一种微针贴定制管理方法及系统与流程

本发明涉及微针贴定制管理，具体为一种微针贴定制管理方法及系统。

背景技术：

1、糖尿病患者的胰岛素治疗需要高度个体化的给药方案，以精确匹配患者独特的血糖波动模式。在日常管理中，餐后血糖骤升是主要的控制难点，而不同患者餐后血糖达峰时间、峰值高度及高血糖持续时间存在显著差异。现有微针贴片的定制管理方法，大多停留在对单一释药时长或总剂量的粗略控制上，无法实现与多高峰、多形态目标释药曲线的精确匹配。常规做法是根据经验选择一种或少数几种不同高度的微针进行简单混合，其所能产生的叠加释放曲线形态十分有限，难以主动去拟合处方中定义的，比如一个尖锐的早峰加一个宽缓的晚峰这样复杂的时序要求。这种方法本质上是一种正向试错，即先确定微针的物理参数再去测量其释放结果，完全不具备从目标曲线出发、反向解算出所需微针阵列组合与具体制造参数的能力。尤其当目标曲线中出现平台状高峰时，现有技术无法自动识别并对其进行合理拆解，导致最终产生的释放曲线在峰值速率和持续时间上与处方要求产生严重偏差，无法实现真正意义上的精准给药。

2、更为关键的是，即便通过某种方式获得了若干种满足释药要求的微针种群候选参数，现有技术也缺乏一套将释药性能与刺入可靠性进行协同设计和闭环校验的完整方法。在实践中，为满足某一复杂的时序释放要求，可能会解算出一些几何形态十分细长或异形的微针。这些微针的理论释药能力达标，但在实际刺入具有不同弹性模量和角质层厚度的真实皮肤时，极易发生屈曲甚至断裂，导致给药失败。现有方法将释药设计与力学验证割裂开来，力学验证往往在制造出物理样品后才进行，一旦发现问题，就需要返回修改设计，再重新制备样品进行测试。该方法不仅研发周期漫长、成本高昂，往往还会破坏先前已调好的释药性能，使整个设计陷入顾此失彼的死循环，无法稳定高效地为特定患者生成一套既满足复杂释药曲线要求、又确保能可靠刺入皮肤的微针贴片最终制造参数。

3、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微针贴定制管理方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种微针贴定制管理方法，具体步骤包括：

4、步骤1：获取目标释药曲线，并对所述目标释药曲线进行特征点识别，分析所述特征点的时序以构成该目标释药曲线的释药事件序列，所述释药事件序列包括每一个药物释放高峰的起始时间、达峰时间、峰值速率和持续时长；

5、步骤2：调用预先构建的微针单元释药模型，依据释药事件序列，将目标释药曲线分解为若干条基础释放曲线，每条基础释放曲线对应一种微针种群；

6、步骤3：以最小化基础释放曲线叠加而成的曲线集合与目标释药曲线之间的偏差为目标，反演求解出每一种微针种群的制造参数，所述制造参数包括针体几何参数和针体基质材料的降解速率常数；

7、步骤4：将反演得到的各微针种群的制造参数输入皮肤力学仿真模型，对各微针刺入皮肤过程进行力学仿真校验；若任一微针种群未通过力学仿真校验，则调整该微针种群的制造参数，并将调整后的制造参数反馈至步骤3重新进行反演求解，直至通过力学仿真校验；

8、步骤5：根据通过力学仿真校验的各微针种群对应的释药事件序列，计算各微针种群所需微针数量，并根据所述微针数量确定各微针种群在微针贴上的排布面积比例和空间位置，生成包含微针阵列空间排布规则的制造参数集。

9、进一步地，所述目标释药曲线包含多个在时间上相互独立的药物释放高峰，每个药物释放高峰对应一次餐后血糖控制需求；

10、所述特征点包括起始时间、达峰时间和结束时间，对所述目标释药曲线进行特征点识别，具体为：

11、扫描所述目标释药曲线，定位释放速率首次超过预设起效阈值的时间点作为药物释放高峰的起始时间，定位释放速率从上升转为下降的拐点作为达峰时间，记录该拐点处的释放速率的值作为峰值速率，并定位释放速率回落至预设起效阈值以下的时间点作为结束时间，由所述结束时间与起始时间之差得到持续时长；

12、当所述达峰时间对应的释放速率维持在峰值速率的持续时长超过预设时间阈值时，则判定该药物释放高峰为平台峰，并将其拆分为两个连续的子高峰，对每一个子高峰分别重新确定其释药事件序列；

13、所述释药事件序列，是以单个药物释放高峰为独立单元进行组织的，经拆分后的子高峰在所述释药事件序列中作为两个独立的药物释放高峰。

14、进一步地，所述制造参数还包括药物在针体内的空间分布浓度，所述微针单元释药模型关联的参数包括针体几何参数、针体基质材料的降解速率常数和药物在针体内的空间分布浓度；

15、以所述释药事件序列中的每一个药物释放高峰作为一个独立的分解目标单元，使分解出的基础释放曲线的总数与药物释放高峰的总数一致；

16、所述分解采用非负矩阵分解算法，并约束每一条分解出的基础释放曲线的达峰时间与所对应的药物释放高峰的达峰时间保持在预设偏差范围内。

17、进一步地，将每一条基础释放曲线分配至一种独立的微针种群，该微针种群对应微针贴上的一个微针阵列区域，该微针阵列区域内所有微针具有完全相同的制造参数；

18、以所述制造参数为待优化变量，采用迭代优化算法，在每一次迭代中调用所述微针单元释药模型生成基础释放曲线，并以独立的分解目标单位为计算单元，计算该基础释放曲线叠加而成的曲线集合与目标释药曲线在该分解目标单元所对应的释药事件序列内的偏差，沿减小偏差的方向更新各待优化变量的值，直至偏差收敛至预设偏差阈值范围内。

