parker, F. J. Doyle III, and N. A Peppas. A model-based algorithm for blood glucose control in type I diabetic patients. IEEE Trans. Biomed. Eng., 46(2):148–157, February 1999.

    Saad, M.F., Anderson, R.L., Laws, A., Watanabe, R.M., Kades, W.W., Chen, Y.-D.I., Sands, R.E., Pei, D., Savage, P.J. and Bergman, R.N. A comparison between the minimal model and the glucose clamp in the assessment of insulin sensitivity across the spectrum of glucose tolerance. Diabetes 43: 1114-21, 1994.

    Steil, G.M., Volund, A., Kahn, S.E. and Bergman, R.N. Reduced sample number for calculation of insulin sensitivity and glucose effectiveness from the minimal model. Diabetes 42: 250-256, 1993.

    Pacini, G. and Bergman, R.N. MINMOD: a computer program to calculate insulin sensitivity and pancreatic responsivity from the frequently sampled intravenous glucose tolerance test. Computer Methods and Programs in Biomedicine 23: 113-122, 1986.

    Toffolo, G., Bergman, R.N., Finegood, D.T., Bowden, C.R. and Cobelli, C. Quantitative estimation of beta cell sensitivity to glucose in the intact organism – a minimal model of insulin kinetics in the dog. Diabetes 29: 979-990, 1980.

    Bergman, R.N., Ider, Y.Z., Bowden, C.R. and Cobelli, C. Quantitative estimation of insulin sensitivity. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 236: E667-677, 1979.

    P. Kaveh, and Y. Shtessel. Higher Order Sliding Mode Control for Blood Glucose Regulation. Proceedings of the 2006 International Workshop on Variable Structure Systems, Alghero, Italy, June 5-7, 2006.

    http://www.ir-diabetes-society.com

    http://www.iscanew.ir

    http://www.en.wikipedia.org

    http://www.fa.wikipedia.org

چکیده- بیماری دیابت به شرایط حادی اطلاق می­شود که در آن تولید و مصرف انسولین در بدن دچار اختلال شده و در نتیجه­ غلظت گلوکز در خون افزایش می­یابد. نگه­داری سطح گلوکز خون در نرمال­ترین حد ممکن عوارض بلندمدت ناشی از بیماری دیابت را به­طور قابل ملاحظه­ای کاهش داده و منجر به کاهش هزینه­های مرتبط با این بیماری می­گردد. در بیماران دیابتی سیستم درونی تنظیم گلوکز که به­درستی عمل نمی­کند، ...

چکیده مقدمه: تحقیق حاضر به منظور تعیین رابطه بین شاخصهای نمایه توده بدنی, نسبت دور کمر به باسن (WHR) و فشارخون با شاخص وضعیت تحمل گلوکز در سال 80-1377 در جمعیت شهری 69-30 ساله شرق تهران انجام پذیرفت. مواد و روشها: این مطالعه بخشی از یک مطالعه مقطعی است که در آن 15000 نفر از جمعیت شهری 69-3 ساله ساکن شرق تهران از طریق نمونهگیری تصادفی خوشهای انتخاب شدند. از این جمعیت 2886 مرد و ...

ساختار انسولین: در سمت چپ یک مدل از فضای تکمیل شده منومر انسولین را مشاهده می کنید. معتقدند که منومر انسولین دارای حرکات بیولو‍ژیکی است. کربن، سبز است. هیدرو‍ژن سفید، اکسیژن قرمز و نیتروژن آبی است. در سمت راست یک تصویر هگزامر را ملاحظه می کنید که معتقدند به شکل ذخیره شده است. یک واحد منومر با یک زنجیره آبی رنگ A و زنجیره سیال B مشخص می شود. محدوده های زردرنگ سی سولفید را نشان می ...

دیابت (قند خون) دیابت چیست ؟ طبق برآورد فدراسیون بین المللی دیابت ,درسال ‏2003 ‏,‏194 ‏میلیون دیابتی درسراسرجهان زندگی می کنند و تخمین زده می شودکه درسال ‏2025 ‏این تعدادبه ‏333‏میلیون نفربرسد‏.‏ باتوجه به اینکه دیابت برای سلامتی جهانیان یک تهدیداست,می توان گفت که بالغ بر‏6/3 ‏درصدازجمعیت جهان بادیابت زندگی می کنند‏.‏ درحال حاضردیابت چهارمین علت مرگ ومیردربیشترکشورهای توسعه ...

بيماري ديابت ,علايم ,عوارض وپيشگيري ديد کلي اين بيماري ديابت فاميلي بوده و حدود 2 درصد مردم در جهان به آن مبتلا هستند. در اين بيماران افزايش گلوکز به قدري است که از آستانه کليوي گذشته و لذا نمي‌تواند مجددا جذب گردد. بنابراين در ادرار قند (Glocos

دیابت در واقع یک بیماری مزمن است که با عدم توانایی بدن در تولید مقدار کافی انسولین برای سوخت و ساز مناسب قند، چربی و پروتئین مشخص می شود. همان طور که می دانید افراد دیابتی به دو دسته تقسیم می شوند: الف) وابسته به انسولین: بیماری آنها با تزریق مقدار مشخصی از انسولین، همراه با رعایت رژیم غذایی و برنامه ی ورزشی، قابل کنترل است. ب) غیر وابسته به انسولین: دیابت آنها با رژیم غذایی، ...

مقدمه: بیماری دیابت: شما به بیماری دیابت (افزایش قند خون) مبتلا هستید که علت این بیماری اختلال در عضئی در بدن شما به نام پانکرانس(لوزالمعده) است.شما خاتنمی هستید که در عین حال باردار می باشید و به دیابت نوع II (دو) مبتلا هستید و وظیفه ما این است که شما را از موضوعاتی در این رابطه آگاه سازیم امیدوارم که تا آخر کار شما بیمار محترم با من همکاری کنید. آناتومی و فیزیولوژی پانکرانس: ...

ورزش ، گلوکز و گليکوژن را در داخل ماهيچه هاي بدن مي سوزاند (اين پديده در صورتي رخ مي دهد که ديابت کنترل شده باشد) و در حين و بعد از ورزش ، قند خون وارد ماهيچه ها ميگردد وسطح گلوکز را به حد طبيعي مي رساند . وجود برنامه هاي منظم ورزشي در افراد ديابتي

دیابت و ورزش - هر بیمار دیابتی باید قبل از انتخاب نوع ورزش و زمان آن با پزشک خود مشورت نماید. - برای کلیه بیماران بالای 35 سال که تمایل به شروع ورزش دارند باید تست ورزش توسط متخصص قلب صورت گیرد. - ورزش را باید به آهستگی شروع نمود و سرعت و زمان آن را به تدریج افزایش داد. - ورزش باید مداوم باشد و جزئی از برنامه زندگی روزانه فرد شود. - در صورتی که فعالیت بدنی بدون آمادگی اولیه باشد ...

بیماری دیابت از نارسایی‌های مهم غدد داخلی است که حدود 100 میلیون نفر از مردم دنیا مبتلا به آن می‌باشند. سازمان جهانی بهداشت در آینده‌ای نه چندان دور تعداد بیماران دیابتی را چندین برابر پیش‌بینی می‌کند که در این‌صورت یکی از مهمترین عوامل مرگ و میر مردم در نیا محسوب می‌گردد.با توجه به نقش گیاهان دارویی در درمان بیماری‌ها، این مطالعه با هدف مروری بر اثر هیپوگلیسمی گیاهان صورت گرفت. ...

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول