[자동제어]인슐린제어시스템

소개

일정한 량의 인슐린을 주사하는 방식은 혈당량이 많을 때에는 고혈당이 되고, 혈당량이 적은 시간에 분비 되었을 때는 저혈당이 된다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 이유 때문에 환자들에게 적당한 양의 약물을 투여할 수 있고, 몸에 이식하는 시스템을 개발하기 위해 의공학 분야에 제어시스템이 이용되고 있다. 이러한 자동제어 시스템은 대개 의학 분야에서는 혈압 및 혈당량, 심장 박동수를 조절하기 위해 사용되곤 한다. 이 중대표적인 인슐린 제어시스템의 예를 들면 인슐린 펌프를 들 수 있겠다. 현재 가장 많이 쓰이는 인슐린 펌프 제품의 예는 아래 사진을 참조하기로 한다. 이 제품은 본체인 주입기기와 주입세트 및 주사기로 구성되어 있다.
이 제품의 원리는 본체의 내장된 프로세서의 정밀 제어에 의해 주사기의 밀대를 세밀하게 밀어서 인슐린을 주입하는 방식이다.

목차

1.개요 및 시스템 설계의 목적
1)개요
2)시스템 제어의 목표 설정
2.Routh-Hurwitz 판별법을 통한 시스템의 안정성 분석
3.PID 제어
1)P제어
2)PI제어
3)PD제어
4)PID제어
4.PID제어를 이용한 MATLAB 시뮬레이션 분석
5.최종 설계 및 후기

본문내용

1) 개요

- 오늘날의 인슐린 제어 시스템

당뇨병 환자의 혈당량 조절을 위해 병원에서는 인슐린을 투약한다. 예전에는 이를 위해 주사기를 사용하여 규칙적으로 일정한 량의 인슐린을 투여 하였으나 요즘 들어서 큰 병원같은 경우에는 인슐린 펌프 시스템을 갖추고 있는 경우가 많다. 우리가 이러한 인슐린 펌프와 같은 제어 시스템을 만들기 위해서는 그것을 설계하기에 앞서 혈당량과 인슐린과의 관계를 잠시 살펴 볼 필요가 있다.
위 그림은 건강한 사람의 혈당량과 인슐린 양을 나타낸 그래프이다. 그래프를 잘 살펴보면 아침과 점심시간 사이 한 번, 점심과 저녁 사이 한 번, 총 하루에 두 번 혈당량이 급격히 높아지는 것을 알 수 있다. 이와 같이 체내의 혈당량이 높아지는 순간, 인슐린의 분비가 촉진되어 혈당량을 낮추게 된다. 혈당량이 정상으로 돌아오면 인슐린의 분비는 멈추게 된다. 그러나 문제는 혈당량이 일정하지가 않기 때문에 이에 따라 체내에 분비되는 인슐린의 양도 다르다는 것이다. 이러한 이유로 앞서 언급했던 일정시간에 맞춰 일정한 량의 인슐린을 주사하는 방식은 혈당량이 많을 때에는 고혈당이 되고, 혈당량이 적은 시간에 분비 되었을 때는 저혈당이 된다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 이유 때문에 환자들에게 적당한 양의 약물을 투여할 수 있고, 몸에 이식하는 시스템을 개발하기 위해 의공학 분야에 제어시스템이 이용되고 있다. 이러한 자동제어 시스템은 대개 의학 분야에서는 혈압 및 혈당량, 심장 박동수를 조절하기 위해 사용되곤 한다. 이 중대표적인 인슐린 제어시스템의 예를 들면 인슐린 펌프를 들 수 있겠다. 현재 가장 많이 쓰이는 인슐린 펌프 제품의 예는 아래 사진을 참조하기로 한다. 이 제품은 본체인 주입기기와 주입세트 및 주사기로 구성되어 있다.
이 제품의 원리는 본체의 내장된 프로세서의 정밀 제어에 의해 주사기의 밀대를 세밀하게 밀어서 인슐린을 주입하는 방식이다. 우리가 교재로 배우고 있는 ‘최신제어시스템’ 책에서도 이러한 인슐린 펌프의 Open-loop 시스템을 제시해 놓았는데 그 시스템의 대략적인 모습은 아래와 같다.

참고자료

· 없음