کنترل سطح گلوکز خون در بیمار دیابتی نوع اول براساس مدل غیرخطی مینیمال (برگمن)

بیماری دیابت یکی از جدی ترین، شایع ترین و پرهزینه ترین بیماری های غدد در جهان است که کنترل آن نیازمند تنظیم و کنترل مصنوعی سطح غلظت گلوکز خون می باشد. جدیدترین آمار سازمان سلامت جهانی، افزایش جمعیت بیماران دیابتی بزرگسال را از % 4 (180 میلیون) در سال 2008 به % 4/5 (350 میلیون) در سال 2030 پیش بینی کرده است. در این میان، در حال حاضر کشور ایران حدود 7 میلیون نفر (9/8 درصد) بیمار مبتلا به دیابت دارد. بیماری دیابت، یک اختلال در سوخت و ساز بدن است که به طور عمده به دو دسته ی دیابت نوع اول و دیابت نوع دوم تقسیم بندی می شود. در دیابت نوع اول عکس العمل خودایمنی بدن منجر به نابودی سلول های بتا در لوزالمعده می گردد که عدم تولید انسولین را در پی دارد. در دیابت نوع دوم، بدن فرد در برابر انسولین مقاومت نشان می دهد. به طور کلی در بیماری دیابت از هر نوع، سلول ها قادر به تبدیل کربوهیدرات ها به انرژی مورد نیاز بدن نیستند و این امر باعث غلظت بالای گلوکز خون (بالاتر از 180 میلی گرم در دسی لیتر) یا هایپرگلایسمی می شود. غلظت بالای گلوکز خون برای مدت طولانی منجر به عواقب مزمن از جمله بیماری های قلبی، نارسایی کلیه، نابینایی، سکته ی مغزی و قطع عضو خواهد شد. از طرف دیگر، بر اثر تزریق دوز زیاد انسولین در بیمار دیابتی، افت شدید غلظت گلوکز خون (پایین تر از 60 میلی گرم در دسی لیتر) یا هایپوگلایسمی ایجاد می شود که منجر به بیهوشی، کما و حتی مرگ بیمار دیابتی خواهد شد. طبق دلایل ذکر شده، کنترل دقیق غلظت گلوکز خون در بیماران دیابتی نوع اول از اهمیت زیادی برخوردار بوده و در چند دهه ی اخیر، تحقیقات گسترده ای در این زمینه صورت گرفته است. این پایان نامه سعی در ارائه ی کنترل کننده ی مناسب برای کنترل سطح گلوکز خون در بیمار دیابتی نوع اول با توجه به مدل انتخاب شده برای سیستم گلوکز- انسولین دارد. به این منظور، در ابتدا برای طراحی کنترل کننده، یک مدل غیرخطی از فرد دیابتی نوع اول (مدل مینیمال) در نظر گرفته می شود. سپس جهت بررسی صحت مدل مذکور برای سیستم گلوکز- انسولین، این مدل به ازای پارامترها و فرضیه های مختلف ارائه شده در مقالات مختلف شبیه سازی می شود تا از این طریق، مقادیر درست برای پارامترهای مدل در نظر گرفته شود. در مرحله ی بعدی، کنترل کننده ی فیدبک خطی ساز به منظور کنترل سطح غلظت گلوکز خون، پیشنهاد می شود و پایداری آن بررسی می گردد. به منظور نشان دادن قابلیت های کنترل کننده ی مذکور عملکرد آن در برابر اغتشاش غذا و تغییر پارامترها بررسی شده است. براساس نتایج به دست آمده، این کنترل کننده، دارای سرعت خوبی برای همگرایی گلوکز به مقدار مرجع است و به خوبی اختلال غذا را حذف می کند. در مرحله ی بعدی، با توجه به عملکرد مطلوب کنترل کننده های مد لغزشی مرتبه اول و مرتبه بالا در برابر دینامیک های مدل نشده، در راستای بهبود این روش ها و حذف پدیده ی لرزش در آن ها، این دو روش با منطق فازی ترکیب شده اند و حاصل این امر دو کنترل کننده ی مد لغزشی مرتبه بالای فازی و کنترل مد لغزشی مرتبه اول فازی می باشد. به منظور نشان دادن قابلیت های کنترل کننده ها ی مذکور عملکرد این دو کنترل کننده نیز در برابر اغتشاش غذا و تغییر پارامترها مورد بررسی قرار می گردد. نتایج شبیه سازی توانایی کنترل کننده های پیشنهادی را در کنترل سطح غلظت گلوکز خون و حذف پدیده ی لرزش در سیگنال کنترلی نشان می دهد.