一种新型智能闭环胰岛素泵

1　引言

糖尿病是一种内分泌疾病,而且是一种终生疾病。其起因是:由于人体内分泌失调,导致葡萄糖滞留在血液里面的浓度大于肾脏能过滤的能力所引起的。其实糖尿病并不可怕,可怕的是糖尿病的并发症,糖尿病患者往往因此严重影响到其生活质量。它的危害也是通过其并发症所体现出来的。在我国的糖尿病患者中,合并高血压者多达1200万,脑卒中者500万,冠心病者600万,双目失明者45万,尿毒症者50万[2]。由于糖尿病本身和它的并发症对人体健康的危害极大,所以寻找更好的治疗药物和治疗手段成为了该医学难题的突破口。自从1921年胰岛素被发现并应用于治疗糖尿病开始,胰岛素在糖尿病治疗中就占据了极其重要的位置。在胰岛素注射方式的选择上,长期以来分次注射器注射几乎是唯一的注射手段。但是这种注射手段不仅药物吸收效果差,血糖控制不稳定,容易出现低血糖,不能精确定量而且还给患者带来了长期依赖注射器注射的痛楚[3]。由于上述注射手段的缺陷,到上世纪60年代初出现了胰岛素连续注射的概念,到70年代后期又进一步提出了胰岛素理想注射的概念,即模拟人体胰腺分泌胰岛素的生理特征。这样用于连续注射的胰岛素泵就应运而生了。

本胰岛素泵采用了微型针和注射泵相连,微型针采用MEMS技术加工制造。整个针体在一个硅基板上长成,针体的高度在150~200um[1]。这个高度刚好能够刺穿人体皮肤的角质层,而不到达富含神经和毛细血管的真皮层,利用注射液的皮下扩散达到医疗效果。通过这种方法,我们实现了无痛的皮下注射,它给患者的生活带来了真正的方便。如下,图1所示。

胰岛素泵相比,本胰岛素泵内部增加了一个无线接收模块,能够接受来自外部的血糖检测仪发送来的血糖浓度信号,经过微处理器的计算之后,发出相应的注射命令,胰岛素泵就能按照时下的血糖浓度调整自己的注射方案。如果患者的血糖浓度得到了有效的控制,那么胰岛素泵就会停止注射。由于无线接收模块的引入,我们就能实时改变自己的注射方案,也不会产生由于注射过量而引起的低血糖的危险。

2　整体结构设计

本胰岛素泵整体主要包括微型压电泵,存储药液的药仓,微处理器,无线接收器,一个与压电泵连接能实现无痛注射的硅针阵列;胰岛素泵可以根据无线接收模块接收到的血糖值浓度,由微控制器按照预先设置的程序实时计算出应该注射的胰岛素量,并按照这个要求量驱动压电泵对患者进行精确注射治疗。

2. 1　微处理器

人体胰腺分泌胰岛素有两种方式,一种基础量,一种餐前大剂量分泌。这样就保证了人体血糖浓度的平衡。在程序中我们也设计了这样两种分泌方式。其中基础量是按照医学上严格确定的计算胰岛素用量计算公式计算得出来的,其计算方法如下: