Ανάπτυξη Αναδρομικού Νευρωνικού Δικτύου Για Την Εξατομικευμένη Πρόβλεψη Της Συγκέντρωσης Γλυκόζης Σε Ασθενείς Με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1

Abstract

Ο Σακχαρώδης Διαβήτης (ΣΔ) Τύπου 1 είναι χρόνιο αυτοάνοσο νόσημα που οφείλεται στην μειωμένη έκκριση ινσουλίνης στον οργανισμό λόγω καταστροφής των β-κυττάρων του παγκρέατος. Στην περίπτωση που δεν ελεγχθεί ο ΣΔ έχει ως αποτέλεσμα την συνεχώς υψηλή συγκέντρωση των σακχάρων στο αίμα, μια κατάσταση γνωστή ως υπεργλυκαιμία. Οι επιπλοκές που προκαλούνται από τη χρόνια υπεργλυκαιμία περιλαμβάνουν την καταστροφή, δυσλειτουργία και ανεπάρκεια διάφορων οργάνων όπως οι νεφροί, τα μάτια, τα νεύρα, η καρδιά και τα αγγεία. Προκειμένου να αποφευχθούν οι επιπλοκές του ΣΔ Τύπου 1 καθίσταται αναγκαίος ο γλυκαιμικός έλεγχος, ο οποίος επιτυγχάνεται μέσω τακτικών μετρήσεων των επιπέδων γλυκόζης και της εξωγενούς χορήγησης ινσουλίνης από τον ασθενή όταν είναι απαραίτητο. Αυτό το σύστημα ανοιχτού βρόχου εξαρτάται από τον ίδιο τον ασθενή και απαιτεί την καθημερινή και ενεργό συμμετοχή του για την ρύθμιση των επιπέδων γλυκόζης. Οι τελευταίες εξελίξεις στον τομέα Διατάξεων Συνεχούς Μέτρησης Γλυκόζης και αντλιών έγχυσης ινσουλίνης καθιστούν ρεαλιστική την ανάπτυξη σύστηματος γλυκαιμικού ελέγχου κλειστού βρόχου. Προς αυτή την κατεύθυνση, σημαντικό ρόλο παίζουν τα μοντέλα πρόβλεψης των επιπέδων γλυκόζης. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη Αναδρομικού Νευρωνικού Δικτύου με Κυματιδιακές Συναρτήσεις Ενεργοποίησης (ΑΝΔΚΣΕ) για την εξατομικευμένη πρόβλεψη της συγκέντρωσης γλυκόζης σε ασθενείς με ΣΔ Tύπου 1. Το ΑΝΔΚΣΕ προσομοιώνει την κινητική γλυκόζης-ινσουλίνης και αποτελεί τμήμα ενός υβριδικού μοντέλου προσομοίωσης του μεταβολισμού γλυκόζης - ινσουλίνης. Το υβριδικό μοντέλο βασίζεται στη συνδυασμένη χρήση δύο Διαμερισματικών Μοντέλων και του ΑΝΔΚΣΕ. Τα Διαμερισματικά Μοντέλα προσομοιώνουν την απορρόφηση γλυκόζης από το έντερο και την κινητική της υποδόριας ινσουλίνης, αντίστοιχα. Το ΑΝΔΚΣΕ δέχεται ως εισόδους τις εξόδους των Διαμερισματικών Μοντέλων και την πρόσφατη καταγραφή γλυκόζης και παράγει τις εξατομικευμένες προβλέψεις για τους ασθενείς με ΣΔ Tύπου 1. To ΑΝΔΚΣΕ βασίζεται σε αρχιτεκτονική Elman ενώ εφαρμόζονται κυματιδιακές συναρτήσεις ενεργοποίησης. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του ΑΝΔΚΣΕ είναι η ικανότητά του να εκπαιδεύεται σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας ως αλγόριθμο εκπαίδευσης το Εκτεταμένο Φίλτρο Kalman. Η διαρκής ενημέρωση των παραμέτρων του ΑΝΔΚΣΕ το καθιστούν ικανό να αναπροσαρμόζεται στις νέες συμπεριφορές του μεταβολισμού γλυκόζης. Το ΑΝΔΚΣΕ αξιολογείται με δεδομένα που παρήχθησαν από μη γραμμικό μοντέλο παραγωγής δεδομένων αξιολόγησης και με δεδομένα δύο ασθενών με ΣΔ Tύπου 1. Η ικανοποιητική απόδοσή του ως προς την επίλυση του προβλήματος και την πρόβλεψη της γλυκόζης είναι ενθαρρυντική για την μετέπειτά εφαρμογή του σε σύστημα γλυκαιμικού ελέγχου κλειστού βρόχου.