慢性病控制

一、状态控制原理
  以高血压、糖尿病、恶性肿瘤、脑卒中等为主的慢性病，其共同危险因素是不良饮食、缺乏锻炼、过度饮酒、吸食烟草，改变这些危险因素的有效途径是改变我们的生活方式。然而，现在危险因素控制方法是采用一种策略的公共卫生控制法。由于这种方法不是个体化，很容易控制脱落。采用《中国高血压防治指南》、《中国糖尿病防治指南》、《中国成人血脂异常防治指南》关于血压、血糖、血脂、体重指数(BMI)疾病诊断限值将人体身体状态可以分为健康、危险、疾病三种状态，血压、心率、血糖、体重指数(BMI)为状态变量。饮食、锻炼、饮酒、吸烟等危险因素可以影响人体身体状态。建立每一个个体饮食、锻炼、饮酒、吸烟等危险因素与血压、血糖、血脂、体重指数(BMI)状态之间的数学模型，通过设计合适的控制策略，模拟仿真控制效果，制订个体饮食、锻炼、饮酒、吸烟等危险因素的控制量，达到预防或延迟慢性病发生。实现慢性病防治重心下移、关口前移的控制目标。


  
  图1 人体系统的输入和输出


二、人体的神经网络模型
  以运动状况、饮食习惯(包括盐、谷类、蔬菜、水果、肉禽类、蛋类、鱼虾类、豆类、奶类、油脂、动物内脏等的摄入量)、饮酒和吸烟行为等为输入量，输出量则包括与慢性病密切相关的收缩压、舒张压、血糖、心率、BMI等生理参数，并用残差分析检验所建模型的可靠性。通过13例志愿者的受试试验，有9例实测参数和估计参数的符合率超过80%。研究结果表明，所提出的基于神经网络的个体化慢性病危险因素预测模型的建模方法，在总体上是可行的，为个体化设计危险因素控制策略提供了依据。


  
  图2 人体系统的神经网络


  13例应用例的人体神经网络模型参数均按2.3节的步骤进行了估计。建模毕，每一例都进行残差分析。结果显示在13例中，有4例符合率没有达到80%，其人体模型的可靠性应进一步加强。


三、PID控制策略设计
  根据WHO关于慢性病共同危险因素是饮食、运动、饮酒、吸烟等生活行为和自动控制理论，设计了慢性病危险因素控制系统，如图3所示。控制的目标是人体身体状态变量控制在正常范围内，因此，《指南》的正常范围就作为该控制系统的输入，人体身体的实际状态为输出。该输出通过状态监测与《指南》比较，如果比较无差，则控制策略输出为0，表示无需调整现有的生活行为。否则，控制策略有输出量，需要对现有生活行为进行调整。调整量根据控制策略的结果(输出)给出。


  
  图3 控制策略


控制策略：