一种用于描述自动注射装置中摩擦力的混合建模框架

《International Journal of Pharmaceutics》：A Hybrid Modelling Framework for the description of friction forces in autoinjector devices

　　

安德里亚·弗里索|马克·帕尔默|费德里科·加尔瓦宁

摘要

自动注射器是一种能够实现精确皮下自我给药 的医疗设备。在对该类设备进行建模时，一个重要的挑战就是准确预测注射时间，因为这会直接影响设备的可用性、药物输送效果以及患者的使用体验。现有的注射时间预测模型都是基于作用在活塞上的各种力之间的平衡关系来建立的，这些力通常包括推动力、液体流经针头时产生的阻力，以及活塞与注射器壁之间的摩擦力。在某些情况下，由于对相关机制的理解不够全面，会导致对摩擦力的简化处理，从而使得注射时间的预测结果不准确。本研究提出了一种混合建模方法，将基于物理原理的模型与数据驱动的模型相结合，其中还包含了人工神经网络和高斯过程等技术。通过将机理建模与替代模型相结合，该方法克服了现有模型的诸多局限，能够更准确地描述注射过程中所涉及的摩擦力。所开发的混合模型显著提升了对于活塞与注射器内壁之间摩擦力的描述能力，有助于更全面地理解自动注射器中所涉及的复杂物理现象。