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一类药物动力学系统的分析与控制

作　者: 关驰
导　师: 张庆灵
学　校: 东北大学
专　业: 运筹学与控制论
关键词: 控制理论药物动力学系统隔室模型反馈控制系统仿真剂量方案
分类号: R96
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
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内容摘要

药物动力学模型是对药物在复杂生物系统中运动变化过程的数学描述,旨在预测体内药物浓度与时间的函数关系。不同的数学描述方法各有其优势和缺陷。隔室模型是最基本的药动学模型,是药理学的一个重要研究内容,在药物研究、开发和使用等领域的应用非常广泛。药动学系统的分析与综合问题是当前生物控制领域研究的重要内容,已成为国内外学者研究的热点问题之一。本文研究药动学系统的建模、分析与综合问题。首先,介绍药物动力学系统的研究目的和意义,简述研究的基本问题和研究现状。其次,对药动学系统进行运动分析、能控性和能观测性的分析及稳定性分析。给出几种常用给药方式的数学描述,用系统的状态空间描述隔室模型。对隔室模型进行运动分析,给出多次给药后浓度的计算公式；分析在多次给药中发生错时给药的情况,通过求解一个最优控制问题得出发生错时给药时的剂量调整方案。给出隔室模型的能控性、能观测性以及稳定性定理。再次,对药动学系统进行仿真分析。给出隔室模型的一个系统辨识算法。建立几种常用给药方式的给药模块和隔室模型的仿真系统,利用仿真系统比较不同给药方式的药动学特点,分析当生理系统发生变化时药物在体内药动学性质的变化情况。最后,对药动学系统进行开环控制与反馈控制。将系统的开环控制问题归结为剂量方案的设计问题,设计了5种剂量方案来实现对隔室内药物浓度的控制。研究药动学系统的一种闭环控制系统——靶控输注系统(TCI system),通过设计PID控制器实现对隔室内药物浓度的控制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 药物动力学的基本问题  11
  1.3 药物动力学系统的研究进展  11-13
  1.4 本文的主要研究内容  13-16
第2章隔室模型的建模  16-32
  2.1 现代控制理论  16-19
    2.1.1 线性系统  16-19
    2.1.2 系统的分析与综合  19
  2.2 药物动力学  19-30
    2.2.1 药动学模型中的常用变量  20-22
    2.2.2 几种常用的给药方式  22-25
    2.2.3 隔室模型的状态空间描述  25-30
  2.3 本章小结  30-32
第3章隔室模型的分析  32-52
  3.1 运动分析  32-44
    3.1.1 零输入响应和零初态响应  32-33
    3.1.2 多次给药  33-37
    3.1.3 错时给药  37-44
  3.2 系统的能控性和能观测性  44-48
    3.2.1 线性系统的能控性和能观测性  44-46
    3.2.2 隔室模型的能控性和能观测性  46-48
  3.3 系统的稳定性  48-50
    3.3.1 系统的外部稳定性和内部稳定性  48-49
    3.3.2 隔室模型的稳定性  49-50
  3.4 本章小结  50-52
第4章隔室模型的仿真分析  52-62
  4.1 给药模块的建立  52-53
    4.1.1 快速静脉注射  52-53
    4.1.2 恒速静脉输液  53
    4.1.3 口服制剂  53
  4.2 隔室模型的系统辨识  53-55
  4.3 二室模型系统的仿真分析  55-60
  4.4 本章小结  60-62
第5章隔室模型的控制  62-78
  5.1 控制系统  62-64
    5.1.1 开环控制系统  62
    5.1.2 反馈系统  62
    5.1.3 系统的综合问题  62-63
    5.1.4 状态反馈和输出反馈  63-64
  5.2 剂量方案的设计  64-72
  5.3 隔室模型的反馈控制  72-77
    5.3.1 生理反馈  72-73
    5.3.2 靶控输注系统  73-77
  5.4 本章小结  77-78
第6章总结与展望  78-80
  6.1 全文总结  78-79
  6.2 研究展望  79-80
参考文献  80-86
致谢  86

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