Glucose level regulation with a nonlinear arx model based controller design
Doğrusal olmayan ARX model tabanlı kontrolör tasarımı ile glikoz seviyesi düzenlemesi
- Tez No: 942987
- Danışmanlar: PROF. DR. SAVAŞ ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kan glükozu, Blood glucose
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tip 1 Diyabet (T1D) hastaları için etkili diyabet yönetimi büyük önem taşır. T1D hastalarında pankreasın beta hücreleri yeterli insülin salgılayamaz, bu da yüksek glikoz seviyelerine ve hiperglisemiye yol açabilir. Bu tez, Kapalı Döngü (CL) kontrol sistemini kullanarak Yapay Pankreas (AP) sistemi ile glikoz seviyelerini sağlıklı bir bireyin seviyelerine düzenlemeye odaklanarak hipoglisemi ve hiperglisemi risklerini en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada Ohio Üniversitesi'ne ait 12 T1D hastasına ait verilerin yer aldığı OhioT1DM veri seti kullanıldı. Öncelikle veriler ön işleme tabi tutuldu ve aşamalar eksik özellikler için Kübik Spline İnterpolasyonu ve Ki-Kare yöntemi ile özellik seçimi oldu. Veri setindeki eksik özellik değerlerini doldurmak için Kübik Spline İnterpolasyonu kullanıldı ve Ki-Kare yöntemi ile özellik seçimi veri setindeki tüm özelliklerden glikoz ile en yüksek korelasyona sahip özelliği belirledi. İnsülin ve glikoz arasındaki ilişki MATLAB R2024b'deki Sistem Tanımlama Araç Kutusu kullanılarak modellendi. Sistem Tanımlama ile yapılan modellemeye göre en iyi sonuçlar, Wavelet Sinir Ağı (WNN) tabanlı eXogenous Girişli Doğrusal Olmayan Otoregresif Model (NLARX) modelinden elde edilmiştir. Kapalı Döngü Yapay Pankreas (CLAP) sisteminde plant olarak WNN tabanlı NLARX kullanılmıştır. Bu sistem iki farklı kontrolcü ile tasarlanmıştır. İlk CLAP sisteminde kontrolcü olarak Orantılı-İntegral-Türev (PID) kullanılmıştır. PID kontrolcü katsayıları CLAP sisteminin glikoz değerini düzenlemesi için en uygun değerlere ayarlandı. Ters sistem yaklaşımına dayanan ikinci CLAP sisteminde kontrolcü olarak WNN tabanlı NLARX modeli kullanılmıştır. CLAP sistemleri, MATLAB R2024b Simulink ortamı kullanılarak ayrıntılı performans grafiği simülasyonları ile incelenmiştir. Model performansını değerlendirmek için çeşitli performans ölçütleri kullanılmıştır. Bu ölçütler, Tahmin Verilerine Uygunluk (Fit), Son Tahmin Hatası (FPE) ve Ortalama Karesel Hata'dır (MSE). Metrik sonuçlarının Fit için 99,08, FPE için 4,97 ve MSE için 4,91 olduğu bulunmuştur. Sonuçlar, kontrolörlü CLAP sistemlerinin T1D'li hastalar için iyi performans gösterdiğini göstermektedir. PID kontrolcü ve ters sistem yaklaşımı ile tasarlanan ve kontrolcü olarak NLARX modelinin kullanıldığı CLAP sistemleri, sensörlerin ve glikoz izleme cihazlarının daha hassas çalışmasını ve otomasyonunu destekleyerek AP teknolojisinin ilerlemesine katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Effective diabetes management is of great importance for patients with Type 1 Diabetes (T1D). In patients with T1D, the beta cells of the pancreas can not secrete enough insulin, which can lead to high glucose levels and hyperglycemia. This thesis aims to minimize the risks of hypoglycemia and hyperglycemia by focusing on regulating glucose levels to those of a healthy individual with the Artificial Pancreas (AP) system using the Closed-Loop (CL) control system. In this study, the OhioT1DM dataset consisting of data from 12 T1D patients belonging to Ohio University was used. Firstly, the data was preprocessed, and the stages were Cubic Spline Interpolation for missing features and feature selection with Chi-Squared method. Cubic Spline Interpolation was used to fill the missing feature values in the dataset, and the feature selection with the Chi-Squared method determined the feature with the highest correlation with glucose from all the features in the dataset. The