دراسة تحليلية لبعض خوارزميات الذكاء الصناعي التي استخدمت مع متحكم PID للتحكم بسكر الدم لدى مرضى السكري

Abstract: Diabetes is a widespread disease in the world today and research is still underway in the field of artificial pancreas, also known as closed- loop insulin therapy, where it is possible to calculate the rate of insulin infusion that will maintain the concentration of glucose in the blood.

In this paper, four different control algorithms have been proposed that adjust the parameters of the artificial pancreas based on the PID controller. These algorithms are the Genetic Algorithm for Controller Tuning (GA_PID), the Annealing Simulation Algorithm (SA_PID), the Bird Flock Algorithm (PSO_PID) and the Bee Algorithm (PSO_PID). ABC_PID). The study was carried out in a hypothetical diabetic patient based on a modified Bergmann model of glucose and insulin regulation. The simulation was carried out under daily food conditions of three meals.

In practical application, the results were promising by regulating blood glucose using the previous algorithms, where the simulated annealing algorithm gave the best time while preserving the permissible values ​​for the concentration of glucose in the blood. This research can be developed by combining two or more algorithms to take advantage of The advantages of each algorithm.

Keywords: Mathematical model of glucose and insulin system, genetic algorithm, bee colony algorithm, simulated annealing algorithm.

المستخلص: مرض السكري هو أحد الامراض واسعة الانتشار في العالم اليوم وأحد أهم طرق علاجه إعطاء جرعات من الأنسولين ومازالت الأبحاث مستمرة في مجال البنكرياس الصناعي، المعروف أيضا باسم علاج الانسولين مغلق الحلقة، حيث يمكن حساب معدل ضخ الأنسولين الذي بدوره يحافظ على تركيز الغلوكوز في الدم.

ونظراً لأهمية هذا النظام وبما أنَّ الأبحاث مازالت حتى وقتنا الراهن تعمل على زيادة دقته وسرعة استجابته فإن استخدام خوارزميات الذكاء الصناعي معه ساهم كثيراً في تحسينه، ومن التحديات الكبيرة التي واجهتنا هو أنَّ الأبحاث التي استخدمت أحد هذه الخوارزميات للتحسين لم تستخدم نفس المتحكم فهو يختلف من بحث إلى آخر، وبالتالي كان علينا توحيد نظام التحكم والتعديل البرمجي اللازم لنتمكن من المقارنة الصحيحة وإظهار أدق النتائج.

في هذا البحث تم اقتراح أربع خوارزميات تحكم مختلفة تقوم هذه الخوارزميات بضبط بارامترات المتحكمPID مع النموذج الرياضي لنظام الغلوكوز والأنسولين (البنكرياس الصناعي)، هذه الخوارزميات هي الخوارزمية الجينية لضبط المتحكم (GA_PID)، وخوارزمية محاكاة التلدين(SA_PID)، وخوارزمية سرب الطيور (PSO_PID) وخوارزمية النحل (ABC_PID). نفذت الدراسة من خلال مريض سكري افتراضي على أساس نموذج بيرغمان المعدل لتنظيم الغلوكوز والأنسولين. تمت عملية المحاكاة في شروط طعام يومي من ثلاث وجبات. 

في التطبيق العملي كانت النتائج واعدة من خلال تنظيم الغلوكوز في الدم باستخدام الخوارزميات السابقة حيث أعطت خوارزمية محاكاة التلدين أفضل زمن مع المحافظة على القيم المسموحة لتركيز الغلوكوز.

وفي المستقبل يمكن تطوير هذا البحث والعمل عليه من خلال الدمج بين اثنين من الخوارزميات أو أكثر واستغلال الإيجابيات التي ظهرت معنا في كل خوارزمية.

الكلمات المفتاحية: النموذج الرياضي لنظام الغلوكوز والأنسولين، الخوارزمية الجينية، خوارزمية مستعمرة النحل، خوارزمية محاكاة التلدين.