Υβριδικό Μοντέλο Προσομοίωσης Μεταβολισμού Γλυκόζης Σε Άτομο Με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1

Abstract

Ο Σακχαρώδης Διαβήτης αποτελεί ασθένεια γνωστή από την εποχή των αρχαίων Ελλήνων και σχετίζεται με την αδυναμία του ανθρώπινου οργανισμού να ρυθμίσει μόνος του τα επίπεδα γλυκόζης αίματος. Ανάλογα με το βαθμό αυτής της αδυναμίας διακρίνεται σε Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1, ολική ανικανότητα, και Τύπου 2, μερική ανικανότητα ρύθμισης. Ο Σακχαρώδης Διαβήτης αποτελεί μια μη ιάσιμη ασθένεια, υπό την έννοια ότι ο ελεγκτικός μηχανισμός ρύθμισης της γλυκόζης δεν μπορεί να αποκατασταθεί εσωτερικά, αλλά μόνο εξωτερικά με την κατάλληλη ρύθμιση των καθημερινών δραστηριοτήτων του ασθενούς και τη χορήγηση εξωγενούς ινσουλίνης. Πρόκειται για μια ασθένεια, που απαιτεί την καθημερινή και ενεργό συμμετοχή του διαβητικού στη θεραπεία της, προκειμένου να αποφευχθούν οι δυσάρεστες συνέπειές της.Οι έρευνες τα τελευταία χρόνια επικεντρώνονται στον τομέα της προσομοίωσης του μεταβολισμού της γλυκόζης στους διαβητικούς. Ο μηχανισμός του μεταβολισμού της γλυκόζης αποτελεί ένα πολύπλοκο μη γραμμικό δυναμικό σύστημα με βασικό μειονέκτημα την ελλιπή πληροφορία για την περιγραφή του. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και υλοποίηση ενός μαθηματικού μοντέλου προκειμένου να ταυτοποιηθεί το εν λόγω δυναμικό σύστημα, το οποίο θα παρέχει και τη δυνατότητα πραγματοποίησης προβλέψεων των επιπέδων γλυκόζης αίματος με την υψηλή χρονική διακριτική ικανότητα των 15 λεπτών. Το προτεινόμενο μοντέλο είναι υβριδικό, δηλαδή αποτελείται από δύο βαθμίδες, η καθεμιά από τις οποίες χρησιμοποιεί διαφορετική τεχνική προσέγγισης του προβλήματος. Η πρώτη βαθμίδα αποτελείται από δύο Διαμερισματικά Μοντέλα (ΔΜ) και η δεύτερη από ένα Τεχνητό Νευρωνικό Δίκτυο με Ανάδραση (ΝΔ). Οι είσοδοι του μοντέλου είναι οι καταγεγραμμένες μετρήσεις των επιπέδων γλυκόζης, το είδος (βραχείας ή βραδείας δράσης) και οι δόσεις ινσουλίνης, καθώς και η χρονική στιγμή λήψης της, η ποσότητα υδατανθράκων στα γεύματα του διαβητικού και η χρονική στιγμή λήψης των γευμάτων, ενώ η έξοδος είναι η συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα υπό τη μορφή χρονοσειράς με συχνότητα 15 λεπτών. Το πλεονέκτημα του υβριδικού μοντέλου έγκειται (α) στη χρήση των ΔΜ, με στόχο των υπολογισμό της συγκέντρωσης ινσουλίνης βραχείας και βραδείας δράσης στο πλάσμα αίματος, καθώς και των επιπέδων γλυκόζης αίματος λόγω απορρόφησης από το έντερο, υπό τη μορφή χρονοσειρών με συχνότητα 15 λεπτών, οι οποίες τροφοδοτούν τις εξωγενείς εισόδους του ΝΔ και (β) στην εκπαίδευση του ΝΔ με ανάδραση με τον Αναδρομικό Αλγόριθμο Εκπαίδευσης σε Πραγματικό Χρόνο, καθώς ο συγκεκριμένος αλγόριθμος εκπαίδευσης με επίβλεψη μπορεί να αρκεστεί στο μικρό αριθμό καταγεγραμμένων μετρήσεων.Το μοντέλο εφαρμόστηκε σε άτομο με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1, τροφοδοτούμενο με τα στοιχεία του συγκεκριμένου ασθενούς και η ικανότητα πρόβλεψής του είναι ενθαρρυντική για τη μελλοντική εξέλιξη του μοντέλου.