relationship between insulin and glucose was modelled using the System Identification Toolbox in MATLAB R2024b. According to the modelling done with System Identification, the best results were obtained from the Wavelet Neural Network (WNN) based Nonlinear AutoRegressive Model with eXogenous Input (NLARX) model. WNN-based NLARX was used as the plant in the Closed-Loop Artificial Pancreas (CLAP) system. This system was designed with two different controllers. In the first CLAP system, Proportional-Integral-Derivative (PID) was used as the controller. The PID controller coefficients were adjusted to the most appropriate values for the CLAP system to regulate the glucose value. In the second CLAP system, based on the inverse system approach, the WNN-based NLARX model was used as the controller. CLAP systems were examined with detailed performance graph simulations using MATLAB R2024b Simulink environment. Various performance metrics were used to evaluate model performance. These metrics are Fit to Estimation Data (Fit), Final Prediction Error (FPE), and Mean Square Error (MSE). The metric results were found to be 99,08 for Fit, 4,97 for FPE, and 4,91 for MSE. The results show that the CLAP systems with controllers performed well for patients with T1D. CLAP systems are designed with PID controller and inverse system approach where the NLARX model is used as the controller will contribute to the advancement of AP technology by supporting more precise operation and automation of sensors and glucose monitoring devices.
Benzer Tezler
- Kronik hemodiyaliz hastalarında kan şekeri regülasyonu, serum osmolalitesi ve kopeptin seviyeleri ile interdiyalitik kilo alımı arasındaki ilişkinin değerlendirilmesi
Evaluation of the relationship between blood sugar regulation, serum osmolality and copeptin levels and interdialytic weight gain of chronic hemodialysis patients
SEÇKİN AKBEN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
İç HastalıklarıKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORÇUN ALTUNÖREN
- Tip 2 diyabetli bireylerde tedaviye uyum ve öz yeterlilik düzeyinin glukoz regülasyonu ile ilişkisinin incelenmesi
Examination of the relationship with gluccose regulation in individuals with TYPE 2 diabetes' level of their treatment compliance and self sufficiency
YELİZ ÜLKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
HemşirelikHasan Kalyoncu ÜniversitesiHemşirelik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN OLGUN
- Diyabetes mellitus tanılı hastalarda kan magnezyum düzeylerinin kan şekeri regülasyonu üzerine etkisi
The effect of plasma magnesium levels on blood glucose regulation in patients with diabetes mellitus
BERKAY GENÇ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
Endokrinoloji ve Metabolizma HastalıklarıSağlık Bilimleri ÜniversitesiAile Hekimliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADIK SAMİ HATİPOĞLU
DR. DENİZ YILMAZ
- Tiroid fonksiyon bozukluğu ve vitamin D eksikliğinin tip 2 diabetes mellituslu hastalarda kan şeker regülasyonu üzerindeki rolü
The role of thyroid dysfunction and vitamin D deficiency in blood glucose regulation in patients with type 2 diabetes mellitus
BEDRİYE AÇIKGÖZ YILDIZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2020
İç HastalıklarıAfyonkarahisar Sağlık Bilimleri Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERHAN BOZKURT
- Tip-2 diabetes mellitus hastalarında kognitif fonksiyon düzeyi ile biliverdin redüktaz-A (BVR-A) arasındaki ilişkinin değerlendirilmesi
Evaluation of the relationship between cognitive function level and biliverdin reductase-A (BVR-A) in patients with Type 2 diabetes mellitus
HABİBE DUMAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
Aile HekimliğiSağlık Bilimleri ÜniversitesiAile Hekimliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET KIZMAZ