19、进一步地，所述药物在针体内的空间分布浓度，具体为药物沿针体轴向的浓度梯度分布；

20、在反演求解过程中，优先调整药物在针体内的空间分布浓度和针体基质材料的降解速率常数，在仅调整这两个参数无法使偏差收敛至预设偏差阈值范围内时，再对针体几何参数进行调整。

21、进一步地，所述迭代优化算法在计算偏差时，为每一个药物释放高峰的峰值速率和达峰时间赋予高于其他时间段的权重系数，以使反演求解出的制造参数所对应的微针种群，优先拟合所述释药事件序列中定义的峰值速率和达峰时间。

22、进一步地，所述力学仿真校验，是指预先构建或调用与目标使用者皮肤特性相匹配的皮肤力学仿真模型，该皮肤力学仿真模型中至少定义了皮肤的弹性模量和角质层厚度；所述皮肤力学仿真模型以微针种群的针体几何参数和针体基质材料的力学属性作为输入，该微针种群对应的屈曲临界载荷和断裂临界应力作为输出变量；

23、将反演求解出的每一种微针种群的针体几何参数和针体基质材料的力学属性输入至所述皮肤力学仿真模型中，模拟该微针种群在垂直刺入皮肤时的力学行为，以校验其输出变量是否超过对应预设最大阈值；

24、若任一种微针种群未通过力学仿真校验，则执行以下闭环修正过程：

25、优先调整该微针种群的针体几何参数，若仅通过调整针体几何参数无法使其通过力学仿真校验，则从预设的材料数据库中，选取力学强度高于当前材料且降解速率常数与当前反演求解出的降解速率常数最接近的替代材料，作为新确定的针体基质材料类型；

26、将调整后的针体几何参数或新确定的针体基质材料类型，作为制造参数的已变更的约束条件，反馈至反演求解过程中，以在满足该约束条件下，重新执行参数反演，直至新生成的曲线集合与所述目标释药曲线之间的偏差符合预设偏差阈值范围；

27、当前所有微针种群均通过力学仿真校验后，将此时各微针种群所对应的制造参数作为最终制造参数。

28、进一步地，所述微针阵列空间排布规则，是指根据每一个药物释放高峰所对应的释药事件序列中的峰值速率和持续时长，确定与该药物释放高峰相对应的微针种群在所述微针贴上的排布面积比例和空间位置。

29、进一步地，确定所述排布面积比例的具体为：

30、获取每一个药物释放高峰的峰值速率和持续时长，计算该药物释放高峰所需的释药总量；

31、调用微针单元释药模型，计算与药物释放高峰相对应的微针种群中单根微针在持续时长内的单位释药量；

32、根据释药总量和单位释药量，确定该微针种群所需的微针总数；

33、根据所述微针总数和微针贴的总面积，确定该微针种群在微针贴上的排布面积比例。

34、本发明另外还提供一种微针贴定制管理系统，所述一种微针贴定制管理系统用于实现上述一种微针贴定制管理方法，包括：

35、释药曲线解析模块，用于获取目标释药曲线，并对所述目标释药曲线进行特征点识别，分析所述特征点的时序以构成该目标释药曲线的释药事件序列，所述释药事件序列包括每一个药物释放高峰的起始时间、达峰时间、峰值速率和持续时长；

36、释药曲线分解模块，用于调用预先构建的微针单元释药模型，依据释药事件序列，将目标释药曲线分解为若干条基础释放曲线，每条基础释放曲线对应一种微针种群；

37、制造参数反演求解模块，用于以最小化基础释放曲线叠加而成的曲线集合与目标释药曲线之间的偏差为目标，反演求解出每一种微针种群的制造参数，所述制造参数包括针体几何参数和针体基质材料的降解速率常数；

38、仿真校验与修正模块，用于将反演得到的各微针种群的制造参数输入皮肤力学仿真模型，对各微针刺入皮肤过程进行力学仿真校验；若任一微针种群未通过力学仿真校验，则调整该微针种群的制造参数，并将调整后的制造参数反馈至步骤3重新进行反演求解，直至通过力学仿真校验；

39、微针阵列排布生成模块，用于根据通过力学仿真校验的各微针种群对应的释药事件序列，计算各微针种群所需微针数量，并根据所述微针数量确定各微针种群在微针贴上的排布面积比例和空间位置，生成包含微针阵列空间排布规则的制造参数集。

40、与现有技术相比，本发明提供的技术效果和优点：

41、本发明从包含多峰、平台峰等复杂形态的目标药物释放曲线出发，通过特征点自动识别与拆分，实现了对任意复杂处方需求的精确数字化解析，解决了现有技术只能粗略控制总剂量而无法拟合多峰时序曲线的缺陷。

42、本发明还能够自动求解出一组包含针体几何参数、基质材料降解速率及药物空间分布浓度的制造参数，使最终叠加生成的释放曲线能够忠实地复现处方定义的每一个峰高、峰位和峰宽，真正实现一人一策的精准给药。

43、本发明通过在反演求解过程中主动引入皮肤弹性模量和角质层厚度等个体化力学约束，并采用先调几何参数、再改基质材料的分级修正策略，确保最终获得的制造参数集既能满足复杂的时序释放要求，又能在目标使用者的皮肤上可靠刺入而不发生屈曲或断裂，从而消除了传统串行流程中反复试错、参数冲突的痛点，为个性化微针贴片的制造提供了完整的技术方案。